對初中生壓強前概念的調查及其轉化

摘 要：采用訪談法和問卷調查法對山東省聊城市某私立中學初中生有關壓力、壓強的前概念進行調查與分析。研究結果表明：大部分學生沒有形成壓強的概念，相當一部分學生把壓力和壓強混同起來；學生對壓力的認識很模糊；學生已初步意識到“壓力作用的效果與受力面積的大小有關”。教師應當正視學生的前概念，創(chuàng)設問題情境引導學生自主建構概念，促使前概念轉化成科學概念。

關鍵詞：壓強；前概念；物理概念教學；概念轉化

作者簡介：王登建，山東省聊城市聊城文軒中學教師，研究方向為中學物理教學與課程論。（山東 聊城 252000）

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）28-0093-02

一、問題的提出

心理學家奧蘇貝爾認為，“影響學習的最重要的因素是學生已知的內容”。學生在學習某個物理概念之前，面對感興趣的物理現(xiàn)象，不自覺地會根據(jù)已有的生活經驗形成個人的認識和理解，這就是所謂的“前概念”。對于學生而言，這些前概念能“有效地”解釋生活中的一些現(xiàn)象，因此具有一定廣泛性、隱蔽性和頑固性。錯誤的前概念會對學生學習物理概念產生不利的影響。如何引導學生擺脫前概念的影響、建立科學概念是物理教師需要面對的一個重要課題。

壓強是初中力學的核心概念之一。一方面，壓強與生產、生活緊密聯(lián)系；另一方面，壓強拓展和深化了力的概念，是學習液體壓強、大氣壓強的基礎。新課標對壓強的要求較高，屬于“理解”層次。教學實踐中，學生普遍反映這一部分內容較難學，除去壓強概念本身具有一定的抽象性和相關習題的綜合性之外，錯誤前概念的影響也不容忽視。基于上述認識，筆者開展了初中生壓強前概念的調查與研究。

二、研究過程與結論

為了使調查結果具有一定的信度與效度，本次研究采用了問卷法和訪談法。隨機選取山東省聊城市某私立中學初一的兩個教學班（完全沒學過物理）和初二的三個教學班（尚未學習壓力、壓強的概念）共236名學生作為被試。采用問卷星設計調查問卷，將問卷發(fā)布在校園網上，安排學生在課余時間進行答卷。問卷采用不記名、不限制答卷時間的方式，以便學生真實地表達自己的想法。最后利用問卷星后臺提供的SPSS11.0統(tǒng)計軟件對問卷結果進行統(tǒng)計分析。

1. 壓強對于大部分學生來說是一個陌生的概念。調查結果顯示，有50.1%的學生表示“日常生活中，沒有聽說過壓強概念”；20.6%的學生認為“壓強是壓力不科學的說法”；75%的學生認為“書包帶做的扁而寬能夠減小書包對人體的壓力”……這充分說明，學生無法分清壓力與壓強，甚至把兩者等同起來。

2. 學生對壓力的認識模糊且具有片面性。55.84%的學生認為“下圖1中能正確表示支撐面所受壓力的是A”，22%學生認為是B；還有41.2%的學生認為“物體越重，對接觸面壓力越大”；37.6%的學生認為“壓力的方向總是豎直向下的”；22.1%的學生認為“壓力作用效果只與壓力大小有關”……

3. 學生已初步意識到“壓力作用的效果與受力面積的大小有關”。面對“一位同學在結冰的湖面上行走時，突然發(fā)現(xiàn)腳下的冰即將破裂，他應采取的措施是什么”的問題時，63%的學生能做正確的判斷；24.8%的學生認為“一人先站在地面上，后抬起一只腳，則他對地面的壓強會增大”……

三、關于壓強教學的幾點建議

前概念是學生用來解釋客觀世界的獨特經驗，它的形成與學生對未知事物的自主探究活動有關。現(xiàn)有研究表明：科學概念不會自動取代學生的前概念，只有經過學生的自主建構才能使他們對前概念產生不滿，進而接受并理解科學概念。概念轉化的關鍵是創(chuàng)設真實的問題情景，使前概念在新的問題面前失去作用，引發(fā)學生的思維沖突，促使學生放棄錯誤的前概念。

1. 改變壓力概念的引入方式，淡化重力對壓力的干擾。一般情況下教師是這樣引入壓力概念的：展示如圖2的三幅圖片。

教師要求學生畫出運動員對平衡木的作用力、釘子對墻壁的作用力和物體A對斜面的作用力。然后提出問題：這些力有什么共同特征？學生分析歸納出這些力都跟物體表面垂直，從而得出壓力的概念。教學實踐中發(fā)現(xiàn)：學生往往把第三幅圖中的壓力畫成物體A的重力，為了使教學進行下去，只好由教師代勞畫出。表面上學生接受了壓力的概念，但隔幾天之后不少學生又會犯同樣的錯誤。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是，第一幅圖中壓力是由重力產生的，方向也與重力的方向相同，根深蒂固的前概念并沒受到挑戰(zhàn)，學生并沒有真正接受壓力的概念。

為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，可采用以下方法引入壓力：將塑料桶豎放在水平桌面上，教師用手指擠壓塑料桶的側壁，提醒學生觀察手指壓力的方向有什么特點。然后展示上圖中砸釘子的實例，引導學生分析錘子水平敲擊釘子時，錘子對釘子的力和釘子對墻壁的力是否也具備這種特點，從而歸納出壓力的定義。用這種方式引入壓力的概念，可以有效擺脫重力對壓力的干擾，避免造成學生認知上的混亂。

2. 采用對比法，使學生徹底區(qū)分壓力和重力。在引入壓力的概念之后，進一步提出問題：放在水平面上的物體對水平面有壓力嗎？接下來演示如下實驗：將長方體海綿塊平放在桌面上，在其上方放置一塊紅磚，提醒學生觀察海綿的形變。組織學生討論：使海綿發(fā)生形變的力的方向與海綿的表面有什么關系？它屬于壓力嗎？這個力的施力物體和受力物體分別是誰？這個力與紅磚受到的重力是同一個力嗎？討論過程中，學生的各種思維相互交流與碰撞，逐步建立壓力概念。討論的結果如表1：

3. 引導學生自主建構壓強的概念，彰顯壓強的物理意義。實驗“探究壓力作用的效果與哪些因素有關”是建構壓強概念的關鍵。通過探究活動，學生不難得出兩條結論：“壓力的作用效果不僅跟壓力的大小有關系，還跟受力面積的大小有關系”。若在此基礎上直接指出：“壓力作用的效果用壓強表示”，這種處理方式有些粗糙，沒有從根本上觸及學生的前概念，缺少思維加工過程，學生也難以接受新概念。

根據(jù)概念轉化理論，只有使學生意識到他們認識的“壓力”（即關于壓強的前概念）不能解決某些新問題時，他們才有可能接受壓強的概念。在學生得出上述兩條結論的基礎上，可以創(chuàng)設如下的問題情境：出示質量和底面積均不相同的金屬塊甲、乙，其中甲的質量是1kg、底面積5cm2，乙的質量是2.5kg、底面積25cm2。將兩者并排放在同一塊海綿上，提醒學生觀察海綿的凹陷程度。然后提出問題：兩個金屬塊對海綿的壓力F甲、F乙哪個大？哪一個壓力作用的效果更明顯？如果用壓力的大小來表示壓力作用的效果合理嗎？該怎樣比較才合理？教師可適當引導：我們是怎樣比較物體運動快慢的？給學生的思維提供一個“支架”，學生很快就會發(fā)現(xiàn)F與S的比值越大，壓力作用的效果越明顯，可以用這個比值來表示壓力作用的效果。教師順勢指出，科學家也是采用這個比值來表示壓力作用的效果，并把它定義為壓強。經過思維加工，壓強這個概念便在學生頭腦中生根了。

因此，教師應充分了解學生的前概念，努力創(chuàng)設一個學生感興趣的教學情境，引導學生自主建構概念，克服前概念的不利影響，以提高物理教學的有效性。

參考文獻：

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責任編輯 羅 佳