（课程与教学论专业论文）错误前概念对中学生物理概念形成的影响差异研究.pdf

错误前概念对童堂生竺曼塑垒塑麴的影响差异研究 贺晓霞 西南师范大学物理系 一摘要 本研究致力于对传统概念教学的改进。 熊塑壹口坠对援盒熬堂的干扰和阻碍已成共识。本着对因材施教原则的思考 研究以丛塑尘至基堂为理论基础，研究前概念对学生科学概念的形成的影响的差异 获得改进概念教学的教学论启示。在要研究和结论如下： ( 1 ) 采用问卷调查和面谈相结合的方法，对学生进行了关于力的概念， 本 以 的普查，较为全面地了解到学生关于力的错误前概念体系的内容，其组成成分概括为 三部分：一是关于运动学的；二是关于运动和力的关系；三是关于作用力和反作用力。 其成因分为两类：一类形成于直觉和生活经验；另一类形成于前学习。由前学习形成 的错误前概念对学生科学概念形成的负面影响更大。 ( 2 ) 根据“力的概念测试”成绩，比较各年级学生对关于力的科学概念的 掌握情况的差异，结果发现，初二、初三、高一三个年级中，两相邻年级成绩差异显 著，而高一、高二、高三两相邻年级成绩的差异不显著，由此推断，传统概念教学的 新课教学效果优于复习课。 ( 3 ) 研究了数理基础水平与学生正确掌握概念的关系，发现数理基础水平 与学生的科学概念掌握成显著地正相关，数理逻辑结构对帮助学生克服和纠正错误前 概念从而形成科学概念起着重要作用。 ( 4 ) 研究智力水平对学生概念掌握的影响。其结论是智力水平与学生概念 形成无显著相关性，智力水平对学生克服和纠正错误前概念帮助不大。 ( 5 ) 研究男女生概念掌握的差异，发现数理水平同处于中、下水平的男 女生概念测试成绩有显著差异，说明性别差异对学生的概念掌握的影响主要作用于 中、差学生。 ( 6 ) 采用“口语析误”法进行实验教学，证明“口语析误”教学法应用于概念教学 的效果是显著的，该方法有利于培养学生的逻辑思维能力和批评性思维能 力，提高学生学 - 1 的积极性和主动性，特别适于数理基础处于中、下水平的学生。l ) 一 、 d i f f e r e n c eo f p r e c o n c e p t i o ni n f l u e n c e o nt h e f o r m a t i o no f p h y s i c sc o n c e p t o fm i d d l es c h o o ls t u d e n t s h ex i a o x i a t h e d e p a r t m e n t o f p h y s i c s ，s o u t h w e s t c h i n an o r m a lu n i v e r s i t y a b s t r a c t a sw ek n o w , t h et e a c h i n go fs c i e n c e c o n c e p t i o n c a nb e i m p e d e db y p r e c o n c e p t i o n b a s e do n t h et h e o r yo f c o g n i t i v ep s y c h o l o g ya n dt h ep r i n c i p l eo f t e a c h i n g s t u d e n t s b yt h e i ra p t i t u d e ，t h i sr e s e a r c h i n v e s t i g a t e d t h ed i f f e r e n t i n f l u e n c eo ft h ep r e c o n c e p t i o no ns c i e n c ec o n c e p tf o r m a t i o n a tt h es a m e t i m e ， w em a d es o m e s u g g e g i o n s f o r i m p r o v i n gt e a c h i n go fc o n c e p t i o n t h et h e s i si sc o m p o s e do fs i x p a r t s ( i ) t h ec o n c e p t o fs t u d e n t sp r e c o n c e p t i o ni st h o r o u g h l ye x a m i n e d t h r o u g h q u e s t i o n n a i r e sa n di n t e r v i e wt h a tc o n s i s t e d o ft h r e e p a r t s ：m o t i o n ，r e l a t i o n s b e t w e e nf o r c ea n d m o t i o n ，a c t i o na n dr e a c t i o n t h ef a c t o r so f t h ep r e c o n c e p t i o n c a nb ed i v i d e di n t ot w o t y p e s ：o n e i sf r o mi n t u i t i o na n d d a i l yl i f ee x p e r i e n c e ，t h e o t h e ri sf r o m l e a r n i n g ( 2 ) s t u d e n t s u n d e r s t a n d i n go f f o r c ec o n c e p t i o ni na l l g r a d e si sc o m p a r e d a c c o r d i n gt ot h e i rm a r k so ft h et e s to f f o r c ec o n c e p t i o n ”t h er e s u l t so ft h e s t u d y s h o wt h a t a v e r a g e m a r k sb e t w e e nj u n i o rt w oa n ds e n i o ro n ea r e s i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n t ，b u tt h e r ea r en o ts i g n i f i c a n td i f f e r e n c ef r o ms e n i o ro n e t os e n i o rt h r e e i tc a nb ei n f e r r e dt h a tt r a d i t i o n a l t e a c h i n gi nn e wc o n t e n t l e s s o n si ss u p e r i o rt ot h a ti nr e v i e w - l e s s o n s ( 3 ) t h e r e l a t i o nb e t w e e ns t u d e n t s a c h i e v e m e mo f p h y s i c sa n d m a t h e m a t i c s a n dt h e i ru n d e r s t a n d i n go fs c i e n c ec o n c e p t i o nw a se x a m i n e d t h er e s u l t ss h o w m a tt h e r e i s s i g n i f i c a m p o s i t i v e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h 。m s os t u d e n t s k n o w l e d g e o f p h y s i c s a n dm a t h e m a t i c sc a nh e l pt h e m o v e r c o m ep r e c o n c e p t l o n a n df o r mc o r r e c ts c i e n c ec o n c e p t i o n ( 4 1i n t e l l i g e n c e ，si n f l u e n c eo nc o n c e p t i o na c q u i r i n gw a s i n v e s t i g a t e d f h 。 r e s u i t so ft h ei n v e s t i g a t i o ns u g g e s t t h a t i n t e l l i g e n c e i sn o t s i g n i f i c a n t l y p r o p o r t i o n a l t o c o n c e p tf o r m a t i o n ，s oi n t e l l i g e n c e l e v e lc a nd ol i t t l e t oh e l p s t u d e n t st oc l $ r r e c tt h e i rp r e c o n c e p t i o n s ( 5 ) c o m p a r i n gt h e d i f f e r e n c eb e t w e e nc o n c e p ta c q u i r i n gb ym a l e s a n d e f e m a l e s w ef i n dt h a tt h e r e i s s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c eb e t w e e nb o y sa n dg l l s 。 w h o s ea c h i e v e m e n to fp h y s i c sa n d m a t h e m a t i c si sa t t h a t g e n d e r d i f f e r e n c eh a ss i g n i f i c a n t e f f e c to n a v e r a g e o r p o o r i ts u g g e s t s t h es t u d e n t s c o n c e p t i o n a c q u m n g f 6 ) t h et r i a l o fan e wt e a c h i n g a n dl e a r n i n gm o d e l ，l e a r n i n g f r o m m i s t a k e sb yp r o t o c 0 1a n a l y s i s ( l m p a ) ，h a s b e e nc a r r i e do u t t h er e s u l t so f t h e t r i a ls h o wt l a tt h en e w m o d e lh a ss t r i k i n ge f f e c to ns t u d e n t s ，e s p e c i a l l yt h o s e w i t ha v e r a g eo rp o o rk n o w l e d g eo f m a t h e m a t i c sa n dp h y s i c s i tc a l l e n h 8 n 。 s t u d e n t ，sl o g i c a lt h i n k i n ga n dc r i t i c a lt h i n k i n gs i g n i f i c a n t l ya n d e x c i t es t u d 。n t 8 t os t u d ym o r ea c t i v e l y 。 ，漆毒 错误前概念对中学生物理概念形成的影响差异研究 贺晓霞 西南师范大学物理系 1 绪论 1 1 问题的提出 从事高中物理教学多年，深感学生对概念的正确理解和掌握对新知识的学习以及 物理问题的解决都至关重要。但是，传统的概念教学的效果却不另人满意。常听老师 抱怨学生不能正确理解其讲述清楚且反复强调的知识，如：教牛顿力学时，教师反复 强调，“力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因”。学生可能记 住了这句话，但是在解决具体问题时，还是始终按“物体向哪个方向运动，就应该受 到这个方向的力的作用”去处理问题。是什么令学生如此“顽固不化”? 教学要能做 到有效的“对症下药”，应怎样改进传统的教学方式呢? 在过去二十年里，出现了研究“前概念”的热潮i l 】 8 1 ，大家普遍意识到，人们在接 受正规的物理训练之前已有了一些错误的物理概念，即“前概念”。正是学生头脑中存 在着众多的先入为主的“前概念”使得他们在传统的教学面前屡教不改， 9 1 巾l 】“前概 念”是影响物理课教学效果的不可忽视因素。所以，要改进传统物理教育，首先要研 究“前概念”这一现象。 不过，从目前所查资料来看，对前概念的研究，主要限于探究学生头脑中前概念 内容和对学生的概念形成的普遍性的影响，尚缺乏关于前概念对不同学生的影响差异 的研究。而实际情况中，有一个问题是突出的：在同样的教学环境下，因为学生的年 龄、性别、数理基础、智力水平等的不同，认知特点是存在个体差异的。所以，不同 学生的错误前概念的多少不同，纠正的难易不同。那么，在错误概念的形成过程中， 不同的学生是否是在不同的环节上出错? 他们所犯错误的类型是有区别的? 或者说， 某类学生更容易犯某类型的错误? 根据教学应遵从因材施教的原则，如果能够通过实 证性的研究，找出前概念对不同认知水平的学生概念形成影响的差异所在，对教学的 改进无疑是有重大意义的。于是，便产生了这个课题。 l 1 2 理论综述 1 2 1 关于“前概念” 关于“前概念”的定义，有几种略有差异的说法，一种称“前概念”为“相异构 想”| 1 2 1 , 是指学生学习前己对某种物理现象存在的偏见；一种说法是“前概念”只是“先 有观念”中的组成部分，“先有观念”是前概念、前规律、粗浅思想方法等认识成果的 总和；还有种说法称“前概念”是学生在没有接受正式的物理教育以前，对所感知的 现象、生活中的常识与经验进行总结加工所得出的认识和理解m 】。显然，第三种说法的 “前概念”的内涵包括了前面两种所谈及的情况，其外延更大。多数的研究者和教育工 作者更认同这一定义，本研究也基于对这一定义的认同。 1 2 2 前概念的成因 关于“前概念”的形成原因已有较多研究，一般把它分为两类j ： ( 1 ) 形成于直觉和生活经验。学生在接受正确的物理概念以前的相当长的时间里， 头脑里并非一片空白，他们在现实的生活中对周围的事物获得了一些感性的印象和对事 物的直觉认识，久而久之自然地得到一些经验，这对学生来说就产生了学习物理知识的 前概念。其中，有的前概念是正确的，有助于理解和掌握有关的物理知识；有的则是片 面的、错误的、反科学的。后一类前概念是客观物理现象中的不同成分对学生的刺激作 用不同而产生的，一些表现本质特征的的成分往往不以突出的强烈刺激的形式出现，被 掩蔽，忽略了，而表现非本质特征的成分往往又以较强的刺激形式出现，被烙下深刻的 印记。例如：经验告诉人们，物体下落的快慢有它的重量决定，物体越重下落得越快。 其实，这个结论是错误的，这正是被轻、重的强刺激所蒙蔽，而没有考虑空气阻力影响 的结果。 ( 2 ) 形成于前学习的“知识”。在学习过程中、各学科和各技能之间，或同一学科 和技能的各个不同部分之间。存在某种程度上的彼此相互影响的现象。这种影响可能是 积极的，也可能是消极的，学习数学有利于学习物理，但在某种意义上说也是阻碍学习 物理的，如从牛顿第二定律a - - f m ，变换公式后得m = f a ，若只从数学的角度来看，便 会误认为，同一个物体的加速度越大，它的质量就越小。就物理学科本身来说，一般前 部分的知识学习好了，是有利于学好后部分知识的。但是，也有前面学习的知识阻碍后 面学习新知识的情况。例如，学习研究宏观现象在前，就会自觉不自觉地带着宏观的观 点看待处理微观的现象，甚至把宏观的规律硬套在微观的现象上。另外，由于教学中的 疏漏或教法的不当，也会使学生产生某种前概念，如，在研究弹簧的伸长与拉力大小关 2 系时，由于钩码重是按整数倍增加的，而得出的结论是弹簧的伸长跟受到的拉力成正比。 部分学生就产生了“正l ：e l l p 整数倍”的错误认识。 i 2 3 概念形成的一般模式 为了探究前概念对学生的科学概念的形成的影响，有必要对有关概念形成的一般模 式的理论作一介绍。 一、信息加工模式 1 9 7 4 年，b o u r n e 提出一种掌握概念的信息加工模型【1 ”，可用图i 进行说明： 这个模型的基本结构与信息加工是一致的。具体说明如下：( 1 ) 最初知觉阶段 人掌握概念的第一步是接受刺激，对刺激有了知觉。这与信息加工过程中最初的知 觉阶段是一致的，对于概念的获得，这是关键的一步，因为对刺激的准确知觉将对随后 的加工过程有积极的作用。 ( 2 ) 编码阶段 知觉到的信息随即予以编码b o u r n e 猜想编码的方式有三种： a 刺激信息仅仅由此通过而进入下一阶段； b 无关刺激被淘汰； c 刺激得到评价，决定有关属性。 ( 3 ) 推论阶段 作出推论是最后阶段，在这个阶段中，主体对于刚知觉到并已编码过的信息作出 决策。这一步需要个体记忆中储存的原有知识参加( 包括头脑中的前概念) 。以帮助他 对范畴作出决策，获得概念。 模型中的“记忆”和“控制”是两个高水平的系统。“记忆”中已存储的信息对于 # ：j 前信息的处理可以“出谋划策”；q 空制”则使主体注意“紧盯”刺激信息，使刺激信 息有效地在各阶段上得到加工。由于学生头脑中前概念的存在，会严重干扰当前剌激在 各阶段上的加工。 二、发生认识论模型 根据皮亚杰( j p i a g e t ) 的发生认识论的观点f 1 6 1 ”j 【1 ”，人们对概念的认知心理过程 分为以下几个阶段： ( 1 ) 旧的图式( s c h e m a ) 。图式是一种思维的组织结构和行为方式，也可以看成是 思维过程的工具，主体总是利用一定的图式进行思考、分类和推理。在物理学发展史， 亚里士多德体系是古代最早的物理学体系，即认为地球处于宇宙的中心，一切物体都有 向这个中心降落的“自然倾向”，都是在“力”推动下不断运动的，越重的物体下落得 越快；受力越大的物体，运动速度越大，受力为零时，物体保持静止。这便是当时的人 们认识物体运动的一种图式，这种图式至今存在于很多人的头脑中。 ( 2 ) 同化( a s s i m i l t i o n ) 同化是指个体用原有的认知结构吸收新的来自环境的因素。既用已知的旧知识来吸 收新的知识，这是一种适应( a d a p t a t i o n ) 过程。在着类同化的适应过程中。个体是在 原来的体系中根据内外环境变化进行改造的。 在亚里士多德时代，人们用亚里士多德的认识图式去解释物体的运动。这种图式在 有些情况下是和我们日常经验一致的，例如在地板上推一张桌子或椅子，不推便不动， 只有推它们时才会有运动。但是。对于抛体运动，这种理论便不能自圆其说了，因为我 们对抛体的作用力停止后，它还要运动一段时间。这类运动是和亚里士多德的图式矛盾 的地方。为了适应原有的图式，亚里士多德对此作了如下的解释：即当抛体开始运动时， 空气被推开，空气在填补由抛体造成的真空区域上四，产生一种推力，来维持它的运动。 这便是一种同化式的适应。 ( 3 ) 调节( a c c o m d a t i o n ) 调节是指对旧的认知结构的调整和改变。这种调节也是一种适应方式。它使个体为 了更好地理解和接受新的经验因素，形成新的结构，一种新的图式。 著名的比萨斜塔实验，显示了与亚里士多德图式不相适应的事实。2 5 岁的伽利略及 其助手登上斜塔，让两个轻重不同的金属球，同时由塔上自由下落，结果发现两个球同 时落地，而不是象亚里士多德预言的那样重的球先落地，轻的球后落地。这说明旧的图 式已无法解释新的现象，所以旧的图式必须修改以适应新的环境因素。伽利略修改了旧 的图式而得到了关于自由落体运动的新的图式：即自由落体运动是匀加速运动，其重力 加速度与物体的重量无关。在这一新的图式下，比萨斜塔实验便能得到解释了。这便是 调节。 ( 4 ) 新图式 通过个体的同化和调节等适应过程，人们的思维又有了一种新组织结构和行为方 式，即新的图式。这种从旧的图式到新图式然后又到另一个更新图式的过程，实质上便 是个体思维的组织结构不断地从低级的感觉运动阶段发展到高级的形式的运演阶段。这 也就是认知图式改变和发展的过程。 物理概念的认知心理过程，也就是不断地从旧图式，通过同化和调节，到达新的图 式的过程。 皮亚杰发生认识论模型的核心是图式的变换或转化1 1 9 l ，认为，人在认知过程中总是 不断地通过利用头脑中已有的旧的图式对输入的刺激( 信息) 进行处理和鉴别，并用这 种方法对不同的刺激物加以区别和概括。也就是说，学生在学习概念时，不是被动地接 受教师输入的正确的刺激信息，而是用已经先入为主的前概念构造的图式去处理这些刺 激信息，当发生抵触时，如果输入的正确的刺激信息不够强烈，学生保留的仍然是头脑 中已存在的前概念。 不难看出，b o u r n e 的模型与皮噩杰的发生认识论模型实质上是基本一致。他们都既 强调刺激( 或信息) 对大脑的作用，更强调大脑对刺激( 或信息) 的加工和处理。 三、爱因斯坦的“科学认识论模型” 爱因斯坦的科学认识论可概括为嗍： 圆。圆。圃叶回。圆 图2科学认识论 上图表示了进行创造性思维的基本过程：认识的基础是“经验”，这个经验有丰富 的内容。有个体早期的各种活动建立的图式，这是皮亚杰发生认识论所揭示的；更主要 是个体后期的各种社会实践所获得的直接经验和间接经验。在解决问题的创造性思维过 程中，一开始就的在经验的基础上应用直觉思维，它的特点是整体的、跳跃的、猜测的、 非逻辑的，是以知识的整体结构为根据的直接而迅速的认识。直觉思维与逻辑思维总是 相互联系、相互补充的逻辑思维重视“结构”，结构是基本概念、基本原理以及相互 联系而形成的；在解决问题时，应用分析基础上的综台是不可缺少的。没有综合就没有 创造。在经验基础上，经过直觉、结构、综合，这是认识的深化，同时也伴随着创造的 过程。在新的问题、新的综合的鼓励下，又经过经验、直觉、结构、综合，从而有新的 创造，如此循环往复，不断进化，这就是爱因斯坦科学认识论的整个过程。 一、系统论模式 四川省社会科学院的查有梁教授应用系统科学的原理提出了概念形成的“系统论模 式”【2 i 】。其公式为： 物理概念形成= f ( 感知活动，观察实验，经验事实，逻辑数学结构，问题解决， 科学方法，观测证实) 以上公式的意义是： ( 1 ) “感知活动”指“隐概念”、“前概念”、“初概念”的形成： ( 2 ) “观察实验”指在物理教学中，有计划、有目的为物理概念形成，提供感性认 识与理性认识相结合的基本方法； ( 3 ) “经验事实”包括感性经验，实验基础，是提出新的物理概念的根据所在； ( 4 ) “逻辑数学结构”指“数学形式”、“体系结构”，它的基础是认识的各种“图 式”，它们一旦形成，便有其独立性，可以通过“自由创造”，去建立新的物理概念。如 果说“感知活动”、“观察实验”、“经验事实”是物理概念形成的直接基础，那么“数学 形式”、“体系结构”、“图式”则是物理概念形成的间接基础。简言之，有了“逻辑数学 结构”，不仅有助于理解物理概念，而且有助于创立新的物理概念。通过“逻辑数学结 构”去形成物理概念，是一条有效的捷径。 ( 5 ) “问题解决”指应用物理概念去尝试解决问题，只有问题解决得好，“物理概 念形成”才牢。“概念”是分层次的，有大概念、中概念、小概念；同样“问题”也是 分层次的，有大问题、中问题、小问题。心理学家们指出，人们是通过主动地采取若干 认识策略来学习概念，其中，比较流行的是由l b o u t h i l e t 首创的“假设检验模型”( t l e h y p o t h e s i st e s t i n g m o d l e ) ，其要点就是：概念的学习者，既是积极的问题提出者，也 是问题解决者。 ( 6 ) “科学方法”指在物理概念形成过程中，既要用逻辑方法，也要用直觉方法( 非 逻辑方法) 。即；既要从特殊到一般( 直觉方法) ，也要从一般到特殊( 逻辑方法) 。从 系统方法看，当然还包括从特殊到特殊，从一般到一般这些类比方法、相似方法的应用。 ( 7 ) “观测证实”指一个物理概念不仅能与已知的“经验事实”相符，而且由这一 物理概念演绎或预言的新内容，能被新的“观测”所“证实”。“观测证实”是表明这一 6 物理概念能解决更大范围、更为深刻的问题。从实际上看，“观测证实”与“问题解决” 是一致的。 “系统论模式”强调，概念的形成应是多种策略的综合应用。“概念”至少可由浅 入深分为三个层次：“普通日常概念”，“基础学科概念”，“专业学科概念”。对于“普通 日常概念”，“基础学科概念”可以通过“联想模式”“假设检验模式”、“实例模式”去 形成，但是，对于像“力场”、“能”等高度抽象的“专业学科概念”仅用上述简单 模型不行，应采用将多种认识论模式综合起来的“系统关联模式”。 1 2 4 前概念对学生的科学概念的形成的影响 由于学生在接受正确的物理概念以前的相当长的时间里，头脑里并非一片空白，而 是已经积累了形形色色的生活经验、常识和直觉知识。它们的本源不是用确切定义的物 理术语和概念，而是以强烈的情感色彩去构造世界的图象，对知识形成了模糊的物理图 象，即前概念。这些前概念因先入为主在学生头脑里根深蒂圃，对学生形成正确的科学 物理概念产生明显的影响，严重干扰加工器对信息加工的正确监控，其表现形式大致有 以下几种【2 2 】： ( 1 ) 先入为主。学生头脑中被当作“常识”的前概念常常与物理概念相矛盾但这 些“常识”属于个人的精神财富，是认识和理解生活中某些特殊现象的宝贵工具，因此， 用通常的教学方法，这些前概念会显得格外地顽固不化。 ( 2 ) 一叶障目。物理概念的本质特征未必是以强烈的刺激形式出现的，而以强烈 的刺激形式出现的，又未必是现象的本质常常使学生忽视隐蔽但又是本质的因素，“一 叶障目”，造成对概念的错误理解如：学习了弹簧秤可以测量物体的重量，很多学生 在遇到弹簧秤下挂一物体的问题时，就总是认为弹簧秤的读数就等于物体的重量，而不 考虑其成立的条件。 ( 3 ) 机械替代。用数学理解“机械替代”物理本质的现象是前概念对概念掌握产 生影响的另一形式。如根据部分电路欧姆定律可变形得r - i i ，i ，有的学生因而认为，导 体的电阻与电压成正比，当u = 0 时，r = 0 。完全背离了物理实质，得出荒谬的结论 1 2 5 关于纠正错误前概含的数学对策的研究况 。 在物理教学中总是出现这种情况：学生带着前概念来到课堂上，多数教师不是考虑 如何转变这些概念，而是教条地灌输一些于学生来说毫无意义的理论、公式和定义，这 些死记硬背下来的东西很快就被遗忘，物理课留给他们的不过是几个专业术语，如“力”、 “场”等，这些都归咎于传统的教学思想，认为学校教的应该是正确是东西或所谓的真 理。 前概念的存在对学生学习物理概念造成很大的影响，也对教学产生巨大的阻力，这 种学生们认知结构中的内在阻力主要来自于追求直接性与滞后性【2 2 1 ，但不应一味指责学 生的前概念，把它视为没有头脑的玩意，而应该也承认它是理解事物的一种方式，它不 是低级概念，而只是有别于其它理论的概念，它的存在有其特殊的意义。学生的前概念 根深蒂固，生命力极强，光靠在课堂上生搬硬套一些理论是无法改变的，因此，传统的 教学方法需要改变。 为此已有相当多的研究者提出了多种对传统的概念教学方法的改进： ( 1 ) 卡普勒斯提出了“学习循环”教学法，它是在批判注入式教学法的过程中 发展起来的，是为促进平衡作用而设计的，它包含探究、概念引入和概念应用三阶段。 并认为，真正的知识和发展来源于探究，在探究时，人们具有最大的积极性和兴趣，因 此在运用学习循环教学过程中，占重要地位的不是讲授而是学生探究。这和传统教学方 法( 讲授、验证、应用) 是大相径庭的。这种教学方法的根本原理认为真正的学习来源 于探究答案，而不是来源于听取和阅读现存的答案。 朱新民教授根据概念的产生式原理，提出了示例教学法洲，让学生在大量的有正确 答案的范例中自动获得概念的产生式。此法显然对学生头脑中已有的前概念有些忽视。 另外，美国一位杰出的教师明特斯特尔( m i n s t r d l ) 对此的研究较为引人注目。他 采用要求学生进行“出声思维”的方法，找到学生头脑中的日常概念与科学概念之间的 差异，然后针对这些差异采用一种他称之为“认知取向的教学”( a c o g n i t i v e o r i e n t a t i o n t o t e a c h i n g ) 方式的基点课( b e n c h m a r kl e s s o n s ) 教学，并取得了显著的教学效果，在课 程结束时，他的学生所表现出的错误概念比接受传统教育的学生要少得多嘲。 还有一种概念教学法引人注目，那就是以惑为诱的教学方法脚1 1 2 7 1 1 2 。l 。提出这种教学 新模式的研究者认为，物理发现中物理概念的形成过程，类似于物理教学中概念的形成 过程。它们都是在原有的物理范型或物理图式下，产生了“疑”，继而形成“惑”，然后 变成“问题”，最后诞生新的物理范型或物理图式，如图3 所示。因此，物理教学中， 应将物理发现的过程贯穿进去，让学生学习物理概念的过程变为一个个充满“诱惑”的 富有创造性的物理发现过程。通过：诱惑、辩惑、演惑、解惑真正将教师和学生从填鸭 式的教与学中解救出来。 蕊穗。j 匦丁 图网3 以上研究对纠正前概念作了有意义的尝试，因各种原因没有真正地得到推广应用， 在中学的物理课堂上基本上采取的还是传统的教学方式。但不难看出，对于概念的教学， 大家已基本达成一种共识，仅仅传授正确信息，在帮助学生克服错误前概念的影响上效 果不够理想。困难必须正面对待，而且教学中要努力把学生引向其前概念与科学概念发 生冲突的地方，教学才更有效。 意识到前概念对学生概念学习的影响，很多教育专家和工作在教育第一线的中学教 师纷纷提出改进传统概念教学的新方法。 如苏联的加里培林学派提出了概念的控制掌握观点册，其核心是运用控制论的一般 原理，和学生掌握概念的心理学本性，摆脱概念掌握过程中学生活动的自发性，控制学 生掌握概念的活动，使“概念在组织学生行动的基础上”，“对阐明新概念的特有特征的 活动进行有计划、按阶段的练习”。由此使学生在掌握概念的同时，形成掌握概念所必 需的智力动作。 又如珠海市弯仔中学的郭华老师通过研究提出了物理概念层次化、阶段性教学p ”。 吉林省延吉市四中苏英志提出“物理概念程序教学”1 3 2 l 。江苏省武迸市奔牛中学的费宏 提出“导致饽论教学法”鲫等。 1 9 9 9 年，廖伯琴在其的博士论文f 1 4 1 中又提出了“口语析误”教学法一一个全新的 物理教学模式。该模式的基本思路是：将物理教学与现实的科学发展及日常生活现象结 合起来，通过培养学生自己去发现意义，发展学生的批评性思维能力；这一模式的教学 方法的关键在于：充分利用学生的所犯错误作为其学习资源，在发现错误中掌握物理概 念。此方法与传统教学模式有两个主要差异：一、在传统的教学模式中，当老师讲解题 9 目或学生解答题目上时，均以公式推导为主。而本模式则强调语言表述，思路解释与公 式推导的结合；二、在传统的物理教学模式中，注重的是正向引导学生，奖励正确，惩 罚错误，教师重正向的讲解和示范，惟恐给学生展示了错误，混淆其对概念的掌握。而 本模式则要求老师有意在讲解过程中设置错误，尤其要在关键之处，充分利用学生所犯 错误来培养学生的批判性思维的能力，调动学生的学习主动性，变以前的被试式、顺应 式教学为主动式、批判式教学。此外，本模式还注重学生反馈，将学生的错误设置在问 题讲解过程中，让其自我发现、自我认识、自我纠正，即通过学生自己去发现意义。 根据美国心理学家桑代克的“刺激反应”理论，学习就是建立一定的“刺激一反应 联结”。这种联结在传统的教学中大多是通过教师对知识的正面讲解建立的，利用的是 正确的信息的刺激。这在概念的教学中收效不大。那么，反过来利用丰富的来自于学生 自己的错误的信息的价值，把学生头脑中的前概念当作宝贵的精神财富，作为建立物理 概念的“原材料”，作为“负反应”刺激，反面“强化”错误，以错攻错，可能会更好 地达到以反显正，拨错反正的目的。“口语析误法”正是这种思路下产物。这种方法从 理论上讲，更有的放矢，更具针对性。 我在协助导师廖泊琴老师的教学实验中，对此教学法已作了初步的教学尝试，并取 得一定的效果，但是，因为时间和经验的不足，以及当时教学设备和教学条件所限，该 方法还有待进一步完善。本课题将进一步改进方法，探索出一条可操作方案，并验证其 对于概念教学的可行性，特别是对于纠正学生头脑中错误前概念的有效性。 1 3 研究总体设计 基于力学现象与人们的生活最为密切相关，中学生头脑中有关力学的前概念最为丰 富，而且，在中学物理中，力学是最基础也是最重要的教学内容，故本研究以学生有关 力学前概念对学生的科学概念的形成和掌握的影响差异为研究内容。为此拟作如下的研 究设计： ( 一) 首先对中学生头脑中有关力的前概念进行普查。 ( 1 ) 用选自美国物理教师杂志1 9 9 2 年3 月号刊登的“力的概念调查表”p s ( 附 后) 对初二至高三的五个年级学生进行测试，并对成绩作平均分统计和各题正答 率、各选项错答率等统计。 ( 2 ) 根据上一步骤的测试成绩，在各年级分别找部分好、中、差的学生面谈，了解学 生选择错误答案的想法和理由，记录下来。 l o ( 3 ) 根据测试成绩有关统计和面谈记录，整理并归纳学生头脑中存在的关于力的错误 前概念体系的具体内容，并分析其成因。及学校学习对帮助学生纠正错误前概念 的效果。 ( 二) 用比较分析的方法，研究错误前概念学生的概念形成的影响差异。 ( 1 ) 分析学生的数理成绩与概念测试成绩的相关性，从而分析错误前概念对不同数 理基础的学生的科学概念形成的影响差异。 ( 2 ) 用“瑞文标准推理测试”对学生进行智力测试，分析智力测试成绩与概念测试 成绩的相关性，进而分析前概念对不同智力水平学生的影响差异。 ( 3 ) 比较男女生测试成绩的差异，分析错误前概念对男女学生的科学概念形成的影 响差异。 ( 三) 在初二年级和高一年级和高三年级用“口语析误法”进行概念教学新模式的探索 实验，验证其可行性和有效性。 2 力学前概念对中学生科学概念形成的影响差异的研究 2 1 目的 已有前概念对中学生的科学物理概念的形成会产生不可忽视的影响，但是对不同的 学生的影响是有差异的，这表现在：同一教学环境下，通过学习，有的学生学得好，有 的学生学得差。在正式学习物理之前，日常的生活经验在学生的头脑中形成了许多前概 念，这些前概念有相当的一部分是不准确的甚至是错误的，在学校的学习过程，既是一 个纠正这些错误前概念的过程，也可能是一个产生新的错误前概念的过程，因此，对于 不同年级的学生，因为其学习程度和学习时间的不同，头脑中的前概念会有所不同，对 其科学概念的形成的影响也会有差异。故通过普查从丽研究各年级学生中学生的关于力 学前概念的内容的差异及前概念对各年级或各层次学生的科学概念的形成的影响差异是 本章的研究的主要目的。 2 2 方法 2 2 1 被试 以兼善中学的初二至高三五个年级的学生作为被试。由于有些客观条件限制，初二 和初三年级是以全年级学生为被试( 初二年级全年级共3 0 1 名学生，初三年级全年级共2 7 0 名学生) ，高一年级八个班中选了( 1 ) 、( 2 ) 、( 3 ) 、( 8 ) 四个班共2 0 7 名学生，高二年级 十个班中选了( 2 ) 、( 4 ) 、( 6 ) 、( 1 0 ) 四个班共2 4 6 名学生，高三年级六个班中选了( 1 ) 、 ( 2 ) 、( 4 ) 三个班共1 8 3 名学生作为被试。其中初二年级学生还没有进入力学的学习； 初三学生新课未结束，还未进入复习阶段：高一刚好学完牛顿力学；高二也还新课未结 束，未进入复习阶段；商三以全面进入复习，且力学已完成了两轮复习( 会考复习和高 考的第一轮复习) 。 2 2 2 材料 1 选自美国物理教师杂志1 9 9 2 年3 月号刊登的“力的概念调查表”。原调查 表有2 9 题，为计分方便，选用了其中2 5 题，全部为选择题，每题有五个选项，但正确 答案只有一个，每题4 分，共计满分1 0 0 分。( 见附录一) 2 “瑞文标准推理测试”材料。 2 2 3 程序 首先用上述材料“力的概念调查表”对初二至高三年级五个年级学生进行普查测试， 采用闭卷形式，答案填图在机读卡上，要求在4 0 分钟内完成。 然后，对机读卡进行阅读，并完成成绩的统计，包括各班平均分，各班男生成绩平 均分，各年级平均分，各年级男、女生成绩平均分以及各班、各年级每道题的正答率， 错答率。 根据答卷情况，在各年级分别找部分学生面谈，并作记录。 用“瑞文标准推理测试”材料对被试进行智力测试，并根据年龄换算成标准分。 根据以上成绩和面谈记录进行统计分析。 2 3 结果和分析 2 3 。1关于力的错误静燃系 ( 一) 力的借误前概念体系 通过酱查，对于力学的错误前概念内容归纳如表l 表1关于力的错误前概念一览衰 前概念体系对应测错答率( )面谈记录典型示 试初二高一差异比较例 题目序 号 1 位置和速度不加区 1 73 1 2 5 3 5 5 60 0 6黄访：“主要看到2 匿 分 ( d ) 和5 在同一位置，故 认为速度相等。” 壤表 2 速度和加速度不加 1 82 2 5 0 2 0 2 00 1 3陈靖：“球a 间隔距 区分( c )离小些，故选c ，球 动 b 速度大。” 3 保持运动状态包括 l o3 6 2 53 7 7 8o 1 8涂倩：“因为没说摩 保持轨迹不变 ( a )擦等力，应按原来的 运动方式运动下 去。” 廖剑波：“有惯性， 原来圆周，现在圆 学 周。” 4 绝对运动与相对运1 91 7 5 06 6 70 o o ”王一衡：“象飞机投 动不分 ( a ) 炸弹，炸在( 飞机) 后 面，电影中炸弹爆炸 后火光从后往前” 5 速度合成按标量处 72 1 2 51 1 1 10 0 0 陈靖：“因为有两个 理( c )速度，所以应加起 来” 6 球总是曲线运动 6 ( d 、 7 2 0 0 4 6 6 7o 0 0 童欣：“平时打珠 e 、子，是旋着走” 刘尧：“球受击后， 应走狐线，打乒乓 球，打台球时，球一 般都是旋的” 7( 1 ) 向哪个方向 9 ) 1 6 2 56 6 70 舯”刘尧：“当时觉得在 力运动，就受到哪个向前运动，应有向前 是方向的作用力( 惯的力” 力运性力) 动( 2 ) 运动方向决1 5 ( a 、5 0 0 02 2 2 30 ”陈靖：“力大些，才 和 的定予受力方向或所 e ) ) 1 3 7 56 6 70 0 3 能提上去” 原受的最大作用力的 1 6 ( a ) 何恩娜：“大人力气 运因 方向大些，就往他那边 走” 动 ( 3 ) 动力必须大 2 4 ( d ) 2 8 7 51 3 3 3o 0 0 ”陆娅：“动起来的时 于阻力才能维持运候，应该是推力大于 动 摩擦力” 续表 ( 4 ) 速度的大小 2 4 ( a ) 1 0 0 0 8 8 90 1 3 陈靖：“力大，速度 决定于力与力成大，力增加一倍速 正比度应增加一倍” 8 力消失后，力的作 2 5 ( e ) 1 5 0 0 “1 lo 0 6 石岱卓：“在地板上 用继续存在 2 3 ( d ) 8 7 5 1 5 s 60 0 3 * 推，有摩擦恒定 速率，有摩擦，推力 突然消失。有惯性， 极短时间内匀速” 9 力的作用具有滞后 2 5 ( b ) 2 2 o o4 6 6 70 0 0 + +何恩娜：“肯定后面 性( 克服惯性需要时 减速到静止是正确 间) 的，但前面有个惯性 要匀速运动” 1 0 做圆周运动的物体 4 ( e ) 1 5 o o 2 3 30 o o “ 江碚：“原来靠绳 受离心力作用拉，绳拉力消失，往 反方向走” 1 1 物体越重下落越快13 7 54 4 50 2 l廖剑波：“重球力大 ( d ) 下落快” 1 2 大气压是向下的 9 c a ) 1 0 0 03 3 3 30 0 0 +陆娅：“想起了大气 压，是向下的” 作1 3 只有主动者臆力或l i ( b )1 0 0 0 2 2 20 o o ” 陈靖：“a 推b ，应该 用主动者施力较大n 回)2 6 _ 2 s 8 s 90 0 0 是a 用力，力要大 力些。” 和1 4 只有较大物体施力 2 ( a ) 1 1 8 6 4 4 5o 0 3 选项：小车推卡车的 反或较大物体施力较大 1 2 ( b ) 1 1 2 54 4 50 0 3 *力小于卡车推小车的 作力 用1 5 障碍物不施力 1 22 5 0 0 2 2 20 0 0 +选项；卡车不对小车 力( d )施力，只是由于它挡 了小车的道，被推向 前 1 6 只有作用力大于反 1 2 ( c ) 4 1 2 5 4 4 4 4- o 5 8陈靖：“小车推卡 作用力才能加速 车。其推力应大于卡 车对它的反推作用， 才能使卡车加速运 动，如相等，则静止” 1 4 表1 较为全面地归纳了在普查中获得的学生头脑中关于力的前概念的内容，这与辽宁师范大 学的王胜军、任德强两位老师实验的结果基本一致【3 6 】。 ( 二) 学习前后关于力的前概念体系的差异 表1 中列出初二年级和高一年级在相应的前概念体系中的错答率，是考虑到初二年级还 未学力学，高一年级刚好较系统