高中物理概念轉變教學策略的探索與實踐

摘要：基于對概念轉變的理論學習與研究，探索當前新課程理念下的中學物理概念轉變教學模式是有現實意義與實踐價值的。本文分析了高中物理教學中開展概念轉變教學研究的必要性，闡述了概念轉變的涵義、理論依據與策略、建構概念轉變教學模式的結構模型、并以具體實驗案例為實踐經驗；反思了概念轉變教學策略實踐中對師生的要求，以及對概念轉變的結果的檢驗與評價等問題。

關鍵詞：概念轉變；教學策略；物理教學；實踐探索

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2011)4(S)-0065-4

物理概念學習和教學是物理教育研究的重要內容。概念轉變研究作為一種新的概念學習和教學策略模型，自于20世紀的70年代至80年代開始出現各種研究成果， 1982年由康奈爾大學的Posner等人提出的概念轉變模型為這個領域的研究奠定了基礎。自此，各種研究成果大量涌現，“概念轉變”研究成為科學學習領域和物理教育研究領域關注的熱點。然而對物理概念轉變研究相關文獻的分析結果表明，物理概念轉變研究雖引起了我國學者的廣泛關注，近年來也出現了大量的有關物理概念轉變研究的系統介紹和實踐報告， 但由基礎教育教師主動學習與開展的物理概念轉變研究為數甚少。其主要原因是基礎教育教師缺少時間、缺乏相應的理論與研究方法的支撐。［1］ 因此，探索當前新課程理念下的中學物理概念轉變教學模式是有現實意義與實踐價值的。本文在分析高中物理教學中開展概念轉變教學研究的必要性基礎上，闡述在高中物理教學中實施概念轉變教學研究的實踐經驗和點滴思考。

1 高中物理概念轉變教學研究的必要性

以下三維目標的需要，即高中物理教師的專業發展需要、新課程教學模式的創新需要和概念轉變理論成果推廣與實踐需要，決定了高中物理概念轉變教學研究的必要性。

1.1 高中物理教師的專業發展需要

隨著課程改革的逐步推進與教師專業化進程的不斷加快，諸如“教師即研究者”、“教師即行動研究者”、“教師應成為反思型實踐者”、“教師應成長為專家型、研究型教師”等命題已成為教育領域人們普遍接受的觀點。成長為研究型教師，是課程改革與教師專業化向縱深發展對教師的必然要求。［2］中學教師善于通過觀察而注意到他所面對的全體學生，幫助學生利用自己的學習經驗在學習過程中獲得意義和理解，也即是把自己的教學方法與學生的個別學習需要相協調，但中學教師往往在若干時期后出現專業發展的瓶頸期，許多教師意欲提高自身素質而又不得法。［3］其中缺乏理論指導是諸多主要原因之一，因而高中物理教師開展學科研究課題，有利于滿足高中物理教師順應課程改革與謀求專業發展的需要，解決高中物理教師在教學實踐過程中理論與研究方法支撐不足的現實問題。

1.2 新課程教學模式的創新需要

物理概念是物理學的基石，是物理定律、原理、公式等基本規律的基礎。掌握好物理概念是學習物理的關鍵。如何使學生在原有的認識基礎上形成正確的物理概念，是中學物理教學的核心問題之一。［4］ 在高中物理概念教學中，存在的主要問題是學生能力發展不平衡，知識面和思維不開闊，演繹思維訓練方式占主導地位。傳統的教學模式是教師對知識或方法進行概括講解、范例分析、鞏固練習。用這種教學模式進行教學時，學生不知道學習這個知識在生活、生產中的實際應用是什么？理論和實踐相脫節，已不能適應學生的需求和發展，學校教育要適應社會的發展和要求，就要培養學生的創新意識和實踐能力。怎樣改革概念教學，培養學生的自主學習能力、科學探究興趣和能力成為課程改革的重點，這樣的理念自然就要求人們去全面地、深刻地研究揭露物理學的學科特性和教育功能。課程標準理念深刻地改變了物理概念教學的目標、性質和模式。從單純為了學習知識解釋現象，轉變為以全面地培養科學素質為目標的課程，提出了“知識與技能，過程與方法，情感態度價值觀”三維教學目標。這樣的物理教學目標決定了物理概念教學的性質、內容和模式。

1.3 概念轉變理論成果推廣與實踐需要

自20世紀70 年代后期至今，國外研究者從不同視角對概念轉變進行研究， 提出了多種富有成效的概念轉變理論，以揭示概念轉變的過程與機制，這些理論已成為當代科學教學改革的思想基礎。概念轉變理論中關于重視學生前科學概念的思想，為基于概念轉變的物理學科課程開發提供了科學依據。根據概念轉變理論，科學學習是一個概念轉變過程，科學教學就是要促進學生進行概念轉變。為此，就要堅持把“為概念轉變而教學”作為基本的科學教學策略。［5］這些策略的主要目的都是幫助學生建立更科學的世界觀，所不同的是實現這一目標的具體途徑。

同時，概念轉變的研究也具有重要的實踐意義與現實價值。為什么在接受多年學校正規的科學教育之后，學習者依然保持最初的前科學概念？在實際教學中，有哪些因素影響學生的概念轉變，如何促進學生的概念轉變？這些問題的探討對教師教學工作同樣具有重要的指導意義。

2 高中物理概念轉變教學研究的實踐

2.1 概念轉變的涵義

概念轉變是對已有知識的主要重構(major restrucutring)。［6］一般被定義為現有概念的轉變(如信念，觀念或思維的方式)。現有知識或信念的轉變或重構是概念轉變與其他學習方式的區別。在概念轉變情形下，現有概念得到了根本的轉變甚至被取代，成為學生用來解決問題、解釋現象的概念框架。概念轉變有兩種途徑，其一是發生在學生利用現有的概念來處理新的現象，這種改變稱為同化；而當學生現有的概念，不足以用來處理新的現象與問題時，這個時候就必須要取代或是重新整理他的中心思想，這樣根本上的概念轉變稱為順應。其中順應的觀點較接近于概念轉變。［7］

2.2 概念轉變教學理論依據與策略［8］

(1)以認知沖突和解決沖突為基礎的教學策略

許多促進概念轉變的教學過程是建立在認知沖突基礎上的。 這些過程包括創設一定的情境，使學生對一些現象所持的觀念明朗化，然后直接對其進行挑戰，從而引起認知沖突。解決沖突的嘗試為隨后的學習提供了前提。

(2) 以發展學生與科學觀點相一致的認識為基礎的教學策略

與引起沖突并要求學生解決沖突的教學策略不同，第二類教學策略是建立在學生現有觀念基礎之上的。這種策略假定，在學生掌握定量規律之前，給學生提供機會建立對現象的定性直覺的理解，這樣可以促進概念的轉變。隨后的教學使學生的現有觀念向科學認識發展和拓寬。

2.3 概念轉變教學模式的結構模型建構

通過概念轉變教學的理論文獻學習、分析與研究，以及從事中學物理課堂教學的多年經驗積累：結合課程標準的要求、物理概念的特點、學生形成概念的認識過程。筆者初步構建了概念轉變教學模式的結構模型（見圖1）。概念轉變教學模式的結構模型的各個環節互相遞進，構成了一個有機的過程與整體。

2.4 高中物理概念轉變教學模式的實施案例

下面節取新課程人教版第四章第四節《牛頓第三定律》說課稿，作為高中物理概念轉變教學模式的具體實驗案例，以饗讀者。

說學情

對于剛由初中升學至高一的新生而言，在學習高中物理時會呈現出以下幾個方面的不足之處。

1.前概念——根深蒂固

（1）作用力有先后之分；

（2）作用力與反作用力相等是有條件的；

（3）作用力和反作用力可以相互抵消；

（4）只有接觸的物體間才有作用力和反作用力。

2.前認知——先入為主

（1）初中教學中的不規范，如壓力等于重力；

（2）平衡力與作用力和反作用力沒有多大的區別。

3.非智力因素——不容樂觀

（1）缺乏觀察、抽象思維、動手、合作等能力；

（2）自主探究的教學方式可能出現不適應現象。

說重點與難點

由教材分析，學生學情分析不難得出。

重點：牛頓第三定律的理解與應用。

難點：作用力和反作用力與平衡力的區別。

說教法與學法

教學策略：實驗探究、自主構建相結合；教師引導、學案輔助相結合。

學習策略：自主探究、合作交流相結合；小組反饋、動態評價相結合。

說教學設計

教學設計分三個方面展開。

1、結合生活、生產實際，引入新課。

（1）采用《幸福拍手歌》為音樂背景，請學生上臺演唱——主體參與策略；師生鼓掌共同贊揚，手掌的疼痛感引出物體的作用是相互的——個體激勵策略。

理論依據：物理課變為了音樂與游戲方式，學生一開始就被吸引到課堂之中，縮短進入學習狀態的時間。很多學生心理就會產生疑慮：老師葫蘆里倒底裝的是什么藥？符合教育心理學：原有的思維模式被打破，認知結構失去平衡，就有強烈要求重新平衡的求知欲望，讓學生在情感上產生共鳴，提高了學習熱情和興趣。

（2）情景展示。①人在劃船時，用槳推河岸；②河中兩只小船，用力推另外一只船；③放于浮子上的兩磁極間相互作用。

學生相互討論，分組探究，小組匯報。前兩個案例在接觸的前提下才有相互作用，而第三個案例則突破了空間的局限，即物體間不接觸也存在相互作用，不受空間限制，前概念（4）推翻。結論：［板書］一、作用力與反作用力的概念。

2.運用“科學探究”教學模式探究牛三定律。

探究實驗1：兩人一組，兩只同型號的彈簧秤，兩人對拉，平衡后讀數。

結論：大小相等，方向相反，不可抵消（前概念（3）推翻）

探究實驗2：兩人一組，兩只同型號的彈簧秤，一只彈簧秤固定，另一只可動，一人做，一人觀察記數。

結論：同一直線，動態變化，作用力與反作用力無先后（前概念（1）推翻）

探究實驗3：利用力學傳感器進行實驗驗證。

師生歸納總結：［板書］二、牛頓第三定律。（1）內容：兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一直線上。（2）表達式：F=-F′（“－”表示方向）

解釋說明：①兩個力與兩個物體的區別；②總是——任何物體，任何條件；③同時產生，同時消失；④同種性質的力。

引導學生運用關鍵詞檢索法進行研究：兩個力、兩個物體、總是。解釋說明中的第二點又將前概念（2）推翻。而第三、四兩點則是引出作用力和反作用力與平衡力之間的區別。

探究實驗4：平衡力與作用力和反作用力的區別。在講臺上構建如圖2所示情景。學生分組探究，歸納總結，完成表1。分析重力的反作用力。

3.回歸社會和生活，展示牛三定律的運用。

（1）卵擊石（2）馬拉車（3）掰手腕（4）拔河賽。

對于拔河賽可以采用兩種方式進行探究，一種是課堂內小個子同學與大塊頭同學進行比賽，并以小個子同學輕松取勝來揭示其中的奧秘；另一種是作為課后研究性學習課題，將本課時的內容延伸至課外。

3 高中物理概念轉變教學研究的幾點思考

3.1 概念轉變研究的四個反思

概念轉變教學模型的提出，對科學教育研究領域產生了非常重要的影響。在概念轉變教學模型取得一定研究成果的同時，有研究者開始反思并對概念轉變模型提出質疑和批評，主要的觀點概括起來大致有以下幾點：（1）過于關注學習者前概念對知識建構的負面影響， 忽視前概念中的積極成分。（2）概念轉變發生在復雜的教育、社會和文化背景下， 是一個社會建構的過程。（3）不要過于強調兒童日常經驗中的核心信念對具體概念的限制， 概念轉變常常并不是隨核心信念的改變而整個地改頭換面， 而是一個一個地進行的。（4）概念轉變并不一定是一步完成的， 它是一個漸進的過程， 有時兩種概念同時存在和使用。指向概念轉變過程的理論研究，首先應該考慮哪些因素、以何種方式影響具體概念的轉變？概念生態的研究是否能夠給概念轉變全面的支持？［9］

3.2 概念轉變的檢驗與評價問題

學生學業評價要對學生的學習能力和學業成績進行評價，怎樣才能作出比較準確的判斷呢？目前我國物理課程的評價現狀表明，教師雖然認同此次課程改革的理念，但面對升學考試的壓力，以及多年的教學習慣，評價的實踐基本仍是應試模式，基本仍以“知識與技能”的單一目標為核心。［10］物理教育研究領域欠缺對概念轉變過程的評價機制研究，而概念轉變模型的研究僅指向概念發生轉變的條件。也就是說，概念轉變模型初步確定了概念轉變的條件，而目前需要對如何達到已轉變為科學概念做出評價上的回答。以貼近學習者生活實際的問題檢測概念建立情況的基本原則。更值得深入思考的、更深層次的問題是：學習者達到怎樣的狀態， 才能表明概念轉變真的發生了？新的概念如何才能得以穩固？

3.3 概念轉變教學對師生的要求［11］

概念轉變教學策略要求教師對學生的觀點和理解做出反應。這種反應可以采用不同的途徑和方法，因而對教師的要求也有所不同。 例如：（1） 所教的科學領域的知識；（2）在這一領域中學生們所傾向使用的概念；（3）在教學過程中學生傾向于使用的概念發展方式等。不同的教學策略對學生的認知要求是不同的。無論采用哪種策略，從學生的角度來看，一個主要的特征在于，知識不是提供給他們的“現成的東西”，他們自己需要對理解學習活動負最終的責任。

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［11］郭玉英，盧俊梅譯.“為概念轉變而教”策略綜述(續)［J］.物理教師，2003，24（6）：14.

(欄目編輯張正嚴)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文