初中物理教学中转变学生错误前概念的研究

贾位芳

摘 要：错误前概念制约着学生对科学知识的准确、深刻理解。如何纠正错误前概念以实现物理教学过程的最优化是物理教学研究的一项重要课题。引发观念冲突是观念转变的契机和动力。对教学实践中出现的典型错误前概念，应采取有针对性的教学方法，促使错误观念的转变。

关键词：物理教学；错误前概念；转变

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2009）01-0044-03

学生在初中物理的学习之前，总是或多或少的存在一些错误的前概念，这是在以往的生活和学习过程中，由于日常生活经验、课外资料等因素形成的一系列与科学知识相违背的观念。因为错误的前概念是与学生的知识经验中存在的与新知识的学习不一致甚至相互冲突的，所以对物理学习会有很大的负面影响。又由于有些错误观念是长年积累形成的，具有普遍性、顽固性、隐蔽性，并且随着物理教学的进行，新的错误又会不断地形成和发展。所以如何纠正错误前概念以实现物理教学过程的最优化是物理教学研究的一项重要课题。

一、转变错误前概念的基本思路

皮亚杰的发生认识论指出：认知冲突是人的原有图式与新感受到的事件或客体之间的对立性矛盾。学生学习新知识时，总是试图以原有认知结构来同化对新知识的理解，当遇到不能解释的新现象时，就会发生认知冲突。当冲突产生时，学生需要对新信息或原有的图式做调整以解决冲突。而教师则要激起学生的兴趣和好奇心，使其在解决冲突中完善认知结构，因此，引发观念冲突是观念转变的契机和动力。波斯纳的观念转变理论也指出：对当前的观念不满意是产生观念转变的关键。因此围绕“引发认知冲突、引导思维、解决冲突”的方法来促使观念转变是转变错误前概念的一种行之有效的思路。

二、转变错误前概念的教学实践

笔者就自己的教学实践，介绍进行初中物理教学时，针对学生在学习过程中暴露出的错误前概念，所采取的一些效果很好的教学法。

1.尝试错误法。

当学生产生了某些失误或偏差，教师一般的做法是给予改错、讲评、指正，但是往往难以奏效。这时，不妨让学生自己在偏差的思路上“碰一碰南墙”，在错误的泥潭里拔一拔双脚，切身感受陷入错误的滋味，然后老师再拉一把，给予点拨和引导，“吃一堑，长一智”，从山穷水尽的困境走向柳暗花明的坦途，享受成功的快乐，这种“先试错，再纠错”的做法很有效。

比如，在解决与摩擦力有关的问题时：

例如：小明向右用力推放在水平地面上的一张桌子，但未推动，这是因为 （）

A.桌子质量太大

B.推力小于桌子与地面的摩擦力

C.推力等于桌子与地面的摩擦力

D.桌子的重力大于推力

（1）试错：先让学生自己解答，暴露错误：学生首次遇到这样的问题，多数同学存在的错误前概念是：桌子没推动是因为摩擦力太大，大于小明对桌子的推力。让学生谈自己的解题的想法时，发现产生这一错误的原因如出一辙：根据自己的生活经验得出。

（2）教师提出问题：因为此时桌子在水平方向只受摩擦力和推力，根据同学们的思路，桌子没推动是因为摩擦力大于推力，根据力和运动的关系分析一下，桌子应处于什么状态？

学生：因为合力与摩擦力的方向相同，故桌子应向左运动。

教师：即我们用力向右推桌子，结果桌子向左跑了。（学生笑，知道这样的现象不可能发生）显然，这样的结果是不可能的。错在哪里？

让学生之间讨论交流：一方面感觉自己对前面推桌子没被推动的选择没错，另一方面又清楚当桌子原来静止时，若桌子所受合力与摩擦力的方向相同，桌子应向左运动也没错，但最后所推结果明显不可能。因为力和运动关系不会有错，那错误只能是对选择题中桌子的受力分析有问题。

（3）纠错：当我们遇到一个情境比较熟悉的物理问题时，首先应想到用相关的物理知识与方法去解决问题，而不是生活经验，尤其是当由生活经验所推出的结果与由物理规律所得结果矛盾时，应以后者为准。比如本题，桌子所受力的大小关系与它所对应的状态息息相关，所以应首先明确此时桌子的状态。虽然桌子受到推力，但桌子没动，表明它仍处于静止状态，即平衡状态，根据力和运动关系可知，处于平衡状态的物体所受力互相平衡，所以桌子在水平方向所受的推力与摩擦力是一对平衡力。

2.生生互动法。

通过学生的讨论与对话引发观念冲突。每个学生对问题认识的深度和广度不同，对事物的理解有的较全面，有的较片面，有的深刻，有的完全错误。在学生互动交流的过程中，学生之间会产生不同观念的对立、交锋，从而引发观念的冲突。此外，通过学生之间的互动使学生可以超越自己的认识，当看到他人的观念比自己的更合理时，学生开始对自己的观念产生不满，迫切要求改变原有观念，接受新的正确的科学观念。大量的实践已证明生生互动的合作学习对转变错误观念的有效性。

例如：体育课上，小明匀速爬杆，小刚匀速爬绳。若两人的体重相同，有关他们受到的摩擦力，下面说法正确的是（）

A.因为爬杆时手握杆的压力大，所以小明受到的摩擦力一定大

B.因为绳子粗糙，所以小刚受到的摩擦力一定大

C.小明和小刚受到的摩擦力一定相等

D.若小明的体重大，则他受到的摩擦力一定大

教师：为了检查学生知识点掌握的是否真正清楚，还特意强调了绳子比竿粗糙。果然学生上当了：

学生甲：小明比小华所受摩擦力大，因为绳子比竿粗糙。（暴露了学生存在的错误的前概念：接触面越粗糙，摩擦力一定越大）

虽然此答案是错误的，但赞同此答案者占多数，我不动声色地问：其他同学呢？

学生乙：小明和小华所受摩擦力大小相等，因为他们都处于平衡状态，所受摩擦力和重力是一对平衡力，大小相等。

此答案正确，我原本打算让这个同学给大家再仔细讲一遍，若学生不懂，我再上场，但这样做的效果会很一般。突然，我灵机一动，不如让乙同学来个答记者问：即让持不同意见的学生对乙同学提出自己的疑问，乙同学能解答明白最好，即便是其他同学没被说服也不要紧，最起码把他们的错误的想法暴露出来，也便于我对症下药，同时也可检查乙同学是否真的知识点掌握清楚了。于是，出现了下面的一幕：

同学们很踊跃地开始发问（我想这些同学之所以有积极性，一是确实有问题，二是也想难倒乙同学。不管怎样，他们的积极性被调动了起来）。

结果乙同学在回答了两次提问后，渐渐地招架不住了，看来还是知识点掌握的不够牢固。于是，我建议他：“你可以请求援兵帮忙呀！”，果然另一个持正确答案的同学勇敢的站起来助阵，但终究学生的表达能力欠佳，仍有部分同学不服。

于是，我及时上场，把两派同学的矛盾展示出来，适时地又提出问题：乙同学的观点确实符合刚学的物理规律，但同学甲的想法好像也有道理，到底谁的答案正确呢？我发现此时，同学们开始了真正的思考！

随后，我只是简单的点拨了一下，同学们出现了恍然大悟的表情，至此，这个难点问题得到了圆满解决。为什么以往需要多次教学才能彻底解决的难题，今天却如此顺利？回想起来，以前的处理方法是老师反复讲，没有发动学生，没有真正调动学生内在的需求，而采用生生互动的方式激发了学生的积极性，通过生生互动，使他们发现了自己问题的症结所在，从而进入了较深入的思考，教学效果自然和以前不可同日而语了。

3.放大过程法。

牛顿第一定律，否定了几千年来人们关于运动和力的错误观念，牛顿第一定律的建立，在观念上是革命性的变革，在科学的动力学体系中是不可缺少的重要基础。但是在进行牛顿第一定律的教学时，发现相当多的学生对力和运动的关系存在这样的错误前概念：力是使物体运动的原因，失去了力的作用，物体运动将停止。

导致错误前概念产生的原因：缘于日常生活中的一些现象，比如：教室的桌子不推不动，撤去推力桌子运动将停止。

以上现象之所以产生如此大的误导作用，究其原因，主要是撤去对桌子的推力后，所受地面的摩擦力相对较大，使桌子的运动状态改变得很快，减速过程太短暂，即桌子从运动到停下来的时间太短，学生无法观察到桌子减速的过程，所以要从根本上扭转学生的错误观念，必须想办法把停止对物体用力后，物体的运动状态的变化过程尽可能放大。学生只有看到具体的现象后，才可能改变过去认识上的错误，真正从心里接受正确的科学观念。

如何实现放大过程的想法呢？我作了以下尝试：

①从引起学生错误前概念的身边的物体进行实验，“放大”桌子失去推力后的减速过程：加快桌子的运动速度。采用此方法，学生观察到桌子的减速过程，并和“汽车刹车后继续前行一段距离”的现象类比，把活生生的现象摆在学生面前，与学生头脑中已有的错误观念发生冲突，让学生首先认识到“撤去力，物体的运动将停止”可能是错误的，物体之所以运动停止是因为受到摩擦力的缘故。

②认真完成教材上的实验：让同一小车以相同的初速度分别在摩擦力不同的表面上运动，观察车滑动距离的远近。

引导学生对上述实验现象进行讨论，如果摩擦力为零，物体将如何运动？这些实验现象也均与学生已有的错误观念矛盾，可以引导学生去重新思考力与运动之间的联系，为下面的实验进行了思维上的铺垫。

③气垫导轨实验：由于气垫导轨装置正常工作时，滑块与轨道之间只有一层空气层，摩擦力极小，可以进一步放大物体失去推力后的减速过程。用气垫导轨演示滑块在气体轨道上撤消推力后的运动情况，学生可以清楚地观察到滑块的运动状态几乎不变，此实验现象有力地驳斥了学生头脑中“停止用力，物体就停下来”的错误观念，加之前面做的层层思维铺垫，从而可以使学生比较顺利地否定以前的错误观念，接受正确的力和运动的关系：力是改变物体运动状态的原因，如果不受外力，物体将保持原有运动状态不变。

4.创新实验法。

《光的传播》是初二学生接触的第一节光学课，通过多年的课前了解发现学生中普遍存在这样一种错误的前概念：光在同种介质中一定沿直线传播。

导致错误前概念产生的原因：学生在日常生活所观察到的光，例如：夜晚探照灯的光束、晚上汽车头灯发出的光及电影院里电影放映机发出的光等在空气中都是沿直线传播的。

新课程标准对这部分的内容要求是：“通过实验探究光在同种均匀介质中的传播特点”。光在同一种均匀介质中是沿直线传播的实验很容易完成，但要想得到光沿直线传播的条件，必须做出“光在同种非均匀介质中是沿曲线传播”的实验，如果能完成此实验，则可以转变学生出现的上述错误的前概念，同时这一节的重点和难点将得到突破。但完成此实验的难度比较大，很多教师包括自己以前一直是以“太阳还在地平线以下时，人们就能看到太阳，表明光经过密度不均匀的大气层时传播路径发生了弯曲”为例来说明“光在同种非均匀介质中是沿曲线传播”，由于学生没有亲眼看到过例子中的现象，所以这样的教学效果很不理想。

看来，要想让学生比较彻底承认并信服科学的观念，必须设法通过实验让学生亲眼目睹到“光在同种非均匀介质中是沿曲线传播”的现象来引发与错误观念的冲突，后来，笔者经过努力，进行了半个多月反复的实验探索，终于成功地完成了这一实验。成功的实验过程如下：

①向方形玻璃缸（10cm×10cm×10cm）中，倒入5cm深的热水，放到垫有石棉网的三脚架上，然后向缸内加白糖，直至饱和。点燃酒精灯加热刚才的糖水溶液，同时继续向缸内加入白糖（约需要再加入300克白糖），直到在高温下重新饱和后，熄灭酒精灯停止加热，从三脚架上取下方玻璃缸，这时还要用玻璃棒不断地慢慢搅拌，以防止糖水溶液在降温过程中溶解度降低白糖会结晶析出，当溶液的温度降到室温后停止搅拌，这样就配好了高浓度的糖水溶液。

②用热水配制浓度较低的白糖水溶液。

③用常温的水配制浓度更低的白糖水溶液。

④按浓度从大到小的顺序，把配好的两种糖溶液用玻璃棒引流到配好的高浓度糖水溶液中，其中较低浓度的糖水深约为2cm，浓度最低的溶液深约1cm。

用激光笔照射最后配好的不均匀的白糖水溶液，可以明显观察到光的传播路线发生了偏折。然后把这杯糖水放置两天后，当用激光笔从方玻璃缸的侧面斜向上约70°角射入时，光线在糖水中形成了一条很明显像一条弯弯的桥一样的曲线！把这一实验展示给学生时，引起了学生的一片惊叹！这一活生生的现象引发了学生的思考，从而扭转了学生错误的前概念，顺利的得出了“光在同种非均匀介质中是沿曲线传播”的科学结论。

三、转变错误前概念的后续工作

需要注意的是，要彻底转变错误前概念仅靠一节课是不现实的，还需要做好课后的后续工作：即加强科学观念的巩固。新习的的科学观念若不经过巩固强化，就容易遗忘，并且由于错误前概念的顽固性，使得巩固强化科学观念成为错误前概念转变教学不可缺少的环节。该阶段主要引导学生将建构的科学观念运用到其他新情境，促进观念迁移，形成对科学观念更深刻、更全面的理解；同时还应通过对科学观念的广泛运用加深科学观念在头脑中的印象。这样，在有些情况下，虽然学生仍有错误观念存在，但通过巩固强化阶段可以进一步促使错误观念的转变。

【责任编辑 张桂英】