力和運動關系的前概念形成原因及教學對策

王震 李雪

摘? ?要初中學生正式開始學習物理知識前，往往從自身生活經驗出發對事物形成一定的看法和觀點，即頭腦中的“前概念”。前概念對學生科學概念的學習存在著消極或積極的作用。以學生對“力和運動”關系的認識為例，分析其中錯誤前概念的形成原因，并在牛頓第一定律的教學中實施教學對策，轉變錯誤的前概念，構建科學概念。

關鍵詞 力和運動? 物理前概念? 科學概念? 教學對策

蘇聯心理學家維果茨基提出，學習者腦中的概念分為兩類，“科學概念”與“日常概念”。“科學概念”是學生在科學實踐活動中逐漸形成的，是科學教育或他人科學指導下的產物，往往經過實踐的反復檢驗。另一類為“日常概念”，包括學生在以往日常生活實踐和辨別學習得來的直觀體驗和感性認識。日常概念產生于科學教育之前，因此也稱為“前概念”。前概念缺失較為科學、完全的理論基礎，其中存在普遍認為合理的認識，也存在一些認識有偏差、錯誤的結論。

中學物理學習中，學生的感知多數來源于生活，由此產生的一些看法和觀點影響著科學概念的學習。學生借助生活經驗的積累時常會對物理現象產生錯誤的理解，錯誤前概念在頭腦中留下痕跡，對科學概念學習產生不良影響。初中物理力學知識中的前概念在學生頭腦中較為豐富，是值得我們探討的內容。

一、物理學習中的前概念和科學概念

物理前概念是學生在物理情境中主觀構建的產物，對物理學習產生的影響既有積極的也有消極的[1]。皮亞杰最早開展對前科學概念的研究，他在1929年出版的《兒童關于世界的概念》中有很多關于力學與力學前概念的詳盡論述。皮亞杰認為學生對力有6種類型的認識，先于正式學習產生：力即運動;知道的東西才存在力，否則沒有力;物體的輕重與力的大小有關;力是有目的有效的行為;能持久支持的物體就存在力;力是移動物體的動作[2]。

物理中的科學概念是經過多次實踐檢驗、被廣泛認可以及能較準確體現事物和現象本質的物理概念和規律。例如科學概念“力不會脫離物體存在”，但學生會存在“扔出的球仍然受到手對它的力”的日常概念?？茖W概念認為“力的作用不能傳遞”，一些學生卻認為生活中使用工具的過程就是力通過工具傳遞到另一個物體上。這些認識構成了學生認知結構的一部分，由日常經驗積累而來，影響著科學概念的學習。因而，我們有必要探尋形成前概念的原因，實施具體的教學對策轉變學生頭腦中錯誤的前概念。

物理力學前概念大都來源于學生對生活中物體移動、水中漂浮、拉、壓等力學現象粗略認識以及經驗積累?；谟^察和切身體驗，學生得到了一些碎片化認識，其中難免存在對事物的片面理解和主觀認識，阻礙力學中科學概念的理解和運用。錯誤的物理前概念造成對物理事物的錯誤理解，得到錯誤的結論，進而影響學生科學物理概念的建構[3]。

二、力和運動關系錯誤前概念成因

1.日常生活的感知，形成錯誤前概念

學生通常將日常生活中獲得的感知作為認識物理現象、物理事物和物理事實的基本材料。自兒童時期起，他們就接受來自外部世界的多種刺激：觀察到事物發生的變化，書籍、電視媒體中的物理知識，別人的描述。刺激信號接收后，大腦做出相應反應，形成表象。這種直覺形成的表象具有模糊與易變的特點，干擾科學概念的形成。以錯誤表象為基礎，很容易產生錯誤的物理前概念。

比如，學生日常會感受到奔跑速度越快越不易停下，認為“速度大的物體慣性大”。學生發現用很小的力推物體，物體靜止或運動得很慢，較大的力推動物體，物體運動得快，形成“運動速度快的物體受到的力一定很大”的前概念。學生在生活中感知得出的結論僅依據少數物理現象，產生的錯誤前概念在頭腦中先入為主，根深蒂固不易轉變。

2.主觀構建概念，形成錯誤前概念

科學研究過程需要用已知的正確理論驗證結論，初中生思考問題往往缺少嚴謹的推理過程。他們對接觸到的物理現象充滿好奇心，渴望尋找一個觀點說明眼前的現象。例如，學生認為A車處于靜止狀態，B車運動與A車相撞，B為“主動施力”物體，施加給A的力要大于A給B的力，主觀構建錯誤的前概念，即“主動施力的物體施力更大”。又如，學生學習牛頓第一定律前，解釋“踢出的足球能夠繼續運動下去”，主觀推斷足球仍受到力，只是力越來越小，直至消失，才會慢慢停下來。學生利用主觀論斷解釋物理現象，形成錯誤前概念。

3.與其他概念聯系失當，形成錯誤概念

認知主義觀點，一個新的認知的形成必須以個體原有認知結構為基礎，學習即認知結構不斷建構更新的過程?？茖W概念的形成必須要與原有認知結構中概念建立聯系，學生在學習科學概念的過程中更有親切感，主動把新概念同已有概念建立必要的聯系，但有時候聯系失當就會形成錯誤前概念。學生初學力的知識，容易將慣性與力聯系起來，認為慣性也是一種力，這種關聯是不恰當的。這類由于不當聯系形成的前概念很難消除，教師要有意識地去引導學生認識到他們主觀意識上存在的錯誤認識。

4.原前概念未處理，形成錯誤前概念

建構主義以為，新知識的學習過程是對所獲得的信息的加工、整合與改造，這個過程建立在原有經驗基礎上，卻不是知識間的簡單疊加。學生先前積累的知識經驗無疑會對新的學習起到積極作用，但學生的原有經驗同樣包含著錯誤前概念。前概念具有隱蔽性，學生先前的學習中如果沒有顯露出來，就會一直潛藏在頭腦中。學生在原有錯誤前概念基礎上建構對事物的理解，會再次產生新的錯誤前概念。比如，人站在勻速行駛的車中，很多學生認為人處的狀態是因為受摩擦力，或者認為受慣性力，學生有“力維持著物體運動”的錯誤前概念，同時還形成了“慣性力”這個錯誤的物理概念。

物理科學概念的學習基于物理現象和物理事實，前概念普遍存于現象之中。要明確學生頭腦中原始前概念，預估可能產生的錯誤前概念，有針對性地實施教學，促成科學概念的形成。

三、轉變錯誤前概念的教學對策

學生對力和運動關系的認識存在著錯誤前概念，教師設法利用和轉變學生的錯誤前概念，在牛頓第一定律的教學中實施教學對策。

1.優先捕捉前概念，基于已有經驗進行教學

學生頭腦中大多數前概念都是從日常生活的感知逐漸產生的，往往以一種隱性形式存在，不輕易暴露出來。教師首先要捕捉這些前概念，才能以學生已有經驗為基礎有效開展轉變錯誤前概念的教學。

牛頓第一定律教學中，教師引導學生利用身邊物體，施加一個力使物體運動，撤去力后再觀察物體運動狀態。學生發現停止施加力，物體也會停下來，生活中有很多類似的情境。學生回顧自身生活經驗自然地認為物體運動需要力的作用，如果撤去這個力，物體立即停止運動，力維持著物體的運動，教師指出亞里士多德的觀點也是如此。

2.創造問題情境，引發認知沖突

為引發學生認知矛盾，教師須創設符合學生認知規律的問題情境，讓學生感知到自己前概念中的謬誤，意識到要解決沖突必須重新建立科學概念，同時加深對正確概念的理解。

教師讓學生繼續加強體驗，快速推動小車，手突然停下觀察小車運動情況。學生發現小車與手分離之后并沒有馬上停下來，仍然向前運動，只是運動越來越慢，直至停下來。教師再問：小車離開手，推力還起作用嗎？學生之前關于運動的認識，知道離開施力物體，力不會存在。教師再追問：小車都不再受到推力了，怎么還在向前跑？環環相扣的問題，觸動學生的思維。接著，教師演示小球慣性的實驗，撥動簧片將小球與底座之間的墊片快速擊出，一些學生猜想墊片隨小球飛出，結果小球保持原有運動狀態（靜止），實驗現象與猜想產生了認知上的沖突。

教師繼續創設情境，播放公交車突然剎車，車內乘客身體和物品向后運動，百米賽跑運動員沖過終點線后不能立即停下來的視頻。拋出伽利略觀點：運動不需力來維持，與亞里士多德的觀點相悖，引發學生思考。學生在思考與比較中意識到先前的認識是錯誤的。至此，教師自學生常有的錯誤前概念出發，制造認知矛盾，對比推出與之相反的結果[4]。

3.注重實驗探究，豐富感性體驗

教師引導學生進一步分析小車與手分離后的受力情況，水平方向小車只受到摩擦力。在此基礎上，教師讓學生思考假如物體不受任何阻力，又會怎樣運動呢？師生共同探究摩擦力對物體運動距離的影響，實驗中三層相同的斜面均連接著水平木板，由上至下表面分別為木板（較光滑）、毛氈（較粗糙）和毛巾（很粗糙）。三節電池同時從每層斜面同高度處靜止釋放，在不同的平面上運動，最終停下來。盡管是一個傳統的演示實驗，但是學生直觀地觀察到了三節電池受到摩擦力與運動距離的關系。得出電池在木板上運動距離最遠，其次是毛氈，毛巾上的電池運動距離最近。保證其他條件相同時，摩擦力越小，物體在平面上運動距離越遠。教師提問，“如果平面足夠光滑，電池將如何運動？”因勢利導，學生大膽分析，若無摩擦，電池會一直運動。此時，學生自身真正地經歷了建立科學概念的過程，實現了錯誤前概念“力維持物體運動”的完全轉變。

4.展開概念剖析，區分混淆概念

“物體具有慣性”學生容易理解為慣性是作用在物體上的力。教師要注意進行概念辨析的訓練。教師可利用學生已了解的力的性質，讓學生嘗試找出慣性的施力物體。假想慣性是一種力，可這個力卻沒有施力物體，認知沖突再一次出現。教師又創設了一次認知沖突，引導學生徹底地認識了慣性概念和力的概念：（1）概念內涵不同。慣性為物體本身的固有屬性，是物體具有的保持原有運動狀態的性質。力是物體間的相互作用，不同力的存在需要不同的條件。（2）概念屬性不同。慣性只分大小，沒有量度和單位，更沒有方向，任何情況下都存在。力則是一個有大小、方向的物理量，作用點不同也會影響力的作用效果。（3）概念外延不同，比如慣性與物體的運動狀態無關，物體不論是靜止的、還是運動的都不會影響其自身的慣性，物體具有這種保持原有運動狀態的性質，而力則改變物體的運動狀態。

5.提高學生思維能力，理清概念間聯系

教師要善用思維方法加深概念理解，明確物理概念之間的聯系，培養學生思維能力。教師可利用歸謬法，首先假設前概念觀點正確，即“物體運動得越快慣性越大，速度小則慣性小”。那么當物體速度為零（靜止）時，慣性應最小。事實上，比如大型輪船啟動是非常困難的，它靜止時速度為零，但慣性卻很大，直接說明了學生頭腦中關于慣性與物體運動狀態有關的認識是錯誤的。教師引發學生思維上的“自相矛盾”，令其看清物理規律的本質，即物體的質量決定慣性大小。

為此，物理前概念產生的原因各不相同，教師應采用有效的對策轉變學生頭腦中的錯誤認識，有效提升初中學生的認知水平，促進科學概念的構建。

參考文獻

[1] 陳慶軍，吳能平.物理前概念研究，對構建科學概念的啟示[J].物理教師，2011（05）.

[2] Piaget J.The childs conception of physical causality[M].London：Routledge Paul K，1930.

[3] 劉勝華.物理教學中轉變前概念、建構科學概念的策略[J].物理教師，2009，30（08）.

[4] 周洪池，管光華.高中學生物理前概念中相異構想的成因及矯治策略[J].物理教師，2017（12）.

[作者：王震（1975-），女，吉林省吉林市人，遼寧師范大學物理與電子技術學院，副教授，碩士;李雪（1995-），女，遼寧阜新人，福建省廈門第一中學，中學二級教師，碩士。]

【責任編輯? 孫曉雯】