翟良君 侯麗麗 王 帥 眭永興 朱小芹

江蘇理工學院理學院，江蘇 常州 213001

當今高等教育改革非常重視基礎知識和技能的傳授。大學物理課程是高等學校理工科各專業(yè)學生一門重要的通識性必修基礎課，與諸多專業(yè)課的教學密不可分，是學生學習專業(yè)課的前提和基礎。在大學物理的教學中，物理概念的教學在大學物理教學體系中的地位十分突出，它不僅是物理基礎知識的重要組成部分，也是大學物理知識體系以及后續(xù)專業(yè)課知識體系的支撐點。因此，讓學生形成清晰的物理概念，準確掌握物理規(guī)律，并促使他們形成科學研究的精神和思維是大學物理教學的重要目標。然而，在學生進行學習時，他們并不是頭腦空白地走進教室里的。一方面，物理科學與日常生活緊密相關，從日常生活中學生自身會形成某些物理現(xiàn)象或者物理問題的理解，其中有些是正確的，但也會存在一些片面或違背科學的理解。另一方面，學生們在中學階段的物理學習中，也會對物理概念存在錯誤認識。研究者把這些違背科學知識認知的理解稱為錯誤概念。研究發(fā)現(xiàn)，這些錯誤概念會阻礙學生對知識的正確理解與運用，是影響大學物理教學的重要因素。如果教師在教學中沒有關注學生的錯誤概念并進行正確的引導，那么可能會讓學生產生更嚴重的錯誤概念。而如果教師關注到了學生的錯誤概念，并提供相應的教學策略，則對學生錯誤概念的轉變具有明顯的促進作用。因此，教師們需要關注學生們已有的錯誤概念并提供相應的教學策略。在本研究中，作者對大學生存在的物理錯誤概念的特點進行整理，并結合錯誤概念轉變的理論，提出了能有效轉變學生錯誤概念的授課策略。

一、大學生物理錯誤概念的特征和成因分析

（一）大學生物理錯誤概念的特征

大學物理課程主要包括力學、電磁學、光學和熱學等部分。在力學部分的學習中，學生對于力的瞬時性理解存在錯誤，例如學生會將某一時刻運動狀態(tài)理解為某一時段運動。在對不同情境下物體運動的軌跡問題進行分析時，學生仍會存在“力是維持物體運動的原因”的錯誤概念，同時也會出現(xiàn)矢量運算法則不清楚等錯誤。在做功的問題中，學生常常會將變力按照常力做功的形式進行處理。而在振動、波動等章節(jié)學習時，學生還容易在相位的概念的理解上出現(xiàn)錯誤。

電磁學部分也是學生在學習中存在錯誤概念較多部分。薛丹丹等人調查發(fā)現(xiàn)大學生在導體導電的本質、靜電平衡的特點、電場的疊加、場強和電勢關系、洛倫茲力以及法拉第定律等多種概念上存在錯誤。典型的錯誤概念如，學生們認為在勻強電場中，電勢處處相等；不理解感應電流產生的原因是閉合電路中磁通量會發(fā)生變化。此外，也有研究者發(fā)現(xiàn)學生在磁力學學習中，學生經(jīng)常會將均勻磁場中的結論錯誤應用到非均勻磁場中。例如，在均勻磁場中任意形狀通電閉合線圈所受的總磁場力為零，但是很多學生會將該結論應用到非均勻磁場的環(huán)境。而在學生關于動生電動勢的概念的研究中，學生也存在“只要導體在磁場中運動，就會產生動生電動勢”“磁場是不變的，在磁場中移動的導體棒的電動勢為零”“在磁場中移動的導體棒，如果沒有形成閉合回路，導體棒上電動勢為零”等錯誤概念。

在幾何光學的學習中，張蓓蓓等人的調查發(fā)現(xiàn)大學生對于光與視覺關系的掌握上存在錯誤概念，例如，“光線先到達人眼或人眼發(fā)出光線，人才可以看到物體”“認為虛像會發(fā)出光線”“認為光照到影子上時，就可以看到影子”等。在波動光學的學習中，學生對于光學中的相位問題也會存在錯誤概念，如，半波損失和波函數(shù)中的相位問題。在光的偏振現(xiàn)象學習中，學生容易在偏振的內涵、常見光的偏振態(tài)等概念上出現(xiàn)錯誤概念。

可見，大學生在各部分知識的學習中都會存在不同程度的錯誤概念，即錯誤概念的分布具有廣泛性的特點。其次，很多的錯誤概念并不會是直接呈現(xiàn)出來，它們往往會隱藏在學生深層次的意識中，具有隱蔽性的特點。最后，在各部分的學習中，學生的錯誤概念具有一定的形似性特點，例如很多的錯誤概念都與數(shù)學知識儲備不足有關等。

（二）大學生物理錯誤概念的起源

學生存在的這些錯誤概念一方面源于生活經(jīng)驗，另一方面則來源于前期課程的學習。在生活中，每個學生都會試圖用他們已有的知識去理解周圍發(fā)生的情況，并且會嘗試夠一個自己認同的知識結構。但這些知識結構僅能對其周圍的情況進行分析，具有很大的局限性。當他們用這種知識結構對周邊的事物進行全面分析時，就會造成錯誤概念。

學生在中學階段所學習到的知識和學習方法也是造成他們大學物理錯誤概念的重要起源。大學物理區(qū)別于中學物理的關鍵點之一在于將對特殊問題的研究改為研究更一般的問題，從對簡單問題的研究提升為研究更深入的問題。在中學階段，學生做題多，對物理解題技巧非常熟練，所以，他們會將中學階段的結論直接用到對大學物理的問題中，并導致錯誤概念。另外，大學物理中很多的概念本身就比中學物理概念的難度更高，學生缺乏相應的數(shù)學知識儲備，例如，矢量和微積分等，這也會導致學生出現(xiàn)錯誤概念。

從教師授課的角度看，學習參考書設計不夠合理、習題的選擇難度不合適、授課時不恰當?shù)念惐鹊葐栴}也是造成學生形成錯誤概念的因素。例如，在電磁學的授課中，有教師將磁鐵的N極與正電荷做類比，把S極與負電荷做類比，這會導致學生產生磁感線與電場線的性質完全相同的錯誤概念；在習題設計中，將點電荷的初速度方向總是選擇與磁場方向垂直，這會造成學生總是采用

F=qvB

來計算洛倫茲力的大小。

二、錯誤概念轉變的教學策略

結合大學物理教學中學生常見的錯誤概念特征及其成因，有以下幾種教學策略可以在教學中運用：

（一）教學前熟知常見錯誤概念

概念轉變的前提是需要教師首先了解或者診斷不同的物理知識中，學生容易出現(xiàn)的錯誤概念有哪些，分析可能出現(xiàn)的原因，并以此設計教學。一般而言，教學前了解和診斷學生錯誤概念的常用方法主要有談話法、紙筆測試、概念圖等，運用這些方法可以比較準確地掌握每個學生的錯誤概念，幫助教師了解某個物理知識中學生普遍存在的錯誤概念。因此，教師可以綜合考慮運用這些方法，全面了解學生的錯誤概念。

具體而言，紙筆測試法可能會比較精確、便捷地了解學生的錯誤概念，但運用起來比較耗時費力，對于常規(guī)教師教學而言效率較低，往往運用于對學生錯誤概念的診斷和評價研究中；文獻法一般是教師閱讀相關文獻，從文獻中梳理出學生在相關教學內容上會出現(xiàn)的錯誤概念，這種錯誤概念具有普遍性，而錯誤概念的表現(xiàn)程度也會有所區(qū)別，因此可以和訪談法結合起來考察，在正式教學之前，教師可以圍繞教學內容，由淺入深地了解學生的已有知識，這樣的方法可以了解個別學生的錯誤概念，具有針對性。

概念圖是由概念、概念間的連線及鏈接語、概念的例子組成的一個知識結構網(wǎng)絡，反映了學生頭腦中已經(jīng)形成的認知結構，體現(xiàn)了學生對某一領域知識的理解。一般來說，概念圖包括六個部分：概念、分支、水平層次、同一分支下概念間的連接線和連接語、不同分支下概念間的連接線和鏈接語、例子。在教學前，教師可以鼓勵學生畫出自己的概念圖，在學生呈現(xiàn)的概念圖中，可以發(fā)現(xiàn)學生頭腦中存在的錯誤概念、錯誤理解和知識的欠缺。

總之，教學前教師可以根據(jù)自身教學進度的安排、學生的學習情況、教學內容等綜合考慮運用文獻法、訪談法、概念圖或者紙筆測驗等全面了解學生的錯誤概念。

（二）教學中交流操作激發(fā)認知沖突

建構主義認為，學習是一個意義建構的過程，學習者不是簡單被動地接受信息，而是主動在操作或者交流過程中主動建構知識的意義。當學生遇到已有經(jīng)驗無法解釋的新現(xiàn)象或新觀點時，面對新舊經(jīng)驗的不一致，便會體驗到一種認知上的不平衡，即產生認知沖突。

在教學過程中，教師應該為學生創(chuàng)設基于錯誤概念的問題情境，讓學生產生認知沖突，之后鼓勵學生合作交流、積極探究尋求問題解決的辦法。在此過程中，學生的認知結構也會發(fā)生變化。在這部分教學策略的實施過程中，教師應該多利用線上教學資源，通過視頻、仿真實驗等方式，讓學生容易產生錯誤的概念形象化。在線上授課期間，教師也可以通過每隔一定的時間設置能夠引起學生認知沖突的題目讓學生參與討論，題型一般以選擇題為主，這樣可以方便學生作答也方便教師掌握學生的學習情況。

概念學習也需要教師的支架作用，在鼓勵學生交流合作的同時，教師應該適當引導學生向科學概念的方向探究，為學生適當提供支架。隨著活動的進行，逐漸減少外部支持，讓學生獨立活動，直到最后完全撤去支架。

（三）教學之后及時應用與引導學生反思概念

錯誤概念的轉變意味著學生需要打破原有的認知結構，重新建構新的認知結構，然而，錯誤概念具有頑固性，讓學生一次性理解科學概念是不符合認知規(guī)律的。因此，在概念轉變教學之后，讓學生體驗到新概念的有效性才會加深學生對新概念合理性的認識，最終才能把新概念穩(wěn)固地納入認知結構中。因此，出示新的問題情境，鼓勵學生運用新的科學概念解決一些實際問題可以加深學生新概念的學習。

此外，教學結束之前，及時評價與引導學生反思概念轉變的過程，幫助學生梳理原有概念的不合理以及新概念的有效性。通過對比新舊概念，可以強化學生對新概念的理解。