学生在系统学习科学知识之前所具有的想法被人们称之为“前概念”。有些前概念与科学概念有相通之处, 更多的则是与科学的概念相悖。因此, 前概念又常常被称为“错误概念”。这些错误概念根深蒂固, 对物理概念的正确形成极为不利, 是物理教学低效率的重要原因。
1 物理前概念的特征
1.1 广泛性
我们的学生, 不管在初中阶段还是高中阶段, 甚至有很多大学理科生中, 都有前概念广泛存在于头脑中。并且学生在学习物理之前已有了十多年的生活经验, 接触了许多物理现象, 头脑中自发形成的前概念所涉及的范围相当广泛。当然, 这种广泛性是相对的, 他们对感性的、日常生活经常接触到的事物形成了较多的前概念, 而对那些比较抽象的物理知识, 则很少有前概念。如学生对力学、热学和几何光学均有着较多的前概念, 而对电学则很少有前概念。
1.2 自发性
学生大脑中的前概念, 缘起于学生长期、大量的对日常生活的观察与感知, 这些经验在其大脑中逐渐深化发展, 经过感觉、知觉、表象阶段最终形成概念。学生在其大脑里构建前概念时, 完全是自发性的, 凭自己的感性经验进行构建。
1.3 顽固性
前概念是学生长期经验的积累结果, 在学生头脑中印象深刻, 可谓根深蒂固。用传统的教学方法给予更正, 这些概念显得顽固不化。一些研究表明, 一旦学生对某些物理现象形成了前概念, 要想加以转变是相当困难的。
1.4 隐蔽性
由于学生大脑中的前概念是潜移默化形成的, 平时并不表现出来。然而在物理教学中讲授科学的物理概念时, 学生马上就会联想到他们头脑中的前概念。当让学生用物理概念去解释问题时, 前概念就会马上表现出来。
2 转变物理前概念的教学策略
在教学过程中, 教师如果草率地用所谓的正确的观点去覆盖学生原有的想法, 那么其教学效果就可想而知了。科学的教学过程应该是正确观点和错误观点发生交互作用, 根据两者的优势及局限性进行相互协调的过程。
2.1 全面了解学生的前概念
物理教师在讲授有关物理内容之前, 应通过一定的方式了解学生的前概念, 如教师可创设一定的情景, 小组讨论, 问卷调查, 提问, 试题测试等方式让学生的前概念呈现出来。例如提问学生40W和60W灯泡串联在220伏的照明电路中, 谁更亮?学生最容易根据自己的感觉认为60W的比40W的灯泡更亮。
2.2 体验认知冲突
在教学中可以利用物理实验的直观性引起学生的认知冲突从而加深学生对物理概念的理解。物理实验能为物理概念的建立提供科学的感性认识, 如人们在生活中普遍认为“重物体比轻物体下落得快”, 针对这一点可以用一张信纸和一铁锁从同一高度同时下落, 结果毫无疑问;但当教师把信纸紧紧地揉成一团, 并让它和锁再次从同一高度同时下落, 大家会发现结果并不是预期的那样, 它们几乎同时落地。利用实验现象引起的这一认知冲突否定了头脑中的前概念“重物体一定比轻物体下落快”。
此外, 利用数学方法引起的认知冲突同样可以消除错误前概念的影响。比如加速度概念, 它是初学物理的人感到最难的概念之一。从公式a=vt-v0/t可知, 加速度是速度矢量变化与发生这一变化所用时间的比值。vt和v0表示速度, vt-v0是速度变化量, 它与时间的比值表示速度的变化率, 故加速度是表示速度变化快慢的物理量。有了这些数学知识, 就能使学生转变原先的错误概念, 建立正确的科学概念。
2.3 利用变式和典型例证
布鲁纳认为, 学生在其中经历某件事情越是多样, 就越有可能把该事情与其他事件联系起来。变式可提供大量包含某一物理概念的不同事例, 包括正面的和反面的例子, 如压力、拉力、支持力等都是“弹力”这个概念的肯定例证, 重力、摩擦力是“弹力”的否定例证。悬挂在竖直平面内的小球在摆角很小的情况下的运动是简谐振动的肯定例证, 地面上做上下运动的小球是简谐振动的否定例证。变式往往具有物理概念的相同本质但具有不同形式, 通过对物理概念的足够数量的不同变式的彻底练习, 使学生能形成正确的概括, 有助于转变错误的前概念和科学概念的掌握及知识的迁移。
2.4 开展合作学习
大多数科学教育工作者的实验研究表明:同辈间的合作学习优于个体单独学习。在合作学习中, 学生间, 师生间的口头交流是教学枢纽, 可使学生大脑中的思考和推理过程外观化, 同时可以帮助教师考查学生所掌握的概念与物理科学概念之间的差距, 使学生对概念的认知水平在学生讨论及教师对概念的讲解中不断提高, 其错误的物理概念也会渐渐变成科学的物理概念。
学生与学生之间通过合作、交流与讨论, 使他们超越自己原来狭隘的认识, 了解彼此的见解。而且, 在合作学习中, 每个学生都是积极的参与者, 在自由平等、相互信任的气氛中最适宜表达各种荒诞的观念, 这些荒诞的观念有些是自相矛盾的, 在激烈的争论和积极的思考中, 常常会促使他们认识到自己原有认识的片面性和不合理之处并萌发一些新的猜想, 这些猜想往往已经走进真理的边缘。
前概念的广泛性和顽固性提醒我们不要期望通过粉笔和简单的说教就可以使学生把前概念转变成科学概念, 也不要抱有经过一两次纠正就可以使前概念销声匿迹的幻想。前概念向科学物理概念的转变是思维结构的转变, 是在学生头脑中引发的一场革命, 需要改变原有的认知结构, 建立新的认知结构, 需要克服旧模式的惯性, 因而是一个充满艰辛的过程。
摘要：物理前概念是学生在学习科学物理概念之前对周围世界的一些看法和观点。物理前概念广泛存在而且根深蒂固, 并对物理学习有着不可低估的影响。本文论述了物理前概念的特征, 阐述了在物理教学中如何转变学生的错误前概念, 使学生有效地掌握科学物理概念的教学策略。
关键词：物理前概念,特征,教学策略
参考文献
[1] 母小勇, 张莉华.一个科学概念形成过程的初步实验研究[J].心理科学, 2000, 23 (5) :12～13.
[2] 乔际平, 刑红军.物理教育心理学[M].广西:广西教育出版社, 2002, 3.
[3] 刘文广.河南教育[J].前概念的特征及物理教学策, 1997 (7) .
[4] 阎金铎, 查有良, 等.物理教学论[M].南宁:广西教育社, 1998.