促進錯誤“前概念”轉化的初中物理深度學習策略

摘" " 要：基于深度學習的實現機制，結合認知沖突的教學策略，提出了初中物理錯誤“前概念”的轉化策略。該教學策略共分為四個階段：初始階段，創設問題情境，激活錯誤“前概念”，促使深度學習發生；沖突階段，呈現事實證據，引發認知沖突，維持深度學習狀態；沖突解決階段，轉化錯誤“前概念”，建構科學性概念，促進深度學習的發展；能力提升階段，甄選陌生情境，進行遷移運用，為深度學習提供支持。實踐證明，該教學策略能促進概念的轉化，使學習更具深度。

關鍵詞：深度學習；錯誤“前概念”；概念轉化；實驗教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2025）2-0027-6

《義務教育物理課程標準（２０２２年版）》強調要遵循初中學生身心發展規律，關注學習生長點，建議從學生的已有經驗和認知水平出發，重視物理概念的建構過程［１］。物理與生產生活實際密切相關，學生是帶著日常經驗、生活常識和根據所感知的現象、常識及經驗總結加工所得出的認識走進課堂的［２］，這些經驗、知識、信念等被稱為“前概念”。學生的“前概念”，有的支持新學習的發生，有的則起到阻礙作用，當學生的“前概念”與“科學性概念”發生沖突時，就會給學習帶來很大的困擾［３］。例如，學生根據生活經驗存在“物體沒被推動是因為施加的推力小于阻力”這個錯誤“前概念”，等到他們學習“摩擦力”時，這個錯誤“前概念”就會出來“作祟”。學生的錯誤“前概念”往往根深蒂固，如果課堂上沒能充分促進錯誤“前概念”的轉化，就會出現“教師反復講、學生反復錯”的現象。如何轉化錯誤“前概念”，幫助學生順利習得科學性概念，是一線教師必須正視的問題。

１" " 學生的先行經驗中存在大量錯誤“前概念”

人們在進行認知活動時，習慣依賴先行經驗，學生在開展學習活動時也不例外。通過對一線教師進行訪談，結合長期教學實踐，梳理出學生在正式接受物理學習前已有的錯誤“前概念”清單。在新授課開始前，命制檢測題對清單內羅列出的錯誤“前概念”進行逐一診斷。部分檢測題及學生作答情況如表１所示。

表１所示的僅是學生存在的錯誤“前概念”的冰山一角。這些錯誤“前概念”是學生正確理解科學性概念的“攔路虎”，如不及時清掃，很難進行深度學習。

２" " 深度學習視域下錯誤“前概念”的轉化策略

在學生的先行經驗中，存在大量錯誤“前概念”已是不爭的事實。這些錯誤“前概念”影響著科學性概念深度建構的起點、方向、過程和結果［４］。圖１是錯誤“前概念”的傳統教學策略。有些教師認為，通過科學概念的講解和錯誤觀點的辨析，能讓學生意識到自己理解的錯誤，并轉變為科學概念。事與愿違的是，大量事實表明，常規教學并不能促進錯誤“前概念”的有效轉化［５］。

深度學習是理解性學習，是建立在學生先前知識基礎上的概念改變［３］。利用學生錯誤“前概念”中的矛盾事實與思考方式的認知沖突，讓他們體驗不能解釋的驚異與糾結，從而促進概念的變化，這就是眾所周知的“認知沖突”方略［６］。基于深度學習的四個實現機制［７］，結合“認知沖突”的教學策略，立足教學實際，提出了如圖２所示的指向錯誤“前概念”轉化的初中物理深度學習策略。

２．１" " 創設問題情境，激活錯誤“前概念”，觸發深層動機

學生的錯誤“前概念”是長期被他們奉為“真理”存在的，很難自行察覺到錯誤之處。通過情境誘發、問題驅動，給學生提供表達出錯誤“前概念”的機會，為下階段引起認知沖突做好鋪墊。例如，為激活“電風扇吹出溫度較低的涼風使人感到涼快”這個錯誤“前概念”，可以結合當地人的生活習慣，創設以下情境：夏天，廣州人民很喜歡去大排檔吃宵夜。為了增加顧客的用餐體驗，店主會在周圍配置很多大風扇。為什么吹電風扇人會感到涼快呢？在真實情境的助攻下，學生能快速、準確地將錯誤認知表達出來。

２．２" " 呈現事實證據，引發認知沖突，維持深度學習

激活錯誤“前概念”僅能調動學生的有意注意，但不能起到轉化錯誤概念的目的。需呈現事實證據，引起認知沖突，讓學生在認知沖突帶來的身心震撼中自覺意識到思維誤區。例如，可以用溫度計同時測量電風扇吹出風的溫度和周圍環境的溫度，通過兩者溫度相同這個“出乎意料”的現象，引起足夠的認知沖突。認知沖突激發的矛盾心理能提升學習的積極性，學生迫切渴望解決困惑，維持深度學習狀態。

２．３" " 轉化錯誤“前概念”，建構科學性概念，促進深度學習

一邊是自己長期信賴的“真理”，一邊是堅如磐石的事實證據，學生陷入糾結、郁悶中，迎來了學習“高潮”。接著，教師要及時借助實驗等教學手段植入科學性概念，徹底粉碎錯誤“前概念”。例如，可以讓學生體驗以下實驗：用保鮮膜將右手包起來，左手不做任何處理，再將左右手同時置于同一電風扇前。通過實踐參與，幫助學生精準建構“電風扇吹出的風加速人體表水分蒸發，由于蒸發吸熱，所以人感覺涼快”這個知識點，使學習更具深度。

２．４" " 甄選陌生情境，進行遷移運用，實現深度學習

深度學習最終表現在對知識的深度理解和遷移運用兩個方面。從不同角度呈現同一問題可以加深對概念的全面理解，為遷移運用能力的培養提供“沃土”。當學生已經形成完整的科學性概念后，給他們提供內容豐富的“練兵場”，培養他們在陌生情境中解決問題的能力，實現深度學習。

３" " 深度學習視域下錯誤“前概念”轉化策略的教學實踐——以人教版“牛頓第一定律”為例

為診斷學生對“運動是否需要靠力來維持”這個觀點的看法，在完成力、彈力和重力的學習之后，學習牛頓第一定律之前，利用以下檢測題開展概念診斷。

【前測題】 如圖3所示，輕質彈簧一端固定在墻上，物塊Ｍ沿光滑水平面向左運動，壓縮彈簧運動到Ａ點時，速度為ｖＡ，在方框內用“·”表示物塊Ｍ，畫出物塊Ｍ經過Ａ點時的受力示意圖。

利用上述前測題，對３２３名學生開展調查，獲得的數據如表２所示。

由表２可知，７２．１４％的學生認為，物塊還受到一個水平向左的推力，解釋如下：物塊Ｍ經過Ａ點時的速度水平向左，所以它一定受到一個水平向左的拉力。可見，“運動需要力來維持”這個觀點在學生心里留下了深深的烙印。課標對本節課的要求是：通過實驗和科學推理，認識牛頓第一定律；能運用物體的慣性解釋自然界和生活中的有關現象。轉化“運動需要力來維持”這個錯誤“前概念”，是幫助學生理解牛頓第一定律的前提。

３．１" " 深度學習的發生：情境誘發、問題驅動、概念激活

深度學習的發生高度依賴真實的問題情境，通過創設真實的學習情境，為知識的深度理解提供“溫床”。

【創設“真”情境】 將折好的紙飛機放飛，紙飛機在空中劃出一條完美的曲線。（教師可以讓學生當堂放飛紙飛機，增強體驗感）

【提出“真”問題】 如圖4是老師折的紙飛機在空中飛翔的運動軌跡，請同學們畫出這個紙飛機在最高點Ｃ的受力示意圖。

【驅動問題１】 （教師投影學生典型的答案）絕大部分同學認為，在Ｃ點，紙飛機受到重力、空氣施加的水平向右的阻力和水平向左的推力。請闡述你認為紙飛機受到水平向左的推力的依據？

【驅動問題２】 你認為紙飛機受到的阻力和推力大小關系是什么？

【驅動問題３】 紙飛機從離開手到落地前，除了Ｃ點外的其他位置是否也受到向前推力的作用呢？阻力與推力的大小關系又是如何？

放紙飛機是學生再熟悉不過的場景，利用學生熟知的場景導入，可以降低學生的防備心理，促使他們勇于表達自己的看法，順利激活“運動需要力來維持”這個錯誤認知。

３．２" " 深度學習的維持：呈現證據、產生困惑、引發沖突

順利導出學生錯誤“前概念”后，立即呈現足夠的事實證據，引發認知沖突，讓他們在驚異和郁悶中自主意識到錯誤所在，維持深度學習的狀態。

【問題思考１】 如果紙飛機離手后，在水平方向受到的推力始終大于阻力，我們就可以進一步推理得出，紙飛機在水平方向上速度的變化。

通過前面章節的學習，學生已經知道力能改變物體的運動狀態。在教師的引導下，學生很容易推導出：在水平方向上，由于紙飛機受到的合力方向與運動方向相同，所以紙飛機在水平方向上做加速運動。

【知識遷移】 實驗是驗證猜想最好的方法。聯系“測量物體運動的平均速度”實驗，如果要測量紙飛機在飛行過程中水平方向上速度的變化，你有什么好的提議？

在第一章“機械運動”中，學生已經掌握測量物體平均速度的方法。教師只需稍加引導，學生就能對知識進行遷移運用。

【問題思考２】 在“測量物體運動的平均速度”實驗中（圖5），小車是沿直線運動的，所以我們只需要測量ｓ１、ｓ２、ｔ１、ｔ２，即可算出對應的平均速度。但是，我們的紙飛機飛行軌跡是曲線，要如何優化呢？

【實驗創設】 在實際生活中，很難讓紙飛機沿水平方向飛行。我們可以用圖６所示的實驗器材模擬紙飛機沿水平方向飛行的場景。其中，滑塊模擬紙飛機。氣墊導軌在工作時可以在滑塊和導軌之間形成一層薄空氣層，使滑塊在氣墊上運動，而不是在導軌工作面上滑行。導軌上安裝4個光電門，１號和２號光電門連接右側數字計時器，３號和４號光電門連接左側數字計時器。調節光電門的位置，確保ｓ１２＝ｓ３４，利用計時器分別測量滑塊經相同距離所需時間ｔ１２和ｔ３４（表3）。

【問題思考３】 如果同學們的猜想正確，該實驗會出現什么現象？

【實驗演示】教師通過改變橡皮筋的形變量改變滑塊的初速度，多次實驗獲取數據。

【引起認知沖突】 分析實驗數據，你能得出什么結論？

實驗表明，水平向左運動的滑塊在做減速運動，說明滑塊沒有受到水平向左的合力，學生對這個事實證據驚訝不已。“出乎意料”的實驗數據引發足夠的認知沖突，推動學生主動揭示錯誤“前概念”，并意識到自己的認知存在錯誤。接下來，要幫助學生揭曉科學性概念，以達到置換概念的目的。

【思維疏導１】 我們知道，滑塊受到阻力的施力物體是空氣，假如“推力”真的存在，請問這個“推力”的施力物體是誰呢？

【思維疏導２】 既然找不到“推力”的施力物體，說明這個“推力”是不存在的。

上述思維的疏導幫助學生及時按下“確認鍵”，肯定自己存在錯誤“前概念”。

３．３" " 深度學習的促進：科學推理、認知調整、概念置換

學生已然知曉自己存在錯誤“前概念”，但對為什么會存在這樣的錯誤百思不得其解，教師可以借助“問題鏈”和分組實驗揭曉真理。

【問題１】 根據表３，請分析滑塊做減速運動的原因？

【問題２】 如果導軌足夠長，請判斷滑塊最終的運動狀態？

【問題３】 如果滑塊受到的阻力逐漸減小，它在水平方向上的移動距離會如何變化？

【分組實驗】 學生以２人為一組，進行“阻力對物體運動的影響”的實驗。

【分析實驗】 根據實驗現象，你能得出什么結論？

【科學推理】 設想一下，如果小車運動時不受阻力，它是不是就不會停下來了？

【結論梳理】 根據科學推理結果，如果小車運動時不受阻力的話，小車就會一直保持運動狀態，說明運動需不需要力來維持？

通過上面的教學環節，學生基本理順了思路，明白了運動不需要力來維持。隨即，教師講解牛頓第一定律和慣性，幫助學生搭建知識板塊。

３．４" " 深度學習的支持：情境運用、知識遷移、健全新知

當學生對所學知識有較全面的了解后，教師立即引導學生解釋紙飛機離手后還能向前飛行和滑塊被橡皮筋彈出后能繼續運動的原因，做到首尾呼應。然后，要從不同角度考查這個知識點，給學生提供新穎（陌生）的問題情境，健全對新知的理解，為深度學習狀態的持續發展提供支撐。

學生存在大量錯誤“前概念”是初中物理教學無法規避的現實問題。常規的教學策略對錯誤“前概念”的轉化無濟于事，基于深度學習理念，結合認知沖突的教學策略，提出的初中物理錯誤“前概念”的轉變策略，能粉碎錯誤“前概念”，為科學性概念的建構掃清障礙，有效促進錯誤“前概念”的轉化，走向深度學習。

參考文獻：

［１］中華人民共和國教育部．義務教育物理課程標準（２０２２年版）［Ｓ］．北京：北京師范大學出版社，２０２２．

［２］趙洪英，于娟． 基于前概念開展機械運動和力的教學策略［Ｊ］．中學物理，２０１９，３７（１）：１６-19．

［３］劉月霞，郭華．深度學習：走向核心素養［Ｍ］．北京：教育科學出版社，２０１８．

［４］王雄． 基于前概念的初中物理概念深度建構及教學建議［Ｊ］．新課程評論，２０２２（１２）：80-８６．

［５］孔祥梅．前概念對中學生物理學習的影響及轉化策略［Ｄ］．聊城：聊城大學，２０１５．

［６］鐘啟泉．深度學習［Ｍ］．上海：華東師范大學出版社，２０２１．

［７］李松林，賀慧，張燕．深度學習設計：模板與示例［Ｍ］． 成都：四川師范大學電子出版社，２０２０．

（欄目編輯" " 劉" "榮）