關(guān)于“參照物”學(xué)習(xí)的調(diào)查研究

張世成

(無錫鳳翔實驗學(xué)校 江蘇 無錫 214045)

王奕

(無錫劉潭實驗學(xué)校 江蘇 無錫 214045)

一位優(yōu)秀教師的課堂，課題為“世界是運動的”.快下課時，為了檢測教學(xué)效果該教師打出教材中的一幅圖畫(見蘇科版《物理》8年級上第121頁)，大意是，小明和小華坐在停靠在站臺上火車的同一節(jié)車廂里，面對站臺的小明認(rèn)為“火車沒動”，面對另外一輛正在行駛的火車的小華認(rèn)為“火車開動了”.該教師詢問學(xué)生支持誰的觀點.全班45位學(xué)生，只有一位學(xué)生支持小華的觀點.

這讓參與聽課的教師很疑惑，如此優(yōu)秀的教師,執(zhí)教的又是這般生動的課堂，在快下課了還這么多人不理解“兩種觀點都是正確的”令人費解.

1 開展調(diào)查 尋找原因 為教學(xué)設(shè)計提供依據(jù)

為什么會出現(xiàn)這樣的情況？為此我們進行了一系列的調(diào)查.

調(diào)查1:學(xué)生未學(xué)“參照物”之前的認(rèn)識.

問題1：你認(rèn)為樓房是靜止的還是運動的？

問題2：小明坐在汽車上發(fā)現(xiàn)“樓房在后退”，這是一種錯覺嗎？

針對問題1，在調(diào)查的兩個班(分別為41人和38人)，認(rèn)為樓房是靜止的為100%.

針對問題2，有84%的學(xué)生認(rèn)為這是錯覺，而不認(rèn)為這是一種自然現(xiàn)象.

調(diào)查2:物理老師與高一女生的對話.

已經(jīng)讀高一的學(xué)生回來看老師，老師順便與她聊了起來.

師：你支持誰的觀點？小明還是小華？

生：小明.

師：理由是什么？

生：火車停在站臺上就沒動，小華看到對面的火車動了，所以她產(chǎn)生了錯覺.

師：你認(rèn)為是錯覺？那么，我們能不能選對面的火車作為參照物呢？

生：不能.(猶豫一會兒)能的.

師：那它錯在哪里呢？

生：應(yīng)該沒錯吧.

師：小華是錯覺嗎？

生：……(懷疑了)

調(diào)查3:物理教師與語文教師的對話.

語文教師：你上課的有些概念似乎還是很模糊.

物理教師：例如？

語文教師：比如，我騎自行車來學(xué)校,明明是自行車在動，我怎么能說馬路在動呢？

物理教師：這是可以的.

語文教師：這是可以的？

物理教師：是的.因為，以自行車為參照物，馬路的位置(具體來說是馬路上的一點)在發(fā)生改變，我們就認(rèn)為以自行車為參照物馬路是運動的.

語文教師：可是，事實上馬路沒有動.

物理教師：動沒動要看你選擇的參照物.你選什么作為參照？

語文教師：是這樣.那給我們平常說的不是有矛盾嗎？

物理教師：也沒有矛盾.平常我們說物體動沒動，默認(rèn)的參照物就是地面.我們說樹、房屋沒動，指的就是相對于地面它們的位置沒有改變.

語文教師：有意思.這是不是相對論？

物理教師：還沒有那么深奧，這個叫“靜止和運動具有相對性”.

語文教師也好，高中生也好，如果學(xué)生經(jīng)歷的不是源于一種基于“概念轉(zhuǎn)變”的學(xué)習(xí)而是一種灌輸，那么，經(jīng)過一段時間后，他們對運動和靜止的認(rèn)識最后剩下的就是他們的前概念，即學(xué)習(xí)這堂課之前就已經(jīng)具有的“前概念”，教師灌輸給他的早就扔掉了.學(xué)習(xí)的灌輸模式是非常不合理的，該模式認(rèn)為知識從教師到頭腦空空的學(xué)生的傳遞過程就如同水壺里的水倒進了空玻璃杯.事實上，學(xué)生在進入科學(xué)殿堂之前就已經(jīng)具有了關(guān)于運動的種種概念.要改變這種概念是比較艱難的.

從教師教學(xué)方面分析原因：教師往往對參照物此類概念比較輕視，通常選擇舉例填空的方式反復(fù)訓(xùn)練來解決,沒有在了解學(xué)生的前概念上花功夫.

從學(xué)生學(xué)習(xí)方面分析原因：基于生活的經(jīng)驗，學(xué)生通常會認(rèn)為樹木、房屋是靜止的.現(xiàn)在要建立“運動和靜止是相對的”，的確不習(xí)慣.事實上，學(xué)生帶到運動學(xué)學(xué)習(xí)中的想法是根深蒂固的，因而很難改變.

2 調(diào)查的啟示

經(jīng)過這次調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)變錯誤概念需要一個過程，教師要創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生充分暴露錯誤概念，要為學(xué)生提供用新概念，解釋其他情境中的現(xiàn)象的機會，甚至還要提供考驗的機會.簡單給出正確答案的教學(xué)往往不是正確的教學(xué)，充分暴露學(xué)生認(rèn)知錯誤的教學(xué)才是合理而有效的教學(xué).

2.1 提供表達(dá)機會 暴露先前概念

同樣的一個現(xiàn)象，生活中我們的表達(dá)和科學(xué)的表達(dá)會有很大的不同.那么，該如何重新建立概念？一個非常有用的教學(xué)方法是，對這些觀察結(jié)果以及對觀察結(jié)果的解釋進行討論.它允許學(xué)生表達(dá)自己的觀點，教師能夠理解這些觀點，讓學(xué)生有機會去思考替代性的解釋，最重要的是，能夠給學(xué)生提供時間和情境去重新思考他們的觀點.

還是相同的情境，我們可以這樣來展開討論.

師：小華認(rèn)為火車開了，她的看法有道理嗎？

生甲：沒道理.

師：為什么？

生甲：火車沒有動.是小華感覺火車動了，而人的感覺并不可靠.

師：問題是，我們說火車開了，是不是錯覺？

生乙：以對面的火車為參照物，小華坐的火車是運動的，我想是對的，這不是錯覺.

師：你的依據(jù)是什么？

生乙：以對面的火車為參照物，小華所在的火車位置改變了.

師：生甲，你怎么看待生乙的觀點？

生甲：從他的依據(jù)來看，他是正確的.可我還不太習(xí)慣這樣的表達(dá).

以地面為參照物，小華坐的火車是靜止的，它沒動.這是正確的，也是科學(xué)的描述.如果我們看對面的火車(也就是以對面的火車為參照物)得到的結(jié)果是火車開動了，這也是正確的.以地面為參照物判斷火車有沒有開動，是十幾年來我們習(xí)以為常的選擇，我們骨子里認(rèn)同的是以地面為參照物的描述結(jié)果，與這個描述結(jié)果相悖的，我們會說這是錯誤或者“錯覺”.其實，這不是錯覺.選擇不同的參照物得到不同的描述結(jié)果是允許的.

在概念建立的過程中，教師應(yīng)針對探究主題，通過各種方式，盡可能地為學(xué)生提供表達(dá)的機會，以暴露他們的先前概念.南京師范大學(xué)劉炳昇教授有一個比喻，前概念好比一只幾乎盛滿水的杯子(杯子代表還未學(xué)過物理，水則表示那些前概念)，現(xiàn)在盡量把可樂倒進杯子里(好比拼命給學(xué)生灌輸那些正確的物理概念)，大部分可樂都溢出了杯子，只有很少的灌了進去，杯子里的水現(xiàn)在呈淺棕色.再嘗一口，味道還和原來的差不多，然而，具有了可樂的顏色(還記得幾個專業(yè)術(shù)語)，給水偽裝上了一種顏色(像是已經(jīng)理解了新概念)，看上去好像變成可樂了，而實際上并非如此.只有盡量地將原有的“水”倒出，才會為科學(xué)的概念提供機會，提供空間.

2.2 引入差異性事件 挑戰(zhàn)錯誤概念

由于學(xué)生對事物或現(xiàn)象的推理和理解建立在可觀察到的一些特點上，有時會不加區(qū)分地使用各種科學(xué)概念，因此，他們的前概念常常是與科學(xué)概念不一致的錯誤概念.對于錯誤的前概念，教師可以引入差異性事件，提供相反證據(jù)進行挑戰(zhàn)，使學(xué)生產(chǎn)生概念沖突，意識到用自己的概念無法解釋一些現(xiàn)象或?qū)κ挛镒龀鲱A(yù)測，需要尋找更為合理的概念.教師要為學(xué)生提供恰當(dāng)?shù)那榫撑c結(jié)構(gòu)性的材料，幫助學(xué)生修改或重構(gòu)概念，讓學(xué)生體會到新概念能更好地解釋一些現(xiàn)象.

例如，有學(xué)生認(rèn)為，木塊之所以漂浮在水中是因為受到了水的浮力，鐵塊之所以沉入水底是因為沒有受到水的浮力.產(chǎn)生這一錯誤概念的原因主要是，學(xué)生用知覺來主導(dǎo)思考，將對事物或現(xiàn)象的推理和理解建立在可觀察到的一些特點上.他們在將木塊按入水中的過程中感受到水作用于木塊的一股向上的浮力，當(dāng)他們的手離開木塊后，還能夠看到木塊在水中上浮的過程.而在鐵塊沉入水底的過程中，他們感受不到水對鐵塊向上的浮力.

對此，教師可以讓學(xué)生用測力計分別測量鐵塊在空氣和水中的“重”，并讓學(xué)生解釋鐵塊在空氣和水中視重不同的原因，解釋鐵塊在水中時，測力計讀數(shù)減小的原因，由此引發(fā)概念沖突，并通過解釋所觀察到的現(xiàn)象，初步建立鐵塊在水中也受到水的浮力的概念.在此基礎(chǔ)上，教師再引導(dǎo)學(xué)生比較鐵塊在水中受到的浮力(“減少”的重)與鐵塊在空氣中受到的重力，使學(xué)生認(rèn)識到鐵塊下沉的原因是由于鐵塊受到的重力大于受到的水的浮力，而并非是沒有受到水的浮力所致.由此，讓學(xué)生意識到他們建構(gòu)了一個能解釋所觀察到的事實的更為合理的概念，以進一步修正已有的錯誤概念.

2.3 設(shè)計“陷阱” 考驗學(xué)生對新概念的認(rèn)同度

在學(xué)習(xí)“壓強”一節(jié)時，有一位教師遇到了一個棘手的問題.

在猜想影響壓力作用效果的因素時，有學(xué)生猜想“受壓材料的密度”也會影響壓力的作用效果，依據(jù)是“同樣一個小桌子放在海綿上，海綿形變明顯，放在木板上，木板形變就不明顯”.這個問題出乎意料，教師沒有作出及時回應(yīng)，并把這個問題記錄下來，說“你的問題很富有挑戰(zhàn)性，現(xiàn)在同學(xué)們不一定能夠解決，讓我們的能力再生長一會兒，快下課時我們來解決.”快下課了，教師拋出這個問題，“同樣一個小桌子放在海綿上與放在木板上壓強哪個大？”

同學(xué)們開始了熱烈地爭論，大體上分成兩派，“公式派”——根據(jù)壓強公式，既然壓力一樣受力面積也一樣，所以壓強一樣；“形變派”——既然小桌子放在海綿上形變比木板上明顯，足以說明小桌子對海綿的壓強大.都有依據(jù)，但總有一種觀點是錯誤的.學(xué)生的爭論過程，其實就是一種接受內(nèi)心考驗的過程，如果我們剛剛建立的“壓力的作用效果只與壓力和受力面積有關(guān)”是正確的，那么，現(xiàn)在這個問題怎么解釋，難道公式使用的時候還必須強調(diào)受壓材料要一樣？

課堂上，這位教師對這個問題采用了延遲評價.

先擱置這個問題，到快下課的時候，再將其拋給學(xué)生，成為考驗學(xué)生的一個“陷阱”.你同意這個學(xué)生的觀點嗎？如果不同意，怎么解釋他的問題？如果同意，又如何看待你已經(jīng)承認(rèn)的壓強公式？讓學(xué)生猶豫、爭論并經(jīng)受考驗.只有經(jīng)受考驗的科學(xué)概念才會轉(zhuǎn)化為學(xué)生的心智模型，才會轉(zhuǎn)化為支配我們生活的一種信念，才可能從感性走向理性.當(dāng)這樣的矛盾已經(jīng)非常突出的時候，我們“順勢”對學(xué)生進行解釋，受壓材料只是壓強的“顯示器”，它不能決定壓強的大小，正如“我對你和同桌吼一聲，一位同學(xué)嚇一大跳,而另外一人沒啥反應(yīng)，不能根據(jù)兩個人的不同反應(yīng)來判斷我聲音的大小，因為每一個人對于聲音的敏感性不一樣.”

經(jīng)過這樣的考驗，學(xué)生會再次審視對壓強的理解，會更加確認(rèn)“壓力的作用效果只與壓力和受力面積有關(guān)”，對公式會多一份發(fā)自肺腑的認(rèn)同.

大浪淘沙，留下的才是金子.科學(xué)概念建立的過程，其實就是不斷地將學(xué)生錯誤的認(rèn)知進行暴露的過程.針對學(xué)生的核心錯誤連續(xù)地進行沖擊，迫使學(xué)生反思、審視，這樣建立的概念，才會是一杯純正的“可樂”，一個可靠的科學(xué)概念.即便多少年過去，他們看到樓房后退，不會認(rèn)為這是一種“錯覺”，更不會認(rèn)為這是一種“錯誤”，而是一種自然現(xiàn)象，一種包含物理道理的科學(xué)觀念.