物理概念轉變初探

王英

（潞安職業技術學院 山西 長治 046204）

物理概念轉變初探

王英

（潞安職業技術學院 山西 長治 046204）

分析了物理概念轉變的涵義和模型，討論了學生物理相異構想的來源，并提出了進行概念轉變的具體教學策略。

物理；概念轉變；物理相異構想；教學策略

物理概念是整個物理知識體系的基石和支撐點，建構科學的物理概念對物理學習非常重要。筆者在高職物理教學中發現，很多學生對物理概念的理解通常是片面的、錯誤的。所以在物理教學中，要使學生正確掌握概念，需要教師指導學生進行物理概念的轉變。

概念轉變的涵義

建構主義學習理論認為，學習過程是學習者建構自己的知識經驗的過程，而建構在于學習者通過新舊經驗的相互作用發展自己的知識經驗。在新舊經驗相互作用的過程中存在著兩種相反的運動：同化和順應。學生用自己頭腦中的認知結構與新知識發生聯系，建構新知識，如果建構成功，學生就理解了知識，然后將其納入認知結構中的適當部位，這個過程稱為同化；如果原認知結構與新知識差別太大或發生矛盾，則主體必須先對原認知結構進行修改或重建新的結構，依靠修改（或重建）后的認知結構組織新知識，這個過程稱為順應。通過不斷地同化和順應，主體不斷地吸收新知識，改造、組織舊經驗，發展認知結構。以往的認知學派理論主要從同化的方面解釋學習，如奧蘇伯爾的“有意義的學習”就是主要從同化的角度揭示了有意義學習的條件，而他卻輕視了學習的另一側面，即原有經驗因為新經驗而發生的順應。從建構的角度看，學習不僅要運用原有的知識經驗中與新知識一致的部分，作為同化新知識的固定點，而且需要同時看到學習者頭腦中與新知識不一致、甚至相互沖突的經驗，使學生通過分析、比較、綜合等思維活動，對新舊經驗做出必要的調整和改造，從而獲得新知識的意義。學習不僅僅是新的知識經驗的獲得，同時也意味著對原有知識經驗的改造。當認識和理解事物需要將新知識與已有的知識聯系起來時，原有知識——認知框架的一部分——必須改變，這就是圖爾明（Toulmin，1972）提出的“概念轉變問題”，對概念轉變的研究是從順應的側面研究知識建構的過程，揭示學生產生錯誤概念的原因及其轉變規律。

學生在學習科學之前，頭腦中已經存在了一些來自生活經驗的對科學的直覺認識，其中有些與科學理解基本一致，但有些與科學概念相違背，這就是錯誤概念或者相異概念。概念轉變指個體原有的某種知識經驗由于受到與此不一致的新知識的影響而發生的重大轉變。對概念轉變的研究始于20世紀70年代，到80年代研究成果開始涌現。這是波斯納 （George J. Posner）等人在1982年提出的 “概念轉變模型”（conceptual change model），大大推動了概念轉變的研究。

概念轉變模型

波斯納（Posner）等人提出的“概念轉變模型”理論認為，個體原有的概念要發生轉變需要滿足四個條件：（1）對原有概念的不滿意。學生往往不愿放棄他們原有的概念，除非有充足的理由對它產生疑問。只有當學生感到自己原有的概念失去了作用，不能解釋新的事件或者不能解決當前遇到的問題，產生認知沖突時，才可能放棄原有概念。（2）新概念的可理解性。學習者必須懂得新概念的真正涵義，而不僅僅是字面上的理解，需要把各部分聯系起來，建立整體一致的表征。（3）新概念的合理性。新概念能夠被采納，至少要能夠解釋原有概念產生的問題，否則將體現不出它的合理性。只有當新概念與個體所接受的其他概念、信念相互一致時，個體才能看到新概念的合理性。學生看到了新概念的合理性，就意味著相信新概念是真實的。（4）新概念的有效性。學生應看到新概念對自己的價值，能解決通過其他途徑難以解決的問題，并且能向個體展示出新的可能和方面，具有啟發意義。有效性意味著個體將其看作是解釋某問題的更好的途徑。

新概念的可理解性、合理性和有效性這三個條件的程度被稱為概念的狀態，概念轉變模型就是提高或者降低概念狀態的模型。當面對新的概念時，如果學習者能發現新概念是可理解的（本身有意義），合理的（與原有概念沒有矛盾），并且是有效的，這樣其狀態就會升高，就可能與學習者頭腦中已有的概念發生聯系，從而納入學生已有的概念體系中；如果新概念對學習者而言是可理解的，但是與學習者已有的相關概念存在矛盾，則對學習者就是不合理的，因為兩個相沖突的概念對于同一個學習者不可能同時具有合理性，這時已有的概念會阻礙新概念的接受。為了使新概念被學習者完全接受，在新概念的狀態被提高之前，起阻礙作用的原有概念的狀態必須降低，即學習者要對原有相關概念的合理性、有效性產生不滿，這時概念轉變才有可能發生。由此可見，概念轉變的四個條件是逐級上升的，對已有概念產生不滿是發生概念轉變的基本前提。實踐證明，上述概念轉變模型能有效地幫助學生改變自己的錯誤概念，進而接受科學概念。

物理相異構想的來源

生活經驗 學生在日常生活中獲得了大量物理方面的感性知識，其中很多知識就是學生相異構想的來源。如對于物體運動現象的觀察使學生獲得了大量的感覺印象，他們看到：（1）用力踢足球，用的力越大，球飛得越遠；（2）汽車在公路上行駛時，速度越大，剎車距離越遠，因此許多學生認為力越大，速度越大，物體的慣性就越大，從而形成了物理方面的相異構想。

日常語言 日常語言是學生相異構想的另一個主要來源。例如平常講鐵比木頭重，其實這個“重”不是質量重，而是密度大；平常講這杯水比那杯水熱，這個“熱”也不是熱量的意思，而是指這杯水的溫度比那杯水的溫度高。結果使得學生常常把密度與質量混為一談，把熱量與溫度混為一談。這樣就使學生形成了錯誤的物理前科學概念。

語詞的曲解 概念是用一定的語詞記載和標志的，借助語詞可以對感性材料進行抽象與概括，揭露事物的本質屬性和共同特征。物理教學中的概念通過語詞說明和定義，不僅可使直觀材料的特征更鮮明、更突出，還可以彌補直觀材料的不足，揭示事物之間的內部聯系。但實踐告訴我們，學生常用在生活中形成的對語詞的理解解釋物理概念，并由此產生對物理概念的相異構想。例如，“加”就是總體上數量在變大，因而認為“加速度”就是描述“物體速度增加的大小”；在勻速直線運動中，“勻速”指的就是“速度保持不變”，因而對勻速圓周運動中的“勻速”也理解為“速度保持不變”，等等。

知識的負遷移 數學是學習和研究物理學的重要工具，能否恰當地運用數學工具解決物理問題，也是衡量學生能力高低的重要方面。但物理學不同于數學，物理學更重要的是物理事實、物理本質和物理關系。由于學生在思考物理問題時常常具有“數學慣性”，即以數學關系理解物理概念，例如，對牛頓第二定律的表達式a=F/m，學生會認為a∝l/m，a∝F忽視了F、m、a三者之間相互不能割裂的物理關系；對庫侖定律F=kq1q2/r2，會認為r→0時，F→∞，忽視了物理事實。

教學 教學過程是學生相異構想的一個很重要的來源，主要有以下兩個方面。首先是教師本人，教師擁有大量頑固的自然學科領域中的相異構想應該不是特別令人驚奇，在這種情況下，即便是刻意隱藏自己的相異構想也往往會因為一時的不經意而“暴露”在學生面前，學生會一點不漏地記下來并轉化為自己的相異構想。其次就是教師的教學方法不當，也會使學生形成錯誤概念。

物理概念轉變的教學策略

進行教學前測，全面了解學生的原認知結構 學生頭腦中的物理相異構想是在潛移默化中形成的，具有隱蔽性，平時一般不會清晰地呈現在腦海里。因此，教師在教授新知識之前，應采用小組討論、提問、問卷調查、診斷性測試等方式了解學生的原認知結構，這樣對教師的“教”和學生的“學”都有重要意義。在講授新概念之前，教師只有充分了解學生已有的認知情況，尤其是對與新概念有密切關系的已有概念和原理的認識，才能選擇有效的教學策略和方法進行有的放矢的教學。對“學”的意義在于，通過教學前測或提問，能激活學生的物理前概念，使其從隱蔽狀態下呈現出來，這樣就為學生重新建構知識提供了基礎框架，學生可以根據自己原有的認知結構進行同化和順應，獲得新概念，避免在大腦一片空白的情況下進行無意義的接受學習。

設置認知沖突，改造學生的原認知結構 教師可利用物理實驗、制造知識“陷阱”等方式創設一定的情境，使學生錯誤的前概念與一些物理現象和事實產生沖突，從而消除學生錯誤的前概念，建構科學的概念。在物理教學中，轉變學生的前概念就是要改造和重組學生原有的認知結構，根據建構主義的觀點，學生認知結構的改造重組過程就是對認知進行同化與順應的過程。如在“自由落體”的教學中，學生認為“重的物體比輕的物體下落得快”，這一生活經驗使他們產生了錯誤的前概念。對此，教師可拿兩張同樣大小的白紙，把其中一張揉成團，使它們處于同一高度，然后問學生：哪張紙先落地？學生回答：同時落地。這時教師使兩張紙同時下落，并讓學生觀察，結果與學生的前概念發生了沖突，教師進一步講解，由于紙團受到的空氣阻力小，所以比另一張紙下落快。但僅此說明還不夠，更重要的是做好演示實驗：以牛頓管為例，使學生認識到不同的物體從同一高度自由落下時速度幾乎相同的事實，然后對自由落體運動加以分析、研究，使學生輕松地拋棄原來的不正確前概念，建立起“在不考慮阻力時，物體下落速度相同”的正確結論（科學概念）。

講清物理概念，區別相似概念，發展學生的認知結構 在教學過程中，要讓學生明確物理概念的內涵，了解物理概念的外延，引導學生分清物理量的量度式和決定條件，了解物理概念與相關概念的區別和聯系，這是掌握物理概念的關鍵。如電場強度，不能簡單地說與力成正比，與電荷量成反比，因為這是由電場本身決定的。再如庫侖定律F=kq1q2/r2，不能簡單地進行數學推理，認為r→0時，F→∞，因為庫侖定律只適用于點電荷。對于相似的概念要及時加以區別，可以采取列表的方法分別比較其異同，也可以利用其相似性進行類比教學，降低學習難度。如講電勢能時可類比重力勢能講解，講電場力做功時可類比重力做功講解等等。總之，在形成物理概念時，教師要注意變式的應用，從而保證學生對概念具有正確、完整的理解。

[1]稱琦，劉儒德.當代教育心理學[M].北京：北京師范大學出版社，1997.

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[3]張慶林，楊春燕.假設檢驗思維策略的發展研究[J].心理科學，1998，21（1）：23-25.

[4]馮偉.從建構主義視角研究物理前概念的轉變策略[J].教學研究，2006，（8）.

王英（1974—），女，山西沁水人，碩士，潞安職業技術學院講師，研究方向為物理教學。

（本文責任編輯：王恒）

□有話職說

讀書不知味，不如束高閣；蠢魚爾何如，終日食糟粕。

——袁牧

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1672-5727（2010）04-0102-02