初中物理教學中學生的前概念分析

【摘要】重視前概念理論在物理教學中的研究。前概念的理論基礎是建構主義理論，它強調教師讓學生把新的知識和舊的知識相結合，并對其進行改組，重新建構科學的理論體系。在新課程教學中，我們可以參照前概念的理論進行再創造，從而促進新課程理念的理解，提高教學水平和教學效率。

【關鍵詞】前概念 建構主義 物理 新課程 教學有效性

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）08-0163-02

初中學生在學習某一物理概念之前，頭腦中往往已經有了一些相關的想法和認識，稱為“前概念”。 所謂前概念，是指學生在沒有接受正式的物理學教育以前，通過自己的觀察、體驗和思考對各種物理現象與物理過程的理解和認識。前概念也被稱為錯誤概念或相異概念或相異構想。這些概念的核心特點是：（1）是學生頭腦中強烈具有的一種穩定的認知結構，具有頑固性、普遍性和隱蔽性；（2）不同于專家的概念；（3）會對學生如何理解自然現象并做出科學的解釋產生重要影響；（4）必須被克服、避免或消除，以使學生接受科學的理解。例如，在學習“牛頓第一定律”前，他們認為物體只有受力才會運動，不受力便不會運動。這就是學生學習牛頓第一定律以前關于運動的一種前概念。 形成前概念的原因主要是：先入為主的日常生活經驗；知識的負遷移和舊有概念的局限；由語詞帶來的曲解；進行不當的類比。

前概念的理論依據實際上就是建構主義理論。建構主義指的是任何學習的發生都不是在白紙上進行的，而是將新知識與已有知識建立起聯系，從內部通過創造、協調對原有經驗進行改造和重組，對新知識進行意義構建。前概念對學生學習科學的新概念會有很大影響，實踐證明，學生的前概念問題解決不好，對教學效果會有很大干擾。德國多特蒙德大學的D·K·Nachtigall教授說：我們對前概念了解得越多，對思維結構轉變的過程認識越深，就越能成功地把它們轉變為物理概念，也就能更有效的避免錯誤概念的產生。所以教師在教學中發現和解決學生存在的前概念，清除學習科學概念時的障礙就成了很重要的問題。下面就我在教學中發現的初中物理中典型前概念問題進行歸類，并總結解決方法，同大家分享并探討。

一、平衡概念的建立，關于力和運動的關系問題。

學生在解決實際問題時，不會先分析物體的運動狀態，再結合運動狀態去分析受力，而是喜歡憑自己的感覺去答題。解決方法：創設問題情景引發學生的認知沖突。例如解決有關靜摩擦力的問題：

例1.小華用水平向右的力推放在地面上的一張桌子，但未推動，這是因為（ ）

A. 桌子質量太大

B. 推力小于桌子與地面的摩擦力

C. 推力等于桌子與地面的摩擦力

D. 桌子的重力大于推力

很多學生會選擇B答案，學生總覺著推力小于摩擦力，所以才推不動，而忽視了靜止這個平衡狀態，這時我會給學生畫一個受力圖，此時桌子在水平方向受兩個力，一個推力，一個摩擦力，因為桌子沒動，處于靜止狀態，根據二力平衡，推力等于摩擦力，選C。這樣的分析，學生多半會信服，但往往仍存疑惑，這時老師不妨順著學生的錯誤思路去分析，假如摩擦力大于推力，則物體水平方向受力不平衡，根據力和運動的關系，物體應該向著合力的方向運動，即向著摩擦力的方向運動，也就成了這種情境，向右推桌子，桌子反而向左跑了。分析到這里學生都會會心一笑，知道這樣的結果是不可能的。最后老師要向學生明確本題的關鍵是推而不動，是平衡狀態，受平衡力。在解決這類問題時，不能只憑經驗，想當然作答，一定要明確物體的運動狀態，用力和運動的關系科學的解答。

例2.體育課上，小剛勻速爬桿，關于他所受的摩擦力，下面說法正確的是（ ）

A. 摩擦力方向向下，大小等于重力

B. 摩擦力方向向下，小于重力

C. 摩擦力方向向上，大小等于重力

D. 摩擦力方向向上，大于重力

對這道題學生的答案不太統一，有一些會選A，主要是摩擦力的方向弄不清楚，還有一些會選D，弄對了方向又忽視了大小。其實這道題的關鍵詞是“勻速”和“爬桿”兩個，看似勻速運動，實則受的是靜摩擦力，因為在爬桿過程中小剛的手相對于桿是靜止的，沒有發生滑動，所以這里的摩擦力是靜摩擦，又是一個平衡狀態，必須是二力平衡，那么在豎直方向上只有摩擦力和重力平衡，所以摩擦力的方向只能向上，在這里它是動力，正是這個向上的摩擦力才使小剛能爬上去。試想如果桿和手都特別光滑，沒有這個摩擦力，還能爬上去嗎？這個道理與人走路時受到的摩擦力向前一樣。還有手握瓶子靜止時受到的摩擦力方向也是向上的，這些可以給學生歸類，包括上面的例1也是靜摩擦力。靜摩擦力的大小和方向要結合物體的平衡狀態，用二力平衡的知識去判斷。

二、對慣性大小的理解及慣性定律（牛頓第一定律）的應用。解決方法：深刻講授，對科學概念給學生以全面的理解。

例3.關于慣性下列說法正確的是：

A. 速度越大，慣性越大

B. 高速飛行的子彈具有慣性，穿入木頭靜止后慣性消失

C. 行駛的公交車緊急剎車時，乘客會向前傾，是由于受到慣性力的作用

D. 百米賽跑運動員到達終點不能馬上停下來，是由于運動員具有慣性

此題不少同學會選A，對慣性的大小只與質量有關，學生往往難以理解，學生總覺著應該與速度有關，速度越大慣性越大，他們有生活經驗做理由，如汽車的速度越大，剎車距離越長，百米賽跑速度越大，到終點時越難停下來等等，這樣的例子很多，好像都在說明速度越大，慣性越大。這時學生的前概念起了很大的作用，與科學概念發生了強烈的沖突。問題的關鍵是學生沒有理解慣性的概念，慣性不是力，也不是作用，慣性是一種性質，是物體保持勻速直線運動和靜止狀態的性質，或者說慣性的大小表示了物體運動狀態改變的難易程度，質量越大的物體的運動狀態越難改變，質量越小越容易改變，比如小汽車比載重大卡車要靈活，空中戰斗機都做的比較小而輕，就是為了減小質量，作戰時能靈活運動，更容易改變速度和方向。而上面提到的汽車的速度越大，代表動能越大，物體要停下來即動能減小到零，克服阻力所做的功就越多，所以剎車距離就長。這些要給學生解釋清楚，才能消除他們的前概念，建立起科學概念。

例4.拋向空中的物體，在空中飛行時畫出它所受到的力（不計空氣阻力）。

很多學生會畫出兩個力，一個重力，一個向前的推力。很明顯，學生腦子里有這種想法：“物體向前運動就必須受到向前的力”。這時老師可以問學生，“有力就必須有施力物體，如果受到向前的推力，那么這個推力的施力物體是誰呢？”這時學生會啞口無言，錯誤不攻自破。學生之所以犯這樣的錯誤，是沒理解物體的運動不需要力來維持，物體離開手后能繼續向前飛行，是因為物體具有慣性，也就是牛頓第一定律的內容。力是改變物體運動狀態的原因，而不是維持物體運動的原因。

三、對光的傳播方向及人看見物體的原理的理解錯誤。

解決方法：多媒體動畫演示或實驗演示。

中學生的抽象思維在很大程度上屬經驗型，需要感性經驗支持。因此教學中應了解學生的實際，可通過實物或多媒體演示消除錯誤概念。

例5.如圖，CD為豎直掛在墻上的平面鏡，A同學通過平面鏡看到了B同學，在這一現象中光的反射角是（ ）

A、∠1 B、∠2

C、∠3 D、∠4

做這類題的時候，學生往往會把光的傳播方向弄錯，A看到B，是因為B的光線（一般是反射光，若B是光源則是B直接發出的光）進入A的眼睛，所以∠2是入射角，∠3是反射角，而學生則認為是A的眼睛發出光線，射到B上就看見了B，把∠3當成了入射角，∠2當成反射角。學生總認為看到物體是眼睛發出的光射到物體上，射到誰就看到誰了，眼睛成了發射器，這是很可笑的一種認識，老師在教學中一定要注意糾正這種錯誤，要畫出具體的光路圖給學生分析。

例6. 從岸邊看水中的魚，看到“魚”的位置與實際位置不同。下列模型能解釋此現象的是（ ）

看水里的魚會變淺，原因是魚身上的光從水里射向空氣時發生折射引起的，人在岸上逆著折射光線看過去，就看到一個變淺的魚的虛像，所以選D。學生還是會認為光線是從人的眼睛發出，在從空氣進入水里時發生折射，這一點一定要給學生強調清楚，看到魚是魚身上的光進入人的眼睛。除了畫光路圖分析，也可以用多媒體動畫模擬光線的傳播，放映給學生看，增加學生的感性認識。

四、不能結合公式正確的分析物理量之間的關系及其影響因素。

解決方法：強調公式的記憶和理解，學會用公式分析問題。

例7.一物體在3牛頓的水平拉力下勻速運動，此時摩擦力大小為多少牛頓？若拉力增大為5牛頓，物體受的摩擦力為多少牛頓？此題第一問一般沒什么問題，學生知道用二力平衡的知識去解答，勻速運動，摩擦力等于拉力等于3牛頓。第二問就出現問題了，受定勢思維的影響，學生認為摩擦力就等于拉力，所以應該等于5牛頓。其時這道題答錯的本質，是學生沒有認清楚滑動摩擦力的大小與什么因素有關，根據f=μN，滑動摩擦力的大小只與壓力大小和接觸面的粗糙程度有關，當這兩個因素一定時，滑動摩擦力的大小也就確定了，不隨拉力的大小而改變，也不隨運動狀態改變。學生因為受測滑動摩擦力大小的實驗的影響，總認為摩擦力就等于拉力，而忽視了這個結論的前提條件是勻速運動。此題中當拉力由3牛頓變為5牛頓時，摩擦力沒變，改變的是物體的運動狀態，原來是勻速運動，現在受力不平衡了，拉力大于摩擦力，物體將做加速運動。

例8.一物體A受一水平向右的力F沿光滑的水平面運動了一段距離S，另一物體B受同樣大小的力沿粗糙的斜面向上運動了同樣一段距離。則比較力對兩物體做的功：（ ）

A. 力對物體A做的功多 B. 力對物體B做的功多

C. 力對物體A和B做的功一樣多 D. 無法比較

此題學生易選B項，學生總認為粗糙的接觸面比光滑的做功要多，而沒把握功的本質，根據W=FS，功的大小只與力和距離有關，與接觸面的粗糙程度和運動狀態無關。此題中兩物體所受的力和移動的距離都相等，功當然相等。

五、受公式影響不能把握某些物理量的本質。

解決方法：概念重釋、比較鑒別。

這一點與上面的第四點不同，上面是公式決定了物理量的大小。但物理學中還有一些物理量的大小是不受公式中的量影響的，學生往往受以上第四種情況思維定勢的影響，對這些量的學習產生負遷移，如密度公式ρ=m/v，并不能表示密度與質量成正比，與體積成反比，密度是物質的一種屬性，只與物質的種類、狀態有關，此公式只是密度的計算式而已，不代表密度的本質和影響因素。類似的還有電阻的計算公式R=U/I，也不代表電阻與電壓成正比，與電流成反比，電阻是導體的一種性質，只與導體的材料、長度、橫截面積和溫度有關。學生在學習這些概念和公式時，要把握本質，教師要注意區分總結。

總之對“前概念”的解決策略，歸納起來主要有：（1）通過師生對話顯示出學生的前概念，學生的前概念具有很強的隱蔽性，一般不會清晰地呈現在他們的腦海里。因此教師可采用課堂提問、作業、課外輔導等方式，通過談話問答去發現學生大腦中的前概念；（2）創設各種問題情景引發學生的認知沖突；（3）以實驗驗證、概念重釋、比較鑒別等方式糾正前概念中的錯誤成分；（4）深刻講授，特別是對于科學概念的教學要給學生以全面的理解，并不斷的鞏固，加深印象。

教師只有充分了解學生已有的前概念，尤其是與新概念有密切關系的前概念，才能使教學有的放矢，讓教學策略更有針對性和有效性，提高教學效率。

參考文獻：

[1]D.K.Naehtigal（德國多特蒙德大學物理系），規范與前概念及，物理通報，1997，5～6

[2]喬際平，《物理學習心理學》，高等教育出版社，1991.8

[3]張淑俊，中學物理前概念及教學策略研究

[4]郭曉成，怎樣消除前概念對物理教學的不利影響，甘肅教育，2008.3

[5]劉波，利用物理實驗教學克服前概念的不利影響，學苑教育，2010.1