基于前概念的高中物理教學易混淆知識點的剖析及其教學策略

方君煒

（福州第二中學，福建 福州 350001）

高中物理教學中有很多的知識點，它們彼此間既相互聯系又有所區別，教師在教學過程中常常會發現學生對一些物理知識總是不能很好地掌握，特別是對一些相似相近的知識點容易產生混淆。知識點的混淆加劇了學生對知識點理解的困難，進而導致在后續應用過程中產生各種各樣的錯誤。通過對高三學生的問卷調查與個別訪談，文章選取了學生最容易混淆的一些知識點進行分析。通過剖析學生理解這些知識點的過程，發現學生對這些知識點產生混淆的原因很多都基于先入為主的“前概念”，且從前概念產生角度來看，它具有自發性、必然性、廣泛性、復雜性等特點。［1］因此，研究前概念對學生理解知識過程產生的影響就具有其必要性和實用價值。本文還通過一些具體的教學策略來幫助學生厘清正確“前概念”、暴露錯誤“前概念”，進而從根源上避免知識點間的混淆，達到提升學生物理核心素養的目的。

一、“前概念”的定義與內涵

前概念是前科學概念的簡稱，建構主義認知心理學又形象地稱之為日常概念。［2］近些年，對前概念的定義存在狹義和廣義之分。狹義的理解認為“前概念”是“學生在接受正規的訓練或學習以前就已經形成的錯誤的觀念或認識即前概念”。廣義的理解認為“前概念就是學生在接受正式的教育以前對所感知的現象、生活中的常識與經驗進行總結加工所得出的認識和理解”。顯然后一種理解要較前一種理解在意義上廣泛得多，它不僅包含片面的、錯誤的觀念或認識，還包含有科學成分的認識。目前教育界普遍偏重于后一種定義。［3］文章采用的也是這種廣義的定義方式，結合文章內容將“前概念”區分為學習新知識前已經獲得的科學的正確的概念，即“正確的前概念”，以及學習新知識前形成的與科學概念不一致或不完全一致的“錯誤的前概念”。

二、“前概念”對物理知識理解的影響

（一）正確的前概念對物理知識理解的正向促進作用

物理概念的建立是學生掌握物理知識的基礎，前概念對物理知識理解的影響主要體現在新概念的建構。正確的前概念是物理學習的良好基礎和鋪墊，它的正遷移作用可成為物理概念學習的資源，和概念學習的新增長點，可使學生盡快地掌握新的概念和知識結構。［4］如果學生對某個新的概念的理解建立在正確的前概念的基礎之上，就能以此為基礎逐層逐步的建構出新的物理概念，完成階梯式的遞進學習，進而事半功倍地掌握這個新的知識。

以高一學習的新概念“加速度”為例，學生在學習加速度前對速度、速度變化量等概念已經有充分的認知。速度、速度變化量對加速度的學習就是前概念，學生如果在學習加速度之前就建立了正確的速度、速度變化量的科學概念，則學習新概念加速度就會比較順利。即學生能透過“速度”“速度變化量”“速度變化率”這些概念語言表面的相似性，理解“加速度”概念的內涵，明白速度變化率是速度變化量與時間的比值，進而建構出正確的“加速度”概念。反之，如果沒有這些正確的前概念作為基礎，學生往往會將加速度與速度變化量相混淆，進而對加速度的理解產生困難。學生對這些前概念掌握得比較好，為新概念的學習做好了足夠的鋪墊，能讓新概念的學習建立的堅實的科學概念的基礎之上。

（二）錯誤的前概念對物理知識理解的反面對比作用

正確的前概念對物理知識理解的正向促進作用顯而易見，但是錯誤的前概念對物理知識的理解也不全都是負面的。只要教師能及時認清這些錯誤的前概念，它可以作為學生概念學習過程中的對比參照模型，反過來強化學生對正確概念的理解，以多角度的對比來不斷調整學生對正確概念的認知，最終達到建構正確物理概念的目標。

以高二學習的新概念“電勢能”為例，它屬于一個比較抽象的新概念，學生如果掌握了“電勢”“勢能”這些正確的前概念自然可以幫助學生理解“電勢能”。但是很多學生如果直觀地產生“電的勢能”或“電勢的能量”這些錯誤的前概念，教師就要重視它們的形成過程，幫助學生會正視這種錯誤的前概念，而不是害怕它的出現，進而幫助學生應用對比等教學方式以糾錯的方式形成對新概念的學習。有的學生沒有將自己的錯誤前概念暴露出來，學生對新概念的掌握就是不完備的，今后會潛意識的用這些錯誤的前概念來理解或解釋新的物理知識，進而發生錯誤。

不論是“正確的前概念”還是“錯誤的前概念”，它都是學生認識新知識的基礎，教師只有對其進行正確的引導，才能有助于學生理清知識間的差別，從而避免知識的混淆。

三、學生產生知識混淆的原因及其教學策略

（一）厘清正確前概念，提前防范避免混淆

物理知識間經常會存在一些明顯的共同點，學生往往會人為放大這種共同點，進而產生混淆。這些共同點有的是概念本身的相似性，如“平均速度”和“平均速率”，它們都是描述一段時間內運動快慢的物理量；有的是描述上的有共同的內容，如“一對平衡力”和“一對作用力反作用力”，它們都是一對等大反向的力；還有的是適用條件上的相互覆蓋，例如動量守恒與機械能守恒，但是很多場景中動量守恒的系統，機械能也守恒。

學生知識混淆表現出來的就是概念的張冠李戴，把平均速度和平均速率混為一談，不能區分相互作用力和平衡力，用一些的特殊個例來代替一般普遍規律，這些都是沒有建立正確前概念的典型表現。前概念作為學生認識新知識的基礎，教師在教學過程中要積極引導學生厘清前概念，只有學生有了正確的前概念，才能進一步理解新的物理知識，進而避免出現學習的盲點與誤區。比如，要區分平均速度和平均速率，就要事先厘清速度和速率這兩個前概念，區分平衡力和相互作用力的前提是厘清受力分析的對象，正確運用動量守恒和能量守恒的前提是要嚴格厘清它們的條件分別是“系統合外力為零”“系統只有重力做功”，只有這樣才能建立正確的前概念，進而避免因為物理知識的共同而產生混淆。

再比如，在萬有引力與天體運行的問題中，學生容易將雙星問題與單星問題混淆，就是典型的前概念不清，導致應用出現錯誤的案例。一般的單星運行如月球繞地球做勻速圓周運動，有萬有引力提供向心力的表達式，其中等式兩邊的r值相同。如果學生對這個r值的含義沒有理解清楚，只是粗淺地認為兩者都是半徑，那在出來雙星問題時就會出現非常明顯的錯誤。天體m1與天體m2間距為L，如它們繞連線的中點做勻速圓周運動，很多學生會將表達式寫成，依然認為等式兩邊的r=。錯誤的原因就在于前概念不清，沒有正確理解r這個重要的前概念。在萬有引力中的r指的是兩個天體間的距離，而向心力中的r才是圓的半徑即天體到圓心的距離。當月球繞地球做勻速圓周運動時它們恰好相同，在雙星問題中萬有引力中的r＝L，向心力中的r=，它們的差異就體現出來了，學生犯了以特殊代一般的錯誤。因此，為了避免學生出現這種錯誤，在教學時應該提前將學生的前概念理清，特別將萬有引力與向心力的r作比較以說明它們間的差異。只有學生提前理清了前概念，才能避免在后續學習與應用中用錯誤的前概念解決問題而出現混淆。

（二）暴露錯誤前概念，摒除錯誤，避免混淆

學生對學習到的正確的前概念會有一個明確的認知。但是錯誤的前概念，學生的認知是模糊的，學生常常不知道自己固有的前概念是錯誤的。這時，教師如果沒有在教學過程中加以引導，讓學生把這種錯誤的前概念暴露出來并加以糾正，學生在后續學習中就會不由自主地使用錯誤的前概念而不自知。學生可以通過教師講述建立正確的前概念，并借由習題強化等方式厘清并固化下來。而在錯誤的前概念沒有暴露前，即使教師重復講述某個知識點多次，學生依然會因為錯誤的前概念存在而沒法真正掌握新的知識，出現學生普遍反饋的似懂非懂的情況，進而出現知識的混淆與錯誤。例如，在結繩類的共點力平衡問題中，有些學生會有一種錯誤的前概念：繩長＝力的大小，進而出現如圖1 所示的錯誤的力圖。教師如果沒有明確點出這種錯誤的前概念，使之暴露出來，有些學生就會在比較長的一段時間內一直出現類似的錯誤。

圖1

再比如，高中階段學生剛開始學習速度、力等矢量時，得到了可以正負號來表示方向的正確概念，往有一部分學生就此形成了一個錯誤的前概念——高中階段數值前的符號都表示方向或者高中階段的符號都不用來比大小。這種錯誤的前概念會導致學生在后續進行功與能量等物理量的學習時發生混淆。因為功和勢能是有正負號的，學生往往延續錯誤的前概念，要么把功和勢能前面的正負號當作方向看待，要么認為它們都是不參與數值比較的。這里就需要教師在教學過程中暴露他們錯誤的前概念的同時，對正確的概念進行準確的描述，幫助學生摒除錯誤，避免混淆。即功的正負不用來比大小，但是功的正負不表示方向，它的物理意義在于表示動力做功或阻力做功，體現的是力和位移夾角間的關系。重力勢能的正負同樣不表示方向，但是特殊的是重力勢能的正負是可以用來比大小的。如Ep1＝-10J，Ep2＝-2J，Ep2＞Ep1。這與F1＝-10N，F2＝-2N，F2＜F1，完全不同。因此，教師可以通過設問的方式，讓學生主動將錯誤的前概念暴露出來，一旦產生認知上的沖突，學生就會很順利地將錯誤的前概念轉變成正確的科學概念，也就不會對今后的學習產生負面影響了。

（三）凸顯前概念的差異，找出異同避免混淆

高中對同一物理模型經常會有不同的物理量來進行描述，即“一模多量”問題，學生常常會混用這些物理量，造成錯誤。例如，場強與電勢分別是從力和能的角度來描述電場的物理量，很多同學明知它們之間有聯系但也有不同，但還是很容易產生混淆。這種混淆主要是由于知識記憶上出現的混淆，筆者將其稱為互為前概念現象，即兩個有相近或相關的物理量成為彼此的前概念。這時就需要教師通過加強兩個物理量的對比，突出它們的差異來強化記憶，并不斷地變化物理情境來考查學生對這兩個物理量理解和應用，這樣才能突出差異，達到避免混淆的目的。

再比如“電勢與電勢能”這兩個概念，它們字面僅一字之差，且都是在電場這一模塊中學習到的。學生對這兩個抽象的新概念，常常因為不能理解其本質，彼此混用。該用電勢描述時用了電勢能，該用電勢能描述時用了電勢。此時教師在教學時就應當不斷凸顯他們間的差異，幫助學生認識這兩個物理量在電場中的不同定位。即要在不同的情境中體現電勢與電勢能在描述對象上的不同，而不是只停留于體現電勢能等于電勢與電荷量的乘積上。

針對知識點本身就存在的易混淆的特性，教師在教學中除了要明確概念、規律的適用對象適用條件外，還可以用廣設對比項的方式來突出差異。這樣既能理清前概念，又能強化差異，提高學生對知識的掌握程度。例如，在動量與動能的教學過程中，教師可以設置（如表1）表格進行對比。這樣就能在認識共性的同時，明確二者間的差異，達到以對比強化認知，增強記憶的效果。

表1 動量和動能等概念的對比

綜上，學生在學習過程中出現物理知識的混淆，有其認知上的因素（前概念因素）也有知識本身（相似性相關性）因素的影響。教師如果能正確認識到前概念在學生學習過程中產生的影響，在備課過程中考慮到這個因素，就能采取合適的教學策略，幫助學生盡可能地避免因為主觀的認識產生物理知識的混淆，從而提高高中物理課堂教學的有效性。