初中物理热学相关概念的教学研究.pdf

苏州大学 硕士学位论文 初中物理热学相关概念的教学研究 姓名 余得水 申请学位级别 硕士 专业 学科教学 物理 指导教师 桑芝芳 201110 初中物理热学相关概念的教学研究 中文摘要 中文摘要 物理概念教学是物理教学的基础 热学是物理学的一个重要分支 在物理教学中 物理概念的教学有着极其重要的地位 但是 物理概念教学一直是物理教学中的难点 而抽象物理概念的教与学更是困扰广大师生的一大难题 其中 初中物理热学的相关 概念更为突出 本课题以建构主义 教学设计和概念教学的理论为基础 对初中热学相关概念及 其教学问题进行了多角度研究 首先对初中热学概念的相关知识进行了专题分析 对 温度 热量 内能三个易混淆的问题做出具体的解释 通过近年来文献的调研 研究 了初中热学有关的教学内容的编写 把建国以来的初中物理教材进行了对比 通过问 卷调查 分析了初中学生热学相关概念的学习情况 系统总结了热学相关概念学习过 程中产生障碍的主要原因 在此基础上提出一些可操作的教学建议 并设计了相应的 教学设计案例 本文通过对初中热学相关概念的教学研究 试图为初中物理教师和初中学生的学 习提供一些参考 关键词 温度 热量 内能 物理概念教学 教学设计 作者 余得水 指导教师 桑芝芳 英文摘要 初中物理热学相关概念的教学研究 A b s t r a c t T h et e a c h i n go fc o n c e p t si st h eb a s i so fp h y s i c st e a c h i n g T h e r m o l o g yi sa ni m p o r t a n t b r a n c ho fp h y s i c s T h et e a c h i n go fc o n c e p t se n j o y sa ne x t r e m e l yi m p o r t a n tp o s i t i o ni n p h y s i c st e a c h i n g H o w e v e r t h et e a c h i n go fc o n c e p t si np h y s i c sh a sb e e nad i f f i c u l t y a n d t h et e a c h i n ga n dl e a r n i n go fa b s t r a c tp h y s i c a lc o n c e p t si sa l w a y sat r o u b l ef o rt h et e a c h e r s a n ds t u d e n t s I nt h i ss e n s e t h et e a c h i n ga n dl e a r n i n go ft h e r m a lc o n c e p t so fp h y s i c si n j u n i o rh i g hs c h o o la r em o r e o b v i o u s I nt h i sp a p e r b a s e do nc o n s t r u c t i v i s m i n s t r u c t i o n a ld e s i g nt h e o r ya n dt h e o r yo f c o n c e p tt e a c h i n g w eh a v es t u d i e d f r o mv a r i o u sp e r s p e c t i v e s t h et h e r m a lc o n c e p t so f p h y s i c si nj u n i o rh i g hs c h 0 0 1 F i r s t l y w em a k eas p e c i a la n a l y s i so nt h ec o n c e p t si nr e l a t e d t ot h e r m o l o g yi np h y s i c so f j u n i o rh i g l ls c h o o l t oe x p l a i ns p e c i f i c a l l yt h et h r e ec o n f u s i n g q u e s t i o n s t e m p e r a t u r e i n t e r n a le n e r g y a n dh e a t B a s e do nt h er e s e a r c ho fl i t e r a t u r ei n r e c e n ty e a r s w es t u d i e dt h ec o n t e n to ft h e r m o l o g yt e a c h i n gi nju n i o rh i g l ls c h o o l a n d m a d eac o n t r a s to nt h ep h y s i c st e x t b o o k sp u b l i s h e ds i n c et h ef o u n d i n go ft h en a t i o n T h r o u g hq u e s t i o n n a i r e s w ei n v e s t i g a t e dt h ej u n i o rh i g l ls c h o o ls t u d e n t s l e a r n i n gs i t u a t i o n o nt h ec o n c e p to ft h e r m a l r e l a t e dc a s e s a n ds u m m e du ps y s t e m a t i c a l l yt h em a i nr e a s o n s h o wt h eb a r r i e r so c c u ri nt h ep r o c e s so fl e a r n i n gt h e r m a l r e l a t e dc o n c e p t s A n da c c o r d i n g t ot h er e a s o n s w ep r o v i d es o m ew o r k a b l ea d v i c ef o rt h es a k eo fb e r e tt e a c h i n g S o m e o p e r a t i o n a l i n s t r u c t i o n a ld e s i g nc a s e sa r ep u tf o r w a r dg u i d e db ya c e r t a i nt h e o r y T h i sp a p e r b a s e do nt h es t u d y f r o mm u l t i p e r s p e c t i v e s o nt h e t h e r m o l o g yc o n c e p t si n j u n i o rh i g l ls c h o o l t r i e st op r o v i d es o m er e f e r e n c ef o rp h y s i c st e a c h e ra n ds t u d e n t so f j u n i o rh i 9 1 1s c h o o l s K e yw o r d s t e m p e r a t u r e h e a t i n t e r n a le n e r g y t e a c h i n go f p h y s i c sc o n c e p t i o n i n s t r u c t i o n a ld e s i g n I I W r i t t e n b y Y uD e s h u i S u p e r v i s e db y S a n gZ h i f a n g 初中物理热学相关概念的教学研究第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 概念是思维的细胞 人的任何思维过程都离不开概念 l 物理学分为物理现象 事实 概念和规律 物理概念是物理规律的基础 物理概念是构成物理知识体系的基 本要素 如果没有一系列的物理概念作基础 就无法形成物理学的体系 例如 若没 有电流 电压 电阻 电动势等一系列概念 就不可能形成电学内容体系 同样 若 没有光源 光线 实像 虚像等一系列概念 也无法形成几何光学 物理概念是物理 教学的关键 如果不能形成正确的概念 不仅会影响到学生对物理规律的理解 掌握 而且还会直接影响到整个物理学科的学习质量 因此 在中学物理教学中 首要的就 是让学生掌握物理概念1 2 1 2 物理概念教学的研究背景及意义 物理概念是物理课程中最基本的 也是最重要的内容 学生对概念的理解和掌握 程度 将直接影响到他们在该学科的学习 对学生在实际生活中应用物理知识解决实 际问题的能力等方面也具有重要意义 多年来 物理概念因其重要性而得到了广泛研 究 然而对教师来说物理概念难教 对学生来说物理概念难学 因此这种 两难 状态 仍然一直困扰着广大师生 为了克服物理概念难教 难学的双重困难 研究并分析学 生概念形成中的障碍 找出可操作教学策略和学习策略 促进物理概念教学质量的提 高 以适当务之急 热学的基本概念在中学物理中占有非常重要的地位 虽然中考中 出现的分值不是很多 但是对学生思维的形成有着重要的作用 学生对这部分概念理 解和掌握的程度 将直接影响到某一章乃至整个初中物理的学习和掌握 一般学生对 热现象的感性认识较多 理性认识较少 加之热学中的概念比较抽象 所以 热学基 本概念又是学生感到比较困难的一部分知识 这就使得学生在学习热学时普遍感到困 难 温度 热量 内能 是热学中的三个非常重要概念 以及几个热学概念之间的关 1 1 l 王沛清 物理概念教学 M 长沙 湖南教育出版 1 9 8 5 1 2 1 李新乡等 物理教学论 M 北京 科学出版社 2 0 0 5 第一版 第一章绪论初中物理热学相关概念的教学研究 系又容易混淆不好理解 学生在理解此概念时普遍感到困难较大 是初中物理教学中 很突出的难点 因此本课题将以 温度 热量 内能 概念为主线进行研究 1 3 物理概念教学的研究现状 根据物理学的特点 概念教与学是否成功 直接影响到学生能否真正学好这门课 程 而目前教学中往往是重结论 轻过程 重应试 轻能力 重教师经验 轻学生需 求 尤其是在中考指挥棒的指挥下 许多教师不能静下心去钻研教材 学生不能静下 心去领会物理概念和物理规律的内在物理意义 在一种浮躁心理的驱动下 热衷于做 大量的习题 并以能做题 会做题作为学好物理的标准 其实 这样做 学生只学到 了如何解某些标准类型的题目 并没有学好物理 对物理世界的图像并没有一个清晰 的基本认识 物理概念教学作为物理教学中的重要组成部分 一直以来受到物理教育 研究者的关注 不少论文和论著问世 在物理教学论著当中 有的研究者将概念教学 专门设计为一章加以研究 并涉及到物理概念的教学模式 认知策略和案例 以段传 宗 查有梁 廖伯琴的 物理教育学研究 1 9 9 6 为例 有的论著中把物理概念教 学所在章节大多归入物理教学过程 或教学环节 中 以阎金铎的 中学物理教材教 法 1 9 8 1 为例 在 中学物理教学的主要环节 一章中设 讲清物理概念和规律 一节 类似体例还有许国梁的 中学物理教学法 1 9 8 1 等 另外 查有梁所著 物理教 学论 乔际平所著 物理学习心理学 等物理教学理论著作也都涉及到物理概念教 学的研究 在清华同方的中国学术期刊全文数据库中以物理概念教学为题名查询 从 1 9 9 9 年到2 0 1 0 年 以物理概念教学作为研究对象的文献有2 5 1 篇 以1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 年稍多点 其他年份文献的数量相当 在中国期刊网的优秀博硕士论文库和万方硕士论文全文数据库中 以物理概念教 学为题名查询 共有论文2 1 1 篇 其中关于物理概念教学的研究共有5 0 篇 研究内 容大致涉及概念的教学模式 如 东北师范大学侯喜荣的 创新教育观下中学物理概 念教学的研究与探索 苏州大学王全的 历史探究模式下的物理概念教学研究 四 川师范大学谢明春的 建构主义视野下的物理概念教学 概念教学中的科学方法的 应用 首都师范大学李鄂春 科学方法应用于高中物理重点概念和规律的教学研究 2 初中物理热学相关概念的教学研究 第一章绪论 关于概念教学存在的问题及概念转变的研究 如 湖南师范大学李泽军的 物理概念 与物理概念教学研究 北京师范大学田春风的 中学电磁学概念发展研究 关于概 念学习过程中的思维障碍 东北师范大学孟昭辉的 中学物理概念教学中思维定势分 析及学习策略研究 概念教学设计 江西师范大学罗习奇的 高中物理概念课堂教 学设计的初步研究 及某类概念的研究 广西师范大学杨小红的 大学生对几何光学 中的某些概念理解的研究 等几个方面 以初中物理热学概念的教学研究搜索没有搜 索到相关的硕士论文 只有一些期刊文章 这些研究从不同侧面和层面揭示了物理概 念教学的规律 为物理概念教学的系统研究提供了基础 认真总结物理概念教学理论 与实践研究成果 可以为建立科学的概念教学理论提供依据与基础 但是这些文献 重视一般的概念教学或某一类概念的教学 关于某些具体概念的多方位研究内容所占 的比重较小 因此 本课题试图通过单一概念的多角度研究 为物理教学工作者的教 学实践提供一些指导 1 4 本课题研究的主要内容 针对目前物理概念教学中存在的问题 本课题以 初中物理热学部分 相关概念的 教学研究为主线 通过文献研究 问卷调查 对初中学生对热学相关概念的学习情况 及在概念形成过程中的障碍 困难进行探讨 根据初中学生的认知特点 分析错误概 念的成因并提出教学建议 以概念学习理论为指导 通过对初中热学相关概念的教 学研究 给初中物理教师和初中生学习提供一个研究和学习其它类似概念的范例 具体研究内容包括以下几个方面 1 熟学相关概念知识的分析与研究 2 热学相关概念教学分析与研究 3 热学相关概念学习情况的调查研究 4 热学相关概念的教学建议 第二章物理概念教学的相关理论初中物理热学相关概念的教学研究 第二章物理概念教学的相关理论 2 1 建构主义的学习理论 建构主义 c o n s t r u c t i v i s m 最早提出可追溯到瑞士心理学家皮亚杰 J P i a g e t 皮亚杰的理论充满着唯物辩证法 他坚持从内因和外因相互作用的观点研究儿童的认 知发展 他认为 儿童是在与周围环境相互作用的过程中 逐步建立起关于外部世界 的知识 从而使自身认知结构得到发展 儿童与环境的相互作用涉及两个基本过程 同化 与 顺应 同化是指把外部环境中的有关信息吸收进来并结合到儿童已有的认 知结构 也称 图式 中 即个体把外界刺激所提供的信息整合到自己原有的认知结 构中的过程 顺应是指外部环境发生变化 而原有认知结构无法同化新环境提供的信 息时所引起的儿童认知结构发生重组与改造的过程 即个体的认知结构因外部的刺激 的影响而发生改变的过程 建构主义学习理论的基本内容可以从 学习的含义 与 学 习的方法 两个方面进行说明 l 建构主义认为 学习是获取知识的过程 知识不是通过教师传授得到 而是学习 者在一定的情境即社会文化背景下 借助其他人 包括教师和学习伙伴 的帮助 利 用必要的学习资源 通过意义建构的方式而获得 建构主义的学习环境由情境 协作 会话 意义建构四大要素构成 在学习方法上 建构主义提倡在教师指导下的 以学 习者为中心的学习 也就是说 既强调学习者的认知主体作用 又不忽视教师的指导 作用 教师是意义建构的帮助者 促进者 而不是知识的传授者和灌输者 学生是信 息加工的主体 是意义的主动建构者 而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象 学生在学习过程中要主动去搜集并分析有关的信息和资料 要尽可能地把当前学习的 内容与自己已有的知识相联系 并对这种联系加以认真的思考 教师在教学过程中的 指导作用主要表现在对学习者兴趣的激发 学习情境的创设 协作学习的组织和引导 等 尽管建构主义强调学生是学习的主体 是信息意义的建构者 而且这种建构只能 学生自己完成 任何人都不能替代 但建构主义并不否认教师在学生学习过程中的重 1 1 孙艳乔 高中物理电动势感念的教学研究E D 2 硕士论文 2 0 0 7 4 初中物理热学相关概念的教学研究 第二章物理概念教学的相关理论 要作用 在建构主义看来 教师不再是传统教学意义上的知识的呈现者和传递者 而 应始终充当学生学习的促进者 指导者和帮助者的角色 因而 作为教师要更多地认 识和关注学生的各种想法 设法找出学习者持有的错误概念 并决定在合适的时机以 有效的方式去消除那些概念 促进学生知识的建构 帮助学生进行有意义的学习 值得注意的是 由于不同建构主义观点从不同侧面体现建构主义思想 因此这些 不同的理论立场反映在教学中也各有侧重 例如 以个人建构主义的角度 研究者往 往关注个体认知活动的特殊性 认为 意义赋予 元认知 是重要概念 致力于如何 通过深入的分析去揭示在学生的系统性错误背后所隐含的思想 与之相对照 社会建 构主义者往往特别重视合作学习 情境学习 强调科学技术知识与社会的结合等等 总之 建构主义学习理论的核心是 1 以学习者为中心 2 强调 情景 对意 义的建构的重要作用 1 1 2 2 教学设计理论 2 2 1 教学设计概述 教学设计是2 0 世纪5 0 年代以后逐渐发展成熟的一门新兴综合交叉性学科 也可 视为教育技术学的重要研究领域 关于教学设计的概念 国内外的学者都曾提出过自 己的观点 如 国外学者布瑞格斯 L e s l i eJ B n g g s 认为 教学设计是分析学习需要 和目标以形成满足学习需要的传送系统的全过程 2 1 国内有些学者认为 所谓教学设 计就是为了达到一定的教学目的 对教什么 课程 内容等 和怎么教 组织方法 传媒的使用等 进行设计 上述看法都是从一个侧面对教学设计的描述 专家们认为 现代教学设计是 以获得优化的教学效果为目的 以学习理论 教学理论和传播理论 为理论基础 运用系统方法分析教学问题 确定教学目标 建立解决教学问题的策略 方案 试行解决方案 评价试行结果和修改方案的过程 3 2 2 2 教学设计的内容 教学设计是指在进行教学活动之前 根据教学的目的和要求 运用系统方法 f 1 1 邓楠 建构主义视野下的物理概念教学 D 硕士论文 2 0 0 4 1 2 I 徐英俊 教学设计 M 北京 教育科学学出版社 2 0 0 1 例R M 加涅等著 教学设计原理 M 上海 华东师范大学出版社 1 9 9 9 第二章物理概念教学的相关理论初中物理热学相关概念的教学研究 对参与教学活动的诸要素所进行的一种系统分析和策划的过程 1 教学设计的特点 是 教学设计强调运用系统方法 教学设计以学习者的特征为出发点 教学设计以系 统理论 传播理论 教学理论和学习理论为其理论基础 教学设计是一个问题解决的 过程 1 教学设计过程的前期分析 1 学习需要的分析 教学设计是一个问题解决的过程 学习需要的分析则是问题解决过程的起点 在 教学设计中 学习需要是指学习者学习的 目前状况与所期望达到的状况之间的差 距 学习需要的分析就是找出差距的过程 教学中的问题是找出差距的起点 因此 分析和研究当前教学中存在的问题是进行学习需要分析的重要环节 2 学习内容的分析 学习内容的分析 是要对学习者起点能力转化为终点能力所需要的从属知识 技能 态度等进行详细阐释的过程 学习内容分析的主要任务是 分析学习内容的类 型 确定学习内容的结构 范围和深度 这与 教什么 学什么 有关 揭示学习内 容中各项知识与技能之间的相互关系 为教学顺序的安排奠定基础 这与 如何教 如 何学 有关 介绍学习内容的分析过程与方法 3 学习者的分析 教学设计的目的是为了突出学习者在学习过程中的主体地位 调动和发挥学习者 学习的积极性和主动性 有效地指导学习者获得学习上的成功 为此 必须重视对学 习者的分析 学习者的分析 主要是了解学习者的学习准备状态 一般特点和学习风 格等方面的情况 重点是分析学习者的起点能力 起点能力是指学习者对从事科学的 学习已具备的有关知识 技能的基础 以及对有关学习内容的认识态度 2 教学设计的内容 1 教学目标的设计 教学目标是指教学活动预期所要达到的最终结果 教学目标的设计就是将学习者 通过学习后所要达到的最终行为状态 用明确的语言 可观察 可测量 可操作的项 1 1 许国梁 中学物理教材教法 M 南京 江苏教育出版社 1 9 8 8 6 初中物理热学相关概念的教学研究第二章物理概念教学的相关理论 目表述出来 以克服教学目标的模糊性和不确定性 q 般把教学目标分为认知 动 作技能 情感态度与价值观三个领域 分别对应三种教学任务 认知学习 运动技能 和态度学习 2 教学策略的设计 教学策略是实现特定的教学目标而采取的方式 是有效地解决 如何教 如何 学 的问题 教学策略的设计主要研究教学顺序的确定 教学活动的安排 教学组织 形式的选用 教学方法的选择等一些教学具体问题 教学顺序是指学习内容各组成部 分的排列次序 是对 先教什么 后教什么 作出科学的安排 2 3 概念教学的理论 2 3 1 物理概念的概述 思维活动最基本的单元就是概念 人们在实践活动中最早形成的思维素材是一个 一个的概念 有了概念 才能作出由许多概念所组成的判断 进而由判断构成推理 再通过许多推理进行完整而严密的论证 可见 概念在人们思维活动中占有特殊的重 要地位 在形式逻辑中 概念是反映某一类事物 现象所包含的范围 同时也反映其 本质或特征的思维形式 这个定义包括二层意思首先 概念是一种思维形式其次 每 一个概念所反映的对象都有一定的范围最后 概念反映事物的本质或特征 概念属于 意识范畴 具有主观性的一面但概念所反映的内容又来自客观对象 又具有客观性的 一面 所以概念是形式的主观性和内容的客观性的结合 概念反映的是认识对象的本 质属性 不反映对象的具体形象 因为在具体形象中 对象的本质属性和非本质属性 是混合在一起的 没有分开 而概念是经过人脑抽象地概括而形成的 离开了对象的 个别具体形象 因而是更深刻 更完整地反映了对象 物理思维最基本的单元就是物 理概念 2 物理概念是客观事物的物理本质属性在人们头脑中的反映 是人们进行物理思维 的基础 物理学的原理 定理 定律或规律 都是用有关的物理概念总结出来的 物 理概念是在大量观察 实验基础上 运用逻辑思维的方法 把事物本质的 共同的特 张大均 教与学的策略 M 北京 人民教育出版社 2 0 0 3 P I 许国梁 束炳如等 中学物理教学法 M j 匕京 高等教育出版社 2 0 0 3 7 第二章物理概念教学的相关理论 初中物理热学相关概念的教学研究 征集中起来加以概括而形成的 热量 这个物理概念 是指在热传递过程中能量转移 的多少 而不能表达为物体具有多少热量 概念的内涵和外延是概念的基本逻辑特征 是概念在质和量两个方面表现出来的 逻辑特性 任何一个物理概念也都有它明确的内涵和外延 所谓内涵是概念对事物本 质或特征的反映 也就是指概念所具有的客观内容 通常所说的概念的含义就是指概 念的内涵 它说明概念所反映的对象是什么样的 物理概念的内涵指的是该概念所反 映的物理事物的本质属性 概念的内涵体现着认识对象的质的规定性 是概念的质的 一面 说明 是什么 外延是概念所确指的对象的范围 即概念所反映的全部对象 物理概念的外延指的是该概念所涉及的一切事物的范围和条件 概念的内涵和外延是互相制约的 由概念内涵的多少可以确定外延的大小 由外 延的大小也可以确定内涵的多少 而且内涵的多少和外延的大小呈反方向变化的趋势 即内涵越多的概念其外延越小 内涵越少的概念其外延越大 l 2 3 2 物理概念的形成 物理概念反映着人类对物理世界漫长而艰辛的智力活动历程 是人类智慧的结 晶 物理概念形成包括两种层次一是科学家们创立物理概念的过程二是学生建立物理 概念的过程 从认识论角度看 两种层次的物理概念形成都是对物理世界的认识过程 它们是一致的 统一的 即以感觉 知觉和表象为基础 通过分析 综合 抽象 概 括等思维活动 从个别到一般 从具体到抽象 从知识到应用 逐步把握物理现象和 物理过程的本质的认识过程 查有梁所著 物理教学论 认为物理概念的形成是概念 形成的一个子集 先从一般的认识论来研究概念形成 最后落实到研究物理概念形成 综合讨论得到物理概念形成的认识论模式有 实践论模式 发生认识论模式 科 学认识论模式 2 2 3 3 物理概念形成的教学 物理概念形成的教学 既是一个认识论的问题 又是一个方法论的问题既是一个 心理学的问题 又是一个教育学的问题 总之 物理概念形成的教学是一个复杂的 1 1 李泽军 物理概念与物理概念教学研究 D 硕士论文 2 0 0 4 2 阎金铎 查有良等 物理教学论 M 南宁 广西教育出版社 1 9 9 6 8 初中物理热学相关概念的教学研究第二章物理概念教学的相关理论 多因素的系统的问题 它应该包括感知活动 建构系统结构 掌握方法 深化巩固 评价反馈几个环节 感知活动是物理概念形成的教学程序基础 包括提出问题 导读 材料和观察实验 这三个要素都必须围绕学生的感性认识为前提 建构系统结构是物 理概念形成的教学程序的关键 一个物理概念是否建立 是否完善 关键是此概念对 应的系统结构是否形成 是否完整 掌握方法是概念形成的教学程序手段 它包括具 体方法 逻辑方法 分析和解决问题方法 物理概念的形成涉及到了物理方法的掌握 教学中要充分重视这些方法的应用和掌握 巩固和深化是物理概念形成的教学程序的 必要措施 它是指学生所建立的概念和规律牢牢地保持在记忆里 并不断丰富概念内 涵 发展物理概念的外延 并顺利应用知识解决物理问题和顺利地接受新知识 概念 反馈是物理概念形成的教学程序的重要补充 通过及时评价反馈 提高物理概念形成 的教学效益 lJ 2 4 前概念极其转变 1 前概念的界定 自2 0 世纪7 0 年代以来 西方在科学与数学教育领域对学生的错误概念以及相关 的朴素概念 教学前概念 前概念 直觉概念以及相异框架 相异概念 相异构想等 进行了长期的研究 在研究中 学者们针对学生概念学习中产生的问题或观察到的现 象使用了各种不同的术语 上述这些术语虽有一定的相似性 但有些研究者认为其内 涵仍存在精细的区别 教学前概念是指学生在教学之前就已持有的概念 1 9 9 4 年 杜伊特将教学前概念区分为错误概念与前概念 错误概念通常是指学生在先前的正式 教学中形成的错误理解 前概念是指源于日常生活中的非正式经验的那些概念 也就 是说 前概念形成于与他人的日常交往以及个人生活中的非正式经验之中 因此 前 概念也就称之为日常概念 根据戴克斯特拉等人1 9 9 2 年的观点 学生所持有的相异 概念往往不同于错误概念 学生所持有的相异概念具有一定的理性基础 也就是说 学生是在对周围世界的经验的理性认知基础上建构相异概念的 尽管学生关于世界如 何运行的知识与物理学家不同 但他们所持有的相异概念却有助于他们作为一个普通 I 阎金铎等 物理教学论 M 广西 广西教育出版社 1 9 9 7 9 第二章物理概念教学的相关理论初中物理热学相关概念的教学研究 人去解决他们所面对的日常生活中的种种问题 显然 所谓相异概念应该是针对具体 领域专家所持有的科学概念 理论概念而言的 还有一种说法 把 前概念 称为 相 异构想 是指学生学习前己对某种物理现象存在的偏见 另一种说法是 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 在本研究中 笔者沿用 教学前概念 的定义 对朴素概念 前概念 相异构想等 概念不进行详细的区分 而是根据它们在教学之前已经存在的共同点统称为前概念 从来源上看 前概念可分为日常生活中形成的前概念和前学习中形成的前概念 前者 是学生一尤其是接受物理教育不久的学生一前概念的主要来源 是学生在接受学校教 育前对所感知的现象 生活中的常识与经验进行总结加工所得出的认识和理解 后者 是学生在学习某一特定内容时 在之前的学校教育中已经形成的相关认识和理解 具 有一定的相对性从结构上看 前概念既包括有理论基础的相异概念它存在于一定的知 识结构中 也包括单独的零散观念从正确性上看 前概念中既有与科学概念一致的正 确概念 也有与科学概念不一致甚至相悖的错误概念 从奥苏贝尔的发生学习模型可 知 学生的先前的经验和原有的观念 在他们接受新的知识和建构新的思维体系时 会起到非常重要的作用 2 前概念的特点1 1 I 前概念因人而异 不同学生头脑中的前概念的内容是不同的 甚至同一个学生在 不同背景下对同一个现象的解释也会有区别 但是对于某一个科学概念与观点 学生 的前概念存在着一些普遍的 类似的模式 这些前概念也具有某些相同的特点 1 先入为主 学生从出生开始就与人和周围环境发生作用 在与环境的相互作用中经过自 己的体验形成了对周围世界中各种现象的认知图式 这些在生活中所构建的学前 概念的认知图式往往要比接受正规的物理教育要早 2 自发性 学生头脑中的学前概念 缘起于他们长期大量地对日常生活的观察与感知 这些 1 1 苏灵平 初中物理教学前概念的潜在功能研究 D 硕士论文 2 0 0 6 1 0 初中物理热学相关概念的教学研究第二章物理概念教学的相关理论 经验在大脑中逐渐深化发展经过感觉 知觉 表象阶段最终形成概念 学生在其大脑 里形成学前概念时 完全是自发性的 没有人教他这个问题应该是这样 那个问题应 该是那样 他们完全是站在自己的立场上 凭自己的感性经验进行建构的 3 广泛性 学生在学习物理之前有了十多年的生活经验 接触了形形色色的物理现象 因而 他们头脑中自发形成的学前概念所涉及的范围也是相当广泛的 他们对日常生活中有 关物理现象的大量问题都有了自己特定的见解 在力 热 光 电 原等物理学的各 个分支中都存在着学前概念 它广泛存在于各种不同层次的学生之中 4 顽固性 前概念是学生长期经验的积累结果 而且不断再现的表面的生活现象又不断地 强化这种观念 所以 前概念一旦形成 就会在人的思维中形成定势 就不会轻易地 让位于科学概念 很难在一个有限的学习时间内彻底消除 用传统的灌输式的教学方 法 即使在学习中被纠正过 也很容易反复 5 隐蔽性 学生大脑中的学前概念是潜移默化形成的 因此它以潜在形式存在 平时不易表 现出来 然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 的学前概念 当让学生用物理概念去解释问题时 学前概念就会马上表现出来 6 复杂性 学生对事物意义的理解时 总是以自己的知识经验背景为基础 因而不同学生看 到的事物的不同方面 这主要表现在不同年龄阶段或同年龄阶段不同层次的学生中 对相同的物理问题有不同形式的学前概念 3 前概念的成因 错误的物理前概念之所以形成 是因为在对物理现象 过程 材料的感知过程中 由于人的知觉系统的局限性 对物理语言的不理解 知识的负迁移 周围的环境和所 受的文化教育有关等因素的影响而导致错误的物理表象 再由错误表象抽象概括为错 误的物理前概念的结果 1 日常生活中的 错觉 物理前概念的形成首先从感知开始 感知是由物理环境对感觉器官的刺激引起 第二章物理概念教学的相关理论初中物理热学相关概念的教学研究 的 可以是对正在发生的物理现象 过程的感知和对语言材料的感知 由于认知系统 的特性 会导致在对物理现象 过程和材料进行感知时形成的表象产生偏差和失真 第一 知觉系统是一个有限的能量加工系统 并具有选择性 不能同时对其全部感知 材料作出反应 而是优先对刺激强烈的部分进行感知和加工 其次 知觉受到人的以 往经验和当时兴趣 愿望 价值观等影响 带有强烈的感情色彩 不是对感觉到的事 物原封不动 原汁原味的 原貌 的反映 而是经过各种感觉器官和大脑相互作用的结 果 以浓缩方式重构其丰富 复杂的状态 第三 当知觉的对象与它周围环境之间的 关系变化时 所形成的表象会是错误的 如把用冷热水浸过的左右手再放入同一盆温 水中 会感觉到不同的温度 此外 在感知时 如果不能充分利用各种感觉器官 形 成的表象也不能具备较强的功能 学生在接受正确的物理概念以前的相当长的时间里 已经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 而是被掩蔽 忽略了 相反地 那些表现非 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 2 知识的负迁移 认知心理学认为 知识的负迁移是前提效应引起的总印象对后面问题的解决起着 不利的迁移的作用 是由思维定势造成的 在物理学习中 思维定势造成的知识负迁 移并不少见 因为学生在学习中总是倾向于先以同化的方式把新知识纳入原有的认知 结构中以维持其平衡状态 只有在同化方式不能使平衡状态继续维持时 才采用顺应 的方式调整原有的认知结构使之达到新的平衡 当该采用顺应的方式而不及时采用 时 就会产生消极的思维定势 会造成知识的负迁移 这种负迁移的方式有的是进行 不适当的外推 如在库仑定律的应用中 推导出分时峥的结论也有的是把物理概念的 个性当成是共性 解题时不按先选择研究对象 分析受力 建立坐标系 再列动力学 方程的研究方法进行 根本没有正确理解矢量的意义和科学的物理学习方法 影响了 1 2 初中物理热学相关概念的教学研究第二章物理概念教学的相关理论 入门课程和后续课程的学 j l 3 旧有概念的局限 任何一个物理概念都是其内涵和外延的统一 因此 让学生掌握物理概念 一方 面指的是要理解物理概念的内涵 同时也要明确其外延 所谓外延 即该概念适用的 范围和条件 实践告诉我们 使学生明确物理概念的外延是深化对物理概念的理解 正确运用物理概念解决实际问题的关键 概念是用一定的语词来记载和标志的 借助 语词可以对感性材料进行抽象与概括 揭露事物的本质属性和共同特征 物理教学中 的概念这里把物理教学中的概念 定理 定律等统称为物理概念通过语词说明和定义 使直观材料的特征更鲜明 更突出 还可以弥补直观材料的不足 揭示事物之间的内 部联系 但实践告诉我们 学生常用在生活中形成的对语词的理解来理解物理概念 并由此产生对物理概念的曲解 4 不恰当的类比 类比是推理的一种重要方式 是人们认识新事物或做出新发现时 根据两者之间 间的某种相似性 由此及彼进行类推演绎的重要思维方法 但类比的结果是否正确 还需要经过实践检验 学生在学习一些物理概念时 运用类比思维可得到很大帮助 但有时用其它概念来类比推理一些物理概念时 会导致错误的结论 5 不规范的课外渠道 学生在物理课堂教学以外 通过诸如广播 电视 报刊杂志 网络等渠道可以获 取大量与物理相关的知识 但其中也有不少是错误的 所以教师在上课的时候也应该 注意这个问题 4 前概念的作用和影响 教育心理学家奥苏泊尔认为 影响学习最重要的因素是学生己经知道什么 我 们应当根据学生学前概念的状况去进行教学 奥苏贝尔认为有意义学习的条件是学 习者存在着合理的先入知识 这些先入知识和新的学习发生相互作用 从发生学习模 型可知 学生的先前的经验和原有的观念 在他们接受新的知识和建构新的思维体系 时会起到决定性作用 的确学前概念对物理教学有干扰作用 阻碍了学生对科学概念的建立 影响了物 l l 王敏 浅谈物理教学中的前概念 J 教学与管理 2 0 1 0 1 5 7 5 8 1 3 第二章物理概念教学的相关理论初中物理热学相关概念的教学研究 理教学 然而对学前概念我们往往过多地关注它的负面影响 因此把它视为没用的玩 意 其实学生在接受正规的科学教育前 头脑中并非一片空白 而是已形成了他们对 周围世界的看法和观点它的存在 学生拥有大量的各种形式 各种层次的学前概念 它们中的有的是对事物表面的 非本质的认识 确有与科学相悖之处 但教师不应忘 记 孩子总是从自己的角度 根据自己的经验来观察和理解世界的 他们用的表达方 式往往不为物理教师所接受 但这足以帮助他们理解某些物理现象 足以让他在认知 上不断进步 它的存在可能对学生认识世界有其特殊意义 学生的学前概念是因人而异的 在实际教学中我们经常会看到 不同的学生对同 一现象的解释是不同的 这是因为不同的学生会以不同的方式内化外部经验来建构他 们的思维体系 这种 个体的方式 会影响他们信息的获得 对事物的观察也受学生理 论上构想的影响 在学生还没有学习物理之前 学生的日常经验是不一样的 也就是 说学生的学前概念水平是有差异的 在教学实践中 见多识广的学生和孤陋寡闻的学 生在同样的条件下学习 难道会是知识面狭隘的同学成绩好吗 答案当然是否定的 那是因为在教学中 如果说学前概念有负面作用 那它对教学肯定存在着潜在的更大 的积极作用 目前教师们已经关注到了学前概念给教学带来的负面影响 这可能仅仅是学前概 念的一个方面干扰 或者是大量学前概念中的一小部分概念的迷惑 f l 大量的物理学 前概念是物理学习的良好基础和铺垫 它的正迁移作用可成为物理概念学习的资源 可使学生尽快地掌握新的概念和知识结构 在教学中要取得成功 就要善于利用学前 概念 发挥学前概念的作用 否则教学就归于失败 在教学中学生的学前概念起着非 常重要的作用 国内外教育界对此的认识是相同的 但在对学前概念在教学中经常是 以负面因素出现的一片声讨中 研究一下学前概念的潜在的积极作用是很有必要的 1 1 马春燕 前概念及其教学策略的研究 D 硕士论文 2 0 0 8 1 4 初中物理热学相关概念的教学研究第三章热学相关概念的分析与研究 第三章热学相关概念的分析与研究 3 1 热学相关概念的辨析 区别相似相关的概念是正确理解概念的必要条件 要想正确理解初中热学的概 念 就要掌握热量 温度 内能以及功之间的联系 3 1 1 温度和温标 在生活中 通常用温度来表示物体的冷热程度 热的物体温度高 冷的物体温度 低 这是我们非常清楚的 但是要分析和解决日常实际中提出各种热学问题 对温度 的概念只有这种建立在主观基础上的 定性的了解是不够的 还必须进一步为它建立 起严格的 科学的定义 要定量的描述系统的状态往往很难 因为有时系统的参量会随时发生变化 然而 在没有外界影响的情况下 只要经过足够长的时间 系统内各部分的状态参数量能够 达到稳定 也就是说我们这种情况下达到了平衡态 否则就是非平衡态 当系统处于 平衡态时 由于系统所有性质都不随时间变化 我们就能比较容易地描述这些性质 在中学阶段我们主要处理平衡态的问题 上面所说的平衡态 指的是一个系统内部的状态不再改变 研究的是一个系统与 另一个系统相互作用的问题 如果两个系统相互接触而传热 他们的状态量将改变 但是经过一段时间后 状态参量就不再变化了 这说明两个系统对于传热来说已经达 到了平衡 这种平衡就叫做热平衡 实验表明 如果两个系统分别与第三个系统达到 热平衡 那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡 这个结论称为热平衡定律 热 平衡定律表明 两个系统处于热平衡时 它们必定具有某个共同的热学性质 我们就 把表征这一 共同热学性质 的物理量叫做温度 也就是说 温度是决定一个系统与另 一个系统是否达到热平衡状态的物理量 它的特征就是 一切达到热平衡的系统都具 有相同的温度 初中物理中 我们把温度看做物体的冷热程度的标志 尽管这种认识比较肤浅 但是与我们这里对温度的定义是一致的 第三章热学相关概念的分析与研究 初中物理热学相关概念的教学研究 如果定量的描述温度 就必须有一套方法 这套方法就是温标 确定一个温标首 先要选择一种测温物质 根据这种测温物质的热胀冷缩性质来制造温度计 确定了测 温物质和它用以测温的某种性质之后 还要确定温度的零点和分度的方法 初中物理 书上是这样规定的 标准大气压下冰水混合物的温度为0 C 水沸腾时的温度为 1 0 0 并在温度计上O 到1 0 0 之间均分成1 0 0 等份 每一份算做1 现代科学 中用得更多的是热力学温标 热力学温标表示的温度叫做热力学温度 它是国际单位 制中七个基本物理量之一 用符合r 表示 单位是开尔文 简称开 符合为K 根据 定义 1 开等于水的三相点的热力学温度的1 2 7 3 1 6 为了统一摄氏温标和热力学温标 国际计量大会在1 9 6 0 年确定了摄氏温标与热 力学温标的关系 摄氏温标由热力学温标导出 摄氏温标所确定的温度用表示 它与 热力学温度丁的关系是 H 7 3 1 5 这就是说 规定热学温度的2 7 3 1 5 K 为摄氏温标的零点 O 摄氏温度的单位仍叫 摄氏度 写成 用摄氏温度表示的温度差也可以用开表示 某些说英语的国家 在商业和日常生活中 除了摄氏温标还沿用另一种温标 华氏温标 华氏温标的单位叫做华氏度 写做o F 华氏温度与摄氏温度的换算关系 为 o tF 3 2 t 根据这个关系可以确定冰点 0 0 0 为3 2 0 0 F 汽点 1 0 0 O 为2 1 2 0 0 F 而一华氏度为1 摄氏度的5 9 3 1 2 内能 物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的总和 叫做物体的内能 组成任何 物体的分子都在做着无规则的运动 所以说任何物体都具有内能 也就是说任何物体 的内能不可能为零 分子动能 像一切运动着的物体一样 做热运动的分子也具有动能 这就是分子的动能 初 1 6 初中物理热学相关概念的教学研究第三章热学相关概念的分析与研究 中教材中已经阐述了分子动理论知识 物体中分子的速率大小不一 所以各个分子的 动能大小也不相同 而且在不断地改变 在热现象的研究中 我们关心得是组成系统 的大量分子整体表现出来的热学性质 因而重要的不是系统中某个分子动能大小 而 是所以分子的动能平均值 这个平均值叫做分子热运动的平均动能 从扩散现象和布 朗运动中我们看到 温度升高时分子的热运动加剧 因此可以得出结论 一种物质温 度升高时分子热运动的平均动能增加 过去我们说 温度是分子热运动剧烈程度的标 志 现在就能进一步说 物质的温度是它的分子热运动的平均动能的标志 分子势能 在初中物理教材中我们学到 地球附近的物体与地球之间有引力的作用 物体被 举高后 地球和这个组成的系统就具有了势能 我们还知道 用弹簧连接的两个物体 把弹簧拉伸或者压缩后 两个物体之间会存在作用力的作用 这个系统也具有了势能 总之 如果宏观物体之间存在的引力或斥力 它们组成