基于前測的物理概念教學實踐
——以“力”的教學為例

李立娟 李小波 牛林 段俊霞

(1. 北京市通州區潞河中學，北京 101100；2. 北京市通州區玉橋中學，北京 101100)

1 問題的提出

物理概念是物理學理論體系的基礎，物理概念教學是物理教學的重中之重。《普通高中物理課程標準(2017年版)》指出：物理學科核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面。物理觀念是物理概念和規律等在頭腦中的提煉和升華，因此指向核心素養的物理教學呼喚更加有效的物理概念教學。

有學者把科學學習看作學生關于自然現象的原有概念的發展或轉變,而不是新信息的點滴累積過程。[1]大量研究表明：學生已有觀念對其學習會產生巨大影響，這類觀念被研究者稱之為前概念(Preconception)。前概念中的“概念”并不是嚴格意義上的狹義概念，而是更接近于觀念，是頭腦中對某一對象(事物、現象、過程等)的觀點、看法。[2]因此，我們可以將前概念理解為學生在學習相關內容之前，頭腦中已經存在的與學習內容有關的觀念、看法、認識等。在學生的前概念中既存在符合科學的認知，也存在偏離科學的認知。[3]準確地把握學生的前概念，并在教學中幫助學生實現概念轉化是物理概念教學中的核心課題。筆者嘗試利用教學前測探查學生前概念，并據此選擇不同教學策略，下面以“力”的教學為例進行探討。

2 運用前測問卷調查，精準把脈學情

在整個中學階段的學習中，學生對“力”這一概念的認識會經歷如下進階：在大量的物理情境中建立“力是物體間的相互作用”，改變學生“力是維持物體運動的原因”的錯誤前概念；明了“力是改變物體運動狀態的原因”，在建構了加速度概念和學習牛頓第二定律之后，明了“力是產生加速度的原因”；功是力在空間上的積累，沖量是力在時間上的積累，在概念變化和重建中，使學生對力的理解呈螺旋上升之勢。[4]

初二學生的物理學習剛剛起步，“力”是學習力學的開篇，是后面學習其他力學知識、豐富力的概念、樹立科學的“運動和相互作用”觀念的基礎。為精準把握學情，筆者對初二年級320名學生進行了問卷調查，并針對問卷結果對部分學生進行了非正式訪談，以下為問卷題目和學情分析。

表1 對力的概念的認識

學情分析：92%的學生能夠舉出生活中用到力的實例，如人推車、手拉弓、磁鐵吸引鐵釘……其中只有3%的學生了解力在物理學中的定義，對這些學生進行追問，了解到他們是提前接觸了物理的學習，但對于概念的理解近乎停留在字面上。

由此可以了解到，小學科學課程的學習和已有的生活常識使學生對力已經有一定的認識，學生頭腦中有大量的生活實例，這些都為教學提供了豐富的形象素材。問題1在設置上為學生示范了表述的形式，也為初步建立力的概念作了鋪墊。教學中要充分利用學生所舉的實例，幫助學生順利地從感性認識上升到科學概念。

表2 對力產生條件的認識

學情分析：對于問題3，24%的學生回答為“是”，所舉例即為生活中常見的兩個物體相互接觸的產生力的情境；48%的學生認為“不是”，但不能舉例說明；只有28%的學生根據已有生活常識能舉出磁體間的相互作用作為反例。對于問題4，48%的學生認為“是”，實例同樣來自于日常所見；52%的學生認為“不是”，這其中只有10%的學生能舉出反例，但在舉例說明時表述并不精準，例如“兩塊只是靠在一起的石頭”。

由此可見，學生的常識經驗為教學提供了一定可借鑒的資源，但同時暴露出學生在生活中形成了一些錯誤的認知，這些錯誤的前概念亟待在教學中予以轉化。對力的產生條件的認識上，錯誤前概念的形成主要是由于一些不常見的實例沒有進入學生的視野，學生沒有注意到生活中這些反例的存在，因此在課堂上要直觀呈現這些例子，通過學生探究或者教師演示，做到“眼見為實”，初步幫助學生實現概念轉化。

表3 對相互作用力的認識

學情分析：對于問題5，58%的學生能選出正確選項C,但沒有具體說明；18%的學生能正確作答并有分析，例如“石頭比較硬”等等；有20%的學生錯選B，4%的學生錯選A。

此題的正確率超過筆者預期，表明學生對“物體間力的作用是相互的”已有初步認知，但與此同時，通過訪談了解到，對于相互作用的兩個力大小相等的關系，多數學生沒有明確認知，鮮有與此相關的生活經驗。

表4 力的作用效果及影響因素

學情分析：對于問題6，62%的學生能舉出恰當的生活實例，同樣為教學中從具體到概括提供了支持。對于問題7，18%的學生能回答出一二，但不全面，82%的學生沒有回答或者回答錯誤。

對于力的作用效果學生不難理解，教學中同樣要充分利用學生所舉實例，要著重引導學生進行概括。學生對于力的三要素作答的情況不理想，通過訪談了解到和問題設置方向不明確有關，通過簡單舉例學生就能清楚，這部分內容教學中應該用實驗予以突破。由此也可以看到，前測問卷中問題設置的精準性直接影響對學生前概念的探查結果。

3 基于前測的概念教學設計與實施

在學生的前概念中，既存在科學的認知，也存在偏離科學的認知。以下結合教學實踐對這兩種情況具體展開說明。

3.1 豐富感性材料，發展理性認識

關于對“力的概念”和“力的作用效果”的認識，前測為我們提供了豐富的有助于形成科學概念的感性材料，這些都符合科學的認知。在教學中我們要充分利用學生所舉的大量實例，幫助學生從感性認識上升到理性認識。

例如在“力的概念”教學環節，教師先用圖片展示生活中與力相關的情境，之后展示學生在前測中所舉的用到力的例子，并引導學生分析、概括出特點，兩個物體之間用一個“動作”連接，即：物體→作用→物體，由此得出力的定義：物體對物體的作用。教師接下來講解施力物體和受力物體，再引導學生自己舉例，分析其中的施力物體和受力物體。學生對于自己所舉的實例易于理解，提高了學生的課堂參與度，同時使學生頭腦中原有的概念與新學習的概念密切聯系起來，實現認知結構的同化與順應。

3.2 設疑引發沖突,轉變錯誤概念

前概念中一些錯誤的、片面的認識會對物理概念的教學產生消極的影響，錯誤的認識如果得不到及時、有效的糾正，極易使學生形成負面的思維定勢，阻礙科學概念的建構，因此筆者在教學中通過設疑引發學生認知沖突，幫助學生發現錯誤認知并實現轉變。

在“相互作用力”教學環節，前測反映出學生對“一對相互作用力大小相等”缺乏感性認知，并且有部分學生認為“以卵擊石”中蛋殼破碎就是因為石頭給雞蛋的力更大，為了轉變學生的錯誤認知，筆者在教學中應用數字化實驗系統，為學生直觀呈現相互作用的兩個力的大小關系，取得了較好的效果。維果斯基指出：“科學概念的直接教授是不可能的,而且也是沒有效果的。”[5]筆者在前測中有意創設問題情境,讓學生充分暴露不科學的認識,并通過實驗使學生意識到自己原有認識中的不足和錯誤,實現概念轉變。

4 總結與反思

筆者在教學實踐中，利用前測探知學生的前概念，并發現學生的反饋有些在預想之中，有些超出了以往的經驗，因此前測更能精準地把握學情。同時為了更好地探查出學生的認知情況，在前測中多使用的是問題而不是物理習題，并且多數以表述題的形式出現。相關研究表明：對于學習者而言，前概念大都是有一定“道理”的，甚至比科學的觀念更容易得到認同。因此，如果在學習活動中學習者不能獲得足夠的、可信的依據，他們頭腦中的前概念是不會輕易轉變為科學概念的。[6]教學中要充分重視學生的前概念，在此基礎上選擇恰當的教學策略，充分開展自主探究和演示實驗，促進學生科學概念的建構。有研究表明：一個重要概念的轉變不能通過革命的方式發生，概念的轉變在本質上是一個漸變過程，教學中要充分重視這個漸變的過程。筆者在實踐中也發現，隨著時間的流逝，有些學生的錯誤前概念在變化的情境中會出現反復，因此在教學中重點予以突破的同時，還需要設計有針對性的作業進行鞏固。