大学生物理错误概念转变的教学策略探析

翟良君 侯丽丽 王 帅 眭永兴 朱小芹

江苏理工学院理学院，江苏 常州 213001

当今高等教育改革非常重视基础知识和技能的传授。大学物理课程是高等学校理工科各专业学生一门重要的通识性必修基础课，与诸多专业课的教学密不可分，是学生学习专业课的前提和基础。在大学物理的教学中，物理概念的教学在大学物理教学体系中的地位十分突出，它不仅是物理基础知识的重要组成部分，也是大学物理知识体系以及后续专业课知识体系的支撑点。因此，让学生形成清晰的物理概念，准确掌握物理规律，并促使他们形成科学研究的精神和思维是大学物理教学的重要目标。然而，在学生进行学习时，他们并不是头脑空白地走进教室里的。一方面，物理科学与日常生活紧密相关，从日常生活中学生自身会形成某些物理现象或者物理问题的理解，其中有些是正确的，但也会存在一些片面或违背科学的理解。另一方面，学生们在中学阶段的物理学习中，也会对物理概念存在错误认识。研究者把这些违背科学知识认知的理解称为错误概念。研究发现，这些错误概念会阻碍学生对知识的正确理解与运用，是影响大学物理教学的重要因素。如果教师在教学中没有关注学生的错误概念并进行正确的引导，那么可能会让学生产生更严重的错误概念。而如果教师关注到了学生的错误概念，并提供相应的教学策略，则对学生错误概念的转变具有明显的促进作用。因此，教师们需要关注学生们已有的错误概念并提供相应的教学策略。在本研究中，作者对大学生存在的物理错误概念的特点进行整理，并结合错误概念转变的理论，提出了能有效转变学生错误概念的授课策略。

一、大学生物理错误概念的特征和成因分析

（一）大学生物理错误概念的特征

大学物理课程主要包括力学、电磁学、光学和热学等部分。在力学部分的学习中，学生对于力的瞬时性理解存在错误，例如学生会将某一时刻运动状态理解为某一时段运动。在对不同情境下物体运动的轨迹问题进行分析时，学生仍会存在“力是维持物体运动的原因”的错误概念，同时也会出现矢量运算法则不清楚等错误。在做功的问题中，学生常常会将变力按照常力做功的形式进行处理。而在振动、波动等章节学习时，学生还容易在相位的概念的理解上出现错误。

电磁学部分也是学生在学习中存在错误概念较多部分。薛丹丹等人调查发现大学生在导体导电的本质、静电平衡的特点、电场的叠加、场强和电势关系、洛伦兹力以及法拉第定律等多种概念上存在错误。典型的错误概念如，学生们认为在匀强电场中，电势处处相等；不理解感应电流产生的原因是闭合电路中磁通量会发生变化。此外，也有研究者发现学生在磁力学学习中，学生经常会将均匀磁场中的结论错误应用到非均匀磁场中。例如，在均匀磁场中任意形状通电闭合线圈所受的总磁场力为零，但是很多学生会将该结论应用到非均匀磁场的环境。而在学生关于动生电动势的概念的研究中，学生也存在“只要导体在磁场中运动，就会产生动生电动势”“磁场是不变的，在磁场中移动的导体棒的电动势为零”“在磁场中移动的导体棒，如果没有形成闭合回路，导体棒上电动势为零”等错误概念。

在几何光学的学习中，张蓓蓓等人的调查发现大学生对于光与视觉关系的掌握上存在错误概念，例如，“光线先到达人眼或人眼发出光线，人才可以看到物体”“认为虚像会发出光线”“认为光照到影子上时，就可以看到影子”等。在波动光学的学习中，学生对于光学中的相位问题也会存在错误概念，如，半波损失和波函数中的相位问题。在光的偏振现象学习中，学生容易在偏振的内涵、常见光的偏振态等概念上出现错误概念。

可见，大学生在各部分知识的学习中都会存在不同程度的错误概念，即错误概念的分布具有广泛性的特点。其次，很多的错误概念并不会是直接呈现出来，它们往往会隐藏在学生深层次的意识中，具有隐蔽性的特点。最后，在各部分的学习中，学生的错误概念具有一定的形似性特点，例如很多的错误概念都与数学知识储备不足有关等。

（二）大学生物理错误概念的起源

学生存在的这些错误概念一方面源于生活经验，另一方面则来源于前期课程的学习。在生活中，每个学生都会试图用他们已有的知识去理解周围发生的情况，并且会尝试够一个自己认同的知识结构。但这些知识结构仅能对其周围的情况进行分析，具有很大的局限性。当他们用这种知识结构对周边的事物进行全面分析时，就会造成错误概念。

学生在中学阶段所学习到的知识和学习方法也是造成他们大学物理错误概念的重要起源。大学物理区别于中学物理的关键点之一在于将对特殊问题的研究改为研究更一般的问题，从对简单问题的研究提升为研究更深入的问题。在中学阶段，学生做题多，对物理解题技巧非常熟练，所以，他们会将中学阶段的结论直接用到对大学物理的问题中，并导致错误概念。另外，大学物理中很多的概念本身就比中学物理概念的难度更高，学生缺乏相应的数学知识储备，例如，矢量和微积分等，这也会导致学生出现错误概念。

从教师授课的角度看，学习参考书设计不够合理、习题的选择难度不合适、授课时不恰当的类比等问题也是造成学生形成错误概念的因素。例如，在电磁学的授课中，有教师将磁铁的N极与正电荷做类比，把S极与负电荷做类比，这会导致学生产生磁感线与电场线的性质完全相同的错误概念；在习题设计中，将点电荷的初速度方向总是选择与磁场方向垂直，这会造成学生总是采用

F=qvB

来计算洛伦兹力的大小。

二、错误概念转变的教学策略

结合大学物理教学中学生常见的错误概念特征及其成因，有以下几种教学策略可以在教学中运用：

（一）教学前熟知常见错误概念

概念转变的前提是需要教师首先了解或者诊断不同的物理知识中，学生容易出现的错误概念有哪些，分析可能出现的原因，并以此设计教学。一般而言，教学前了解和诊断学生错误概念的常用方法主要有谈话法、纸笔测试、概念图等，运用这些方法可以比较准确地掌握每个学生的错误概念，帮助教师了解某个物理知识中学生普遍存在的错误概念。因此，教师可以综合考虑运用这些方法，全面了解学生的错误概念。

具体而言，纸笔测试法可能会比较精确、便捷地了解学生的错误概念，但运用起来比较耗时费力，对于常规教师教学而言效率较低，往往运用于对学生错误概念的诊断和评价研究中；文献法一般是教师阅读相关文献，从文献中梳理出学生在相关教学内容上会出现的错误概念，这种错误概念具有普遍性，而错误概念的表现程度也会有所区别，因此可以和访谈法结合起来考察，在正式教学之前，教师可以围绕教学内容，由浅入深地了解学生的已有知识，这样的方法可以了解个别学生的错误概念，具有针对性。

概念图是由概念、概念间的连线及链接语、概念的例子组成的一个知识结构网络，反映了学生头脑中已经形成的认知结构，体现了学生对某一领域知识的理解。一般来说，概念图包括六个部分：概念、分支、水平层次、同一分支下概念间的连接线和连接语、不同分支下概念间的连接线和链接语、例子。在教学前，教师可以鼓励学生画出自己的概念图，在学生呈现的概念图中，可以发现学生头脑中存在的错误概念、错误理解和知识的欠缺。

总之，教学前教师可以根据自身教学进度的安排、学生的学习情况、教学内容等综合考虑运用文献法、访谈法、概念图或者纸笔测验等全面了解学生的错误概念。

（二）教学中交流操作激发认知冲突

建构主义认为，学习是一个意义建构的过程，学习者不是简单被动地接受信息，而是主动在操作或者交流过程中主动建构知识的意义。当学生遇到已有经验无法解释的新现象或新观点时，面对新旧经验的不一致，便会体验到一种认知上的不平衡，即产生认知冲突。

在教学过程中，教师应该为学生创设基于错误概念的问题情境，让学生产生认知冲突，之后鼓励学生合作交流、积极探究寻求问题解决的办法。在此过程中，学生的认知结构也会发生变化。在这部分教学策略的实施过程中，教师应该多利用线上教学资源，通过视频、仿真实验等方式，让学生容易产生错误的概念形象化。在线上授课期间，教师也可以通过每隔一定的时间设置能够引起学生认知冲突的题目让学生参与讨论，题型一般以选择题为主，这样可以方便学生作答也方便教师掌握学生的学习情况。

概念学习也需要教师的支架作用，在鼓励学生交流合作的同时，教师应该适当引导学生向科学概念的方向探究，为学生适当提供支架。随着活动的进行，逐渐减少外部支持，让学生独立活动，直到最后完全撤去支架。

（三）教学之后及时应用与引导学生反思概念

错误概念的转变意味着学生需要打破原有的认知结构，重新建构新的认知结构，然而，错误概念具有顽固性，让学生一次性理解科学概念是不符合认知规律的。因此，在概念转变教学之后，让学生体验到新概念的有效性才会加深学生对新概念合理性的认识，最终才能把新概念稳固地纳入认知结构中。因此，出示新的问题情境，鼓励学生运用新的科学概念解决一些实际问题可以加深学生新概念的学习。

此外，教学结束之前，及时评价与引导学生反思概念转变的过程，帮助学生梳理原有概念的不合理以及新概念的有效性。通过对比新旧概念，可以强化学生对新概念的理解。