落实全面“理解”，促进概念转变——以“物体的颜色”教学为例

肖 萍

(深圳市福田区教育科学研究院，广东 深圳 518048)

初中物理学习中，学生常有与日常生活中感觉不同的疑惑：对惯性，能正确回答“惯性与质量有关与速度无关”，但感觉“汽车速度越快越难刹车呀，不说明速度快，惯性大吗？”；对平面镜成像，感觉“镜子里的我就在镜子后面，怎么是镜面对称？而且镜子里的我确实比我小很多，怎么是相同大小？”；对“物体颜色是由反射光的颜色决定”，学生纠结：“物体颜色本来就有，为何还由反射光决定？”.经验和研究表明，对许多初中物理内容，学生早已有了“前概念”，且“多是肤浅、与科学概念相悖的，对学生形成物理概念构成障碍”.[1]在面对具体现象时，“前概念”不让位于新概念，容易发生认知冲突.若不及时利用这个契机将“前概念”转变为科学概念，而采用强化记忆的教学方式，虽应付了考试，但遇到实际问题时，认知依然会回到了原点.

心理学、教育学和系统科学理论都认为认知发展是“平衡—不平衡—新平衡”的过程，认知不平衡可触发认知发展的动力，能激发内在学习动机、并通过吸纳新的知识，去重新组织和建构更高层次的新平衡.故及时利用并化解认知冲突，促进概念转变，就是物理教学的重要任务.本文以“物体的颜色”教学为例，探讨基于学生概念转变的有效教学设计.

1 挖掘认知冲突背后的问题

初中物理中“物体的颜色”的教学设计，多从“光的色散”开始，最后用类似以下的检测结束：“在暗室里用红光照射装在白色瓷盘中的红色苹果及黄色香蕉，问旁人看到3个物体的颜色分别是什么？”.某校8年级100名学生的课堂测试结果是：58%能回答正确，31%是按所学知识逻辑分析、61%靠回忆类似的答案、8%凭直觉.学生反映：物体的颜色从小就能分辨，但涉及物体的本来颜色、实际观察到的颜色时，就开始纠缠不清，对于“物体的颜色是由反射光决定”的新概念更是疑惑，例如：

(1) “物体的颜色”是由反射光的颜色决定的，“物体本来的颜色”是由什么决定的？

(2) 按照光的反射定律，光照射在物体上会反射，只是镜面与漫反射不同而已.同样颜色的光照射在不同物体上，反射光的颜色应该相同，那么物体的颜色也应该相同，可是实际上不是这样，为什么？

(3) 既然所有物体都有光的反射，为何有时照射的光没有反射？它到哪里去了？

(4) 照射物体的是白光，为何反射是有颜色的光？其它颜色的光在哪里？

……

以上“问题”表明：学生对“光的颜色”和“光的色散”的认知是零散的、相互间缺乏有机的关联，且停留在光线或光路模型基础上的“知道”层面，缺乏多层面、高层次的理解；特别是学生较普遍地认为“物体的颜色是固有且不可改变的”.这样的看法虽然不对，只是学生对日常现象表面、肤浅的认识，但却是长期生活经验积累的结果，因而成为影响科学概念获得和真正理解的“前概念”.凭借它解释不了所面临的自然和实验现象时，就不可避免地产生认知冲突，成功实现从“前概念”到科学概念的“概念转变”，将成为物理概念教学有效性的前提.而“概念转变”的途径，一是“同化”，运用已有概念解释新现象；二是“顺应”，为成功地理解新现象进行核心概念的重构，实现根本性的转变.[2]因此教学中，应针对“前概念”存在的局限，找准概念转变关键，系统设计内容和方式，才能促使学生真正建构科学概念.

2 用“理解”促进概念转变

2.1 重新理解“理解”

物理教师大都知晓布鲁姆目标理论，“识记、理解、应用、分析、综合、评价”等层次划分也常在各种教研活动中被提及；但有一个普遍的默认：“后面一级目标以其前面一级的为基础”，遵循“依次达成”路径.据此认识，“理解”就自然成了较低层次的目标，其在教学中的地位被误解，意义与作用也被低估.要正确认识“理解”，使之在教学中回归到恰当的位置，有必要对“理解”进行重新理解.其实，“理解”建立在熟悉的知识基础之上，有着不同的层级，并在各个目标层次中起着关键的作用.就像认识一个物体，需站在不同的位置和高度，对不同的侧面或纵横切面进行多层面、多维度、多梯度的观察和关联，才能形成整体的了解.对知识的“理解”，不仅需要从“横切面”维度上解释、阐明、应用、洞察等，还需要在“纵切面”上分多个梯度.[3]由此，对物体颜色的“理解”教学，就可设计层次不同的活动与过程：

(1) 通过三棱镜的色散现象，理解光的单色和复合性；

(2) 利用光的透射性(通过有色透明物体)的现象，发现不同光照下物体有不同的颜色；

(3) 通过光照射在不同物体上显示不同效果的实验现象，认识到光有能量，物体有不同程度的反射、透射和吸收特性；

(4) 通过综合分析理解：发光物体的颜色由发出的光决定，不发光物体的颜色与照射光有关、但由反射光的颜色来决定；

(5) 将新学的知识迁移应用到新的情境中，如能利用“颜色形成原理”来改变物体的颜色视觉效果，促进学生对新概念的理解.

通常的教学中，也许以上内容和过程或环节本身都不缺，但可能缺乏对知识的综合分析和能力的分层梳理；教学设计缺乏全方位的目标，教学过程缺乏概念转变所需的链接和构建过程，教学评价的内容和标准缺乏前置性；以至于应对“前概念”时，要么不系统，火力覆盖有死角；要么不精准，火力不集中；教学的精准性、有效性和深度难以达到理想境界.

2.2 架起“理解”的桥梁

综合前面的分析、再结合“物体的颜色”的教学设计，发现现有教学实验较多体现光的“反射”和“透射”，均缺少“吸收”知识层面和认知梯度，以致学生概念转变的“同化”或“顺应”都无法跨越这个障碍.

2.2.1 增加事实或证据

“光的颜色”与“光的吸收”在不同的知识维度上，其理论链接较难，通过实验和逻辑推理比较有效.因此设计以下两个递进实验.

(1) 暗室手电筒实验.

在黑暗房间内用手电筒做光源，并设法形成红、绿、蓝3种单色光线；分别比较白光和三色光线照明条件下，所看到不同颜色气球的颜色，结果如表1.

学生对同种颜色的“反射”容易“同化”，但可能对“黑色”有新的疑惑，于是针对“变黑”现象，用以下实验强化光被吸收后的作用与效果.

表1 不同色光下不同色气球的颜色观察记录

(2) 光的吸收实验.[4]

实验器材：红、绿、蓝色强激光笔(功率约100 mW)各1支，蓝色、绿色、红色、黑色、白色的气球若干只、打气筒1个.

实验过程：将白色、红色、绿色、蓝色、黑色的气球充气至十分鼓胀状态，挂至同一高度，然后分别用不同颜色的激光笔在约1.5 m距离处照射每个气球(注意带好护目镜).

实现现象与结果：部分气球爆裂，记录如表2.

表2 不同色激光爆裂不同色气球的实验记录

2.2.2 增强事实理解

教学过程中的实验，若停留在表面或形式化，学生只看热闹，缺乏有效性的思考，对概念转变就没有任何帮助.所以“理解”一定要综合实验结果，多方位，合理建构.

(1) 阐明现象： ① 白色气球总是不会被激光爆裂、黑色气球总是会被激光爆裂；颜色与激光相同的气球，不会被爆裂； ② 在色光照射下，呈现色光的气球不会被激光击爆；而显示黑色的气球，会被激光击爆.

(2) 解释原因： ① 在红光下，白色和红色气球都反射红光，显示红色，而蓝色、绿色和黑色气球，不反射红光，吸收了红光，都是黑色的.② 用红色激光笔照射绿、蓝和黑色的气球，激光的能量全都被气球表面吸收，造成了温度上升，引起了气球爆裂，而白色和红色的气球表面可以反射红色激光，被气球表面吸收的激光总量减少，所以白色和红色气球就不会爆裂了；有学生疑惑：气球爆裂也可能是因为“压力大”和“温度高”，用激光笔照射黑色塑料袋使其融化，就排除了“压力”，直指“温度”升高，验证了吸收效果.

(3) 应用转换：白光通过红色透明的物体时，红光可透过，而绿光和蓝光被这个物体吸收了；光线照射到不透明的物体上之后，一部分反射出来，被看到了颜色，另一部分则被物体吸收.所以，物体的颜色就是它透射或反射光线的颜色.

(4) 洞察观点：发光物体的颜色由发出的光决定.不发光物体在黑暗环境下没有颜色，它“本来的颜色”是指在白光下，通过反射了某种颜色光而形成的“被看到的颜色”.在单色光照射下，不同物体对光的反射与吸收不同、呈现的颜色不同.物体的颜色虽然与照射光有关，但最后还是要由反射光的颜色来决定.

3 追求“理解”效果

判断概念转变后“新概念具有有效性，学生可运用新概念解释反例或引申新的探究方向”.[2]“理解”的最高境界不是“回忆和重复”，而是“可以将知识迁移到新的问题或情境中”.[3]例如解释：光盘本来没有颜色，在阳光下显现七彩；在不同光线下，看到人脸颜色有所不同；西瓜摊上增加红色灯光等现象；还能解决诸如：摄影时使用滤色镜达到某种特效、摄像中的“白平衡”等问题.甚至还可链接到植物上：太阳光照射在植物上，叶子反射了绿色光成为绿叶，其余的红、黄、蓝、紫等颜色的光被吸收用于光合作用，因此人工温室里用红蓝合成的偏紫色的光照射植物增强光合作用.

总之，因“前概念”而产生“认知冲突”是正常的，教学应沿着学生的“疑惑”找到“痛点”，发现“新概念”认知过程中的“理解”障碍，不论从教学设计还是目标达成，都应从多方位、多层面、多梯度去思考和重构.物理教学不仅让学生了解物理现象，还需转化成合理的、有效的物理新概念，在概念基础上形成物理原理，最后达到拥有物理思想和境界.