基于初中物理科學思維的錯誤前概念轉化

汪文軍

(江蘇省南京市溧水區第一初級中學 211200)

科學思維是從物理學的視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式；是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法的內化；是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判、檢驗和修正，進而提出創造性見解的能力與品質.它是學生必備的學科核心素養之一.

前概念指學習者在接受正式的科學教育之前，在現實生活中通過長期的經驗積累與辨別式學習而獲得的一些感性印象、積累的一些缺乏概括性和科學性的經驗.而這些經驗中有些是與科學相違背的，想要糾正它也成了教學中的一個難題.

德國物理學家勞厄對教育有一句名言 :“重要的不是獲得知識，而是發展思維能力.教育無非是一切已學過的東西都遺忘掉的時候所剩下來的東西.”剩下來的東西是什么呢？我們理解其中重要的一個方面就是“思維”.通過初中物理科學思維的錯誤前概念轉化，不僅可以轉化學生錯誤的觀點，還可以培養學生獨立科學思維的能力，樹立正確的科學觀.

一、物理前概念的特點

不同層次的學生在學習物理之前，頭腦中都會存在前概念.且前概念數量多，范圍廣，在力、熱、光、聲、電各領域都會存在.物理前概念在主要特點就是隱蔽性強.前概念是在潛移默化中形成的，以潛意識存在，平時不易表現，只有解決具體問題時才會暴露出來.再次，前概念是學生撐起生活經驗積累的結果，在頭腦中印象深刻，根深蒂固.想要糾正學生的錯誤前概念還是很困難的.

二、物理科學思維的轉化方式

在以往教學中，前概念由于其隱蔽性強，容易被忽視.即使注意到，也有可能出現解釋不到位的現象，導致學生錯誤前概念問題難以糾正.且由于前概念數量多且雜，運用單一的方法解釋已不能滿足需求，這使得我們不得不意識到，針對不同錯誤前概念需要用不同的方法.下面以簡例說明.

1.物理實驗的思維轉化

(1)在學生日常生活中，認為用吸管喝飲料，飲料是被吸出來的.針對這一錯誤前概念，設計如下實驗：

[實驗材料]玻璃瓶、吸管、水、熱熔膠

[制作過程]①將打有一孔的玻璃瓶蓋旋緊在裝滿水的玻璃瓶上.②將吸管由孔插入，并用熱熔膠將所有孔隙密封，確保裝置氣密性.③讓學生通過吸管吸水，觀察是否有水被吸出.(如圖1所示)④將熱熔膠去除，讓學生再次吸水，觀察是否有水被吸出.

此實驗首先通過有熱熔膠時吸不出水，引發學生的認知沖突.再利用無熱熔膠時能吸出水強調我們用吸管喝飲料時，飲料不是吸出來的，而是大氣將飲料壓入我們口中.步驟③中裝滿水的瓶內幾乎無空氣，又由于有熱熔膠密封，杜絕了外界空氣進入，當吸飲料時，瓶內氣壓過小，無法將水壓入口中.而無熱熔膠時，由于瓶內氣體與大氣連通，吸水時，吸管中氣體減少，壓強變小，大氣將水壓入口中.利用此實驗轉化了學生的錯誤前概念.

(2)學生上完體育課后，常站在電扇下吹風，以此降溫.這一現象致使學生產生了通過吹風可以降低環境溫度的錯誤前概念.針對此現象，設計如下實驗：

[實驗材料]電風扇、溫度計、水

[制作過程]①將溫度計置于打開的電扇前(如圖2所示)，觀察其溫度變化并記錄數據.②將玻璃泡上沾有水的溫度計置于打開的電扇前，觀察其溫度變化并記錄數據性(如表1所示).③數據記錄并作出溫度變化圖像(如圖4所示).

表1

通過分析實驗數據可以得到結論，風無法直接改變溫度，只有當溫度計的玻璃泡上有水時，溫度才會下降.也就意味著體育課后由于學生身上有汗，電風扇的風吹動加快了汗液的蒸發，而蒸發過程是吸熱的.這才使得學生感覺涼快.這樣就轉化了學生的錯誤前概念.

2.物理理論的思維轉化.

(1)炎熱的夏天，學生坐在電扇下吹風，涼爽的同時，很多學生會擔心搖擺的電扇會掉下來，針對這種錯誤的前概念，可通過理論解釋.

如圖5所示，電扇之所以會掉下來，是由于受到地球的吸引力.正常情況下，由于吊扇頂部與天花板有著螺絲的固定作用，使得吊扇能穩穩的固定在天花板上.當電扇轉動時，會將空氣向下吹動，給空氣施加一個向下的力，根據牛頓第三定律，當吊扇給空氣一個向下的力的同時，空氣也會給吊扇一個向上的力F，如圖6所示，吊扇受到兩個力的作用，最終二者的合力比圖5要小，這就使得吊扇受到的向下的力變小，也就意味著工作時的吊扇比不工作時更加難以掉下來.所以我們的擔心實際是多余的.

現實中，直升機就是依據這一原理制造的，如圖7所示，當螺旋槳高速轉動時，給空氣一個向下的力，同時空氣就會給直升機一個向上的力F，當這個力大于直升機的重力時，直升機就能升空了.

利用理論解釋，再結合直升機的例子，糾正學生的錯誤前概念.

(2)漂浮在空中的空氣給日常生活并沒有帶來任何“負擔”，致使學生認為空氣的質量很小，要糾正這一錯誤前概念，就必須用到密度的相關理論知識.

根據密度的計算公式，我們可以得到：質量=密度*體積

以一間教室空氣質量為例，教室的體積約為168m3,常溫常壓下，空氣的密度約為1.29kg/m3,帶入上述公式可得，教室內的空氣質量約為216.72kg.從這個數據我們可以發現，我們周圍的空氣質量實際是很大的，之所以人感受不到“負擔”，主要是由于人體內氣體和外界大氣是相通的，這就使得人體內外的壓強差為0.人感受不到來自空氣的壓力.通過實際數據計算，就轉化了學生的錯誤前概念.

在物理教學中，由于前概念有著數量多、隱蔽性強、影響深的特點.所以教師在教學中應該重視“前概念”對學生的所產生的影響，多加關注，尤其關注錯誤前概念的糾正.而在糾正過程中，我們要結合學生的思維發展，科學思維進行糾正，形成科學概念.讓學生認識到運用物理知識了解生活本質的基本方法，從而培養學生科學的思維方法，正確的生活觀、發展觀和世界觀，進一步提高學習效率，促進學生的物理學科核心素養的不斷提高.