物理中前概念及其教学策略研究
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作者: 夏海宁 周 彦 陈 聪
摘 要: 学生在接受系统的教育之前,已经持有前概念,学生自身持有的前概念促进或阻碍着学生科学概念的形成。揭示学生的前概念及其转变规律,被认为是科学教育中的核心问题,是提高科学教育质量的关键。本文旨在以教育学、建构主义、结构课程理论为指导分析学生前概念的特点、影响前概念形成的各种因素,提出了物理学习中前概念转变的具体策略。
关键词: 物理 前概念 转变 教学策略
前概念是前科学概念的简称,是指个体在没有接受正式的科学概念之前,对日常生活中所感知的现象,通过长期的经验积累与辨别式学习而形成的对事物的非本质的认识。学生在学习物理之前,大多或多或少地存在一些错误的前概念,这是在以往的生活和学习过程中,由于日常生活经验、自己的观察等因素形成的一系列与科学知识相违背的观念。错误的前概念对物理学习起到了很大的负面作用。所以怎样改造和重组学生原有的认知结构就成了物理教学研究的一项重要课题。
一、物理中前概念的特点
1.广泛性和自发性。主要体现在三个方面:第一,内容的广泛性。学生在力、运动、能量、引力、光、电磁现象等全部内容上都存在前概念。第二,前概念反映在不同层次的学生身上,也就有很大的普遍性,因而不同学生看到事物的不同方面。对相同的物理问题,不同年龄阶段或同年龄阶段不同层次的学生中,会产生不同形式的前概念。第三,就某一具体的物理前概念而言,它往往是学生中普遍具有的。许多教师都发现:很多同样的问题会发生在同一地域的不同年龄的学生身上,他们对这些问题的想法几乎是一致的,甚至不同文化背景的国家对一些物理课题的相异构想也没有多大差别。学生在头脑中建构前概念的时候,完全是自发的,没有人教他这个问题该是这样或那个问题应该是那样的,而是站在自己的立场上,以自己的感情色彩去描绘世界的物理图像,凭着自己的感性经验在头脑进行建构。
2.顽固性。前概念是日常生活经验和观察对物理现象的直觉认识,是受到先期学习的影响,它们在学生头脑中潜移默化地形成,在日常的生活中慢慢积累而形成,是学生头脑中强烈具有的一种稳定的认知结构,不易消解,这就是前概念的顽固性。前概念一旦形成,就会在人的思维中形成定势。
3.隐蔽性。前概念是学生内隐的思维结果,是潜移默化形成的。因此,它是以潜在的形式存在,平时并不表现出来。其表现带有隐蔽性,同时前概念还有一种思维惯性,学生自己也很难发现。当学生对某一类物理现象形成观念时,由于学生年龄和思维能力的限制,这种观念通常处于一种模糊状态,它是学生心里的一种朦胧意识,学生往往难以用自己的语言表达清楚,但是它作为一种观念仍有其实质性的内容,而在物理教学中讲授科学的物理概念时,学生马上就会联想到他们头脑中的前概念,当让学生用物理概念去解释问题时,前概念就会马上表现出来。
4.反复性。学生经学习理解了一些物理概念,过了一段时间后再遇到类似的问题时,受到先前错误的影响又会对该概念产生糊涂的认识。前概念的反复性和其顽固性密切相关。
二、转变错误物理前概念的概念教学策略
转变学生的前概念就是要改造和重组学生原有的认知结构。根据建构主义的观点,学生认知结构的改造和重组的过程就是认知发展进行同化与顺应的过程。当已有的认知和新知识发生冲突时,学生的知识结构就会发生不平衡的变化,这时学生就会通过同化和顺应这两种机制,达到新的平衡。那么在物理学习中,教师怎样帮助学生转变前概念,建构科学概念呢?
1.运用物理学史教学。物理学史内容是中学物理的组成部分。历史上物理学家对某一物理现象、概念或规律的发现,其思维过程与今天学生认知这个问题的思路往往有类似之处,所以概念教学有时可以借助物理学史料来启发学生的思维。这样,既能激发学生的兴趣,又可以加深对物理概念的理解与认识,了解概念的形成和发展过程,才能更深刻地理解概念的本质。比如自由落体运动的研究过程,亚里士多德认为物体的下落速度是由它们的重量决定的,他的这一论断符合人们的尝试,以至于这个错误延绵了2000年,到了16世纪,伽利略对此产生怀疑,经过以一些实验,伽利略证明了自己的猜想。
2.情景教学。情景性教学是转变前概念的基石。建构主义的情景教学模式就是一种很好的方法。首先,情景教学应使学习在与现实情境类似的情境中发生,以解决学生在现实生活中遇到的各种问题为目标,学习内容要选择真实性任务,不能对其作处理,使其远离现实的问题情境。其次,这种教学的过程与现实的问题解决过程相类似,要求教师不是将提前准备好的内容教给学生,而是在课堂上展示出与现实中专家解决问题相类似的探索过程,提供解决问题的原型,并指导学生的探索。最后,情景教学不需要独立的测验,而是出现一些类似的现象让学生解决就好。
3.利用概念图进行概念教学。在尊重学生的主体性,重视学生已有的认知经验,以学生的前概念为教学起点的基础上,引导学生将新概念与原有的概念网络联系起来,通过同化顺应,丰富和发展正确的科学概念,转变与科学概念相悖的错误的前概念,形成对概念多维的全面理解,并以概念为核心,形成系统化、结构化、网络化的认知结构。基于建构主义学习理论的概念转变教学首要强调的就是在学生原有概念基础上的建构,学生通过同化和顺应来吸收新的概念,并改变原有的概念图式以达到学习效果。因此,对学生前概念的测定成为了进行概念转变教学的基础,只有当学生将概念建构于原有知识基础之上,有意义学习才能发生。而概念图则是一种能够充分反映和展示学生头脑中的前概念网络的可视化工具,在教学前教师让学生制作与教学内容相关的概念图,可以使学生充分展示其头脑中的前概念。在教学中,教师可以通过引发学生的认知冲突,揭示新知识、新现象与原有认知结构中前概念的矛盾,从而动摇学生对前概念的确认,进而通过前概念与科学概念的反复对比,揭示前概含的局限性、表面性,逐步形成科学概念。概念图不但能充分地揭示学生的前概念,而且能将其以图的直观形式保留,并在教学中可以与科学概念不断对比,引发认知冲突,同时概念图还能随时揭示学生在学习的某一阶段其认知发展的情况。教师通过运用概念图进行概念转变教学,还可以很好地反映概念间的层级关系,使学生从整体系统的角度来理解概念,有利于其科学概念巩固。
4.探究学习。对于每个学生来说,认识问题的深度、广度和角度的不同,对事物的理解也就不同,有的较全面、较深刻,而有的较片面、较肤浅。这样在交流的过程中,学生之间就会产生不同观念的碰撞,从而引发概念冲突。所以教师应主动为学生创设一个平等、自由的交流平台,充分发扬教学民主,让学生呈现自己的观念,要鼓励学生敢于表达自己的观念。同时,要善于引导学生学会聆听不同的观点,通过比较、分析、归纳、综合等方法以获取最科学的概念。
无论采用哪种教学策略,学生之间、师生之间的讨论和交流都是必不可少的。只有暴露学生潜在的前概念,才能使学生明确自己的前概念究竟是什么,才能激起前概念与科学概念之间的矛盾,也才能使学生在已有知识经验的基础上实现新概念的意义建构。国外的一些研究表明,概念变化既是理性思维的结果,又是情感上的结果,一些学生虽然理解了科学概念,但不相信科学概念下的案例。而交流产生的不同观点碰撞与融合,以及个体对最终意见的认同,是从情感上接受新概念的重要条件。
参考文献:
[1]杨亮涛.利用概念图促进知识建构的研究[D]硕士学位论文.上海:华东师范大学,2005.
[2]孟昭辉.物理教学论与中学物理课程改革.东北师范大学出版社,2009.
[3]阎金铎,田世坤.中学物理教学概论.北京:高等教育出版社,1997:174.
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