纠正学生错误前概念的策略初探
2014-07-23谭放晴
谭放晴
摘 要：“前概念”在物理学习中普遍存在，错误的前概念阻碍学生构建正确的物理概念，成为物理学习的障碍。在物理教学中可以在交流对话、作业和考试中发现学生的错误前概念，通过实验、习题、列举反例、深入分析学生错因等策略纠正学生的错误前概念。
关键词：错误前概念；先入为主；实验；反例
一、错误前概念及对物理教学的影响
学习者在接受正式的科学教育之前，在日常生活中按照自己的习惯、经验、思维方式而获得的一些感性印象、积累的一些缺乏概括性和科学性的经验，称之为“前科学概念”，简称“前概念”。前概念有两面性，有些前概念是正确的，对学生学习物理科学概念有正面促进作用，然而有些前概念是错误的，我们称之为错误前概念，它会阻碍学生构建正确的物理概念，阻碍学生学习物理。“错误的物理前概念运用到物理学习中，会导致学生对物理现象的错误理解，得出错误的结论，影响科学物理概念的建构和物理学习。”在物理教学中，教师要了解学生的前概念，尤其要纠正学生错误的前概念，把正确的前概念转化为科学的物理概念，发现并改正学生的错误前概念，为学生学习物理扫除障碍，从而实现物理课堂的有效性、高效性。
二、错误前概念产生的原因
学生错误前概念的产生主要有：先入为主的日常生活经验；知识的负迁和旧有概念的局限；由语词带来的曲解；进行不当的类比等几个方面的原因。先入为主的生活经验中存在错误前概念，比如在落体运动的学习中学生根据生活经验认为，越重的物体下落得越快；在牛顿第一定律的学习中学生根据生活经验认为力是维持物体运动的原因；在牛顿第三定律的学习中学生认为马能拉动车，是因为马对车的拉力大于车拉马的力；在摩擦力的学习中，学生认为运动的物体才受到滑动摩擦，静止的物体才受到静摩擦力，摩擦力是阻力做负功等等。知识的负迁中存在错误前概念，例如学生在学习竖直上抛时，有两种分析方法分段处理和整体法，分段处理上升阶段是匀速减速，下降阶段是自由落体，而且通过例题学生知道了竖直上抛的对称性，物体从抛出点到最高点的时间等于从最高点落回抛出点的时间，于是学生在分解竖直上抛时分解为：“向上的匀减速和向下自由落体”，还振振有词“两个分运动时间相等”；再比如，数学是知识的掌握是学习物理的基础，但是完全从数学的角度理解物理就会经常出问题，在学习万有引力时认为当两个物体间距离趋于零时，不考虑万有引力公式适用条件，从数学角度分析物体间的万有引力趋于无穷大。由语词带来的曲解，比如加速度的概念，学生认为是增加的速度，还有学生认为加速度是描述匀加速直线运动速度变化快慢的，匀加速直线运动速度变化的快慢应该是“减速度”；还有，学生根据字面意思，认为匀速圆周运动是匀速运动。进行不当的类比，比如物体的速度就是物体移动的速度，电荷定向移动的速度就是电流传导的速度。另外有学生把电流与水流类比，“McDermott和Shaffer在研究中发现，学生对于电流概念的理解会受到‘流的影响，学生认为越靠近电源正极的元件其流过的电流越大，位于后方的元件得到的电流是前面元件用完剩下的，灯泡和其他的用电器，是让电流“流进”并将电流消耗的终端设备，而并不只是让电流‘流过。”
三、纠正错误前概念的艰巨性
错误前概念由学生长期根据生活经验和一些感性材料积累而成，且多与日常生活中的一些表面现象相符合，所以前概念在学生头脑中根深蒂固，要纠正学生错误前概念的任务十分艰巨，是一个复杂而长久的过程，不是一朝一夕之事，也非一劳永逸。“有位特级教师在讲到纠正学生前概念的困难时，打了一个比喻：一拳打去，它（指错误的前概念）动都不动；一脚踢去，它摇一摇；一棍打去，它退后一步；一刀刺去，它还不倒下；再来一刀，再补一刀。”“这些物理前概念是学生从小时候开始，长期以来通过观察、感悟形成的，在学生认知结构中先人为主而且根深蒂固，不容易被解构.如果教学中只是把正确的概念强加给学生，他们只能暂时接受，经过一段时间后，又会回到原有的前概念上去。”
四、纠正学生错误前概念的策略
要纠正学生的错误前概念，一般要经历“暴、破、立”三个阶段。“暴”是指暴露学生的错误前概念，教师要发现、了解学生的错误前概念，还要让学生意识到自己原来的认知是有错的。“破”是指让学生知道自己错在哪儿，这需要教师为学生构建认知冲突的情景，并引导学生分析错在哪里，为什么错。“立”是指引导学生建立正确的物理概念，知道怎样才是正确的，自己原来为何出错。
（一）暴露学生的前概念策略
1.交流对话中发现学生的错误前概念
课堂教学是师生交流对话的过程，是生生交流探讨的过程。这些交流可以是课堂学生发言，可以是课堂上物理问题的讨论，也可以是学生的提问，还可以是教师在对学生作业面批时的对话，在这些交流中教师可以发现学生的错误前概念，或者同学之间互相发现，甚至学生自己发现自己的错误前概念。
2.在学生作业和考试中发现学生的错误前概念
在对学生的作业批改中或者考试卷的批改中，教师可以通过学生答题情况，分析出学生的错因，发现学生的错误前概念。
（二）纠正学生错误前概念的途径
1.通过实验纠正学生的错误前概念
实验所呈现出来的直观的现象往往给人造成深刻的影响，纠正学生错误前概念时，讲解半天不如设计一个小实验在学生面前呈现出来。
案例1：在学习自由落体运动时，有学生根据生活经验得到与亚里士多德观点一致的认识，即越重的物体下落得越快。用演示实验来纠正学生的错误认识可以起到很好的教学效果。通过硬币、纸片的实验让学生发现亚里士多德的观点是错误的，再根据牛顿管的演示后，经过教师引导，学生讨论、分析最后得出结论：生活中我们看到越重的物体下落越快，是因为受到空气阻力的影响。越重的物体，其受到的空气阻力与其重力比越小得多，空气阻力的影响越小，甚至小到可以忽略，然而轻的物体，空气阻力与重力相比小不了太多，所以空气阻力对轻的物体影响很大。从而纠正了学生错误前概念。endprint
2.利用习题教学情景
物理习题不仅可以巩固物理知识，在物理教学中，教师还可以利用习题教学的情景和例子，来破除学生的错误前概念。
学习摩擦力后，很多学生认为“摩擦力与运动方向相反，是阻力”、“静止的物体才能受到静摩擦力”，虽然多次纠正但是效果不佳。要纠正学生的这一错误认知，还得在今后的教学中见缝插针式的渗透，尤其是在习题教学中要抓住每一次可以利用的机会。
案例2：如图所示，光滑水平面上静止放着长L=1.6m，质量为M=3kg的木块（厚度不计），一个质量为m=1kg的小物体放在木板的最右端，m和M之间的动摩擦因数μ=0.1，今对木板施加一水平向右的拉力F，（g取10m/s2）（1）为使小物体不掉下去，F不能超过多少？（2）如果拉力F=10N恒定不变，求小物体所能获得的最大动能？（3）如果拉力F=10N，要使小物体从木板上掉下去，拉力F作用的时间至少为多少？
本题第（1）问中，小物体与与木板一起向右加速运动，二者相对静止，二者之间产生静摩擦力。所以：运动的物体也可以受到静摩擦力。本题的教学中可以引导学生分析受力，然后破除“只有静止的物体才能受到静摩擦力”这样的错误认知。在第（1）问中，小物体受到的摩擦力向右是动力，做正功，木板受到的摩擦力向左是阻力，做负功。第（2）问中小物快和木板之间产生滑动摩擦力，小物体受到的滑动摩擦力做正功，木板受到的滑动摩擦力做负功。利用本题情景可以让学生明白：静摩擦力、滑动摩擦力既可以做正功也可以做负功。到此学生可能有疑问：摩擦力是否可以不做功呢？这一疑问要是能得到解决，学生对摩擦力做功的认识会更准确，有利于学生错误前概念的破除，正确认知的建立。这一疑问可以在学习圆周运动后案例3的情境中解决。
案例3：水平圆盘绕竖直中心轴匀速转动，一小木块放在圆盘上随盘一起转动，且木块相对于圆盘保持静止，如图所示。以下各说法中正确的是（ ）
A.木块做匀速圆周运动，运动中所受摩擦力方向与其线速度方向相反
B.木块质量越大，就越不容易在圆盘上滑动
C.木块到转轴的距离越大，就越容易在盘上滑动
D.圆盘转动的周期越小，木块就越容易在盘上滑动
在圆周运动中，经常遇到例题2这样的情景。小木块随圆盘一起做匀速圆周运动。圆盘对小木块的摩擦力提供向心力，静摩擦力不做功。
3.列举反例
反例是指要说明一个命题是假命题，通常可以举出一个例子，使之具备命题的条件，而不具有命题的结论，这种例子称为反例。在纠正学生的错误前概念时，列举反例可以很好地引起学生的认知冲突，从而破除前概念，构建正确认知。
案例4：在学习滑动摩擦力公式f=μFN，学生根据一些生活经验和课后习题的经验先入为主地认为：FN正压力等于物体的重力。要纠正这一错误认识，可以列举反例：（1）以拉力F斜向上拉物体在水平面上运动，倾角θ，物体与水平面正压力为FN=mg-Fsinθ
[参 考 文 献]
[1]李燕.转化“前概念”实施有效教学[J].化学教与学，2012.
[2]陈庆军，吴能平.物理前概念研究，对构建科学概念的启示[J].物理教师，2011.
[3]何赛君.牛顿第一定律教学的四点突破[J].物理通报，2011.
[4]周中森.浅谈针对物理前概念的“对话式反思教学策略”[J].物理通报，2012.
（责任编辑：张华伟）
