陳 芳 呂華平

(1. 江蘇師范大學物理與電子工程學院,江蘇 徐州 221116；2. 江蘇省昆山市新鎮(zhèn)中學,江蘇 蘇州 215300)

物理學是一門與生活緊密聯(lián)系的學科,學生在學習新概念之前并不是“白紙一張”,而是已經有了一定經驗和認識,即前概念,但這些前概念往往是一分為二的,正確的前概念對學生的學習起到正遷移的促進作用,錯誤的前概念會對科學概念的建構產生阻礙作用。無論是哪種情形,都積蓄著極大的教學能量,是學生建構科學概念的基礎。因此,在教學過程中,教師必須了解并正視學生的前概念,尤其是對待錯誤前概念時,傳統(tǒng)的“填鴨式”“灌輸式”教學往往粗暴地用科學概念強行“覆蓋”前概念,學生的學習效果較差,無法促進學生的有意義學習。[1]奧蘇泊爾曾經說過:“如果我必須把教育心理學全部原理歸結為一句話,那么我將會說,影響學生最重要的一個因素乃是學生已經知道的東西,肯定這一點并據(jù)此教學”。[2]因此,教師如何在教學中了解學生的前概念,并有針對性地尋找教學策略來實現(xiàn)前概念的有效轉變,培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng),讓學生的“學”變得更有意義,是每一位教師需要不斷研究的課題。

1 正確認識前概念

1.1 初中生物理錯誤前概念的產生原因

萊布尼茨指出：“任何結果都有原因”,要想有效轉變錯誤前概念,我們就必須了解這些前概念的成因。

首先,在初中生的頭腦中已經積累了大量的生活經驗,根據(jù)皮亞杰的認知發(fā)展理論,兒童的認知發(fā)展過程具有階段性和連續(xù)性的特點,初中生的思維處于具體運算階段,該階段學生的思維活動仍然比較刻板,只能被動地遵守規(guī)則,對成人給的經驗深信不疑,這些都會引起錯誤前概念的形成。[3]同時,日常經驗往往具有單一性、表面性和偶然性等特點,與科學概念之間存在差距，例如,學生會認為“輕的物體會上浮,重的物體會下沉”等。

其次,隨著科學技術的飛快發(fā)展,初中生會通過大眾傳媒獲取知識,但是在物理中有一些相似的概念,由于社會媒體的生活性,部分內容的表述會不夠科學嚴謹,例如媒體一般不會區(qū)分“重量”和“質量”,往往會誤導學生產生“質量會隨著物體的位置改變而改變”的錯誤前概念。

1.2 有效轉變錯誤物理前概念的教學步驟

錯誤前概念具有頑固性、重復性等特點,[1]如果僅僅通過簡單的說教去糾正,很難達到轉變的效果。因為這些概念已經在學生的頭腦中形成了一種定勢，學生在分析和解決問題時,還是會不自覺地運用錯誤前概念。這就要求教師在教學過程一定要采用合適的教學策略來實現(xiàn)其到科學概念的有效轉變。[4]通過實踐和研究,有效轉變前概念大致可分為以下4步。

(1) 了解與暴露概念。打“虎”要知“虎”,教師只有了解了學生的前概念,才能做到有的放矢。一般知“虎”的方式有:師生對話、問卷調查、教師間交流等。

(2) 再現(xiàn)概念情境,形成認知沖突,解構前概念。錯誤的認知往往是因為對事物或事件觀察的片面性而導致,教師可以先從學生角度，將片面的前概念涉及的內容以演示實驗、學生實驗等方式展現(xiàn)其全面性質,從而引發(fā)學生的認知沖突,用事實來沖擊“前概念”,調動學生強烈的好奇心,為科學概念的重建創(chuàng)造良好的條件。

(3) 解釋沖突,建構科學概念。在形成認知沖突后,教師應趁熱打鐵,幫助學生發(fā)現(xiàn)前概念的不合理之處,從而建構科學概念,實現(xiàn)概念的有效轉變。

(4) 鞏固與應用概念。學生的前概念是具有“慣性”的,學生在解題或解釋生活現(xiàn)象時仍然會習慣性地運用前概念,而我們的物理教學的最終目的就是要應用于生活,因此在概念的鞏固和應用時，就應該強調情景化、生活化,而不是簡單的數(shù)學化、模型化,從而更好地實現(xiàn)知識的遷移。

2 概念轉變的教學案例

在進行蘇科版“光的顏色 色彩”的教學時,教師若以講授法授課，效果會較差，學生對物理概念的理解仍然很模糊，這種處理方式沒有體現(xiàn)“從生活走向物理,從物理走向社會”的課程基本理念。[5]通過對一線教師的調查和訪談發(fā)現(xiàn)：光在生活中隨處可見,學生在課前已積累了大量的前概念,主要存在以下3個錯誤前概念:(1) 白光就是一種單色光；(2) 透明物體可以透過任何色光；(3) 我們看到的物體是什么顏色，是因為它本身就是這個顏色,與光的顏色無關。這些概念在學生的頭腦中已根深蒂固,僅僅通過簡單的說教很難糾正。教師應通過演示實驗、學生實驗等方式，一步步地解構前概念,從而實現(xiàn)概念的有效轉變。

2.1 創(chuàng)設情境,了解與暴露前概念

教師展示多彩的圖片并提問:白色陽光下的世界為什么是多彩的？

以問題引發(fā)學生思考,暴露上述第3個錯誤前概念,此時學生是非常疑惑的,教師再引導:大家都在接受白熾燈的照射,但是看到物體的顏色卻是不同的,如A同學的衣服是紅色的,而B同學的衣服是綠色的,要解決這個問題，就必須要了解白光是由什么組成的？我們從最常見的白光——太陽光開始研究。在太陽光的照耀下,為什么物體的顏色不同？物體的顏色又由什么來決定？以下將物體分為透明物體和不透明物體來研究。

設計意圖:創(chuàng)設真實的問題情境,還原并暴露學生的前概念,進而引導學生將教師提出的問題分解成為3個小問題:(1) 白光是由什么組成的？(2) 透明物體的顏色是由什么決定的？(3) 不透明的物體的顏色是由什么決定的？通過問題解決，有針對性地轉變學生的錯誤前概念。

2.2 演示實驗,使前概念的轉變更直觀

活動1：分解太陽光

教師簡單介紹三棱鏡，演示光的色散實驗。學生仔細觀察色散現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)太陽光通過三棱鏡后被分解成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等7種色光。

設計意圖:用事實說話,讓學生直觀地認識到前概念的錯誤,知道白光不是一種單色光,而是由多種色光混合而成的,此時教師應適當引導一句:“白熾燈照在我們身上不是只有一種色光,而是有7種色光”,為后面講解“物體的顏色”部分奠定基礎。而這一概念的成功轉變能夠引導學生關注情境中的其他問題,激發(fā)了學生的好奇心及想要弄清事實的欲望。

2.3 通過學生實驗,使前概念轉變更深刻

活動2：探究透明物體的顏色

學生實驗:利用手邊的手電筒讓白光分別通過紅色、藍色、綠色玻璃紙,仔細觀察現(xiàn)象。

學生發(fā)現(xiàn):紅色透明物體只能通過紅光,藍色透明物體只能通過藍光,綠色透明物體只能通過綠光。再請學生將藍光照在紅色玻璃紙上,觀察現(xiàn)象(如圖1)，發(fā)現(xiàn):沒有光射出。由此得出結論:透明物體只能通過與其自身顏色相同的光,而吸收其他不同顏色的光。

圖1

此時教師打鐵趁熱提問:當白光通過什么顏色的玻璃片會呈現(xiàn)圖2所示的效果？學生在練習中體會到:透明物體允許什么色光通過它就是什么顏色。由此得到結論:透明物體的顏色由它透過的色光決定。

圖2

設計意圖:學生親自動手,得到的實驗結果更具有說服力和沖擊力,明顯的實驗現(xiàn)象讓學生清楚意識到自己的前概念是錯誤的，教師再因勢利導講解“透明物體的顏色”,成功構建了科學概念。

2.4 利用自制教具,制造認知沖突,使前概念轉變更有效

活動3：探究不透明物體的顏色

教師展示自制教具:一個暗盒,內置一個實物展臺連接至屏幕,內接一個白色燈泡和一個紅色燈泡(如圖3),先將白色燈泡打開,看到藍色的“中國夢”字樣,再將白色燈泡關閉,打開紅色燈泡,看到黑色的“中國夢”字樣。

教師提出問題:為什么同一物體在不同的燈光照耀下呈現(xiàn)出不同的顏色？物體的顏色究竟是由什么決定的？

設計意圖:利用自制教具可以使學生直觀地發(fā)現(xiàn)同一物體在不同燈光下呈現(xiàn)不同的顏色,引發(fā)了學生對前概念的“不滿”,激發(fā)了學生概念轉變的內驅力。

教師引導學生一起分析:打開白色燈泡時,“中國夢”呈現(xiàn)藍色,說明當七色光照到藍色物體時只有藍光被反射進入人眼(如圖4)，得出結論:藍色不透明物體只反射藍光,而吸收其他不同色光。

圖4

接著請學生閉眼模擬沒有色光進入眼睛時，感覺到的就是黑色。說明當紅光照到藍色物體時看到黑色，實際上是沒有色光反射出來(如圖5)，即藍色物體只能反射藍光,紅光被藍色物體吸收了。由此得到結論:不透明物體只能反射和自身顏色相同的色光,吸收其他色光。

圖5

此時教師打鐵趁熱提問:當白光照到什么顏色的物體上時會呈現(xiàn)圖6所示的效果？

圖6

學生在學習中體會到:不透明物體反射什么色光，觀察到的就是什么顏色。說明綠色不透明物體之所以是綠色，是因為它只反射綠色，由此得到結論:不透明物體的顏色由它反射的色光決定。

設計意圖:再現(xiàn)前概念情境,通過直觀的實驗現(xiàn)象與學生的前概念形成沖突,從而讓學生意識到自己的前概念是錯誤的,打破了原有的認知,使學生主動摒棄錯誤前概念,成功幫助學生實現(xiàn)了概念的轉變,完成了知識的意義建構。

2.5 回歸生活,使前概念轉變更深入

教師提問:屏幕為何用白色, 冬天為何穿深色衣服？

設計意圖:讓學生“從物理走向社會”,實現(xiàn)前概念的根本轉變。

教師再次提問:白色陽光下的世界為什么是彩色的世界？

學生回答:因為白光由各種色光組合而成,而物體的顏色由它反射或透過的色光決定。

3 結語

前概念普遍存在于學生的頭腦中,具有頑固性、生活性、反復性等特點。教師要以學生為學習主體,充分了解并把握學生的前概念,據(jù)此創(chuàng)設情境,引起學生的認知沖突,激發(fā)學生的學習興趣,從而揭示學生前概念的錯誤,運用實驗等教學方式實現(xiàn)概念轉變,建構科學概念。