初高中物理教學銜接中前概念的影響研究

【摘 要】高一物理難教難學已成為中國教育中存在多年的一個教學現象。我認為，初高中物理的“臺階”不但體現在教學內容和教學要求的差距上，更主要的是體現在認知心理和觀念思維上，其中比較公認的一個原因是認知心理中前概念或相異構想干擾。

【關鍵詞】物理教學 前概念

【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）20-0077-02

多數高中生感到最難學的學科是物理，高中物理中尤以高一物理更為難教難學，高一物理考試的結果常常令學生傷心、教師倍感壓力，甚至家長也感到頭痛。因此，高一物理難教難學成為中國教育中存在多年的一個教學現象。大多數人認為出現這種現象的一個原因是初中與高中銜接中出現的“臺階”，那么構成這個臺階的原因是什么呢？

從20世紀70年代起，西方從事課程教學研究的學者，通過大量調查研究表明，早在正式學習科學課程以前，兒童就通過對日常生活中一些現象的觀察和體驗，形成了一些非科學的概念和一些兒童階段特有的思維方式。專家們將學生在學習科學課程之前形成的這類概念稱為前科學概念或簡稱為前概念，而把兒童圍繞前概念建立起來的一種特有的錯誤思維結構稱為相異構想或不同的概念框架。

高一物理的主要內容是運動和力，學生已經在地球上生活了十幾年，對于力和運動等這些生活中司空見慣的物理現象，大腦中早已有了許多直覺的認識和思維定式，并把這些認識當作正確的，甚至連一些偉大的人物也犯這樣的錯誤，如古希臘的亞里士多德。正是這些相異構想的普遍性和頑固性構成了學習物理的最大阻礙。

根據本人的教學體會，這些前概念還具有隱蔽性，需要教師在教學過程中敏銳捕捉。

一 高一物理課程學習中存在的前概念

應該說，初中物理學習中實際也存在相異構想或前概念的干擾，如認為：（1）輪船從河里開到海里吃水線會降低是因為海里浮力大。（2）壓力都是向下的。（3）冬天室外金屬表面的溫度比木頭低。

但高中物理涉及的物理思想更本質、更抽象、更深刻一些，相異構想對物理學習的影響會更廣泛隱蔽。經本人觀察調查，確認學生存在下面這些經常干擾高中力學學習的前概念：（1）飛出去的足球受到一個向前的沖力。（2）斜面上的物體受到一個下滑力。（3）以一定初速度滾上斜面的小球受到一個向上的沖力。（4）傳送帶上勻速前進的物體受到一個向前的靜摩擦力。（5）拔河比賽贏的一方拉力大。（6）物體速度越快慣性越大。

二 習題教學中存在的前概念

高中教師還會經常遇到另外一些學生在解題中暴露出的、隱蔽的，甚至是令人啼笑皆非的前概念。如驗證“研究牛頓第二定律實驗”的物理情形中，認為小車受到的拉力一定等于勾碼重力，見圖1。

三 克服初高中物理教學銜接中前概念干擾的對策

1.從天體物理、星空探索入手，利用各種視頻資料和網絡知識，引導學生探索自然規律，注重激發學習興趣

天體物理中許多現象和知識和高中物理內容息息相關，宇宙天體知識是學生理解和掌握高中物理的重要預備知識，是引導學生透徹理解力學內容重要的背景知識和思維基礎。如天體的基本知識中，了解同一物體在不同星球上有不同的重力，重力的施力者是星球，這樣學生對重力的概念才會有真正透徹的理解。要認識力，首先要理解沒有力的世界會怎么樣，這樣的世界哪里有，只有在太空中，在太空中沒有受到任何力的航天器可以無須任何燃料高速航行。所以慣性飛行是理解慣性最好的例子，美國人20世紀70年代發射的航天器早已耗盡推進劑，卻仍在以每秒十幾千米的速度高速飛行，這樣事實能徹底擊碎“有力才能使物體運動的”相異構想。

2.重視受力分析的思維訓練

物理教學一定要多引導學生經歷思維體驗、透徹理解，貫徹重在理解的教學原則，才能真正減輕學生負擔，而不是讓他們多記一二三四五條注意事項。力學教學的核心和難點是“受力分析”，學生初學“受力分析”時，往往是錯誤百出，如經常漏掉一些力、把施力當受力。為了讓學生杜絕錯誤，徹底明白受力分析的要點，在教學中，筆者引導學生從三種基本創造性思維的角度出發，規劃了三個階段的教學設計。

第一階段：引導學生發揮發散思維，利用牛頓第三定律找出所有可能存在的力，為后面用收斂思維進行受力分析打下基礎。

這里舉一簡單例子（見圖2）：一個人站在橋上推車，先找出人、橋面、車三個物體之間存在的所有彈力和摩擦力，及它們的方向。

分析：牛頓第三定律告訴我們力總是在兩個物體之間出現，力也總是成對出現的，因此，不妨兩兩分析。

人與車：人對車的彈力，車對人的彈力。

車與橋面：車對橋面的彈力、橋面對車的彈力；橋面對車的摩擦力，車對橋面的摩擦力。

人與橋面：人對橋面的彈力，橋面對人的彈力；人對橋面的摩擦力，橋面對人的摩擦力。

如圖3，這樣一個“人在橋上推車”的簡單現象中，實際上竟有三類十二個力，這也難怪學生會搞錯了。

第一階段可精心設計一些習題，習題的設問都是“要求找出所有可能的力”，并且要把這些情景保留到第二階段時使用。

第二階段：在上述訓練的基礎上，運用收斂思維，選定一個研究對象，只找研究對象受到的力。可以使用和第一階段相同的習題情景，設問改為“試確定一個研究對象，并找出研究對象受到的所有的力”。

如可接上例分析“人”受到的所有彈力和摩擦力，把第一階段中“人”施加的力都“剪枝”掉，再注意到物體在地球上，還要受到地球施加的重力，就完成了對“人”的受力分析。

第三階段：為了杜絕出現“把施力當受力”的錯誤，引導學生發揮反向思維，從施力分析來看受力分析。

學生經過這三個階段的思維體驗，對如何進行受力分析終于真正理解和掌握了，極少再犯錯誤了。

3.習題教學中注意一題多解，以利融會貫通

在習題設計中要注重一題多變和一題多解。有人或許認為只要教會學生一種解法就行了，搞一題多解是沒有必要的“折騰”，而實際上，正是這種“折騰”有助于初學者盡快融會貫通、鞏固記憶所學知識，克服前概念的干擾。

如習題教學中經常出現有關斜面的問題，弄得有些學生一看見斜面就頭痛。教學中應發揮發散性思維，把有關斜面的一系列習題都搜集整理在一起，設計一組有關斜面的一題多變的問題。

如圖，共同條件：傾角為θ的斜面上有一質量為m的物塊。（1）如果物塊靜止在斜面上，求物塊所受到的各個力。（2）如果斜面光滑，求物塊在斜面上下滑的加速度。（3）如果物塊剛好在斜面上勻速下滑，求兩者間的動摩擦因數。（4）如果斜面的傾角為θ時，物塊剛好在斜面上勻速下滑；現將斜面傾角增大到φ，物體在斜面上勻加速下滑，計算物體下滑的加速度。（5）如果斜面光滑，當斜面以多大加速度水平向左運動時，物塊與斜面保持相對靜止。（6）如圖5，如果斜面與物塊間的動摩擦因數為μ，現施加一大小為F，方向沿斜面向上的力，推著物塊勻加速上滑，求物塊的加速度。（7）如圖5，如果斜面與物塊間的動摩擦因數為μ，現施加一大小為F，方向沿斜面向上的力，討論物塊的運動。（8）如圖6如果斜面與物塊間的動摩擦因數為μ，現施加一大小為F，方向水平向右的力，拉著物塊勻加速上滑，求物塊的加速度。

提示：F·cosθ-mg·sinθ-μ（mg·cosθ+F·sinθ）=m·a

總之，初高中物理教學銜接中的臺階主要是觀念思維和認知心理方面的，要充分認識到高中物理所具有的哲學般的思想性、深刻性和數理緊密結合的綜合性。教學中應當貫徹重在理解的原則，時刻注意對學生進行科學思想的啟蒙和科學思維方法的滲透，克服相異構想或前概念的干擾，培養分析推理的思維習慣，打造一個“物理學的大腦”。

〔責任編輯：林勁〕