关于“参照物”学习的调查研究

张世成

(无锡凤翔实验学校 江苏 无锡 214045)

王奕

(无锡刘潭实验学校 江苏 无锡 214045)

一位优秀教师的课堂，课题为“世界是运动的”.快下课时，为了检测教学效果该教师打出教材中的一幅图画(见苏科版《物理》8年级上第121页)，大意是，小明和小华坐在停靠在站台上火车的同一节车厢里，面对站台的小明认为“火车没动”，面对另外一辆正在行驶的火车的小华认为“火车开动了”.该教师询问学生支持谁的观点.全班45位学生，只有一位学生支持小华的观点.

这让参与听课的教师很疑惑，如此优秀的教师,执教的又是这般生动的课堂，在快下课了还这么多人不理解“两种观点都是正确的”令人费解.

1 开展调查 寻找原因 为教学设计提供依据

为什么会出现这样的情况？为此我们进行了一系列的调查.

调查1:学生未学“参照物”之前的认识.

问题1：你认为楼房是静止的还是运动的？

问题2：小明坐在汽车上发现“楼房在后退”，这是一种错觉吗？

针对问题1，在调查的两个班(分别为41人和38人)，认为楼房是静止的为100%.

针对问题2，有84%的学生认为这是错觉，而不认为这是一种自然现象.

调查2:物理老师与高一女生的对话.

已经读高一的学生回来看老师，老师顺便与她聊了起来.

师：你支持谁的观点？小明还是小华？

生：小明.

师：理由是什么？

生：火车停在站台上就没动，小华看到对面的火车动了，所以她产生了错觉.

师：你认为是错觉？那么，我们能不能选对面的火车作为参照物呢？

生：不能.(犹豫一会儿)能的.

师：那它错在哪里呢？

生：应该没错吧.

师：小华是错觉吗？

生：……(怀疑了)

调查3:物理教师与语文教师的对话.

语文教师：你上课的有些概念似乎还是很模糊.

物理教师：例如？

语文教师：比如，我骑自行车来学校,明明是自行车在动，我怎么能说马路在动呢？

物理教师：这是可以的.

语文教师：这是可以的？

物理教师：是的.因为，以自行车为参照物，马路的位置(具体来说是马路上的一点)在发生改变，我们就认为以自行车为参照物马路是运动的.

语文教师：可是，事实上马路没有动.

物理教师：动没动要看你选择的参照物.你选什么作为参照？

语文教师：是这样.那给我们平常说的不是有矛盾吗？

物理教师：也没有矛盾.平常我们说物体动没动，默认的参照物就是地面.我们说树、房屋没动，指的就是相对于地面它们的位置没有改变.

语文教师：有意思.这是不是相对论？

物理教师：还没有那么深奥，这个叫“静止和运动具有相对性”.

语文教师也好，高中生也好，如果学生经历的不是源于一种基于“概念转变”的学习而是一种灌输，那么，经过一段时间后，他们对运动和静止的认识最后剩下的就是他们的前概念，即学习这堂课之前就已经具有的“前概念”，教师灌输给他的早就扔掉了.学习的灌输模式是非常不合理的，该模式认为知识从教师到头脑空空的学生的传递过程就如同水壶里的水倒进了空玻璃杯.事实上，学生在进入科学殿堂之前就已经具有了关于运动的种种概念.要改变这种概念是比较艰难的.

从教师教学方面分析原因：教师往往对参照物此类概念比较轻视，通常选择举例填空的方式反复训练来解决,没有在了解学生的前概念上花功夫.

从学生学习方面分析原因：基于生活的经验，学生通常会认为树木、房屋是静止的.现在要建立“运动和静止是相对的”，的确不习惯.事实上，学生带到运动学学习中的想法是根深蒂固的，因而很难改变.

2 调查的启示

经过这次调查，我们发现，转变错误概念需要一个过程，教师要创设情境让学生充分暴露错误概念，要为学生提供用新概念，解释其他情境中的现象的机会，甚至还要提供考验的机会.简单给出正确答案的教学往往不是正确的教学，充分暴露学生认知错误的教学才是合理而有效的教学.

2.1 提供表达机会 暴露先前概念

同样的一个现象，生活中我们的表达和科学的表达会有很大的不同.那么，该如何重新建立概念？一个非常有用的教学方法是，对这些观察结果以及对观察结果的解释进行讨论.它允许学生表达自己的观点，教师能够理解这些观点，让学生有机会去思考替代性的解释，最重要的是，能够给学生提供时间和情境去重新思考他们的观点.

还是相同的情境，我们可以这样来展开讨论.

师：小华认为火车开了，她的看法有道理吗？

生甲：没道理.

师：为什么？

生甲：火车没有动.是小华感觉火车动了，而人的感觉并不可靠.

师：问题是，我们说火车开了，是不是错觉？

生乙：以对面的火车为参照物，小华坐的火车是运动的，我想是对的，这不是错觉.

师：你的依据是什么？

生乙：以对面的火车为参照物，小华所在的火车位置改变了.

师：生甲，你怎么看待生乙的观点？

生甲：从他的依据来看，他是正确的.可我还不太习惯这样的表达.

以地面为参照物，小华坐的火车是静止的，它没动.这是正确的，也是科学的描述.如果我们看对面的火车(也就是以对面的火车为参照物)得到的结果是火车开动了，这也是正确的.以地面为参照物判断火车有没有开动，是十几年来我们习以为常的选择，我们骨子里认同的是以地面为参照物的描述结果，与这个描述结果相悖的，我们会说这是错误或者“错觉”.其实，这不是错觉.选择不同的参照物得到不同的描述结果是允许的.

在概念建立的过程中，教师应针对探究主题，通过各种方式，尽可能地为学生提供表达的机会，以暴露他们的先前概念.南京师范大学刘炳昇教授有一个比喻，前概念好比一只几乎盛满水的杯子(杯子代表还未学过物理，水则表示那些前概念)，现在尽量把可乐倒进杯子里(好比拼命给学生灌输那些正确的物理概念)，大部分可乐都溢出了杯子，只有很少的灌了进去，杯子里的水现在呈浅棕色.再尝一口，味道还和原来的差不多，然而，具有了可乐的颜色(还记得几个专业术语)，给水伪装上了一种颜色(像是已经理解了新概念)，看上去好像变成可乐了，而实际上并非如此.只有尽量地将原有的“水”倒出，才会为科学的概念提供机会，提供空间.

2.2 引入差异性事件 挑战错误概念

由于学生对事物或现象的推理和理解建立在可观察到的一些特点上，有时会不加区分地使用各种科学概念，因此，他们的前概念常常是与科学概念不一致的错误概念.对于错误的前概念，教师可以引入差异性事件，提供相反证据进行挑战，使学生产生概念冲突，意识到用自己的概念无法解释一些现象或对事物做出预测，需要寻找更为合理的概念.教师要为学生提供恰当的情境与结构性的材料，帮助学生修改或重构概念，让学生体会到新概念能更好地解释一些现象.

例如，有学生认为，木块之所以漂浮在水中是因为受到了水的浮力，铁块之所以沉入水底是因为没有受到水的浮力.产生这一错误概念的原因主要是，学生用知觉来主导思考，将对事物或现象的推理和理解建立在可观察到的一些特点上.他们在将木块按入水中的过程中感受到水作用于木块的一股向上的浮力，当他们的手离开木块后，还能够看到木块在水中上浮的过程.而在铁块沉入水底的过程中，他们感受不到水对铁块向上的浮力.

对此，教师可以让学生用测力计分别测量铁块在空气和水中的“重”，并让学生解释铁块在空气和水中视重不同的原因，解释铁块在水中时，测力计读数减小的原因，由此引发概念冲突，并通过解释所观察到的现象，初步建立铁块在水中也受到水的浮力的概念.在此基础上，教师再引导学生比较铁块在水中受到的浮力(“减少”的重)与铁块在空气中受到的重力，使学生认识到铁块下沉的原因是由于铁块受到的重力大于受到的水的浮力，而并非是没有受到水的浮力所致.由此，让学生意识到他们建构了一个能解释所观察到的事实的更为合理的概念，以进一步修正已有的错误概念.

2.3 设计“陷阱” 考验学生对新概念的认同度

在学习“压强”一节时，有一位教师遇到了一个棘手的问题.

在猜想影响压力作用效果的因素时，有学生猜想“受压材料的密度”也会影响压力的作用效果，依据是“同样一个小桌子放在海绵上，海绵形变明显，放在木板上，木板形变就不明显”.这个问题出乎意料，教师没有作出及时回应，并把这个问题记录下来，说“你的问题很富有挑战性，现在同学们不一定能够解决，让我们的能力再生长一会儿，快下课时我们来解决.”快下课了，教师抛出这个问题，“同样一个小桌子放在海绵上与放在木板上压强哪个大？”

同学们开始了热烈地争论，大体上分成两派，“公式派”——根据压强公式，既然压力一样受力面积也一样，所以压强一样；“形变派”——既然小桌子放在海绵上形变比木板上明显，足以说明小桌子对海绵的压强大.都有依据，但总有一种观点是错误的.学生的争论过程，其实就是一种接受内心考验的过程，如果我们刚刚建立的“压力的作用效果只与压力和受力面积有关”是正确的，那么，现在这个问题怎么解释，难道公式使用的时候还必须强调受压材料要一样？

课堂上，这位教师对这个问题采用了延迟评价.

先搁置这个问题，到快下课的时候，再将其抛给学生，成为考验学生的一个“陷阱”.你同意这个学生的观点吗？如果不同意，怎么解释他的问题？如果同意，又如何看待你已经承认的压强公式？让学生犹豫、争论并经受考验.只有经受考验的科学概念才会转化为学生的心智模型，才会转化为支配我们生活的一种信念，才可能从感性走向理性.当这样的矛盾已经非常突出的时候，我们“顺势”对学生进行解释，受压材料只是压强的“显示器”，它不能决定压强的大小，正如“我对你和同桌吼一声，一位同学吓一大跳,而另外一人没啥反应，不能根据两个人的不同反应来判断我声音的大小，因为每一个人对于声音的敏感性不一样.”

经过这样的考验，学生会再次审视对压强的理解，会更加确认“压力的作用效果只与压力和受力面积有关”，对公式会多一份发自肺腑的认同.

大浪淘沙，留下的才是金子.科学概念建立的过程，其实就是不断地将学生错误的认知进行暴露的过程.针对学生的核心错误连续地进行冲击，迫使学生反思、审视，这样建立的概念，才会是一杯纯正的“可乐”，一个可靠的科学概念.即便多少年过去，他们看到楼房后退，不会认为这是一种“错觉”，更不会认为这是一种“错误”，而是一种自然现象，一种包含物理道理的科学观念.