前概念及其向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變

1、 /9前概念及其向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變學(xué)生在學(xué)習(xí)物理之前，其頭腦并不是一張白紙，教師可以在上面任意的涂畫。他們在長期的生活實踐中，逐漸形成了對各種事物的看法，并養(yǎng)成了他們獨有的思維方式，用以來理解和解釋日常生活中的各種現(xiàn)象，此時，他們對物理學(xué)的內(nèi)容已形成了初步的印象輪廓。通常，人們便把這種學(xué)生在接受教師講授系統(tǒng)知識之前，頭腦中已經(jīng)形成的對于該知識領(lǐng)域中的客觀事物的概念、規(guī)律、思維方法、邏輯素質(zhì)等的總和稱為前科學(xué)概念，簡稱前概念，又可稱作先有觀念或先驗觀念，而把圍繞前概念建立起來的特有的一種結(jié)構(gòu)稱為相異構(gòu)想或不同的概念框架。通常，中學(xué)生的前概念主要來源于以下幾個方面:（）來源于實踐。如：冬天摸戶外的鐵

2、塊和木塊，感到鐵塊冷些，就認(rèn)為鐵塊的溫度比木塊低。（）來來源于其它學(xué)科的干擾。如：勻速直線運動的速度，它具有數(shù)學(xué)的比例形式，就認(rèn)為速度與位移成正比，與所用的時間成反比。（）來來源于直覺認(rèn)識。如：由有力拉車，車就動；不拉車，車就不動。這一簡單的實驗現(xiàn)象，就認(rèn)為物體的運動必須有力的作用。前概念在形成的過程中，一般沒有經(jīng)過認(rèn)真的思維加工，也沒有分析自然現(xiàn)象在發(fā)生過程中的主要因素和次要因素，只是根據(jù)個體觀察的結(jié)果對自然現(xiàn)象從表面上所做的概括和總結(jié)。所以說，前概念一般比較含糊，沒有明確的表述形式，只是人們頭腦中的一種觀念。教師在了解了前概念的形成、來源、特征、分類以及它對物理學(xué)習(xí)的影響之后，幫助學(xué)生把他

3、們頭腦中的前概念轉(zhuǎn)化為科學(xué)的物理概念便成了教學(xué)的重點和關(guān)鍵。幫助學(xué)生把前概念轉(zhuǎn)化為科學(xué)的物理概念，關(guān)鍵是要設(shè)法給學(xué)生一個巨大的震顫，以動搖頑固信念的基礎(chǔ)。綜觀物理學(xué)發(fā)展的歷史，歷次重大觀念變革到來之前，都要經(jīng)歷一系列的災(zāi)難或危機的劇烈沖擊。而在這些危機之前，人們也并非未遇到不和諧的跡象，但這些小小的不和諧并未引起人們足夠的注意，只有當(dāng)這些矛盾日益突出，發(fā)展成災(zāi)難、危機，再也無法回避時，人們才不得不走出他們建造的象牙之塔，以批判的態(tài)度重新審定他們曾堅信是完美無缺的塔的根基，只有這時，才有可能發(fā)現(xiàn)問題，從而導(dǎo)致觀念的革命性變革。學(xué)生學(xué)習(xí)物理也有類似的情況，要使學(xué)生放棄他們曾深信不疑的觀念，將是一個

4、困難的過程，有時甚至?xí)霈F(xiàn)反復(fù)。教師可以采用如下的步驟、方法來實現(xiàn)前概念向科學(xué)的物理概念的轉(zhuǎn)變：第一步，誘導(dǎo)學(xué)生暴露其原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。創(chuàng)造良好的教學(xué)氣氛是使學(xué)生暴露前概念的前提條件。教師方面的精細(xì)直覺和學(xué)生對教師的信任也是十分重要的。情緒狀態(tài)、感情壓力、成功的喜悅和學(xué)習(xí)的自信心，所有這些情感方面的問題影響著物理教育的成功與失敗。要使學(xué)生的前概念轉(zhuǎn)變成科學(xué)的物理概念，情感因素起著極端重要的作用。只有在學(xué)生充分信任教師，并相信即使講錯也不會招來學(xué)生的恥笑，只有在這種融洽的教學(xué)氣候下，學(xué)生才會毫不保留地將自己的前概念全盤托出。使學(xué)生暴露前概念的方法很多，如：、談話法要想發(fā)現(xiàn)學(xué)生的前概念或了解他們已有

5、的觀念，最好的辦法是進行個別訪談。教師在訪談中應(yīng)以個人化的方式向?qū)W生提出問題。提出的問題既不要太難，也不要過于簡單，注意在易于回答的問題與較難回答的問題之間保持平衡。提問的重點是讓學(xué)生顯示出他們對科學(xué)知識的理解程度。教師通過個別訪談可以了解學(xué)生在學(xué)習(xí)之前的前概念，有利于確定教學(xué)的起點和重點。不過，用這種方法來了解學(xué)生的前概念需要占用大量的時間。、預(yù)測一一實驗一一解釋法首先，教師對學(xué)生頭腦中可能存在的前概念進行預(yù)測，可以根據(jù)教師對自己學(xué)習(xí)的回憶或參照物理學(xué)史，但最重要的是靠教學(xué)中學(xué)生的反饋信息和教學(xué)經(jīng)驗進行設(shè)計。然后，教師根據(jù)預(yù)測，有針對性地巧設(shè)實驗，誘導(dǎo)學(xué)生通過對實驗現(xiàn)象或結(jié)果的觀察，說出自己

6、對這一現(xiàn)象或結(jié)果的解釋，從而得到學(xué)生頭腦中的前概念。著名的教育心理學(xué)家納斯鮑姆和諾維克曾做過這樣一個實驗：其內(nèi)容是有關(guān)氣體理論的問題。為了觀察學(xué)生的反應(yīng)，實驗人員給學(xué)生呈現(xiàn)一個燒瓶和一個真空抽氣筒，并告訴學(xué)生：燒瓶中的氣體已用真空抽氣筒抽出一部分，然后讓學(xué)生想象：假定給他們一面魔鏡，通過它能夠看清楚燒瓶中剩余的氣體；接著讓學(xué)生在黑板上畫出一幅有關(guān)燒瓶中剩余氣體的圖形；畫完圖以后；再讓學(xué)生描述一番并作出解釋。這種課堂活動能使學(xué)生對他們的前概念做出言語的和圖形的解釋。不同學(xué)生對燒瓶中剩余氣體之狀態(tài)的描述甲同學(xué)解釋道：地球上的任何物體都會受到重力的作用，空氣分子也不例外，所以燒瓶中的剩余氣體在重力的

7、作用下應(yīng)沉于瓶底。乙同學(xué)的解釋很簡單：空氣很輕，故應(yīng)上浮于瓶口。這倒與古希臘哲學(xué)家亞里斯多德的觀點一致。亞里斯多德認(rèn)為任何物質(zhì)都是由氣、水、土、火四種元素組成，所以物體有它們的自然位置。氣和火因為輕而上浮，浮于天空；水和土因為重而下沉，沉于地面。丙同學(xué)認(rèn)為：氣體分子存在著相互作用的引力，故氣體各分子由于受到其它分子吸引力的作用應(yīng)集中于燒瓶的中央。丁同學(xué)則認(rèn)為：氣體沒有固定的形狀，它可以流動，故剩余氣體應(yīng)充滿整個燒瓶。結(jié)果顯示，學(xué)生對氣體本質(zhì)所持有的觀念是不同的。在教學(xué)的這一階段，教師的任務(wù)是讓學(xué)生清晰、準(zhǔn)確地表達他們的思想。教師要鼓勵學(xué)生對其他同學(xué)的觀點不抱偏見，不僅應(yīng)對師生之間的思想交流有內(nèi)

8、在的興趣，還應(yīng)把這種活動當(dāng)做弄清學(xué)生前概念的一種重要的手段。這里，教師應(yīng)注意延遲評價，即，待所有學(xué)生的觀點都充分暴露后，再提出矛盾，以免暴露不完全，解決不徹底。第二步，適時暴露前概念的不合理性。組織討論，甚至爭論，在適當(dāng)?shù)臅r候提出矛盾，暴露前概念的不合理性，給予其原有錯誤的理論沉重的一擊，從而使學(xué)生自愿放棄原有的觀點。學(xué)生頭腦中的前概念是極其頑固的，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)的物理概念絕非易事。只有當(dāng)學(xué)生意識到：對于遇到的新的問題，原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)無法解釋，無力解決；過去認(rèn)為很重要的某些經(jīng)驗，現(xiàn)在看來，在解釋某些現(xiàn)象時，已不是必要的了，或者說，原來的認(rèn)知結(jié)構(gòu)并不是某些現(xiàn)象的最終原因，可能有更根本、深刻的概念

9、來取代之；發(fā)現(xiàn)原來的認(rèn)知結(jié)構(gòu)在某些方面違背了常理或已公認(rèn)的原理；從原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)推出的結(jié)論是荒謬的，無法接受；原認(rèn)知結(jié)構(gòu)與其它有關(guān)領(lǐng)域的知識相沖突，這時，學(xué)生便會自愿的放棄原有的錯誤觀念，而渴望找到一種能夠有力地解釋這一物理現(xiàn)象的正確的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。對于錯誤前概念的揭示可采用類比、實驗等方法：、類比法根據(jù)建構(gòu)主義的觀點，個體即將獲得的新知識與原有知識間的相似性非常重要。類比是促進學(xué)生在已有概念知識的基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識的有效工具。教學(xué)中，教師往往要對一些無法直接觀察到的事物做出解釋，這時，把要學(xué)習(xí)的新觀念與學(xué)生先前所熟悉的觀念或事物進行類比，可促進學(xué)生對新觀念的理解。例如：在學(xué)習(xí)光的折射時，學(xué)生往往會出

10、現(xiàn)這樣的前概念：光在任何介質(zhì)中運動的速度都是。這時，教師可利用類比法對這一錯誤認(rèn)識進行批駁：光線從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)的情況與小車由光滑的平面進入毯子相類似。學(xué)生通過前述的學(xué)習(xí)容易得出小車的速度將減小，于是對光速不變產(chǎn)生了懷疑。、實驗法科學(xué)實驗對自然科學(xué)的發(fā)展具有十分重要的作用。通過實驗，不僅能發(fā)現(xiàn)事物運動的規(guī)律，建立科學(xué)的理論，還能驗證某些假說，糾正人們心目中的一些錯誤觀念。中學(xué)生的抽象思維在很大程度上屬于經(jīng)驗型，需要感性經(jīng)驗支持。所以，用實驗法來引發(fā)學(xué)生放棄舊的錯誤前概念，會起到事半功倍的良好效果。例如：在自由落體運動的教學(xué)中，學(xué)生往往有重物下落得快的錯誤前概念，此時，教師可用下面的實驗來

11、揭示這一錯誤認(rèn)識：取兩張同樣的紙片，把其中的一個團成紙團。實驗前，可讓學(xué)生設(shè)想：它們誰下落得快。學(xué)生認(rèn)為物體下落的速度同它們的重量成正比，物體越重下落得越快，那么同樣重量的紙片與紙團將同時落地。這時教師不要加以評論，開始實驗。通過對實驗現(xiàn)象的觀察，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，實驗的結(jié)果與他們的設(shè)想恰恰相反。于是，他們對于重物下落得快的信念便開始動搖了。第三步，引導(dǎo)學(xué)生接受（或嘗試建立）新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。只有當(dāng)學(xué)生認(rèn)為新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)具備以下優(yōu)越性時，他們才愿意接受。、能夠成功地解釋舊的認(rèn)知結(jié)構(gòu)無法解釋的現(xiàn)象或問題。、新認(rèn)知結(jié)構(gòu)比舊認(rèn)知結(jié)構(gòu)包括了更本質(zhì)的內(nèi)容。、新認(rèn)知結(jié)構(gòu)及其推論是合理的，可以接受的。、新認(rèn)知結(jié)構(gòu)與原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的其它知識沒有沖突。當(dāng)學(xué)生對自己原有的錯誤認(rèn)知結(jié)構(gòu)產(chǎn)生懷疑時，教師應(yīng)乘勝追擊，引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)地分析、推理、因勢利導(dǎo)，解除疑惑，從而實現(xiàn)把錯誤前概念向科學(xué)物理概念的徹底轉(zhuǎn)變。學(xué)生頭腦中的前概念不是先天固有的，也不是學(xué)生憑空臆造的，而是客觀事實在學(xué)生頭腦中粗略的、經(jīng)常是非本質(zhì)的反映。因此，在教學(xué)中教師不能埋怨、責(zé)怪學(xué)生，對前概念不能回避，也不能簡單地采取消滅的手法，而應(yīng)放在桌面上進行討論。教師的任務(wù)，旨在縮短學(xué)生在認(rèn)識世界的過程，而不是跨越這一歷程；旨在改造舊的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而不是簡單的棄舊立新。由于學(xué)生前概念的頑固性，我們不能期望通過粉筆和說教的簡單