物理新课程教学中应用前概念初探

8/8物理新课程教学中应用前概念初探云南省昆明市第八中学陈超摘要：当前新课程改革如火如荼,广大高中一线物理教师都面临着很多的困惑与挑战。本文试图立足于当前国内外物理教育学界已经取得重大研究进展的前概念理论,探索一条促进教师领悟和实践新课程理念的方法。

前概念的理论基础是建构主义理论。它强调教师让学生把新的知识和旧的知识相结合，并对其进行改组，重新建构科学的理论体系。

在新课程教学的诸多环节,我们均可以参照前概念的理论进行再创造，从而促进新课程理念的理解，提高实际教学实践水平,提高教学效率和针对性。

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关键词：前概念,建构主义，物理,新课程，教学有效性

KｅｙｗoｒｄsPre—coｎcepｔ，Conｓtｒucｔioｎprinｃipｌｅ，Phｙsicｓ,Newcouｒse，Teacｈｉngｅｆfｉcienｃy

2009年，云南省全面进入高中课改。如何深入领会新课程理念，怎样适应新课程理念对传统教学模式的冲击，教师如何开展新课程教学，这些问题既是每一位教师面临的巨大挑战，也是每一位教师实现跨越式提升的良好契机。物理作为一门科学性、理论性和实践性极强的学科，物理教师所面临的挑战与压力就更艰巨。

本文尝试把当前国际教育学界取得重大研究进展的前概念理论与课改相结合,进一步探讨高中物理新课程的教学模式与实践活动。

德国多特蒙德大学的Ｄ·K·Nａchｔigall教授说［1]：我们对前概念了解得越多，多思维结构转变的过程认识越深,就越能成功地把它们转变为物理概念,也就能更有效的避免错误概念的产生.

所谓前概念,是指学生在没有接受正式的物理学教育以前,通过自己的观察、体验和思考对各种物理现象与物理过程的理解和认识叫前概念[２］。前概念也被称为错误概念或相异概念或相异构想.这些概念的核心特点是:（1）是学生头脑中强烈具有的一种稳定的认知结构;（２)不同于专家的概念(３）会对学生如何理解自然现象并做出科学的解释产生重要影响;（4）必须被克服、避免或消除，以使学生接受科学的理解.例如，在学习“牛顿第一定律”前，他们认为物体只有受力才会有速度，不受力便没有速度。这就是学生学习牛顿第一定律以前关于运动的一种前概念.

前概念的理论依据实际上就是建构主义理论.建构主义指的是任何学习的发生都不是在白纸上进行的,而是将新知识与已有知识建立起联系,从内部通过创造、协调对原有经验进行改造和重组,对新知识进行意义构建。建构主义提倡在教师指导下,以学习者为中心,既强调学习者的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用[3].这不就非常契合当前的课改理念么!

例如,德国科学教育研究所为了考查学生对能量守恒理解和掌握,设计下列试题考察学生。题中要求学生回答小球沿四条不同形状的光滑轨道从图示位置开始释放到达轨道另一边的最大高度.图中所标百分数为回答正确的学生人数比例。从（a)到（ｄ）这个数字是递减的，由此可知学生对能量守恒概念掌握的程度。随后对学生个别谈话表明，他们主要根据非科学的前概念来回答问题［4].

显然,传统教学对改变学生头脑中错误概念的贡献是微乎其微的[5]。

在课改背景下，很多物理教育教学实例已经逐渐显现前概念的踪影了.

例如,人教版的新课标教材相对于人教版老教材的章节顺序的调整，就体现出了对学生前概念的重视，仅以《必修１》为例[6］:

这样调整教材体系后,更加符合学生的认知规律。学生在生活中能够直接观察到的是运动过程,而非力。并根据运动的变化以及物体形变（其实形变也是物体部分发生微小运动)来判断物体是否受力的作用。总之，多数学生都是先感知运动后认识力.所以，了解学生的这一前概念后，从运动开始着手研究物理，就非常符合学生的认知规律。

学生在进入我们的课堂教学之前,头脑中并不是一张白纸，他们总是带着或多或少的已有知识、技能和概念进入课堂,这些概念通常有别于科学概念，或许正确，或许错误,而且不容易被清除。因此，学生的前概念必然成为学生探究活动的基础。

学生的前概念在进入主题探究前多数情况是处于分散、零碎的,多数处于休眠状态。前概念揭示的实质是，通过教学行为唤醒学生对某一探究主题脑子里已装的东西，激起学生新旧思维之间的矛盾和造成学生的认知冲突,运用或改变其前概念，建构新知识，生成科学概念［7]。

我们只要充分调查、研究学生关于所学内容的前概念,便可帮助我们教师设计出科学高效的新课程教学.

如何有效的把前概念与新课程教学相结合，可从以下几方面初步尝试。

1。创设良好的教学情境和氛围，利用科学探究过程，充分调查了解学生对本节课所学内容的前概念。

这一方法可在科学探究的猜想环节予以实现。在引导学生猜想时，提倡“有根据的猜想”，这样可以在很大程度上暴露学生的前概念。

案例1：在探究“加速度与力和质量的关系”时,可能会有以下教学情境：

师：请大家猜猜看，哪些因素会影响加速度呢？

生:物体的质量、物体的重力、物体受到的推力、摩擦力……等等。

师：请同学们在说出猜想的时候,把你作出这种猜想的依据说明一下,这个依据可以是生活中的现象或经验，也可以是你的一些分析。（教师的这个引导很重要，通过这一方法，几乎可以暴露大多数学生对加速度的前概念）

生甲：加速度与物体重量有关,比如,火车重，所以加速慢；汽车轻,所以提速快。(学生的这个猜想非常符合我们在生活中的经验）

生乙：不对,不与重力有关,是与质量有关，书上说了.(也许这个学生提前预习了，但是至少目前他有这个认识）

生丙:加速度与推力、摩擦力有关是因为我们都知道在表面光滑的平面上摩擦力小，用较小的推力就可以很快使物体加速,而在粗糙表面上,就要用较大的力.

……

师:大家的猜想很好，并且都提出了很好的依据，我先不评价你们的猜想是否正确，因为当初物理学家在探究这个问题时，同样也和各位抱有相同的猜想,没有谁来告诉他们哪些猜想是正确的，哪些是错误的.“学生愿意积极思考问题，敢于向科学迈进，正因为这些大胆的‘原始想法'，物理学才得到建立[1].”

师：我们可以来归纳一下以上同学们的猜想，发现其中都与质量、力有关。那么我们可以由简入繁,先研究加速度与质量、力的关系,然后再来研究其它因素的影响。（探究清楚加速度与质量、力的关系后,教师务必要回过头来引导学生分析解释学生其它的猜想,尽量消除那些前概念对学生的不利影响）

通过案例1可看出，如何引导学生暴露学生已存在的前概念，将使教师充分了解学生的根本错误，使教师能“对症下药”,必将促进学生构建正确的科学概念,纠正学生对此概念的理解。

２。通过大量的实例,消除前概念对学生学习的不利影响。

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。这些都归咎于传统的教学思想,认为学校教的应是正确的东西或所谓的真理。这也仍然是那些保守的教师们藉以反对现代教学模式的基本出发点。保守的教师往往忽视学生的前概念.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,我们的教学方法亟待转变［1]。

如何尽量消除这些错误的前概念的影响是促进学生理解正确概念的极其重要的一环。

案例２:在学习摩擦力时,部分学生对压力这一概念,有很多错误的前概念。如压力一定等于物体重力，压力方向一定竖直向下等等。如何消除这些前概念，新课程理念给我们指明了方法：重视过程与方法！既然学生的这些错误前概念是来自于生活现象或简单的实践认知，我们可以引导学生进行多次实践并分析与学生错误前概念相反的现象。如：

现象1：把手压在竖直墙面上，问学生墙面受到的压力是否还等于手的重力?方向是否还竖直向下?

现象2：把手压在置于讲台的书上,问学生桌面受到的压力是否还等于书的重力？

……

好不容易让学生摆脱了压力一定等于重力的前概念，结果一遇到倾角为θ斜面问题时，部分学生仍然执着于压力一定等于mｇcosθ!

可见前概念影响之巨大！

通过大量的实例，基本可以消除大多数学生之前错误的前概念，但是仍然有极少数的学生,甚至到了高三阶段仍然会受到那些前概念的影响!

３．在设计实验时，充分了解学生的前概念,使实验方案具有很强的针对性和冲击力。

中学生的抽象思维在很大程度上属经验型,需要感性经验支持.因此教学中应了解学生的实际，通过实物演示消除错误概念[8］。前概念的对学生的巨大影响力，如何把学生的前概念消除并用正确的科学概念加以覆盖，具有强烈的视觉和思维冲击力的实验设计能很好的达到这个目的。

案例3：在学习“自由落体运动"时,针对学生和亚里斯多德一样的前概念：重的物体比轻的物体下落得快。可以引导学生设计并亲自进行如下一个小实验:

第一步，先用一个小铁球和一张展开的纸片从同一高度同时下落，显然铁球先落地。貌似证明了学生的前概念。(暂且让学生先得意一下)

第二步,接着用两张相同的纸片，将一张纸团起，让两者从同一高度同时下落，结果纸团先落了地,即重量相同又不同时落地.（学生开始迷惑,并尝试思考解释)

第三步,一张小纸片和一张大报纸，将小纸片团起,让两者从同一高度同时下落,结果纸团先落了地,即轻物落得快。

通过巧妙的实验设计，使学生的前概念与实验现象发生冲突，引起思维的撞击,学生自然会提出问题：重的物体与轻的物体究竟哪个下落得快？从而激起了学生极大的学习兴趣和探究问题的欲望。并对使学生自己之前的认识产生怀疑，为正确概念进入学生思维世界扫清障碍。

4.充分了解前概念，可以部分程度缓解当前高中物理教学课时紧张的局面.

学生的前概念是在潜移默化中形成的，具有很强的隐蔽性，一般不会清晰地呈现在他们的脑海里。因此教师在讲授新知识之前可采用提问、问卷调查、试题测试等方式,去深入了解学生大脑中前概念的存在情况,使其充分暴露出来[９]。如果教师能使学生逐步建立起自觉检查和消除错误观念的能力（往往要在学生多次发生错误而又经过他们自己的独立思考之后才有可能），那么学生学习物理的困难便会逐步减轻，学习的效率会更高［１０］。教师只有充分了解学生已有的前概念，尤其是与新概念有密切关系的前概念，才能使教学有的放矢，让教学策略更有针对性和有效性，节约教学时间。

总之，前概念是建立在上世纪非常流行的建构主义理论基础之上的。当前的新课程理念,很大程度也是源于建构主义理论。所以教师对前概念进行深入研究，必定会极大地促进对新课程理念的领悟，提高新课程实际教学的有效性和针对性,为自己教学水平的腾飞助一臂之力！

参考文献：

［1]D．K．Ｎaeｈｔigal(德国多特蒙德大学物理系)，规范与前概念及,物理通报，1997,5~６.

[2］乔际平，《物理学习心理学》，高等教育出版社，1991.8

［3]张淑俊，中学物理前概念及教学策略研究

［４]H·Ｈilscher(德国雷根斯堡大学）,物理教学的低效率问题,1989,国外物理教育交流