初中生“牛頓第一定律”迷思概念調查與轉化策略

洪進步

摘 要：概念教學是物理教學的重點之一，以初中“牛頓第一定律”的核心概念為例，對初中生迷思概念進行質性調查，分析其迷思成因，提出轉化迷思概念的策略。

關鍵詞：迷失概念；調查；原因；策略

1 背景與意義

學生對于即將學習的物理知識并不是一無所知、一片空白，而是有了一定的觀點和經驗。學習者在接受科學教育前形成的對客觀世界的感性印象、積累的經驗統稱為前概念，學生正式學習某一物理知識前自發形成的前概念，可能與科學概念一致，也可能相悖于科學概念，這些偏離或背離科學概念的觀點和認識稱為“迷思概念”。

建構主義學習強調學習是學生以自己原有的知識經驗為基礎，把原有經驗和新信息進行對比、分析、批判、選擇，對新信息重新認識和編碼建構自己的理解。教學是為了促進學生從舊觀念向新觀念轉變，教師的任務就是選擇能有效促使學生發生觀念轉變的教學策略。學生原有的迷思概念不但是教學時要改變的對象，而且是概念教學的起點。概念轉變要求將學生原本具有的知識經驗作為新知識的生長點，并以此為基礎，同化或順應新的知識。所以，研究學生先前的看法與思維方式，弄清楚這些對學習與理解新知識會造成什么樣的障礙和影響，是實現概念轉變的前提。

在學習“牛頓第一定律”之前，學生通過小學自然課、上一單元的學習和平常的觀察、體驗，已經積累了有關力與運動的初步概念，這些就是新課概念教學的基礎與起點。在學生已經具有的前概念中，有的可以與即將學習的新概念相承接，這有利于新概念的同化；有的是錯誤的，或者雖然正確卻僅浮于認識的表象，這將會對新概念的“順應”帶來沖突與障礙。了解這些前概念中的迷思概念，有助于提升新概念教學的有效性與針對性。

2 對象和方法

2.1 被試

本研究主要通過一系列的訪談來調查“牛頓第一定律”中部分核心概念的前概念。訪談對象包括：從翔安區五所中學隨機選取的180名學生。

2.2 研究程序

首先，編制調查問卷。為了編制對本區域學生的調查問卷，研究者先選取對一所學校的20名學生進行了預訪談，了解學生在學習物理概念時是否受了前概念的影響，和常見的物理前概念及其可能的成因，基于預訪談的結果，設計調查問卷。

其次，進行調查問卷。組織學生通過問卷星專業問卷工具完成問卷內容，對照問卷內容與統計結果作為分析研究。

3 內容和結果

迷失概念如下：90.8%的學生認為“運動需要力來維持”， 58.2%的學生認為“力越大速度越快”，51.3%的學生認為“靜止的物體沒有慣性”，89.8%的學生認為“速度越大，慣性越大”，55.6%的學生認為“慣性是一種力”，39.2%的學生認為“慣性與慣性定律的含義是一樣”。

4 原因分析

4.1 根據生活經驗的直覺推理

學生從生活經驗或實驗現象，憑著直觀感受進行直覺推理。比如學生認為力是維持物體運動的原因，是因為生活中眾多現象是要推動一個物體必須有力的作用。

4.2 沒有綜合全部現象便得到結論

學生只是針對個別現象做出分析便歸納結論。比如學生認為只有運動的物體才有慣性，是因為這些現象：跑步比賽時，到了終點身體還是會往前沖。自行車剎車后仍會前行。學生忽略了生活中也有存在靜止的物體也具有慣性的事例。

4.3 不恰當的知識遷移

學生學習新概念時把舊的知識不恰當遷移到新情景中，形成負向遷移。比如學習慣性前，由于剛學習了力、重力、摩擦力，學生就會自然而然的把這些力的學習也遷移到慣性，認為慣性也是一種力。

4.4 停留于表象或局部的分析

學生對物理概念的學習，往往只停留在現象表象或局部，沒能深入分析現象內核或概念本質。比如有學生認為力越大速度越大，就是因為對物體的受力分析只限于推力而遺落了阻力，缺乏整體分析。

5 轉化策略

以探明“力與運動的關系”為例。

5.1 探明已有，揭示學生原有的觀念

了解學生已有的知識、經驗狀況和思維習慣，尤其是了解學生原有概念中那些片面甚至錯誤的觀點與想法，是進行概念轉化教學的基礎和前提?？梢圆捎酶鞣N診斷措施，如學前調查、課前前測、課堂提問、討論交流、課后交流（或后測）練習批改等，主動搜集反饋信息，有針對性地了解學生的概念迷思情況，對新的教學實施有的放矢教學設計有著及其重要意義。

課堂教學時，要注重創設問題情境，引導學生交流討論，讓其有機會展示原有的前概念及其依據，充分暴露迷思概念和深層原因，并設計解決方案。在學生建構新概念的過程，已有的迷思概念轉化的同時也可能衍生新的迷思概念，教師要及時借助練習、作業、考試等各種信息反饋渠道，及時監控學生迷思概念的變化，并依此適時調整教學策略。

教師演示實驗：在講臺上用手推動物理課本，使其從靜止開始慢慢向前運動，撤去推力，物理課本立即靜止。讓一學生解釋這現象：物體原來是靜止的，要讓它運動，必須施加力，當力停止后，物體靜止。說明物體受力就會運動，不受力就停止。教師通過巧設問題情境，讓學生對事例或現象進行解釋故意引出他們前概念迷思部分。但當學生發現無法用自己原來的知識、經驗對某些現象進行合理解釋時就會產生認知沖突，從而產生改變認知結構的需要，也就有了糾錯的內驅力。這時候再適時講授正確的概念學生就比較容易理解、接受。

5.2 創設情景，引發學生的認知沖突

從心理學角度看，有經過否定質疑的知識，在學生中就能有較高的確信度。因此，創設引發認知沖突的教學情境是轉變迷思概念的重要教學策略，教學時針對學生的概念迷思，設計其“矛”對其“盾”的教學對策，順著學生的迷思概念邏輯，因勢利導、借題發揮，將迷思引向絕路，用無解的“沖突”動搖其頑固的概念迷思，讓學生產生修正概念意識，認識到必須轉變原來的錯誤認識，以此為契機，指導學生進行認知順應和概念轉變，形成科學概念。

演示“氣墊滑板”實驗：用手推氣墊滑板，觀察撤去推力后，氣墊滑板的速度變化情況。氣墊滑板不受推力時，仍移動了很大一段距離才停止。并沒有因為沒有推力而馬上停下，實驗現象說明了什么？學生思考、交流后回答，物體運動不需要力維持。進一步引導學生思考運動的物體停下來的真正原因：并不是沒有力去維持，而是受摩擦力的影響。“解釋推物理課本”的環節，讓學生主動暴露自己錯誤的前概念“物體運動需要力的維持”。隨后在“氣墊滑板”實驗中又讓他們意識到他們的認識是錯誤的。這兩個截然不同的實驗現象沖突一下子引燃了學生的思考火花，為下一步的迷思概念轉化奠定了良好基礎，教師適時引導學生反思原有的概念迷思，糾正先前的分析物理現象思維方式與方向，對照前概念與正確概念，將原有的前迷思概念經修正后納入未知知識架構，從而進行認知結構的同化和順應，形成正確的觀點。

5.3 強調實驗，增加學生的感性認識

感性認識是對事物的直接反映，是學習心理活動的基礎，也是學生實現迷思概念轉變的基礎。在感性認識基礎上，根據學生的認識規律和心理特點，引導學生理解知識，建構科學概念。迷思概念轉變過程中豐富學生感性認識的主要途徑是具體事例、實驗與觀察，學生通過觀察可獲得更豐富、更能反映事物共同特征的感性認識。已有的基于感性認識的正確經驗與觀點在建構新知識過程中有重要作用，很多迷思概念的形成，正是因為學生缺乏足夠必要的感性認識。這時，如果仍僅是按知識的邏輯順序進行教學，則學生對概念的理解是膚淺的，充其量是模糊式的認同，可能記住了科學概念的定義，但并沒有真正理解和內化新概念，很可能也保留了部分潛在迷思概念，形成一種模糊混亂的認知結構。一旦遇到一些特定的情境，潛在迷思概念就會顯露出來，自然地成為學生解決問題的依據，這即迷思概念的頑固性和隱蔽性。因此，增加讓學生觀察或動手實驗的機會，為學生提供更多且必要的感性材料，是糾正迷思概念的關鍵之一。

例如：通過自制教具伽利略理想斜面完成實驗，切實轉變迷思概念“運動需要力的維持”，形成科學概念。完成如下實驗并引導學生思考原因。①先在斜面軌道上鋪一布條，從左側斜面上的某一高度處釋放一個小鋼球觀察小球的運動情況，標出小球到達右側斜面的最高點。②沒有布條的情況下再做一遍。③將右側斜面坡度變小一點，再在左側斜面同樣高度釋放小鋼球，觀察小球的運動情況及到達的最高點。④進一步變小右側斜面高度，發現小球運動的距離會變得越來越大。當右側斜面變成了水平面，小球會怎么？通過演示在物理學史上具有重要地位的伽利略理想實驗，在獲得大量必要的感性認識基礎上，引導學生思考、分析實驗現象，運用“實驗演示+邏輯推理”取代先前單純的“邏輯推理”方法，形成正確的“力和運動關系觀。

5.4 深化概念，促進學生科學思維

物理學概念的形成與發展過程，也是物理學研究方法的形成和發展過程。所以，教師要把握好物理概念形成和物理學研究方法之間的內在聯系，促使學生在深入理解物理概念的同時，逐步掌握科學思維方法。建構主義學習理論認為，學生實現迷思概念向科學概念轉變的主要機制是順應。只有在學生經過學習后認為新概念比舊概念包含更本質、更深刻的內容，學生才能完全接受新概

念，實現迷思概念向科學概念的自覺轉化。物理概念往往蘊含著豐富的物理思想和內容，學生在建構新概念時，教師要用分析、比較、歸納、推理等科學的思維方法訓練和指導，教學時不僅要有意識的突出概念的本質特征，同時也要注重引導學生理解概念的內涵與外延。讓學生感知新概念可靠的科學基礎和思維方法，認知順應也得以順利進行。

例如：上述教學已經證明了力不是維持物體運動的原因，不能就此止步，需要進一步引導學生思考運動和力究竟是什么關系呢？播放足球比賽視頻，設計如下問題：足球由靜止變為運動、從運動變為靜止，足球的什么發生了改變？為什么會發生這些變化？足球飛到球門前被另一球員獅子甩頭般頂進球門，足球的什么發生改變？受到什么作用？通過分析揭示了力與運動之間最本質的因果關系“力是改變物體運動狀態的原因”。