前概念研究對教學(xué)的啟示

前概念研究對教學(xué)的啟示

學(xué)生往往對一些未經(jīng)專門學(xué)習(xí)的概念已有一套自己的想法和思維，用以理解日常生活中遇到的各種現(xiàn)象。這種在學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)之前所具有的想法被人們稱之為“前概念”(preconception)或者“相異構(gòu)想”(alternativeframework)。需要指出的是，這里所指的“概念”和心理學(xué)中的一般狹義理解不同，它是指關(guān)于某一對象的觀點(diǎn)或看法。比如“地球繞著太陽轉(zhuǎn)”便是一個(gè)概念。這些前概念中，有些與科學(xué)概念有相通之處，但是學(xué)生對這種概念的理解大多還是相當(dāng)膚淺的，停留在表面上而不能深入到概念的本質(zhì)，更多的則是與科學(xué)的概念相悖的。而物理教育研究者所使用的前概念卻有著更廣泛的含義，包含了學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)任何物理知識(shí)前已有的認(rèn)識(shí)和認(rèn)知模式。一、前概念廣泛存在于學(xué)生頭腦中，錯(cuò)誤的前概念會(huì)嚴(yán)重影響學(xué)生物理概念的學(xué)習(xí)Clement(1982)在拋硬幣實(shí)驗(yàn)的研究中發(fā)現(xiàn)88%的被試者認(rèn)為上拋的硬幣受到兩個(gè)力的作用：一個(gè)是硬幣的重力，另一個(gè)是拋力；硬幣上升時(shí)拋力大于重力，下降時(shí)重力大于拋力。Thornton和Sokoloff(1989)也利用拋硬幣問題對240名俄勒岡州大學(xué)的物理專業(yè)學(xué)生進(jìn)行了教學(xué)前測試，學(xué)生的正確率也只有10%。華盛頓大學(xué)教育研究小組在利用“圖象和軌跡”軟件測試時(shí)發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生認(rèn)為s-t圖象就是物體運(yùn)動(dòng)的實(shí)際軌跡。McDermott和Shaffer在研究中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對于電流概念的理解會(huì)受到“流”的影響，學(xué)生認(rèn)為越靠近電源正極的元件其流過的電流越大，位于后方的元件得到的電流是前面元件用完剩下的；學(xué)生認(rèn)為燈泡和其他的用電器，是讓電流“流進(jìn)”并將電流消耗的終端設(shè)備，而并不只是讓電流“流過”。在我們所做的測試中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生由于直觀感覺帶來的錯(cuò)誤、或知識(shí)遷移的負(fù)效應(yīng)、或語言帶來的曲解、或不正確的課外渠道，形成了較為廣泛的錯(cuò)誤前概念。例如，鐵比棉花重；冬天室外的鐵塊比木塊溫度低；車不拉就不走等等；看到電阻的定義式R=U/I，理所當(dāng)然地認(rèn)為電阻的大小與電壓成正比，與電流成反比；勻加速運(yùn)動(dòng)就是速度逐漸增加的運(yùn)動(dòng)；“裂變”就是把整體分為部分，因此把一些放射性元素的衰變也都?xì)w為裂變；重量、重力和質(zhì)量三者不分；路程和距離互相混淆；電容器概念與描述電容器容納電荷本領(lǐng)的電容不分等等。其他的許多研究也證明了物理前概念廣泛存在于學(xué)生的頭腦中。二、前概念頑固的存在于學(xué)生頭腦中，傳統(tǒng)教學(xué)很難改變學(xué)生的錯(cuò)誤前概念Clement(1982)通過研究發(fā)現(xiàn)，在接受了一個(gè)學(xué)期的基礎(chǔ)力學(xué)課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生的錯(cuò)誤率也只從教學(xué)前的88%降到了75%；Thornton和Sokoloff(1990)對240名俄勒岡州大學(xué)物理專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行了教學(xué)后測試，其正確率仍不超過20%。Hestenes、Wells等(1992)對傳統(tǒng)講座式教學(xué)方式下的1500多名中學(xué)生以及500多名大學(xué)生進(jìn)行了FCI測試，發(fā)現(xiàn)學(xué)生教學(xué)前后測試的FCI分?jǐn)?shù)提高并不明顯，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)物理前概念的轉(zhuǎn)變與學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)沒有明顯相關(guān)性，所在測試班級(jí)教師水平（達(dá)到合格以上）與測試的結(jié)果也沒有必然的聯(lián)系。由于前科學(xué)概念是學(xué)生長期生活經(jīng)驗(yàn)對現(xiàn)象的反映在頭腦中的積累而形成的，且長期的日常生活經(jīng)驗(yàn)與觀察又反復(fù)加強(qiáng)了這些概念，因此前科學(xué)概念在學(xué)生頭腦中印象深刻，可謂根深蒂固。國內(nèi)外物理教育界近年來的一些研究表明：一旦學(xué)生對某些物理現(xiàn)象形成了前科學(xué)概念，要想加以轉(zhuǎn)變是極其困難的。例如，物理學(xué)中的“慣性”概念就是如此。如果讓學(xué)生敘述慣性的概念時(shí)，他們往往能“倒背如流”，而讓學(xué)生運(yùn)用慣性去解釋一些問題時(shí)，又往往用他們的前科學(xué)概念的經(jīng)驗(yàn)去解釋。因?yàn)樵谟行W(xué)生的經(jīng)驗(yàn)中，早已有了與亞里士多德“力是維持運(yùn)動(dòng)的原因”的理論相類似的概念（觀念）。在物理教學(xué)中，那種認(rèn)為只需要“正面”傳授知識(shí)，學(xué)生就能接受，如果他們?nèi)圆焕斫?，可以多講幾遍，就能達(dá)到目的的觀點(diǎn)，實(shí)踐證明是過于簡單化、理想化了。三、前概念對學(xué)生的解題心智（心向）有著較大影響所謂解題心智模式是指學(xué)生在解題的過程中自我調(diào)節(jié)、控制、修正的過程，它是學(xué)生在解題過程中的某種傾向性以及所表現(xiàn)出來的某種解題策略。物理前概念是學(xué)生長期與物理環(huán)境作用通過主體的建構(gòu)而形成的，對物理學(xué)習(xí)既有積極的作用也有消極的作用。正確的物理前概念是物理學(xué)習(xí)的良好基礎(chǔ)和鋪墊，它的正遷移作用可成為物理概念學(xué)習(xí)的資源和概念學(xué)習(xí)的新的增長點(diǎn)，可使學(xué)生盡快地掌握新的概念和知識(shí)結(jié)構(gòu)。如學(xué)生在學(xué)習(xí)物理前已對生活中的一些物理現(xiàn)象和規(guī)律有所了解：在熱學(xué)方面，他們有了冷熱的不同感覺；在光學(xué)方面，他們對照相機(jī)照相、近視眼、馬路上的油膜色彩等充滿了好奇……對這些已知物理現(xiàn)象的了解和好奇是新知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，有助于激發(fā)他們進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理的興趣，促進(jìn)正確物理概念的建構(gòu)和意義學(xué)習(xí)。一些情況下，對物理現(xiàn)象、過程、材料的片面或錯(cuò)誤理解而產(chǎn)生的前概念，將會(huì)成為學(xué)生學(xué)習(xí)物理的障礙，這些錯(cuò)誤的前概念如果得不到及時(shí)糾正，將影響對物理新知識(shí)的同化和順應(yīng)，甚至歪曲新知識(shí)的意義，使學(xué)生形成錯(cuò)誤的思維，變成物理學(xué)習(xí)的障礙，學(xué)生會(huì)覺得物理難學(xué)。錯(cuò)誤的前概念若不能及時(shí)的轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)的概念，影響著學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，而認(rèn)知結(jié)構(gòu)的好壞決定了問題解決的好壞，體現(xiàn)了一個(gè)人的能力水平，影響著問題解決的方向，也即影響著學(xué)生的解題心智模式。四、轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤前概念，建構(gòu)科學(xué)概念的策略對于物理前概念，我們不能持全盤否定的態(tài)度，必須用一分為二的觀點(diǎn)來分析對待物理前概念這個(gè)問題。若物理概念教學(xué)中對前概念關(guān)注不夠，最終必將影響物理教學(xué)的有效性。在物理教學(xué)中，轉(zhuǎn)變學(xué)生的前概念，就是要改造和重組學(xué)生原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)。瑞士心理學(xué)家皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論認(rèn)為：人的心理發(fā)展是通過其認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)展而實(shí)現(xiàn)的。而圖式是指個(gè)體對世界的知覺、理解和思考的方式，是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的起點(diǎn)和核心，或者說是人類認(rèn)識(shí)事物的基礎(chǔ)。圖式的形成和發(fā)展是認(rèn)知發(fā)展的實(shí)質(zhì)。當(dāng)個(gè)體面臨新的刺激時(shí)，總是試圖先把它納入頭腦中原有的圖式之國，以引起個(gè)體原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)量的變化，這個(gè)過程叫同化。如果個(gè)體頭腦中已有的圖式不能同化新刺激時(shí)，他必須修改原有圖式或者重建新的圖式，以容納新刺激，這個(gè)過程叫順應(yīng)。由皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論我們不難看出：同化是引起認(rèn)知結(jié)構(gòu)的量的變化，而順應(yīng)是引起認(rèn)知結(jié)構(gòu)的質(zhì)的變化，可見順應(yīng)的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同化。因此，學(xué)生面臨新知識(shí)、新問題時(shí)，學(xué)生總是試圖采用同化的方式去學(xué)習(xí)、理解它。無法同化時(shí)，他們才試圖采用順應(yīng)的方式。若學(xué)生不理解新知識(shí)在頭腦中與已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)有著本質(zhì)的不同，他們很可能采取了與新知識(shí)不相符的頭腦中已有的認(rèn)知圖式去同化它。這就是我們常說的前概念影響了學(xué)生的解題心智。上述的前概念的特點(diǎn)和皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論，給物理教學(xué)以重要啟示，也為我們轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯(cuò)誤的前概念提供了可操作性的方法。1.進(jìn)行教學(xué)前測，了解學(xué)生的錯(cuò)誤前概念對于前概念及其轉(zhuǎn)變的研究來說，診斷學(xué)生的錯(cuò)誤前概念就顯得非常重要。教師在教授新知識(shí)之前，應(yīng)采用診斷性的測試方式，如，談話法、問卷調(diào)查法，了解學(xué)生的原認(rèn)知結(jié)構(gòu)。這樣，一方面通過教學(xué)前測，能激活學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)圖式，讓它從隱蔽之處呈現(xiàn)出來；另一方面，進(jìn)行教學(xué)前測并及時(shí)反饋，能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，這樣學(xué)生就可以根據(jù)自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行同化和順應(yīng)新概念的學(xué)習(xí)。如熱現(xiàn)象是學(xué)生比較常見的物理現(xiàn)象，學(xué)生對熱現(xiàn)象有很多自己的想法，教師在講授內(nèi)能新知識(shí)時(shí)，可采用談話的方法，了解學(xué)生腦中的前概念。教師可以向?qū)W生提出這樣一個(gè)問題：“溫度高的物體熱量就多”。通過學(xué)生的回答，教師就能知道學(xué)生對于溫度、熱量以及內(nèi)能概念的錯(cuò)誤前認(rèn)知。采用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，轉(zhuǎn)變學(xué)生對熱現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的錯(cuò)誤前概念。2.創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，形成正確的科學(xué)概念讓學(xué)生在與實(shí)際情況相類似的教學(xué)情境中修正錯(cuò)誤想法是幫助他們獲得科學(xué)概念的最佳途徑。學(xué)生頭腦中的前概念大多是在生活的具體情境中建立起來的，用他們獲得前概念的真實(shí)問題作為實(shí)例，會(huì)產(chǎn)生真實(shí)感和親切感。通過創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境；讓學(xué)生根據(jù)自己的理解，預(yù)測實(shí)驗(yàn)或問題的結(jié)果；讓他們用自己的前概念對現(xiàn)象進(jìn)行解釋，并為自己的前概念進(jìn)行辯護(hù)，從而引起思維結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突，并強(qiáng)烈意識(shí)到前概念的存在；教師在適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行參與，并步步引導(dǎo)他們用正確的物理概念來解釋問題。如學(xué)生對正壓力的理解，有部分學(xué)生認(rèn)為壓力是由重力引起的，而且重力越大，壓力也越大。針對學(xué)生的這種錯(cuò)誤前認(rèn)知，教師可創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，使一木塊分別靜止于水平面上，斜面上和豎直墻壁上，學(xué)生通過比較三種不同情形下壓力的不同，得出壓力與重力并不存在對應(yīng)關(guān)系，只有靜止在水平面上的物體，壓力的大小才等于重力的大小，形成壓力的科學(xué)概念。3.引發(fā)認(rèn)知沖突，轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤前概念的有效策略國內(nèi)外研究表明，對當(dāng)前概念的不滿意是產(chǎn)生概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素，一旦引發(fā)這種認(rèn)知沖突，就會(huì)引起學(xué)生認(rèn)知心理的不平衡，就能激起學(xué)生的求知欲和好奇心，使學(xué)生產(chǎn)生解決這種認(rèn)知沖突獲得心理平衡的動(dòng)機(jī)。因此，引發(fā)認(rèn)知沖突是轉(zhuǎn)變學(xué)生錯(cuò)誤前概念的有效策略。如在位移概念的教學(xué)中，針對學(xué)生在學(xué)習(xí)位移概念前，不但已經(jīng)有了距離和路程來描述物體位置移動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)，而且根深蒂固的事實(shí)。首先提出在研究物體運(yùn)動(dòng)的過程中，需要描述物體從位置A到位置B的移動(dòng)問題，并讓學(xué)生充分發(fā)表各種他們已知熟悉的描述方法——“距離”和“路程”，討論這些方法對正確描述位置移動(dòng)存在的不足。從而引導(dǎo)學(xué)生用“距離”和“路程”已經(jīng)無法科學(xué)完整表達(dá)位置移動(dòng)這一新問題的矛盾沖突。再在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，總結(jié)出描述物體位置移動(dòng)應(yīng)該包括“表示末位置相對于初位置的距離和方向”這樣兩個(gè)要素。然后引出用同時(shí)可以表示物體從初位置到末位置的位置移動(dòng)距離和方向兩個(gè)要素的“有向線段”——位移概念，實(shí)現(xiàn)使學(xué)生從“路程”概念到科學(xué)的位移概念之間的自然轉(zhuǎn)變。4.開展合作學(xué)習(xí)，使隱蔽于學(xué)生頭腦中的錯(cuò)誤前概念顯露出來每個(gè)人都在以自己的經(jīng)驗(yàn)為背景建構(gòu)自己對事物和現(xiàn)象的理解，因此只能理解到事物的某些方面，不存在唯一正確的全面的理解。合作學(xué)習(xí)可以克服個(gè)體知覺系統(tǒng)的局限性，學(xué)生與學(xué)生之間通過合作、交流與討論，使他們超越自己原來狹隘的認(rèn)識(shí)，了解彼此的見解，了解那些不同觀點(diǎn)的基礎(chǔ)。而且，在合作學(xué)習(xí)中，每個(gè)學(xué)生都是積極的參與者，在自由平等、相互信任的氣氛中最適宜表達(dá)各種荒誕的觀念，這些荒誕的觀念有些是自相矛盾的，在激烈的爭論和積極的思考中，常常會(huì)促使他們認(rèn)識(shí)到自己原有認(rèn)識(shí)的片面性和不合理之處并萌發(fā)一些新的猜想，這些猜想往往已經(jīng)走進(jìn)真理的邊緣。此時(shí)，教師也可以作為合作學(xué)習(xí)的一分子參與討論。當(dāng)積極的學(xué)習(xí)發(fā)生的時(shí)候，教師參與討論的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接提供正確答案。我們在教學(xué)中嘗試了“卡片”教學(xué)策略。首先，把與所講授概念有關(guān)的選擇題寫在黑板上，這些問題的不同選項(xiàng)可以引起學(xué)生的討論；然后，學(xué)生參與小組討論，有時(shí)一個(gè)小組會(huì)挑戰(zhàn)另一個(gè)小組的結(jié)論；再次，在思考和討論之后，學(xué)生被要求高舉寫上答案的“卡片”，答案可以寫不知道、不確定，從而鼓勵(lì)所有學(xué)生積極參與；最后，教師針對學(xué)生“卡片”中所表現(xiàn)出來的前概念進(jìn)行科學(xué)概念的講解。測試結(jié)果表明，這種方案可以解決傳統(tǒng)教學(xué)中草率對待重要概念的問題，從而讓學(xué)生更好地理解概念，很好地轉(zhuǎn)變了學(xué)生的錯(cuò)誤前概念。5.探究與體驗(yàn)，轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤前概念的重要途徑概念的形成和發(fā)展過程對于每個(gè)學(xué)生來說都是不一樣的，因此在教學(xué)過程中要盡可能地讓每個(gè)學(xué)生依據(jù)自己獨(dú)特的發(fā)展方式進(jìn)行科學(xué)概念的學(xué)習(xí)。探究式教學(xué)為每個(gè)學(xué)生提供了通過各種途徑形成概念的條件，滿足了每一個(gè)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究問題的天性。學(xué)生可以從所要探究的概念出發(fā)，通過閱讀課本或查閱有關(guān)資料或與同學(xué)老師之間的相互交流，收集有關(guān)的材料，并通過自己對材料的分析提出主觀的猜想并親自動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。在探究過程中，通過豐富的體驗(yàn)和感悟逐步糾正一些錯(cuò)誤的觀念和看法，為獲得科學(xué)概念提供有力的心理支柱。如物質(zhì)的密度，學(xué)生中有很多隱藏在頭腦中的混亂想法：質(zhì)量大密度大、體積大密度大，硬度大密度大等等。只有通過學(xué)生的親身體驗(yàn)和探究，學(xué)生才較容易的獲得科學(xué)概念，從而糾正錯(cuò)誤的前概念，且不易反復(fù)。隨著電腦的普及和多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，觀察的物理實(shí)驗(yàn)通過電腦模擬得以重現(xiàn)。多媒體技術(shù)和教育資源的整合，作為一種新的教學(xué)工具，主要作用是讓學(xué)生在第一時(shí)間得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和分析，建立物理圖景，促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知沖突。在轉(zhuǎn)變學(xué)生錯(cuò)誤的前概念，構(gòu)建正