前概念和相異構想的理解及啟發

吳 迪 李 賀 朱俊孔

（山東師范大學物理學院，山東 濟南 250014）

教師在教學的過程中發現，學生在學習新知識之前，往往對物理現象形成了自己的想法和觀念，用以理解生活中遇到的事物和現象.這些想法有時和科學的物理概念沒有沖突，但許多時候則是不相容的.國外研究者稱之為“前概念”（preconception）或“相異構想”（alternative）.

1 前概念和相異構想的理解

現在人們普遍意義上理解前概念一般是指學生在接受正式的物理教育之前，由長期的日常經驗形成的對事物、現象的看法和觀念.按照認知心理學的觀點，這種前概念的存在是必然的，因為個體天生具有組織思維過程，從出生就開始了探索環境、認識環境、適應環境的活動，在活動中構建了特定的認識模式，前概念就是這種圖式的反映.但他們只是對事物和現象非本質的認知，而且由于物理概念揭示的是復雜紛繁的自然現象的本質，具有一定的抽象性和復雜性，所以前概念中許多是與科學概念相悖的，不利于學生新概念的構建.如學生根據日常生活經驗得出“力是維持物體運動的原因”，“重的物體比輕的物體下落速度快”，“超重和失重就是重力的增加和重力的減小”等等.

相異構想泛指所有與正統科學概念不同的想法.相異構想不僅包括學生在未接觸到正規物理教學時形成的認識，還包含授課之后學生形成的不科學的概念.學生經歷過正規的物理教學過程，但因某些原因，如教學方法、學習措施、思維邏輯等，在知識建構的過程中，舊的概念可能與新的概念產生干涉，原來并不牢固的概念變成了相異構想.在物理概念的學習過程中，學生在接觸到新的知識時，總試圖用舊的知識結構與思維方式來理解并轉化為自己的知識，所以在新舊知識的碰撞和建構的過程中，原有格式改變以適應現實.有時出現認知的沖突時，學生經常不自覺地拒絕接受新概念，因為概念的形成需要較長時間，所以前概念在學生頭腦中是牢固的，改變它也是困難的，這時就產生了相異構想.

基于以上的分析，前概念與相異構想并不等同，它們之間互有交叉，如圖1所示.

2 教學策略的啟發

教學實踐表明，前概念和相異構想阻礙了學生對知識的理解和對物理知識框架的構建，是導致物理難學、學生不樂意學的一個十分重要的原因.因此教師需要研究學生前概念和相異構想，了解學生的前概念和相異構想的內容和性質，尋找產生的原因，采取應對教學策略.

新課之前要了解學生原有的知識和思維方式，并分析其對理解新知識會有什么影響，然后采取有針對性的教學策略，引導學生認知沖突，糾正錯誤概念，從而建構出科學的概念.前概念具有隱蔽性，所以教師要通過一定的途徑和手段來暴露前概念.教師了解學生的前概念，重要的是靠教學中學生的反饋信息和教學經驗的積累，還可以通過談話交流、討論、問卷調查等具體方法.在一些共同的物理概念中，不同區域的學生一般擁有一些共同的前概念，所以調查的結果可以推廣應用.

圖1

2.1 突顯前概念和物理事實的沖突，充分利用演示實驗和探究實驗

經歷視覺上的沖突和震撼，造成認知結構的不平衡，促成原有知識結構的順應，用科學的概念代替原有的錯誤觀念，實現錯誤前概念向科學概念的轉變.前概念是以實際生活中大量直觀生動的現象作為支撐，建立在對于這些現象的概括、抽象化之上的，有邏輯上的合理性，是學生自主的智力活動的結果.所以暴露前概念的矛盾，也要從現象入手，為學生提供感性材料，在此可以用演示實驗向學生展示.概念是在科學實踐中逐步形成和發展起來的，所以說概念的形成離不開實驗，親身進行各種各樣的實際活動是建立概念的必要條件，概念的形成和發展過程對每個人來說都不一樣的，即遵循一定的發展規律又有每個人自己的獨特的發展方式.探究式實驗教學為每個學生提供形成概念不同方式的條件，并滿足每個人探究的天性.大多數物理概念均可通過觀察和探究得到，通過學生直接感知有相互聯系的材料，用文字或語言概括出所探究的事物和現象的一般特征，得出物理的概念，并與其他事物和現象的一般特征加以對比和區分.學生面對無法用已有知識解釋的現象，自己對問題提出猜想并動手進行探究來獲得科學概念，糾正錯誤的前概念，實驗充分實現了概念的可操作性.

以初中物理課本中“科學探究：串聯和并聯電路的電流”一節為例，在學習本節之前學生已學習了電路的基本知識，并對電路有其電流大小的表述，但沒有具體介紹電流這個概念.課前可通過訪談一部分學生對電流的認識或自答筆試題.課前操作便于教師對整個教學過程的設計，因題量少，學生易于得出答案，也可在教學過程中進行.本節課開始教師先向學生介紹電流，課文中把電流類比為“水流”，然后展示上節學習過的串并聯電路圖（如圖2、圖3所示），提問學生A、B、C、D幾點的電流大小，學生給出自己的答案，使學生隱藏的前概念充分暴露.那事實如何呢？引導學生設計探究實驗方案，通過自己動手實驗找出答案.

圖2

圖3

沒有正視沖突的學生學習完本課后，即使已通過實驗得出串聯電路電流各處相等，但仍存在電流經過用電器會減小的困惑，他們認為電流被用電器消耗掉了.但是正視了這個沖突之后，存在這樣困惑的學生比率普遍降低.

重的物體比輕的物體下落的速度快，這是人們通過生活經驗得出的普遍結論.教學過程中教師首先演示兩個相同的紙片靜止釋放，再折疊其中一張，重復操作，得出學生認識上的矛盾，然后通過演示真空管實驗得出結論，解決認知沖突，接受正確的物理概念.

在日常生活經驗中看到木塊浮在水面而鐵塊下沉，就會形成判斷物體漂浮和下沉的依據：輕的物體浮，重的物體沉.授課過程中首先提出針在水里會下沉，沉重的輪船卻漂浮？然后可以通過直觀的演示實驗，更明顯地顯示出認知的沖突，演示之前先讓學生猜一猜：將不同種類的輕鐵塊和重蠟塊放入水中，會發生什么現象？學生在不知不覺中進入了新課程的學習.

2.2 在教學過程中，從物理概念和物理規律入手

相異構想在學生應用物理概念的過程中充分表現出來，如做練習和考試時，錯誤的解題過程，這也是教師認識和積累學生相異構想的素材的途徑之一.教師要善于總結歸納學生做題中的錯誤，尋找錯誤答案后面隱藏的思維方式，不僅僅要糾正答案，說明正確解題思路，而且要找出錯誤的根本原因，暴露其隱藏的相異構想，制造機會讓學生認識到它的局限性和錯誤性，使學生放棄舊的觀念接受新的觀念.

在學習了加速度之后，學生會對加速度的理解存在困惑.明明是加速度怎么會造成速度的減小呢.究其原因一個是對“加”的漢語理解泛化，沒有把它轉化為物理語言，再一個就是不明白加速度的矢量性質以及加速度產生的本質原因，這些可以通過平時的練習總結歸納得到.

通過練習題目分析小球在下落過程中的加速度方向和大小的變化（如圖4所示），可得出學生擁有的對加速度的相異構想.在彈簧被壓縮了x＝G／k之后，仍然認為小球的加速度是豎直向下的，這類答案錯把球的運動方向當成加速度的方向.本質原因是學生對加速度和速度產生的混淆.在講解過程中把問題放大化，不僅給出加速度的正確判斷，還要讓學生明白加速度產生的原因是物體受力.有必要的話，簡單對加速度的概念重新進行一下科學抽象，以促進學生對概念的順化，形成更深刻、更全面的理解.

3 小結

對前概念和相異構想的研究，有利于促進學生對物理概念的理解、物理知識的建構和應用，有利于促進學生跨越前概念和相異構想的障礙，形成完整、科學的物理知識體系.

圖4

1 宓子宏.物理教育學.杭州：浙江教育出版社，1992.

2 王敏.淺談物理教學中的前概念.教學與管理，2010（1）.

3 杜軍義.高中學生學習物理的相異構想初探.物理教師，2002（6）：23