1、1前概念及其向科学概念的转变学生在学习物理之前，其头脑并不是一张“白纸” ，教师可以在上面任意的涂画。他们在长期的生活实践中，逐渐形成了对各种事物的看法，并养成了他们独有的思维方式，用以来理解和解释日常生活中的各种现象，此时，他们对物理学的内容已形成了初步的印象轮廓。通常，人们便把这种学生在接受教师讲授系统知识之前，头脑中已经形成的对于该知识领域中的客观事物的概念、规律、思维方法、逻辑素质等的总和称为“前科学概念” ，简称“前概念” ，又可称作“先有观念”或“先验观念” ，而把围绕“前概念”建立起来的特有的一种结构称为“相异构想”或“不同的概念框架” 。 10 通常，中学生的前概念主要来源于以
2、下几个方面： （1）来源于实践。如：冬天摸户外的铁块和木块，感到铁块冷些，就认为铁块的温度比木块低。 （2）来来源于其它学科的干扰。如：匀速直线运动的速度 v=s/t，它具有数学的比例形式，就认为速度 v 与位移 s 成正比，与所用的时间t 成反比。 （3）来来源于直觉认识。如：由“有力拉车，车就动；不拉车，车就不动。 ”这一简单的实验现象，就认为物体的运动必须有力的作用。 前概念在形成的过程中，一般没有经过认真的思维加工，也没 有分析自然现象在发生过程中的主要因素和次要因素，只是根据个2体观察的结果对自然现象从表面上所做的概括和总结。所以说，前概念一般比较含糊，没有明确的表述形式，只是人们头
3、脑中的一种观念。 教师在了解了“前概念”的形成、来源、特征、分类以及它对物理学习的影响之后，帮助学生把他们头脑中的前概念转化为科学的物理概念便成了教学的重点和关键。 帮助学生把前概念转化为科学的物理概念，关键是要设法给学生一个巨大的“震颤” ，以动摇顽固信念的基础。综观物理学发展的历史，历次重大观念变革到来之前，都要经历一系列的“灾难”或“危机”的剧烈冲击。而在这些危机之前，人们也并非未遇到不和谐的迹象，但这些小小的不和谐并未引起人们足够的注意，只有当这些矛盾日益突出，发展成“灾难” 、 “危机” ，再也无法回避时，人们才不得不走出他们建造的象牙之塔，以批判的态度重新审定他们曾坚信是完美无缺的
4、塔的根基，只有这时，才有可能发现问题，从而导致观念的革命性变革。学生学习物理也有类似的情况，要使学生放弃他们曾深信不疑的观念，将是一个困难的过程，有时甚至会出现反复。 教师可以采用如下的步骤、方法来实现前概念向科学的物理概念的转变： 第一步，诱导学生暴露其原有的认知结构。 创造良好的教学气氛是使学生暴露前概念的前提条件。教师方面的精细直觉和学生对教师的信任也是十分重要的。情绪状态、感情压力、成功的喜悦和学习的自信心，所有这些情感方面的问题影响着物理教育的成功与失败。6要使学生的前概念转变成科学的物理概念，情感因素3起着极端重要的作用。只有在学生充分信任教师，并相信即使讲错也不会招来学生的耻笑，
5、只有在这种融洽的教学气候下，学生才会毫不保留地将自己的前概念全盘托出。 使学生暴露前概念的方法很多，如： 1、谈话法4 要想发现学生的前概念或了解他们已有的观念，最好的办法是进行个别访谈。教师在访谈中应以个人化的方式向学生提出问题。提出的问题既不要太难，也不要过于简单，注意在易于回答的问题与较难回答的问题之间保持平衡。提问的重点是让学生显示出他们对科学知识的理解程度。教师通过个别访谈可以了解学生在学习之前的前概念，有利于确定教学的起点和重点。不过，用这种方法来了解学生的前概念需要占用大量的时间。 2、预测实验解释法 首先，教师对学生头脑中可能存在的前概念进行预测，可以根据教师对自己学习的回忆或
6、参照物理学史，但最重要的是靠教学中学生的反馈信息和教学经验进行设计。然后，教师根据预测，有针对性地巧设实验，诱导学生通过对实验现象或结果的观察，说出自己对这一现象或结果的解释，从而得到学生头脑中的前概念。 著名的教育心理学家纳斯鲍姆和诺维克曾做过这样一个实验：其内容是有关气体理论的问题。为了观察学生的反应，实验人员给学生呈现一个烧瓶和一个真空抽气筒，并告诉学生：烧瓶中的气体已用真空抽气筒抽出一部分，然后让学生想象：假定给他们一面魔镜，通过它能够看4清楚烧瓶中剩余的气体；接着让学生在黑板上画出一幅有关烧瓶中剩余气体的图形；画完图以后；再让学生描述一番并作出解释。这种课堂活动能使学生对他们的前概念
7、做出言语的和图形的解释。4 不同学生对烧瓶中剩余气体之状态的描述 甲同学解释道：地球上的任何物体都会受到重力的作用，空气分子也不例外，所以烧瓶中的剩余气体在重力的作用下应沉于瓶底。 乙同学的解释很简单：空气很轻，故应上浮于瓶口。这倒与古希腊哲学家亚里斯多德的观点一致。亚里斯多德认为任何物质都是由气、水、土、火四种元素组成，所以物体有它们的自然位置。气和火因为轻而上浮，浮于天空；水和土因为重而下沉，沉于地面。 丙同学认为：气体分子存在着相互作用的引力，故气体各分子由于受到其它分子吸引力的作用应集中于烧瓶的中央。 丁同学则认为：气体没有固定的形状，它可以“流动” ，故剩余气体应充满整个烧瓶。 结果
8、显示，学生对气体本质所持有的观念是不同的。在教学的这一阶段，教师的任务是让学生清晰、准确地表达他们的思想。教师要鼓励学生对其他同学的观点不抱偏见，不仅应对师生之间的思想交流有内在的兴趣，还应把这种活动当做弄清学生前概念的一种重要的手段。 这里，教师应注意延迟评价，即，待所有学生的观点都充分暴露后，再提出矛盾，以免暴露不完全，解决不彻底。 第二步，适时暴露前概念的不合理性。 组织讨论，甚至争论，在适当的时候提出矛盾，暴露前概念的不合5理性，给予其原有错误的理论沉重的一击，从而使学生自愿放弃原有的观点。 学生头脑中的前概念是极其顽固的，使其转变为科学的物理概念绝非易事。只有当学生意识到：对于遇到的
9、新的问题，原有的认知结构无法解释，无力解决；过去认为很重要的某些经验，现在看来，在解释某些现象时，已不是必要的了，或者说，原来的认知结构并不是某些现象的最终原因，可能有更根本、深刻的概念来取代之；发现原来的认知结构在某些方面违背了常理或已公认的原理；从原有认知结构推出的结论是荒谬的，无法接受；原认知结构与其它有关领域的知识相冲突，这时，学生便会自愿的放弃原有的错误观念，而渴望找到一种能够有力地解释这一物理现象的正确的认知结构。 对于错误前概念的揭示可采用类比、实验等方法： 1、类比法 根据建构主义的观点，个体即将获得的新知识与原有知识间的相似性非常重要。类比是促进学生在已有概念知识的基础上建构
10、新知识的有效工具。教学中，教师往往要对一些无法直接观察到的事物做出解释，这时，把要学习的新观念与学生先前所熟悉的观念或事物进行类比，可促进学生对新观念的理解。例如：在学习“光的折射”时，学生往往会出现这样的前概念：光在任何介质中运动的速度都是 。这时，教师可利用类比法对这一错误认识进行批驳：光线从光疏介质进入光密介质的情况与小车由光滑的平面进入毯子相类似。学生通过前述的学习容易得出小车的速度将减小，于是对“光速不变”产生了怀疑。 2、实验法 6科学实验对自然科学的发展具有十分重要的作用。通过实验，不仅能发现事物运动的规律，建立科学的理论，还能验证某些假说，纠正人们心目中的一些错误观念。中学生的
11、抽象思维在很大程度上属于经验型，需要感性经验支持。所以，用实验法来引发学生放弃旧的错误前概念，会起到事半功倍的良好效果。 例如：在“自由落体运动”的教学中，学生往往有“重物下落得快”的错误前概念，此时，教师可用下面的实验来揭示这一错误认识：取两张同样的纸片，把其中的一个团成纸团。实验前，可让学生设想：它们谁下落得快。学生认为物体下落的速度同它们的重量成正比，物体越重下落得越快，那么同样重量的纸片与纸团将同时落地。这时教师不要加以评论，开始实验。通过对实验现象的观察，学生发现，实验的结果与他们的设想恰恰相反。于是，他们对于“重物下落得快”的信念便开始动摇了。 第三步，引导学生接受（或尝试建立）新
12、的认知结构。 只有当学生认为新的认知结构具备以下优越性时，他们才愿意接受。1、能够成功地解释旧的认知结构无法解释的现象或问题。2、新认知结构比旧认知结构包括了更本质的内容。3、新认知结构及其推论是合理的，可以接受的。4、新认知结构与原有认知结构中的其它知识没有冲突。 当学生对自己原有的错误认知结构产生怀疑时，教师应乘胜追击，引导学生进行科学地分析、推理、因势利导，解除疑惑，从而实现把错7误前概念向科学物理概念的彻底转变。 学生头脑中的前概念不是先天固有的，也不是学生凭空臆造的，而是客观事实在学生头脑中粗略的、经常是非本质的反映。因此，在教学中教师不能埋怨、责怪学生，对前概念不能回避，也不能简单地采取消灭的手法，而应放在桌面上进行讨论。教师的任务，旨在缩短学生在认识世界的过程，而不是跨越这一历程；旨在改造旧的认知结构为新的认知结构，而不是简单的弃旧立新。 由于学生前概念的顽固性，我们不能期望通过粉笔和说教的简单方式就可使学生把前概念转化为科学的物理概念，也不要抱有经过一两次纠正就可以使前概念销声匿迹的幻想。前概念向科学物理概念的转变是思维结构的改变，是在学生头脑中引发的一场革命。需要改造原有的认知结构，建立新的认知结构，需要克服旧模式的惯性，因而是一个充满艰辛的过程。 从一定意义上讲，物理教学过程就是帮助学生将前概念转变成科学概念的过程，物理教师在这一过程中应该发挥更多的主导作用。
