前概念及其向科學概念的轉變

1、 /9前概念及其向科學概念的轉變學生在學習物理之前，其頭腦并不是一張白紙，教師可以在上面任意的涂畫。他們在長期的生活實踐中，逐漸形成了對各種事物的看法，并養(yǎng)成了他們獨有的思維方式，用以來理解和解釋日常生活中的各種現(xiàn)象，此時，他們對物理學的內容已形成了初步的印象輪廓。通常，人們便把這種學生在接受教師講授系統(tǒng)知識之前，頭腦中已經形成的對于該知識領域中的客觀事物的概念、規(guī)律、思維方法、邏輯素質等的總和稱為前科學概念，簡稱前概念，又可稱作先有觀念或先驗觀念，而把圍繞前概念建立起來的特有的一種結構稱為相異構想或不同的概念框架。通常，中學生的前概念主要來源于以下幾個方面:（）來源于實踐。如：冬天摸戶外的鐵

2、塊和木塊，感到鐵塊冷些，就認為鐵塊的溫度比木塊低。（）來來源于其它學科的干擾。如：勻速直線運動的速度，它具有數學的比例形式，就認為速度與位移成正比，與所用的時間成反比。（）來來源于直覺認識。如：由有力拉車，車就動；不拉車，車就不動。這一簡單的實驗現(xiàn)象，就認為物體的運動必須有力的作用。前概念在形成的過程中，一般沒有經過認真的思維加工，也沒有分析自然現(xiàn)象在發(fā)生過程中的主要因素和次要因素，只是根據個體觀察的結果對自然現(xiàn)象從表面上所做的概括和總結。所以說，前概念一般比較含糊，沒有明確的表述形式，只是人們頭腦中的一種觀念。教師在了解了前概念的形成、來源、特征、分類以及它對物理學習的影響之后，幫助學生把他

3、們頭腦中的前概念轉化為科學的物理概念便成了教學的重點和關鍵。幫助學生把前概念轉化為科學的物理概念，關鍵是要設法給學生一個巨大的震顫，以動搖頑固信念的基礎。綜觀物理學發(fā)展的歷史，歷次重大觀念變革到來之前，都要經歷一系列的災難或危機的劇烈沖擊。而在這些危機之前，人們也并非未遇到不和諧的跡象，但這些小小的不和諧并未引起人們足夠的注意，只有當這些矛盾日益突出，發(fā)展成災難、危機，再也無法回避時，人們才不得不走出他們建造的象牙之塔，以批判的態(tài)度重新審定他們曾堅信是完美無缺的塔的根基，只有這時，才有可能發(fā)現(xiàn)問題，從而導致觀念的革命性變革。學生學習物理也有類似的情況，要使學生放棄他們曾深信不疑的觀念，將是一個

4、困難的過程，有時甚至會出現(xiàn)反復。教師可以采用如下的步驟、方法來實現(xiàn)前概念向科學的物理概念的轉變：第一步，誘導學生暴露其原有的認知結構。創(chuàng)造良好的教學氣氛是使學生暴露前概念的前提條件。教師方面的精細直覺和學生對教師的信任也是十分重要的。情緒狀態(tài)、感情壓力、成功的喜悅和學習的自信心，所有這些情感方面的問題影響著物理教育的成功與失敗。要使學生的前概念轉變成科學的物理概念，情感因素起著極端重要的作用。只有在學生充分信任教師，并相信即使講錯也不會招來學生的恥笑，只有在這種融洽的教學氣候下，學生才會毫不保留地將自己的前概念全盤托出。使學生暴露前概念的方法很多，如：、談話法要想發(fā)現(xiàn)學生的前概念或了解他們已有

5、的觀念，最好的辦法是進行個別訪談。教師在訪談中應以個人化的方式向學生提出問題。提出的問題既不要太難，也不要過于簡單，注意在易于回答的問題與較難回答的問題之間保持平衡。提問的重點是讓學生顯示出他們對科學知識的理解程度。教師通過個別訪談可以了解學生在學習之前的前概念，有利于確定教學的起點和重點。不過，用這種方法來了解學生的前概念需要占用大量的時間。、預測一一實驗一一解釋法首先，教師對學生頭腦中可能存在的前概念進行預測，可以根據教師對自己學習的回憶或參照物理學史，但最重要的是靠教學中學生的反饋信息和教學經驗進行設計。然后，教師根據預測，有針對性地巧設實驗，誘導學生通過對實驗現(xiàn)象或結果的觀察，說出自己

6、對這一現(xiàn)象或結果的解釋，從而得到學生頭腦中的前概念。著名的教育心理學家納斯鮑姆和諾維克曾做過這樣一個實驗：其內容是有關氣體理論的問題。為了觀察學生的反應，實驗人員給學生呈現(xiàn)一個燒瓶和一個真空抽氣筒，并告訴學生：燒瓶中的氣體已用真空抽氣筒抽出一部分，然后讓學生想象：假定給他們一面魔鏡，通過它能夠看清楚燒瓶中剩余的氣體；接著讓學生在黑板上畫出一幅有關燒瓶中剩余氣體的圖形；畫完圖以后；再讓學生描述一番并作出解釋。這種課堂活動能使學生對他們的前概念做出言語的和圖形的解釋。不同學生對燒瓶中剩余氣體之狀態(tài)的描述甲同學解釋道：地球上的任何物體都會受到重力的作用，空氣分子也不例外，所以燒瓶中的剩余氣體在重力的

7、作用下應沉于瓶底。乙同學的解釋很簡單：空氣很輕，故應上浮于瓶口。這倒與古希臘哲學家亞里斯多德的觀點一致。亞里斯多德認為任何物質都是由氣、水、土、火四種元素組成，所以物體有它們的自然位置。氣和火因為輕而上浮，浮于天空；水和土因為重而下沉，沉于地面。丙同學認為：氣體分子存在著相互作用的引力，故氣體各分子由于受到其它分子吸引力的作用應集中于燒瓶的中央。丁同學則認為：氣體沒有固定的形狀，它可以流動，故剩余氣體應充滿整個燒瓶。結果顯示，學生對氣體本質所持有的觀念是不同的。在教學的這一階段，教師的任務是讓學生清晰、準確地表達他們的思想。教師要鼓勵學生對其他同學的觀點不抱偏見，不僅應對師生之間的思想交流有內

8、在的興趣，還應把這種活動當做弄清學生前概念的一種重要的手段。這里，教師應注意延遲評價，即，待所有學生的觀點都充分暴露后，再提出矛盾，以免暴露不完全，解決不徹底。第二步，適時暴露前概念的不合理性。組織討論，甚至爭論，在適當的時候提出矛盾，暴露前概念的不合理性，給予其原有錯誤的理論沉重的一擊，從而使學生自愿放棄原有的觀點。學生頭腦中的前概念是極其頑固的，使其轉變?yōu)榭茖W的物理概念絕非易事。只有當學生意識到：對于遇到的新的問題，原有的認知結構無法解釋，無力解決；過去認為很重要的某些經驗，現(xiàn)在看來，在解釋某些現(xiàn)象時，已不是必要的了，或者說，原來的認知結構并不是某些現(xiàn)象的最終原因，可能有更根本、深刻的概念

9、來取代之；發(fā)現(xiàn)原來的認知結構在某些方面違背了常理或已公認的原理；從原有認知結構推出的結論是荒謬的，無法接受；原認知結構與其它有關領域的知識相沖突，這時，學生便會自愿的放棄原有的錯誤觀念，而渴望找到一種能夠有力地解釋這一物理現(xiàn)象的正確的認知結構。對于錯誤前概念的揭示可采用類比、實驗等方法：、類比法根據建構主義的觀點，個體即將獲得的新知識與原有知識間的相似性非常重要。類比是促進學生在已有概念知識的基礎上建構新知識的有效工具。教學中，教師往往要對一些無法直接觀察到的事物做出解釋，這時，把要學習的新觀念與學生先前所熟悉的觀念或事物進行類比，可促進學生對新觀念的理解。例如：在學習光的折射時，學生往往會出

10、現(xiàn)這樣的前概念：光在任何介質中運動的速度都是。這時，教師可利用類比法對這一錯誤認識進行批駁：光線從光疏介質進入光密介質的情況與小車由光滑的平面進入毯子相類似。學生通過前述的學習容易得出小車的速度將減小，于是對光速不變產生了懷疑。、實驗法科學實驗對自然科學的發(fā)展具有十分重要的作用。通過實驗，不僅能發(fā)現(xiàn)事物運動的規(guī)律，建立科學的理論，還能驗證某些假說，糾正人們心目中的一些錯誤觀念。中學生的抽象思維在很大程度上屬于經驗型，需要感性經驗支持。所以，用實驗法來引發(fā)學生放棄舊的錯誤前概念，會起到事半功倍的良好效果。例如：在自由落體運動的教學中，學生往往有重物下落得快的錯誤前概念，此時，教師可用下面的實驗來

11、揭示這一錯誤認識：取兩張同樣的紙片，把其中的一個團成紙團。實驗前，可讓學生設想：它們誰下落得快。學生認為物體下落的速度同它們的重量成正比，物體越重下落得越快，那么同樣重量的紙片與紙團將同時落地。這時教師不要加以評論，開始實驗。通過對實驗現(xiàn)象的觀察，學生發(fā)現(xiàn)，實驗的結果與他們的設想恰恰相反。于是，他們對于重物下落得快的信念便開始動搖了。第三步，引導學生接受（或嘗試建立）新的認知結構。只有當學生認為新的認知結構具備以下優(yōu)越性時，他們才愿意接受。、能夠成功地解釋舊的認知結構無法解釋的現(xiàn)象或問題。、新認知結構比舊認知結構包括了更本質的內容。、新認知結構及其推論是合理的，可以接受的。、新認知結構與原有認知結構中的其它知識沒有沖突。當學生對自己原有的錯誤認知結構產生懷疑時，教師應乘勝追擊，引導學生進行科學地分析、推理、因勢利導，解除疑惑，從而實現(xiàn)把錯誤前概念向科學物理概念的徹底轉變。學生頭腦中的前概念不是先天固有的，也不是學生憑空臆造的，而是客觀事實在學生頭腦中粗略的、經常是非本質的反映。因此，在教學中教師不能埋怨、責怪學生，對前概念不能回避，也不能簡單地采取消滅的手法，而應放在桌面上進行討論。教師的任務，旨在縮短學生在認識世界的過程，而不是跨越這一歷程；旨在改造舊的認知結構為新的認知結構，而不是簡單的棄舊立新。由于學生前概念的頑固性，我們不能期望通過粉筆和說教的簡單