基于建构主义的物理概念转变策略初探

(江苏省南京市宁海中学，江苏 南京 210024)

“新知识总是停泊在旧知识的锚桩上”，学生在接受正确的物理概念之前，头脑里已经积累了各种的生活经验、常识和直觉知识，并在学生头脑中形成了模糊的物理图景，即前概念，在学习物理时，学生基于这种前概念来建构自己对新概念的理解。前概念中有正确的，也有错误的，正确的前概念对学生建构物理概念有积极作用，而错误的前概念会严重影响正确概念的建构。

学生头脑中的前概念与新认知发生作用，能重新建构学生的知识。如果建构成功，则学生就将知识纳入认知结构中的适当部位，这种过程叫做认识结构的“同化”；如果前概念与新知识差别太大或发生矛盾，则学生必须先对前概念进行修改或重建新的概念，依靠修改或重建后的概念去组织新知识，这个过程叫认识结构的“顺应”。通过不断的“同化”和“顺应”，形成新的物理概念，发展与完善学生的物理认知。

教学中概念转变的策略就是促使学生头脑中错误的前概念转变为科学概念的途径或方法。促进概念转变的教学策略有两种：一是建立在学生认知冲突基础上的教学策略；二是以学生前概念为基础，利用比喻和类比等方式将其扩展到新的领域。建构主义理论指导下的探究式教学策略就是前一种策略，这种转变策略的结构如图1所示，笔者以“落体运动”的教学为例，探讨物理概念转变的策略。

图1

1 引出学生的前概念

学生在学习落体运动之前，已对日常生活中物体下落快慢形成了自己粗浅的认识，他们对落体运动的认识和对落体现象的解释，并存着科学和不科学两种成分。教师应通过适当方式，让学生将自己的看法清楚地表达出来，然后再共同鉴别出其中科学的成分和不科学的成分。

教师创设情境：请学生列举生活中物体下落的实例。进而提出：重的物体下落得快还是轻的物体下落得快？引出学生对落体运动的前概念：重的物体下落得快。

2 激发认知冲突

激发认知冲突是概念转变的核心，即教学中设法给学生一个“冲突”事实，以动摇其错误前概念的基础。教师在教学中应肯定学生对有关概念认识中的科学成分，并以此作为基础，针对其认识中的不科学成分，通过学生亲手做实验、教师演示实验或逻辑推理等方法激起学生的认知冲突。此时学生会渴望明白“事实的真相”，以消除头脑中的疑惑。

为转变“重的物体下落得快”的“错误前概念”，可通过差异性实验来激发冲突。

实验1：让粉笔头与纸片从同一高度由静止开始同时下落。观察到的现象：粉笔头先着地。学生的结论：重的物体下落得快。

由于“重的物体下落得快”这一生活经验存在于一些同学的头脑中，因此安排本实验让学生观察到“重的物体下落得快”的现象，学生认同原有的错误前概念，此时可以介绍亚里士多德关于物体下落快慢的观点。

实验2：取半张纸与一张纸，半张的揉成一团，让两者从同一高度由静止同时下落。观察到的现象：半张的先着地。学生的结论：轻的物体下落得快。

实验2的结论否定了实验1的结论，那么，究竟是重的物体下落得快，还是轻的物体下落得快呢？在学生头脑中产生了认知冲突。

实验3：取两张相同的纸，一张揉成一团，让两者从同一高度由静止同时下落。观察到的现象：揉成团的先着地。学生的结论：轻重相同的物体下落快慢不一样。

实验中物体下落快慢不是由重量决定的，实验观察到的现象和预想的不一致，使得学生形成了认知冲突，激起了探究的兴趣。学生对自己先前所持有的前概念很不满意，原有认知平衡被打破，产生了改变前概念的愿望。

3 找准时机转变概念

学生概念发展的本质就是概念的转变。当学生因看到其错误前概念不起作用(导致预测失败)而受到挫折和感受到挑战时，教师就可以通过实验结果的分析、论证说明学生观点错误的原因，最终引导学生以起作用的经验代替不起作用的经验，调整和纠正他们对周围世界的看法，实现概念转变。

实验1和实验2的现象容易让学生得出物体“下落快慢与重力相关”的错误前概念，实验3又否定了这个前概念，从而激发学生去分析现象背后的本质——空气阻力的影响。让学生意识到：正是因为空气阻力的影响使得落体运动变得异常复杂，一时难以看清问题的本质，从而启发学生抓住主要因素——重力，忽略、排除次要因素——空气阻力，引导学生改进实验，消除或减弱空气阻力的影响。

实验4：牛顿管实验。观察到的现象：看到在真空环境下，钱币和羽毛同时落地。学生通过分析和实验检验，发现：忽略空气阻力时，轻、重物体下落得一样快，得出结论：物体下落快慢与其重量大小无关。

4 深化概念的理解

根据学生的认知特点，物理概念转变得再成功，错误前概念有时也会“卷土重来”，学生对概念的理解往往会回到前概念上，所以需要进一步巩固和加深理解，课堂上可以通过练习等来达成。

练习：乙同学从10层楼的楼顶同时由静止释放两个大小完全相同的铁球，结果甲同学看到两球不是同时落地。他分析了两球未能同时落地的原因，你认为下列分析中正确的是( )。

A. 两球在下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力小

B. 两球在下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力大

C. 两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是实心球，重力远大于阻力

D. 两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是空心球，阻力与重力比，差别较小

总之，在学生错误前概念转变的教学中，通过实验、生活中的实例暴露学生的前概念，创设认知冲突，造成认知结构的不平衡，促成原有知识结构的顺应，有效地转变“错误前概念”，建构科学概念。在教学中应用“欲擒故纵”的概念转变策略，应该表现为学生这一学习主体在教师引导和帮助下自主地进行创造性、探索性的学习活动，在活动过程中促进学生概念转变，深度理解所学概念。