借助實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的物理教學(xué)研究

倪海瑩

【摘要】物理教學(xué)被看成是“概念轉(zhuǎn)變教學(xué)”，實(shí)驗(yàn)是促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變非常有效的途徑。我們可以通過實(shí)驗(yàn)探測學(xué)生前概念、解決認(rèn)知沖突、拓展有益經(jīng)驗(yàn)，從而促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變。

【關(guān)鍵詞】概念轉(zhuǎn)變 前概念 認(rèn)知沖突

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）02-0163-02

物理學(xué)習(xí)的最基本的方式是基于原有經(jīng)驗(yàn)的概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)。進(jìn)而，物理教學(xué)也就可以被看成“概念轉(zhuǎn)變教學(xué)”。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我認(rèn)為實(shí)驗(yàn)是促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變非常有效的途徑。物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是科學(xué)認(rèn)識的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)是糾正錯(cuò)誤最重要且最有效的手段之一。所以，我們一線教師需要探索的是：如何開發(fā)或更好地運(yùn)用實(shí)驗(yàn)說明原有概念的錯(cuò)誤所在，使迷失概念發(fā)生動搖，直至更正；或者增加驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，發(fā)展并完善學(xué)生與科學(xué)觀點(diǎn)相一致的正確認(rèn)識，使其上升為科學(xué)概念。

一、通過實(shí)驗(yàn)探測前概念，協(xié)助學(xué)生自己建構(gòu)科學(xué)概念

對教師來說，對學(xué)生的認(rèn)識不但在廣度和深度上十分有限，而且容易出現(xiàn)嚴(yán)重的偏差。所以我們在教學(xué)過程中應(yīng)創(chuàng)設(shè)一些活動，通過觀察實(shí)驗(yàn)，啟迪學(xué)生的思維，給學(xué)生充分表達(dá)的機(jī)會，使學(xué)生對一些現(xiàn)象所持的觀念明朗化，了解學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)知識之前究竟存在著哪些認(rèn)識，分析這些認(rèn)識產(chǎn)生的原因，以及它們對學(xué)生新的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了哪些影響。

【案例】在進(jìn)行大氣壓教學(xué)前我們往往必做“覆杯實(shí)驗(yàn)”，如圖1所示，在注滿紅水的杯口蓋上一張硬紙片，將杯子倒過來，發(fā)現(xiàn)杯中的水沒有倒出。于是教師對學(xué)生說（教科書也是這樣寫的）：由此可見，大氣存在著壓強(qiáng)，是大氣壓將紙片托住。但是，對此現(xiàn)象學(xué)生有何解釋呢？我在兩個(gè)成績差異較大的班級做了問卷調(diào)查：

特色班（41人）：

平行班（46人）：

以上數(shù)據(jù)說明在學(xué)生中既存在有對概念的掌握起積極作用的——正確前概念，也有起消極作用的——錯(cuò)誤前概念（有近半學(xué)生認(rèn)為是被水吸住），即便在同一個(gè)學(xué)生的大腦中也可能同時(shí)存在正確的和迷失的概念（這從上表選項(xiàng)A+D>100% 可以看出），說明他們對一些事物的想法是模糊的。而且不論成績相差多么大的兩個(gè)班級，不同觀點(diǎn)出現(xiàn)的比率都非常相似。那么如何實(shí)現(xiàn)這一概念轉(zhuǎn)變呢？顯然，傳統(tǒng)的講授難以真正有效促進(jìn)學(xué)生對正確概念的建構(gòu)。

我們可以用這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把倒過來的杯子掛在真空罩頂（用不干膠掛鉤），然后抽氣，學(xué)生清楚看到紙片落下水流出。當(dāng)學(xué)生從直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)原有概念已經(jīng)不能解釋新的問題時(shí)，學(xué)生才會被迫放棄原有的觀念，主動建構(gòu)新的科學(xué)概念。教師在沒有做出任何解釋的情況下對學(xué)生又進(jìn)行了調(diào)查：選A的人數(shù)為0，而選C的學(xué)生達(dá)到90%。另外，也有教師在杯底扎一個(gè)洞，用手指按住洞時(shí)紙片不掉下來，手指移開則紙片掉下，也能證明不是水粘住紙片，使學(xué)生的目光聚集到了空氣這一變量上。

對于每個(gè)學(xué)生而言，由于認(rèn)識問題的深度和廣度不同，對事物的理解也就不同、有的較全面有的較片面、有的較深刻、有的流于表面。我們教師應(yīng)該設(shè)計(jì)、運(yùn)用一些直觀的實(shí)驗(yàn)，讓孩子們在回憶過去經(jīng)驗(yàn)和知識的基礎(chǔ)上“喚醒”前概念，同時(shí)協(xié)助他們自己建構(gòu)科學(xué)概念。

二、運(yùn)用實(shí)驗(yàn)完善有益經(jīng)驗(yàn)，幫助學(xué)生總結(jié)提升為科學(xué)概念

研究者將促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略分為兩大類，一類是以學(xué)習(xí)者原有的正確觀點(diǎn)為基礎(chǔ)，將其向科學(xué)認(rèn)識發(fā)展和拓寬。初中學(xué)生思維活躍，有一定知識積累，在這些積累的認(rèn)識中有許多與科學(xué)觀點(diǎn)相一致，但卻是淺顯的、不全面甚至是一知半解的，大多缺乏思維深度和科學(xué)性。我們教師應(yīng)該充分挖掘?qū)W生前概念中可以利用的有益經(jīng)驗(yàn)因素，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)為新概念的建立牽線搭橋，以促使學(xué)生展開積極主動的學(xué)習(xí)活動，幫助學(xué)生總結(jié)和歸納自己觀察到的現(xiàn)象、收集到的證據(jù)，將其提升為科學(xué)概念。

【案例】對于“凸透鏡能成什么樣的像”這一問題，學(xué)生唯一的前概念是“可以當(dāng)放大鏡用——成放大的像”，這一認(rèn)識正確但太片面，我們怎樣才能完善并拓展學(xué)生們的知識呢？顯然，灌輸式教學(xué)或簡單的結(jié)論式教學(xué)，不可能使學(xué)生真正地理解這些概念。我調(diào)整了以往“研究凸透鏡成像規(guī)律”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)順序，在成像規(guī)律沒有告訴學(xué)生前把他們帶到實(shí)驗(yàn)室，要求他們探究“把它當(dāng)放大鏡用時(shí)成像有何特點(diǎn)？什么時(shí)候不成像？” “還能成別的像嗎？用桌上的光屏接收一下看看。” “為什么有的像大有的像小，有規(guī)律嗎？”學(xué)生們在“玩”的過程中充實(shí)、完善和總結(jié)了凸透鏡成像的規(guī)律。

三、促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變

促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變的第二類教學(xué)策略是：建立在認(rèn)知沖突和解決沖突基礎(chǔ)上的教學(xué)。早在1982年，康奈爾大學(xué)的Posner等教授提出了概念轉(zhuǎn)變模型，提出發(fā)生概念轉(zhuǎn)變的四個(gè)條件：

（1）對原有概念的不滿：讓個(gè)體處于某種情境，讓他用自己的原有概念來解釋一些現(xiàn)實(shí)問題。只有個(gè)體感到自己原有的某個(gè)概念在解決實(shí)際問題時(shí)失去了作用，從而引發(fā)認(rèn)知沖突，他才有可能改變原有概念。

（2）新概念的可理解性：學(xué)習(xí)者需懂得新概念的真正含義，而不僅僅是字面的理解，他需要把各個(gè)片段聯(lián)系起來，建立整體一致的表征。

（3）新概念的合理性：個(gè)體需要看到新概念是合理的，而這需要新概念與個(gè)體所接受的其它概念、信念相互一致，而不是相互沖突，它們可以一起被重新整合。

（4）新概念的有效性：個(gè)體應(yīng)看到新概念對自己的價(jià)值，它能解決原有概念無法解決的問題且能向個(gè)體展現(xiàn)出新的可能和方向，具有啟發(fā)意義。

可見，學(xué)習(xí)者首先要意識到新經(jīng)驗(yàn)與原有觀念之間的不一致，從而產(chǎn)生一種“沖突感”，在此基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者對新、舊經(jīng)驗(yàn)及其有關(guān)的事實(shí)、觀念進(jìn)行分析和判斷，思考各自的合理性、正確性，直至對新、舊知識經(jīng)驗(yàn)做出某種調(diào)整，以解決它們之間的沖突。在物理教學(xué)中引發(fā)認(rèn)知沖突的教學(xué)策略以“實(shí)驗(yàn)演示”和“探究實(shí)驗(yàn)”最能喚起學(xué)生的求知欲，效果也最為明顯。所以，有經(jīng)驗(yàn)的教師應(yīng)該針對學(xué)生常犯錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)以呈現(xiàn)日常生活中不能經(jīng)歷到或意想不到的新現(xiàn)象，促使學(xué)生輕而易舉地調(diào)整和改變原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

總之，概念轉(zhuǎn)變教學(xué)要求教師提供豐富、具體和具有說服力的物理實(shí)驗(yàn)，探測前概念，完善有益經(jīng)驗(yàn)，引發(fā)認(rèn)知沖突。引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)際產(chǎn)生的問題進(jìn)行討論，通過生生之間、師生之間的相互交流和討論，使學(xué)生從不同的角度改進(jìn)自己的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識，逐步實(shí)現(xiàn)對概念的全面、準(zhǔn)確的理解（如下圖）。

參考文獻(xiàn)：

[1]施良方.學(xué)習(xí)論[M].北京：人民教育出版社，1994.