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(huà)。他們?cè)陂L(zhǎng)期的生活實(shí)踐中，逐漸形成了對(duì)各種事物的看法，并養(yǎng)成了他們獨(dú)有的思維方式，用以來(lái)理解和解釋日常生活中的各種現(xiàn)象，此時(shí)，他們對(duì)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(shí)之前，頭腦中已經(jīng)形成的對(duì)于該知識(shí)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(jiǎn)稱前概念，又可稱作先有觀念或先驗(yàn)觀念，而把圍繞前概念建立起來(lái)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(lái)源于以下幾個(gè)方面:（）來(lái)源于實(shí)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(lái)來(lái)源于其它學(xué)科的干擾。如：勻速直線運(yùn)動(dòng)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(shí)間成反比。（）來(lái)來(lái)源于直覺(jué)認(rèn)識(shí)。如：由有力拉車(chē)，車(chē)就動(dòng)；不拉車(chē)，車(chē)就不動(dòng)。這一簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，就認(rèn)為物體的運(yùn)動(dòng)必須有力的作用。前概念在形成的過(guò)程中，一般沒(méi)有經(jīng)過(guò)認(rèn)真的思維加工，也沒(méi)有分析自然現(xiàn)象在發(fā)生過(guò)程中的主要因素和次要因素，只是根據(jù)個(gè)體觀察的結(jié)果對(duì)自然現(xiàn)象從表面上所做的概括和總結(jié)。所以說(shuō)，前概念一般比較含糊，沒(méi)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(lái)源、特征、分類以及它對(duì)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(diǎn)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(gè)巨大的震顫，以動(dòng)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(lái)之前，都要經(jīng)歷一系列的災(zāi)難或危機(jī)的劇烈沖擊。而在這些危機(jī)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(jī)，再也無(wú)法回避時(shí)，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?cè)鴪?jiān)信是完美無(wú)缺的塔的根基，只有這時(shí)，才有可能發(fā)現(xiàn)問(wèn)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?cè)钚挪灰傻挠^念，將是一個(gè)

4、困難的過(guò)程，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)反復(fù)。教師可以采用如下的步驟、方法來(lái)實(shí)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(jué)和學(xué)生對(duì)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(wèn)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(cuò)也不會(huì)招來(lái)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(huì)毫不保留地將自己的前概念全盤(pán)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(jìn)行個(gè)別訪談。教師在訪談中應(yīng)以個(gè)人化的方式向?qū)W生提出問(wèn)題。提出的問(wèn)題既不要太難，也不要過(guò)于簡(jiǎn)單，注意在易于回答的問(wèn)題與較難回答的問(wèn)題之間保持平衡。提問(wèn)的重點(diǎn)是讓學(xué)生顯示出他們對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解程度。教師通過(guò)個(gè)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(diǎn)和重點(diǎn)。不過(guò)，用這種方法來(lái)了解學(xué)生的前概念需要占用大量的時(shí)間。、預(yù)測(cè)一一實(shí)驗(yàn)一一解釋法首先，教師對(duì)學(xué)生頭腦中可能存在的前概念進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以根據(jù)教師對(duì)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(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后，教師根據(jù)預(yù)測(cè)，有針對(duì)性地巧設(shè)實(shí)驗(yàn)，誘導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果的觀察，說(shuō)出自己

6、對(duì)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(guò)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：其內(nèi)容是有關(guān)氣體理論的問(wèn)題。為了觀察學(xué)生的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)人員給學(xué)生呈現(xiàn)一個(gè)燒瓶和一個(gè)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(guò)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(huà)出一幅有關(guān)燒瓶中剩余氣體的圖形；畫(huà)完圖以后；再讓學(xué)生描述一番并作出解釋。這種課堂活動(dòng)能使學(xué)生對(duì)他們的前概念做出言語(yǔ)的和圖形的解釋。不同學(xué)生對(duì)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(huì)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(jiǎn)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(diǎn)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?yàn)檩p而上浮，浮于天空；水和土因?yàn)橹囟鲁?，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(méi)有固定的形狀，它可以流動(dòng)，故剩余氣體應(yīng)充滿整個(gè)燒瓶。結(jié)果顯示，學(xué)生對(duì)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(dá)他們的思想。教師要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)其他同學(xué)的觀點(diǎn)不抱偏見(jiàn)，不僅應(yīng)對(duì)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(dòng)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(píng)價(jià)，即，待所有學(xué)生的觀點(diǎn)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(shí)暴露前概念的不合理性。組織討論，甚至爭(zhēng)論，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候提出矛盾，暴露前概念的不合理性，給予其原有錯(cuò)誤的理論沉重的一擊，從而使學(xué)生自愿放棄原有的觀點(diǎn)。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(shí)到：對(duì)于遇到的新的問(wèn)題，原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)無(wú)法解釋，無(wú)力解決；過(guò)去認(rèn)為很重要的某些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在看來(lái)，在解釋某些現(xiàn)象時(shí)，已不是必要的了，或者說(shuō)，原來(lái)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(lái)取代之；發(fā)現(xiàn)原來(lái)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(wú)法接受；原認(rèn)知結(jié)構(gòu)與其它有關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)相沖突，這時(shí)，學(xué)生便會(huì)自愿的放棄原有的錯(cuò)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(duì)于錯(cuò)誤前概念的揭示可采用類比、實(shí)驗(yàn)等方法：、類比法根據(jù)建構(gòu)主義的觀點(diǎn)，個(gè)體即將獲得的新知識(shí)與原有知識(shí)間的相似性非常重要。類比是促進(jìn)學(xué)生在已有概念知識(shí)的基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識(shí)的有效工具。教學(xué)中，教師往往要對(duì)一些無(wú)法直接觀察到的事物做出解釋，這時(shí)，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(jìn)行類比，可促進(jìn)學(xué)生對(duì)新觀念的理解。例如：在學(xué)習(xí)光的折射時(shí)，學(xué)生往往會(huì)出

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

11、揭示這一錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)：取兩張同樣的紙片，把其中的一個(gè)團(tuán)成紙團(tuán)。實(shí)驗(yàn)前，可讓學(xué)生設(shè)想：它們誰(shuí)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(tuán)將同時(shí)落地。這時(shí)教師不要加以評(píng)論，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與他們的設(shè)想恰恰相反。于是，他們對(duì)于重物下落得快的信念便開(kāi)始動(dòng)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(shí)，他們才愿意接受。、能夠成功地解釋舊的認(rèn)知結(jié)構(gòu)無(wú)法解釋的現(xiàn)象或問(wèn)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(shí)沒(méi)有沖突。當(dāng)學(xué)生對(duì)自己原有的錯(cuò)誤認(rèn)知結(jié)構(gòu)產(chǎn)生懷疑時(shí)，教師應(yīng)乘勝追擊，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)地分析、推理、因勢(shì)利導(dǎo)，解除疑惑，從而實(shí)現(xiàn)把錯(cuò)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(shí)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(duì)前概念不能回避，也不能簡(jiǎn)單地采取消滅的手法，而應(yīng)放在桌面上進(jìn)行討論。教師的任務(wù)，旨在縮短學(xué)生在認(rèn)識(shí)世界的過(guò)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(jiǎn)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(guò)粉筆和說(shuō)教的簡(jiǎn)單