光学前概念的成因及转变策略

2019-12-11

物理之友 2019年11期

(广东省深圳市龙华区教育科学研究院，广东深圳 518109)

1 物理前概念概述

学生在学习新的物理知识之前，通过自己的观察、体验与思考，形成了关于各种物理现象与过程的理解和认识，这称之为物理前概念。在这些前概念中，有些是正确的，会有助于学生形成物理概念、掌握物理规律。但有些前物理概念是片面的、甚至是错误的，有时会干扰、阻碍学生的学习。因此，了解学生学习相关的物理知识之前已有的前概念，弄清错误前概念形成的原因，采取适当的转变策略显得尤为重要。

2 初中生光学错误前概念及其成因

建构主义认为：“学生并不是空着脑袋走进课堂的”。初中生在学习光学知识之前，由于学生的生活经验、知识储备等原因，会存在一些前概念。通过多年的教学实践和对学生的调查，发现初中生在学习光学知识时存在以下前概念。

2.1 光一定是沿直线传播的

形成原因：大部分初中生均玩过激光笔，发现射出的激光是沿直线传播的；还有手电筒、汽车前灯、从投影机射出的光束等发出的光也是沿直线传播。因此，在初中生的头脑中就会形成“光一定是沿直线传播的”的前概念。事实上，光沿直线传播是有条件的，那就是光要在同种均匀介质中，否则它的传播方向就要发生改变，如海市蜃楼、池底变浅等现象。

2.2 小孔所成像的形状与小孔形状有关

形成原因：很多初中生都知道影子是由于光的直线传播形成，而且影子的形状与物体有关，物体是什么形状，影子就是什么形状，如手影、树影、建筑物影子等；小孔成像也是由光的直线传播形成，因此，学生们会想当然地认为小孔所成像的形状与小孔有关，小孔是什么形状，所成的像就是什么形状，如小孔是正方形的，则透过小孔所成的像就是正方形。

2.3 平面镜成像时，物近像大，物远像小

形成原因：几乎所有的初中生都照过镜子，知道镜子的后面会有一个与物体相对应的像，而且还发现：当人靠近镜子时，镜子里的像感觉越来越大；反之，当人远离镜子时，镜子里的像感觉越来越小。因此他们认为：平面镜成像时，物近像大，物远像小。殊不知：人感觉到的物体大小，除了与物体本身大小有关之外，还与视角有关。

2.4 漫反射不遵守反射定律

形成原因：对于镜面反射，学生很容易理解它遵守光的反射定律。但对于一束平行光线射到粗糙的反射面上，反射后的光线不再平行，对于这种漫反射现象，学生由于形成了“镜面反射”的刻板印象，认为漫反射不遵守光的反射定律。

2.5 放大镜只能成放大的像

形成原因：由于学生还没有系统学习凸透镜成像的相关知识，只会从“放大镜”这三个字的表面含义上去理解它，认为放大镜只能成放大的像，否则怎么叫“放大镜”呢？他们不知道放大镜其实就是一个凸透镜，能成“等大或缩小或放大”的像。

3 光学前概念的转变策略

针对上述光学前概念，我们在教学中可采用适当的概念转变策略，使学生在学习时避免受错误前概念的影响，以形成正确的物理概念，掌握物理规律。

3.1 用事实说话

我们常说“事实胜于雄辩”，通过实验等让学生观察直观的现象，使他们相信这些事实和现象，改变他们头脑中原有的错误的或不当的认知，科学地理解物理概念和原理。物理学是一门以观察和实验为基础的自然科学，具体来说，用事实说话有以下几种方法。

(1) 观察法

观察法是指在自然状态下，研究者根据一定的研究目的，用自己的感官和辅助工具去直接观察被研究对象，从而获得资料的一种方法。如要改变学生中的“放大镜只能成放大的像”这一前概念，我们可以让学生拿着放大镜看自己的手指头，使其发现：“放大镜离手指头的距离不同，所成像的大小不一样，有时会变大，有时会缩小，有时会一样大”，从而改变“放大镜只能成放大的像”的认知。

(2) 实验法

实验法是指人为控制条件，利用特定的器具和材料，通过有目的、有步骤的实验操作，观察、记录分析实验现象，发现或验证科学结论的一种方法。如要改变学生中的“小孔所成像的形状与小孔形状有关”这一前概念，我们可以通过以下实验来进行。如图1所示，在蜡烛与光屏之间放置一个带小孔的不透明板，小孔的形状分别为三角形、圆形和正方形，通过三种小孔成像，就会发现像是倒立的、蜡烛的形状，与小孔的形状无关，从而改变“小孔所成像的形状与小孔形状有关”的认知。

图1

3.2 运用科学推理

科学推理是指通过严谨的理论推导，得出新结论的一种方法。如要改变学生中的“平面镜成像时，物近像大，物远像小”这一前概念，我们可以根据“平面镜成等大的像”这一特点进行推理，当人远离平面镜时，尽管所成的像看起来越来越小，但我们可以引导学生这样想：人远离平面镜时，人(即物)的大小没有变化，因此，经过平面镜所成的像大小也不会变化。从而改变“平面镜成像时，物近像大，物远像小”的认知。在此基础上，可用茶色玻璃、两个大小相同的棋子做实验，进一步转变学生的前概念。