排除“前概念”對新概念構建的干擾

摘要：“前概念”干擾是構建新概念的主要思維障礙，需要運用批判性思維的策略加以排除.物理思維具有高度的批判性，既是高中物理學習的重要基礎，也是學生形成優秀思維品質的必要基礎.在“加速度”教學中，引導學生對相似“前概念”進行反思，提練物理思想方法，進行思維能力的訓練，促進學生的批判性思維意識的提升.

關鍵詞：加速度；前概念干擾；概念構建；思維障礙；批判性思維

1 問題分析

《列子·湯問篇》中“兩小兒辨日”的故事，很好地詮釋了建構主義的學習理論：“學習是建構心理表征的過程，學習者并不是把知識從外界搬到記憶中，而是以原有的經驗為基礎，通過與外界的相互作用來建構新的理解”.在學習一個新的物理概念之前，學生的大腦已有一幅被前科學概念、自身經驗及情感所主導的物理圖景，有一些觀念、概念可能是片面甚至錯誤的，會對正確構建新概念形成干擾.

構建物理概念過程的主要思維障礙有：感性認識不足、思維方法不當、思維定勢影響、相關概念干擾.[1] “相關概念干擾”是指“前概念”對新概念的構建形成干擾，如果缺乏對“前概念”的反思與質疑，就不能完全排除其干擾，尤其是“相似前概念”會對正確構建新概念產生較大障礙.排除這種干擾的對策是對前認知反思與質疑.批判性思維作為反思性思維，在排除“前概念”干擾，認識物理本質時有不可替代的作用.

“速度”是“加速度”的 “相似前概念”.在學習“加速度”時，“約有三分之一的學生不能正確區分速度與加速度的概念，不能區別速度與速度變化、忽視速度變化所需的時間；將運動快慢與速度變化快慢相混淆、將加速度方向與速度方向相混淆；不能準確判斷加速度與速度變化的關系”.[2]這是“相似前概念”對學生構建“新概念”形成干擾的典型表現.教學過程不應無視學習者的已有知識，教師應注重引導學生對原有相似知識（速度）進行反思，排除思維干擾，正確構建新知識（加速度）.

2 教學實踐

21學情分析

學生剛建立“速度”的概念（人教版《高中物理·必修1》：§13速度”，§14用打點計時器測速度，§15加速度），尚缺乏深入理解與廣泛運用.研究“加速度”時，學生認為問題的核心是“變化快慢”且又是“與運動有關”，就很容易不假思索地試圖用“速度”去解釋“加速度”問題.這是一種思維定勢，習慣用舊思維去面對新問題，缺少積極主動的質疑習慣和批判意識，究其原因是缺乏對“前概念”的反思，而直接將“前概念”在新情境中運用.這是學生對“相似前概念”缺乏反思的典型表現.

22設計意圖

“加速度”是高中生遇到的第一個抽象的物理概念，也是高中生遇到的第一個學習難點.在“加速度”概念構建過程中有重要的物理思想方法：比值定義法、變化率、極限思想和數學運算中的矢量方向表達等，這對學生養成良好的物理思維習慣具有重要意義.同時，需要排除相似前概念“速度”對“加速度”概念構建的干擾，這有助于培養學生的質疑、反思的習慣，培養批判性思維意識.因此，本節課的設計思路是通過引導學生反思“速度”概念的核心意義（描述位置變化的快慢），提練物理思想方法（如何描述變化的快慢），探索新情境中的相似問題解決（如何描述速度變化的快慢），訓練學生良好的物理思維習慣，促進批判性思維意識的提升.

23課堂活動

（1）回顧與反思：（教學目標：通過回顧相關物理概念，反思描述物理量變化快慢的思想方法）

問題1：“速度的概念描述什么問題？”（描述運動物體位置變化的快慢，即運動的快慢）

問題2：“速度是如何定義的？”（一段時間內的位移與這段時間的比值）

問題3：“初中物理學習過類似的描述事物變化快慢的物理量嗎？是如何定義的？”（功率，做功與做這個功所需時間的比值，描述做功的快慢）

問題4：“如何用數學方法表達某個物理量變化的快慢？”（用該物理量與發生變化所需時間的比值，表示單位時間的變化大小）

（2）體驗與探索：（教學目標：通過研究真實的運動情境，體會速度的變化也有快慢；遷移“描述變化快慢”的思想方法，構建“加速度”概念）

體驗情境：法拉利賽車與颶風式戰斗機的速度較量（新聞稿件）；小轎車與旅客列車起動速度變化情況不同（視頻）；小轎車與列車啟動過程發生相同速度變化所用時間不同（教科書P25）.

探索發現：“運動物體的速度變化是有快慢的”.

問題研究：“如何描述運動物體速度變化的快慢？”

方法遷移： “描述變化快慢”的思想方法.

概念構建：加速度的意義、定義、定義式、單位、方向.

（3）排除“相似前概念”干擾：（教學目標：分析“速度與加速度”的異同，理解兩者共同屬性是“描述事物變化的快慢”）

比較反思：用列表的形式，對“速度”和“加速度”的意義、定義、定義式、方向進行比較研究.

交流探討：

問題1：舉例說明“速度大”、“速度變化大”、“速度變化快”這三種運動情境.

問題2：加速度能否描述運動的快慢？速度與加速度的共同屬性是什么？

問題3：速度與加速度有無直接聯系？如何區別？

問題4：舉例說明“速度的方向”與“加速度的方向”.

概念辨析：區別速度與加速度概念，理解“加速度與速度變化的關系”.用反思的觀點辨析下列說法的正誤：A加速度增大，速度一定增大；B速度變化量Δv越大，加速度就越大；C物體有加速度，速度就增加；D物體速度很大，加速度可能很小；E加速度的方向與速度的方向可能相同也可能相反.

3實踐反思

學生對“加速度”理解的困難與偏差，客觀原因是“加速度”概念的抽象性和相似前概念“速度”的干擾，主觀原因則是學生自身思維定勢的作用.由于初中物理學習的特點，對于剛接觸高中物理學習的高一學生來說，他們缺乏主動質疑的習慣和能力，以及反思、批判的意識，習慣于淺層思維，顯然無法抵抗相似“前概念”的干擾.

學習所涉及的因素既多又復雜，使得學習過程不可能是線性的，也不可能是簡單的知識積累.建構主義理論認為：學習過程并非是簡單地對所學材料的識別、加工和理解過程，而是學習者的原有相關認知與新的學習內容相互作用（同化），并形成新的認知結構（順應）的過程.教學過程不只是知識的傳遞，更重要是知識的處理和遷移，教師應是助學者，而不是知識的灌輸者.因此，教師要幫助學生排除相似前概念“速度”的干擾，正確構建“加速度”概念.

本節課的教學意圖是：“知識層面”是讓學生從前知識經驗中提練“描述物理量變化快慢的思想方法”，并運用于新的問題情境中構建新概念，再將新概念與前概念進行比較，理解兩者的共同屬性與區別，從而形成對新概念的正確理解；“能力層面”是讓學生在概念構建過程中體會質疑和反思，領悟物理思想方法.

通過課堂觀察，看到學生的思維是比較活躍與順暢的.課堂反饋顯示，本節課的成功之處是（正答率80%以上）：學生大多能正確理解速度與加速度的概念，知道“速度和加速度的共同屬性”，能區分“運動快慢與速度變化快慢”，能說出“速度大、速度變化大、速度變化快慢”三者的情境，知道“速度變化需要時間”，能準確判斷“加速度與速度變化的關系”.不足之處是（正答率60%以下）：學生對“加速度方向與速度方向” 判斷困難.

從總體來看，本節課在物理思想方法提練與思維訓練上具有一定的深度，在質疑反思習慣的培養與批判性思維意識的提升方面應是有益的.學生思維品質的提升，并非一朝一夕，應有潤物細無聲的境界和堅持不懈的努力.批判性思維是理性極強的思維，強調對獲取信息進行有目的的處理，以幫助思考者進行清晰、理性、明確的判斷.物理思維具有高度的批判性，物理思維的批判性既是高中物理學習的重要基礎，也是學生形成優秀思維品質的必要基礎.要提高學生的核心素養，首先應培養學生良好的思維品質.優秀的批判性思維品質，可以為學生終身發展奠定堅實的基礎，我們應有意識地積極為之.

參考文獻：

[1] 田世昆，胡衛平.物理思維論[M].廣西：廣西教育出版社，1996：202-206.

[2] 蔣鳴.在物理概念構建中提升批判性思維意識[J].物理教師，2015（4）：15.