物理概念转变初探

王英

（潞安职业技术学院 山西 长治 046204）

物理概念转变初探

王英

（潞安职业技术学院 山西 长治 046204）

分析了物理概念转变的涵义和模型，讨论了学生物理相异构想的来源，并提出了进行概念转变的具体教学策略。

物理；概念转变；物理相异构想；教学策略

物理概念是整个物理知识体系的基石和支撑点，建构科学的物理概念对物理学习非常重要。笔者在高职物理教学中发现，很多学生对物理概念的理解通常是片面的、错误的。所以在物理教学中，要使学生正确掌握概念，需要教师指导学生进行物理概念的转变。

概念转变的涵义

建构主义学习理论认为，学习过程是学习者建构自己的知识经验的过程，而建构在于学习者通过新旧经验的相互作用发展自己的知识经验。在新旧经验相互作用的过程中存在着两种相反的运动：同化和顺应。学生用自己头脑中的认知结构与新知识发生联系，建构新知识，如果建构成功，学生就理解了知识，然后将其纳入认知结构中的适当部位，这个过程称为同化；如果原认知结构与新知识差别太大或发生矛盾，则主体必须先对原认知结构进行修改或重建新的结构，依靠修改（或重建）后的认知结构组织新知识，这个过程称为顺应。通过不断地同化和顺应，主体不断地吸收新知识，改造、组织旧经验，发展认知结构。以往的认知学派理论主要从同化的方面解释学习，如奥苏伯尔的“有意义的学习”就是主要从同化的角度揭示了有意义学习的条件，而他却轻视了学习的另一侧面，即原有经验因为新经验而发生的顺应。从建构的角度看，学习不仅要运用原有的知识经验中与新知识一致的部分，作为同化新知识的固定点，而且需要同时看到学习者头脑中与新知识不一致、甚至相互冲突的经验，使学生通过分析、比较、综合等思维活动，对新旧经验做出必要的调整和改造，从而获得新知识的意义。学习不仅仅是新的知识经验的获得，同时也意味着对原有知识经验的改造。当认识和理解事物需要将新知识与已有的知识联系起来时，原有知识——认知框架的一部分——必须改变，这就是图尔明（Toulmin，1972）提出的“概念转变问题”，对概念转变的研究是从顺应的侧面研究知识建构的过程，揭示学生产生错误概念的原因及其转变规律。

学生在学习科学之前，头脑中已经存在了一些来自生活经验的对科学的直觉认识，其中有些与科学理解基本一致，但有些与科学概念相违背，这就是错误概念或者相异概念。概念转变指个体原有的某种知识经验由于受到与此不一致的新知识的影响而发生的重大转变。对概念转变的研究始于20世纪70年代，到80年代研究成果开始涌现。这是波斯纳 （George J. Posner）等人在1982年提出的 “概念转变模型”（conceptual change model），大大推动了概念转变的研究。

概念转变模型

波斯纳（Posner）等人提出的“概念转变模型”理论认为，个体原有的概念要发生转变需要满足四个条件：（1）对原有概念的不满意。学生往往不愿放弃他们原有的概念，除非有充足的理由对它产生疑问。只有当学生感到自己原有的概念失去了作用，不能解释新的事件或者不能解决当前遇到的问题，产生认知冲突时，才可能放弃原有概念。（2）新概念的可理解性。学习者必须懂得新概念的真正涵义，而不仅仅是字面上的理解，需要把各部分联系起来，建立整体一致的表征。（3）新概念的合理性。新概念能够被采纳，至少要能够解释原有概念产生的问题，否则将体现不出它的合理性。只有当新概念与个体所接受的其他概念、信念相互一致时，个体才能看到新概念的合理性。学生看到了新概念的合理性，就意味着相信新概念是真实的。（4）新概念的有效性。学生应看到新概念对自己的价值，能解决通过其他途径难以解决的问题，并且能向个体展示出新的可能和方面，具有启发意义。有效性意味着个体将其看作是解释某问题的更好的途径。

新概念的可理解性、合理性和有效性这三个条件的程度被称为概念的状态，概念转变模型就是提高或者降低概念状态的模型。当面对新的概念时，如果学习者能发现新概念是可理解的（本身有意义），合理的（与原有概念没有矛盾），并且是有效的，这样其状态就会升高，就可能与学习者头脑中已有的概念发生联系，从而纳入学生已有的概念体系中；如果新概念对学习者而言是可理解的，但是与学习者已有的相关概念存在矛盾，则对学习者就是不合理的，因为两个相冲突的概念对于同一个学习者不可能同时具有合理性，这时已有的概念会阻碍新概念的接受。为了使新概念被学习者完全接受，在新概念的状态被提高之前，起阻碍作用的原有概念的状态必须降低，即学习者要对原有相关概念的合理性、有效性产生不满，这时概念转变才有可能发生。由此可见，概念转变的四个条件是逐级上升的，对已有概念产生不满是发生概念转变的基本前提。实践证明，上述概念转变模型能有效地帮助学生改变自己的错误概念，进而接受科学概念。

物理相异构想的来源

生活经验 学生在日常生活中获得了大量物理方面的感性知识，其中很多知识就是学生相异构想的来源。如对于物体运动现象的观察使学生获得了大量的感觉印象，他们看到：（1）用力踢足球，用的力越大，球飞得越远；（2）汽车在公路上行驶时，速度越大，刹车距离越远，因此许多学生认为力越大，速度越大，物体的惯性就越大，从而形成了物理方面的相异构想。

日常语言 日常语言是学生相异构想的另一个主要来源。例如平常讲铁比木头重，其实这个“重”不是质量重，而是密度大；平常讲这杯水比那杯水热，这个“热”也不是热量的意思，而是指这杯水的温度比那杯水的温度高。结果使得学生常常把密度与质量混为一谈，把热量与温度混为一谈。这样就使学生形成了错误的物理前科学概念。

语词的曲解 概念是用一定的语词记载和标志的，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。物理教学中的概念通过语词说明和定义，不仅可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解释物理概念，并由此产生对物理概念的相异构想。例如，“加”就是总体上数量在变大，因而认为“加速度”就是描述“物体速度增加的大小”；在匀速直线运动中，“匀速”指的就是“速度保持不变”，因而对匀速圆周运动中的“匀速”也理解为“速度保持不变”，等等。

知识的负迁移 数学是学习和研究物理学的重要工具，能否恰当地运用数学工具解决物理问题，也是衡量学生能力高低的重要方面。但物理学不同于数学，物理学更重要的是物理事实、物理本质和物理关系。由于学生在思考物理问题时常常具有“数学惯性”，即以数学关系理解物理概念，例如，对牛顿第二定律的表达式a=F/m，学生会认为a∝l/m，a∝F忽视了F、m、a三者之间相互不能割裂的物理关系；对库仑定律F=kq1q2/r2，会认为r→0时，F→∞，忽视了物理事实。

教学 教学过程是学生相异构想的一个很重要的来源，主要有以下两个方面。首先是教师本人，教师拥有大量顽固的自然学科领域中的相异构想应该不是特别令人惊奇，在这种情况下，即便是刻意隐藏自己的相异构想也往往会因为一时的不经意而“暴露”在学生面前，学生会一点不漏地记下来并转化为自己的相异构想。其次就是教师的教学方法不当，也会使学生形成错误概念。

物理概念转变的教学策略

进行教学前测，全面了解学生的原认知结构 学生头脑中的物理相异构想是在潜移默化中形成的，具有隐蔽性，平时一般不会清晰地呈现在脑海里。因此，教师在教授新知识之前，应采用小组讨论、提问、问卷调查、诊断性测试等方式了解学生的原认知结构，这样对教师的“教”和学生的“学”都有重要意义。在讲授新概念之前，教师只有充分了解学生已有的认知情况，尤其是对与新概念有密切关系的已有概念和原理的认识，才能选择有效的教学策略和方法进行有的放矢的教学。对“学”的意义在于，通过教学前测或提问，能激活学生的物理前概念，使其从隐蔽状态下呈现出来，这样就为学生重新建构知识提供了基础框架，学生可以根据自己原有的认知结构进行同化和顺应，获得新概念，避免在大脑一片空白的情况下进行无意义的接受学习。

设置认知冲突，改造学生的原认知结构 教师可利用物理实验、制造知识“陷阱”等方式创设一定的情境，使学生错误的前概念与一些物理现象和事实产生冲突，从而消除学生错误的前概念，建构科学的概念。在物理教学中，转变学生的前概念就是要改造和重组学生原有的认知结构，根据建构主义的观点，学生认知结构的改造重组过程就是对认知进行同化与顺应的过程。如在“自由落体”的教学中，学生认为“重的物体比轻的物体下落得快”，这一生活经验使他们产生了错误的前概念。对此，教师可拿两张同样大小的白纸，把其中一张揉成团，使它们处于同一高度，然后问学生：哪张纸先落地？学生回答：同时落地。这时教师使两张纸同时下落，并让学生观察，结果与学生的前概念发生了冲突，教师进一步讲解，由于纸团受到的空气阻力小，所以比另一张纸下落快。但仅此说明还不够，更重要的是做好演示实验：以牛顿管为例，使学生认识到不同的物体从同一高度自由落下时速度几乎相同的事实，然后对自由落体运动加以分析、研究，使学生轻松地抛弃原来的不正确前概念，建立起“在不考虑阻力时，物体下落速度相同”的正确结论（科学概念）。

讲清物理概念，区别相似概念，发展学生的认知结构 在教学过程中，要让学生明确物理概念的内涵，了解物理概念的外延，引导学生分清物理量的量度式和决定条件，了解物理概念与相关概念的区别和联系，这是掌握物理概念的关键。如电场强度，不能简单地说与力成正比，与电荷量成反比，因为这是由电场本身决定的。再如库仑定律F=kq1q2/r2，不能简单地进行数学推理，认为r→0时，F→∞，因为库仑定律只适用于点电荷。对于相似的概念要及时加以区别，可以采取列表的方法分别比较其异同，也可以利用其相似性进行类比教学，降低学习难度。如讲电势能时可类比重力势能讲解，讲电场力做功时可类比重力做功讲解等等。总之，在形成物理概念时，教师要注意变式的应用，从而保证学生对概念具有正确、完整的理解。

[1]称琦，刘儒德.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社，1997.

[2]钟启泉，黄志成.美国教学论流派[M].西安：陕西教育出版社，2002.

[3]张庆林，杨春燕.假设检验思维策略的发展研究[J].心理科学，1998，21（1）：23-25.

[4]冯伟.从建构主义视角研究物理前概念的转变策略[J].教学研究，2006，（8）.

王英（1974—），女，山西沁水人，硕士，潞安职业技术学院讲师，研究方向为物理教学。

（本文责任编辑：王恒）

□有话职说

读书不知味，不如束高阁；蠢鱼尔何如，终日食糟粕。

——袁牧

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1672-5727（2010）04-0102-02