论文部分内容阅读
【摘要】重视前概念理论在物理教學中的研究。前概念的理论基础是建构主义理论，它强调教师让学生把新的知识和旧的知识相结合，并对其进行改组，重新建构科学的理论体系。在新课程教学中，我们可以参照前概念的理论进行再创造，从而促进新课程理念的理解，提高教学水平和教学效率。
【关键词】前概念 建构主义 物理 新课程 教学有效性
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）08-0163-02
初中学生在学习某一物理概念之前，头脑中往往已经有了一些相关的想法和认识，称为“前概念”。 所谓前概念，是指学生在没有接受正式的物理学教育以前，通过自己的观察、体验和思考对各种物理现象与物理过程的理解和认识。前概念也被称为错误概念或相异概念或相异构想。这些概念的核心特点是：（1）是学生头脑中强烈具有的一种稳定的认知结构，具有顽固性、普遍性和隐蔽性；（2）不同于专家的概念；（3）会对学生如何理解自然现象并做出科学的解释产生重要影响；（4）必须被克服、避免或消除，以使学生接受科学的理解。例如，在学习“牛顿第一定律”前，他们认为物体只有受力才会运动，不受力便不会运动。这就是学生学习牛顿第一定律以前关于运动的一种前概念。 形成前概念的原因主要是：先入为主的日常生活经验；知识的负迁移和旧有概念的局限；由语词带来的曲解；进行不当的类比。
前概念的理论依据实际上就是建构主义理论。建构主义指的是任何学习的发生都不是在白纸上进行的，而是将新知识与已有知识建立起联系，从内部通过创造、协调对原有经验进行改造和重组，对新知识进行意义构建。前概念对学生学习科学的新概念会有很大影响，实践证明，学生的前概念问题解决不好，对教学效果会有很大干扰。德国多特蒙德大学的D·K·Nachtigall教授说：我们对前概念了解得越多，对思维结构转变的过程认识越深，就越能成功地把它们转变为物理概念，也就能更有效的避免错误概念的产生。所以教师在教学中发现和解决学生存在的前概念，清除学习科学概念时的障碍就成了很重要的问题。下面就我在教学中发现的初中物理中典型前概念问题进行归类，并总结解决方法，同大家分享并探讨。
一、平衡概念的建立，关于力和运动的关系问题。
学生在解决实际问题时，不会先分析物体的运动状态，再结合运动状态去分析受力，而是喜欢凭自己的感觉去答题。解决方法：创设问题情景引发学生的认知冲突。例如解决有关静摩擦力的问题：
例1.小华用水平向右的力推放在地面上的一张桌子，但未推动，这是因为（ ）
A. 桌子质量太大
B. 推力小于桌子与地面的摩擦力
C. 推力等于桌子与地面的摩擦力
D. 桌子的重力大于推力
很多学生会选择B答案，学生总觉着推力小于摩擦力，所以才推不动，而忽视了静止这个平衡状态，这时我会给学生画一个受力图，此时桌子在水平方向受两个力，一个推力，一个摩擦力，因为桌子没动，处于静止状态，根据二力平衡，推力等于摩擦力，选C。这样的分析，学生多半会信服，但往往仍存疑惑，这时老师不妨顺着学生的错误思路去分析，假如摩擦力大于推力，则物体水平方向受力不平衡，根据力和运动的关系，物体应该向着合力的方向运动，即向着摩擦力的方向运动，也就成了这种情境，向右推桌子，桌子反而向左跑了。分析到这里学生都会会心一笑，知道这样的结果是不可能的。最后老师要向学生明确本题的关键是推而不动，是平衡状态，受平衡力。在解决这类问题时，不能只凭经验，想当然作答，一定要明确物体的运动状态，用力和运动的关系科学的解答。
例2.体育课上，小刚匀速爬杆，关于他所受的摩擦力，下面说法正确的是（ ）
A. 摩擦力方向向下，大小等于重力
B. 摩擦力方向向下，小于重力
C. 摩擦力方向向上，大小等于重力
D. 摩擦力方向向上，大于重力
对这道题学生的答案不太统一，有一些会选A，主要是摩擦力的方向弄不清楚，还有一些会选D，弄对了方向又忽视了大小。其实这道题的关键词是“匀速”和“爬杆”两个，看似匀速运动，实则受的是静摩擦力，因为在爬杆过程中小刚的手相对于杆是静止的，没有发生滑动，所以这里的摩擦力是静摩擦，又是一个平衡状态，必须是二力平衡，那么在竖直方向上只有摩擦力和重力平衡，所以摩擦力的方向只能向上，在这里它是动力，正是这个向上的摩擦力才使小刚能爬上去。试想如果杆和手都特别光滑，没有这个摩擦力，还能爬上去吗？这个道理与人走路时受到的摩擦力向前一样。还有手握瓶子静止时受到的摩擦力方向也是向上的，这些可以给学生归类，包括上面的例1也是静摩擦力。静摩擦力的大小和方向要结合物体的平衡状态，用二力平衡的知识去判断。
二、对惯性大小的理解及惯性定律（牛顿第一定律）的应用。 解决方法：深刻讲授，对科学概念给学生以全面的理解。
例3.关于惯性下列说法正确的是：
A. 速度越大，惯性越大
B. 高速飞行的子弹具有惯性，穿入木头静止后惯性消失
C. 行驶的公交车紧急刹车时，乘客会向前倾，是由于受到惯性力的作用
D. 百米赛跑运动员到达终点不能马上停下来，是由于运动员具有惯性
此题不少同学会选A，对惯性的大小只与质量有关，学生往往难以理解，学生总觉着应该与速度有关，速度越大惯性越大，他们有生活经验做理由，如汽车的速度越大，刹车距离越长，百米赛跑速度越大，到终点时越难停下来等等，这样的例子很多，好像都在说明速度越大，惯性越大。这时学生的前概念起了很大的作用，与科学概念发生了强烈的冲突。问题的关键是学生没有理解惯性的概念，惯性不是力，也不是作用，惯性是一种性质，是物体保持匀速直线运动和静止状态的性质，或者说惯性的大小表示了物体运动状态改变的难易程度，质量越大的物体的运动状态越难改变，质量越小越容易改变，比如小汽车比载重大卡车要灵活，空中战斗机都做的比较小而轻，就是为了减小质量，作战时能灵活运动，更容易改变速度和方向。而上面提到的汽车的速度越大，代表动能越大，物体要停下来即动能减小到零，克服阻力所做的功就越多，所以刹车距离就长。这些要给学生解释清楚，才能消除他们的前概念，建立起科学概念。 例4.抛向空中的物体，在空中飞行时画出它所受到的力（不计空气阻力）。
很多学生会画出两个力，一个重力，一个向前的推力。很明显，学生脑子里有这种想法：“物体向前运动就必须受到向前的力”。这时老师可以问学生，“有力就必须有施力物体，如果受到向前的推力，那么这个推力的施力物体是谁呢？”这时学生会哑口无言，错误不攻自破。学生之所以犯这样的错误，是没理解物体的运动不需要力来维持，物体离开手后能继续向前飞行，是因为物体具有惯性，也就是牛顿第一定律的内容。力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因。
三、对光的传播方向及人看见物体的原理的理解错误。
解决方法：多媒体动画演示或实验演示。
中学生的抽象思维在很大程度上属经验型，需要感性经验支持。因此教学中应了解学生的实际，可通过实物或多媒体演示消除错误概念。
例5.如图，CD为竖直挂在墙上的平面镜，A同学通过平面镜看到了B同學，在这一现象中光的反射角是（ ）
A、∠1 B、∠2
C、∠3 D、∠4
做这类题的时候，学生往往会把光的传播方向弄错，A看到B，是因为B的光线（一般是反射光，若B是光源则是B直接发出的光）进入A的眼睛，所以∠2是入射角，∠3是反射角，而学生则认为是A的眼睛发出光线，射到B上就看见了B，把∠3当成了入射角，∠2当成反射角。学生总认为看到物体是眼睛发出的光射到物体上，射到谁就看到谁了，眼睛成了发射器，这是很可笑的一种认识，老师在教学中一定要注意纠正这种错误，要画出具体的光路图给学生分析。
例6. 从岸边看水中的鱼，看到“鱼”的位置与实际位置不同。下列模型能解释此现象的是（ ）
看水里的鱼会变浅，原因是鱼身上的光从水里射向空气时发生折射引起的，人在岸上逆着折射光线看过去，就看到一个变浅的鱼的虚像，所以选D。学生还是会认为光线是从人的眼睛发出，在从空气进入水里时发生折射，这一点一定要给学生强调清楚，看到鱼是鱼身上的光进入人的眼睛。除了画光路图分析，也可以用多媒体动画模拟光线的传播，放映给学生看，增加学生的感性认识。
四、不能结合公式正确的分析物理量之间的关系及其影响因素。
解决方法：强调公式的记忆和理解，学会用公式分析问题。
例7.一物体在3牛顿的水平拉力下匀速运动，此时摩擦力大小为多少牛顿？若拉力增大为5牛顿，物体受的摩擦力为多少牛顿？ 此题第一问一般没什么问题，学生知道用二力平衡的知识去解答，匀速运动，摩擦力等于拉力等于3牛顿。第二问就出现问题了，受定势思维的影响，学生认为摩擦力就等于拉力，所以应该等于5牛顿。其时这道题答错的本质，是学生没有认清楚滑动摩擦力的大小与什么因素有关，根据f=μN，滑动摩擦力的大小只与压力大小和接触面的粗糙程度有关，当这两个因素一定时，滑动摩擦力的大小也就确定了，不随拉力的大小而改变，也不随运动状态改变。学生因为受测滑动摩擦力大小的实验的影响，总认为摩擦力就等于拉力，而忽视了这个结论的前提条件是匀速运动。此题中当拉力由3牛顿变为5牛顿时，摩擦力没变，改变的是物体的运动状态，原来是匀速运动，现在受力不平衡了，拉力大于摩擦力，物体将做加速运动。
例8.一物体A受一水平向右的力F沿光滑的水平面运动了一段距离S，另一物体B受同样大小的力沿粗糙的斜面向上运动了同样一段距离。则比较力对两物体做的功：（ ）
A. 力对物体A做的功多 B. 力对物体B做的功多
C. 力对物体A和B做的功一样多 D. 无法比较
此题学生易选B项，学生总认为粗糙的接触面比光滑的做功要多，而没把握功的本质，根据W=FS，功的大小只与力和距离有关，与接触面的粗糙程度和运动状态无关。此题中两物体所受的力和移动的距离都相等，功当然相等。
五、受公式影响不能把握某些物理量的本质。
解决方法：概念重释、比较鉴别。
这一点与上面的第四点不同，上面是公式决定了物理量的大小。但物理学中还有一些物理量的大小是不受公式中的量影响的，学生往往受以上第四种情况思维定势的影响，对这些量的学习产生负迁移，如密度公式ρ=m/v，并不能表示密度与质量成正比，与体积成反比，密度是物质的一种属性，只与物质的种类、状态有关，此公式只是密度的计算式而已，不代表密度的本质和影响因素。类似的还有电阻的计算公式R=U/I，也不代表电阻与电压成正比，与电流成反比，电阻是导体的一种性质，只与导体的材料、长度、横截面积和温度有关。学生在学习这些概念和公式时，要把握本质，教师要注意区分总结。
总之对“前概念”的解决策略，归纳起来主要有：（1）通过师生对话显示出学生的前概念，学生的前概念具有很强的隐蔽性，一般不会清晰地呈现在他们的脑海里。因此教师可采用课堂提问、作业、课外辅导等方式，通过谈话问答去发现学生大脑中的前概念；（2）创设各种问题情景引发学生的认知冲突；（3）以实验验证、概念重释、比较鉴别等方式纠正前概念中的错误成分；（4）深刻讲授，特别是对于科学概念的教学要给学生以全面的理解，并不断的巩固，加深印象。
教师只有充分了解学生已有的前概念，尤其是与新概念有密切关系的前概念，才能使教学有的放矢，让教学策略更有针对性和有效性，提高教学效率。
参考文献：
[1]D.K.Naehtigal（德国多特蒙德大学物理系），规范与前概念及，物理通报，1997，5～6
[2]乔际平，《物理学习心理学》，高等教育出版社，1991.8
[3]张淑俊，中学物理前概念及教学策略研究
[4]郭晓成，怎样消除前概念对物理教学的不利影响，甘肃教育，2008.3
[5]刘波，利用物理实验教学克服前概念的不利影响，学苑教育，2010.1
【关键词】前概念 建构主义 物理 新课程 教学有效性
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）08-0163-02
初中学生在学习某一物理概念之前，头脑中往往已经有了一些相关的想法和认识，称为“前概念”。 所谓前概念，是指学生在没有接受正式的物理学教育以前，通过自己的观察、体验和思考对各种物理现象与物理过程的理解和认识。前概念也被称为错误概念或相异概念或相异构想。这些概念的核心特点是：（1）是学生头脑中强烈具有的一种稳定的认知结构，具有顽固性、普遍性和隐蔽性；（2）不同于专家的概念；（3）会对学生如何理解自然现象并做出科学的解释产生重要影响；（4）必须被克服、避免或消除，以使学生接受科学的理解。例如，在学习“牛顿第一定律”前，他们认为物体只有受力才会运动，不受力便不会运动。这就是学生学习牛顿第一定律以前关于运动的一种前概念。 形成前概念的原因主要是：先入为主的日常生活经验；知识的负迁移和旧有概念的局限；由语词带来的曲解；进行不当的类比。
前概念的理论依据实际上就是建构主义理论。建构主义指的是任何学习的发生都不是在白纸上进行的，而是将新知识与已有知识建立起联系，从内部通过创造、协调对原有经验进行改造和重组，对新知识进行意义构建。前概念对学生学习科学的新概念会有很大影响，实践证明，学生的前概念问题解决不好，对教学效果会有很大干扰。德国多特蒙德大学的D·K·Nachtigall教授说：我们对前概念了解得越多，对思维结构转变的过程认识越深，就越能成功地把它们转变为物理概念，也就能更有效的避免错误概念的产生。所以教师在教学中发现和解决学生存在的前概念，清除学习科学概念时的障碍就成了很重要的问题。下面就我在教学中发现的初中物理中典型前概念问题进行归类，并总结解决方法，同大家分享并探讨。
一、平衡概念的建立，关于力和运动的关系问题。
学生在解决实际问题时，不会先分析物体的运动状态，再结合运动状态去分析受力，而是喜欢凭自己的感觉去答题。解决方法：创设问题情景引发学生的认知冲突。例如解决有关静摩擦力的问题：
例1.小华用水平向右的力推放在地面上的一张桌子，但未推动，这是因为（ ）
A. 桌子质量太大
B. 推力小于桌子与地面的摩擦力
C. 推力等于桌子与地面的摩擦力
D. 桌子的重力大于推力
很多学生会选择B答案，学生总觉着推力小于摩擦力，所以才推不动，而忽视了静止这个平衡状态，这时我会给学生画一个受力图，此时桌子在水平方向受两个力，一个推力，一个摩擦力，因为桌子没动，处于静止状态，根据二力平衡，推力等于摩擦力，选C。这样的分析，学生多半会信服，但往往仍存疑惑，这时老师不妨顺着学生的错误思路去分析，假如摩擦力大于推力，则物体水平方向受力不平衡，根据力和运动的关系，物体应该向着合力的方向运动，即向着摩擦力的方向运动，也就成了这种情境，向右推桌子，桌子反而向左跑了。分析到这里学生都会会心一笑，知道这样的结果是不可能的。最后老师要向学生明确本题的关键是推而不动，是平衡状态，受平衡力。在解决这类问题时，不能只凭经验，想当然作答，一定要明确物体的运动状态，用力和运动的关系科学的解答。
例2.体育课上，小刚匀速爬杆，关于他所受的摩擦力，下面说法正确的是（ ）
A. 摩擦力方向向下，大小等于重力
B. 摩擦力方向向下，小于重力
C. 摩擦力方向向上，大小等于重力
D. 摩擦力方向向上，大于重力
对这道题学生的答案不太统一，有一些会选A，主要是摩擦力的方向弄不清楚，还有一些会选D，弄对了方向又忽视了大小。其实这道题的关键词是“匀速”和“爬杆”两个，看似匀速运动，实则受的是静摩擦力，因为在爬杆过程中小刚的手相对于杆是静止的，没有发生滑动，所以这里的摩擦力是静摩擦，又是一个平衡状态，必须是二力平衡，那么在竖直方向上只有摩擦力和重力平衡，所以摩擦力的方向只能向上，在这里它是动力，正是这个向上的摩擦力才使小刚能爬上去。试想如果杆和手都特别光滑，没有这个摩擦力，还能爬上去吗？这个道理与人走路时受到的摩擦力向前一样。还有手握瓶子静止时受到的摩擦力方向也是向上的，这些可以给学生归类，包括上面的例1也是静摩擦力。静摩擦力的大小和方向要结合物体的平衡状态，用二力平衡的知识去判断。
二、对惯性大小的理解及惯性定律（牛顿第一定律）的应用。 解决方法：深刻讲授，对科学概念给学生以全面的理解。
例3.关于惯性下列说法正确的是：
A. 速度越大，惯性越大
B. 高速飞行的子弹具有惯性，穿入木头静止后惯性消失
C. 行驶的公交车紧急刹车时，乘客会向前倾，是由于受到惯性力的作用
D. 百米赛跑运动员到达终点不能马上停下来，是由于运动员具有惯性
此题不少同学会选A，对惯性的大小只与质量有关，学生往往难以理解，学生总觉着应该与速度有关，速度越大惯性越大，他们有生活经验做理由，如汽车的速度越大，刹车距离越长，百米赛跑速度越大，到终点时越难停下来等等，这样的例子很多，好像都在说明速度越大，惯性越大。这时学生的前概念起了很大的作用，与科学概念发生了强烈的冲突。问题的关键是学生没有理解惯性的概念，惯性不是力，也不是作用，惯性是一种性质，是物体保持匀速直线运动和静止状态的性质，或者说惯性的大小表示了物体运动状态改变的难易程度，质量越大的物体的运动状态越难改变，质量越小越容易改变，比如小汽车比载重大卡车要灵活，空中战斗机都做的比较小而轻，就是为了减小质量，作战时能灵活运动，更容易改变速度和方向。而上面提到的汽车的速度越大，代表动能越大，物体要停下来即动能减小到零，克服阻力所做的功就越多，所以刹车距离就长。这些要给学生解释清楚，才能消除他们的前概念，建立起科学概念。 例4.抛向空中的物体，在空中飞行时画出它所受到的力（不计空气阻力）。
很多学生会画出两个力，一个重力，一个向前的推力。很明显，学生脑子里有这种想法：“物体向前运动就必须受到向前的力”。这时老师可以问学生，“有力就必须有施力物体，如果受到向前的推力，那么这个推力的施力物体是谁呢？”这时学生会哑口无言，错误不攻自破。学生之所以犯这样的错误，是没理解物体的运动不需要力来维持，物体离开手后能继续向前飞行，是因为物体具有惯性，也就是牛顿第一定律的内容。力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因。
三、对光的传播方向及人看见物体的原理的理解错误。
解决方法：多媒体动画演示或实验演示。
中学生的抽象思维在很大程度上属经验型，需要感性经验支持。因此教学中应了解学生的实际，可通过实物或多媒体演示消除错误概念。
例5.如图，CD为竖直挂在墙上的平面镜，A同学通过平面镜看到了B同學，在这一现象中光的反射角是（ ）
A、∠1 B、∠2
C、∠3 D、∠4
做这类题的时候，学生往往会把光的传播方向弄错，A看到B，是因为B的光线（一般是反射光，若B是光源则是B直接发出的光）进入A的眼睛，所以∠2是入射角，∠3是反射角，而学生则认为是A的眼睛发出光线，射到B上就看见了B，把∠3当成了入射角，∠2当成反射角。学生总认为看到物体是眼睛发出的光射到物体上，射到谁就看到谁了，眼睛成了发射器，这是很可笑的一种认识，老师在教学中一定要注意纠正这种错误，要画出具体的光路图给学生分析。
例6. 从岸边看水中的鱼，看到“鱼”的位置与实际位置不同。下列模型能解释此现象的是（ ）
看水里的鱼会变浅，原因是鱼身上的光从水里射向空气时发生折射引起的，人在岸上逆着折射光线看过去，就看到一个变浅的鱼的虚像，所以选D。学生还是会认为光线是从人的眼睛发出，在从空气进入水里时发生折射，这一点一定要给学生强调清楚，看到鱼是鱼身上的光进入人的眼睛。除了画光路图分析，也可以用多媒体动画模拟光线的传播，放映给学生看，增加学生的感性认识。
四、不能结合公式正确的分析物理量之间的关系及其影响因素。
解决方法：强调公式的记忆和理解，学会用公式分析问题。
例7.一物体在3牛顿的水平拉力下匀速运动，此时摩擦力大小为多少牛顿？若拉力增大为5牛顿，物体受的摩擦力为多少牛顿？ 此题第一问一般没什么问题，学生知道用二力平衡的知识去解答，匀速运动，摩擦力等于拉力等于3牛顿。第二问就出现问题了，受定势思维的影响，学生认为摩擦力就等于拉力，所以应该等于5牛顿。其时这道题答错的本质，是学生没有认清楚滑动摩擦力的大小与什么因素有关，根据f=μN，滑动摩擦力的大小只与压力大小和接触面的粗糙程度有关，当这两个因素一定时，滑动摩擦力的大小也就确定了，不随拉力的大小而改变，也不随运动状态改变。学生因为受测滑动摩擦力大小的实验的影响，总认为摩擦力就等于拉力，而忽视了这个结论的前提条件是匀速运动。此题中当拉力由3牛顿变为5牛顿时，摩擦力没变，改变的是物体的运动状态，原来是匀速运动，现在受力不平衡了，拉力大于摩擦力，物体将做加速运动。
例8.一物体A受一水平向右的力F沿光滑的水平面运动了一段距离S，另一物体B受同样大小的力沿粗糙的斜面向上运动了同样一段距离。则比较力对两物体做的功：（ ）
A. 力对物体A做的功多 B. 力对物体B做的功多
C. 力对物体A和B做的功一样多 D. 无法比较
此题学生易选B项，学生总认为粗糙的接触面比光滑的做功要多，而没把握功的本质，根据W=FS，功的大小只与力和距离有关，与接触面的粗糙程度和运动状态无关。此题中两物体所受的力和移动的距离都相等，功当然相等。
五、受公式影响不能把握某些物理量的本质。
解决方法：概念重释、比较鉴别。
这一点与上面的第四点不同，上面是公式决定了物理量的大小。但物理学中还有一些物理量的大小是不受公式中的量影响的，学生往往受以上第四种情况思维定势的影响，对这些量的学习产生负迁移，如密度公式ρ=m/v，并不能表示密度与质量成正比，与体积成反比，密度是物质的一种属性，只与物质的种类、状态有关，此公式只是密度的计算式而已，不代表密度的本质和影响因素。类似的还有电阻的计算公式R=U/I，也不代表电阻与电压成正比，与电流成反比，电阻是导体的一种性质，只与导体的材料、长度、横截面积和温度有关。学生在学习这些概念和公式时，要把握本质，教师要注意区分总结。
总之对“前概念”的解决策略，归纳起来主要有：（1）通过师生对话显示出学生的前概念，学生的前概念具有很强的隐蔽性，一般不会清晰地呈现在他们的脑海里。因此教师可采用课堂提问、作业、课外辅导等方式，通过谈话问答去发现学生大脑中的前概念；（2）创设各种问题情景引发学生的认知冲突；（3）以实验验证、概念重释、比较鉴别等方式纠正前概念中的错误成分；（4）深刻讲授，特别是对于科学概念的教学要给学生以全面的理解，并不断的巩固，加深印象。
教师只有充分了解学生已有的前概念，尤其是与新概念有密切关系的前概念，才能使教学有的放矢，让教学策略更有针对性和有效性，提高教学效率。
参考文献：
[1]D.K.Naehtigal（德国多特蒙德大学物理系），规范与前概念及，物理通报，1997，5～6
[2]乔际平，《物理学习心理学》，高等教育出版社，1991.8
[3]张淑俊，中学物理前概念及教学策略研究
[4]郭晓成，怎样消除前概念对物理教学的不利影响，甘肃教育，2008.3
[5]刘波，利用物理实验教学克服前概念的不利影响，学苑教育，2010.1