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从学生的角度谈中学物理概念的建构

时间:2022-04-14 08:08:10 浏览次数:

从笔者多年从事中学物理教学的经验来看,有一个结论大概是可以得出的,那就是几年的学习并不能保证学生对每一个物理概念的理解都是有效的.甚至可以肯定的是,即使对于最为基本的一些概念而言,总有学生历尽中学三年的学习而不入其门.那么,中学物理教学中的概念构建为什么会有如此大的困难呢?较好的思路应当是从学生的角度切入.这意味着教师对自身教学的研究基础不再是仅仅局限于物理,而是学生的学习.这原本也不矛盾,因为学生只会按照他们自身的逻辑去建构概念,而不是按教师的想像去建构概念.事实上,当下“以学定教”的教育理念的确定,也正是基于这样的考虑.

1学生的先前认知是物理概念建构的基础

在中学物理教学研究中,学生的前概念对于物理概念构建的影响,有着可谓是“汗牛充栋”的研究成果,这对于物理概念教学来说起到了积极的影响作用.与此同时也应当看到,即使教师高度重视学生的前概念,也不能保证学生能够有效地构建出科学的物理概念.这是什么原因呢?笔者以为对前概念的研究只是关注了学生已经有了哪些前概念,而没有关注学生为什么会形成这些前概念.也就是说实际上这多少有些只研究其然而不研究其所以然的意思.相反,如果更深入地关注学生的那些前概念是如何得来的,也就是关注学生的先前认识,往往可以让中学物理概念的教学有一个更为坚实的基础.

以“力”的概念构建为例,这一看似简单的概念可是从某种程度上讲又是最为复杂的概念.学生在初中阶段知道了“力是物体对物体的作用”,到了高中阶段强调“力是改变物体运动状态的原因”、“力是物体产生加速度的原因”,而事实上力的概念在电学、原子物理学中又不可或缺,因此将宏观世界中构建出来的力的概念迁移到微观世界中,同样存在着建构的复杂性.其实即使在宏观世界中,当情境发生改变时,学生对力(包括运动)的认识同样会出现错误,笔者曾在学生高三毕业之前做过一个简单的调查,发现仍然有近20%的学生认为竖直上抛的硬币受到一个所谓的上抛力的作用,还有近30%的学生认为摩擦力的方向总与物体运动的方向相反.学生为什么会有这样的认识呢?其实还是先前认知在起作用,“有力就运动,无力就停止”、“摩擦力总是起阻碍作用”等理论可以解释的事实在生活中大量存在,而仅凭某些物理习题的解答并不能改变学生的这一认识.

应对学生错误的前认知的办法可能不多,唯有以新的认知方式替代旧的认知方式,或者用反例对旧的认知方式进行证伪.需要强调的是,这样的过程必须坚持进行,不能等到习题出现时再讲解,总的来说,不要让错误的前认知继续发挥作用,是帮学生奠定坚实概念构建基础的重要保证.

2学生的思维方式是物理概念建构的关键

从建构主义的观点来看,概念是学生构建出来的.尽管建构主义的学习观点在其它学科中受到了挑战,但应当看到源于科学研究的建构主义观点,对于中学物理教学中概念的构建还是有着强烈的启发意义的.而建构主义学习观点除了关注学生的先前认知之外,就是关键在于学生在科学概念构建过程中的思维方式.

譬如,力学中另外一个重要的概念“惯性”,初中阶段对惯性的教学相对简单且机械,到了中学物理中惯性的认识相对更为深入.笔者曾经在物理教学中做了一个小游戏:用flash做了一个互动的动画,动画中有一个沿直线向前跑动的小孩,直线之外有一个垃圾桶,在小孩跑动的过程中可以单击鼠标,以让小孩手中的纸团抛出去.学生对此相当感兴趣,但有近一半的学生在选择了小孩与垃圾桶连线与直线垂直时单击鼠标,显然学生此时没有惯性概念,或者说之前构建出来的惯性概念只在回答某些简单问题时才起作用.

这看起来是一个物理概念的记忆问题,其实却是学生的思维方式问题.物理学习中有一个重要的思维方式,那就是以物理知识(概念和规律)去作为看待物体运动的依据,而不是基于生活经验的一些错误直觉.但学生要树立这样的思维方式需要很长的时间,这一过程中的一个行之有效的方式,就是假设反证的思维方式.归纳可以发现,几乎所有错误思维方式得出的结果,都可以通过反证的方式证明其不合理.让学生在思维的时候带着反证的方式去思考答案有没有可能不合理,实际上是学生元认知策略形成的一种表现.譬如上面的惯性例子中,假设正投可以投中,那就意味着纸团飞出过程中失去了原有运动方向的速度,而这与惯性的概念是矛盾的.

很多人都是从方法的角度来看待反证的,而笔者却认为应当从思维方式的角度来看待.因为反证首先应当是一种思维方式,其后才是具体的方法,如果学生没有在反证思维的意识作用下形成一种思维的方式,那作为方法是无法存在的.

3学生的概念运用是物理概念建构的保证

一个概念是否被成功地构建,关键看学生能够熟练地运用概念.当然,笔者这里所说的运用不是概念的直接填空,而是在某种情境下的活用.

如“冲量”概念的建立,教材上常常是在“恒力作用”的基础上进行的,这是一种理想化的处理,优点在于简化了物理情境,让学生的思维难度有所降低.但对于中学生来说,这种难度的降低实际上也降低了学生的兴趣,从而也降低了思维的含金量.实际上如果通过一些实际情境的创设来提出问题,学生的思维会活跃得多.如“一只篮球与地面碰撞时,地面对球有什么样的作用效果,又如何求这个作用力的大小呢?”这样的问题更具挑战性,实际上也是锤炼学生的应用意识.事实上学生对此问题的解决会调动学过的所有知识,但结果是无法求解.然后进行了冲量概念的建立之后,再来运用所学知识解决这个问题,学生会发现问题的解题要方便得多.更重要的是,在实际生活中可以运用冲量知识(包括之后的动量定理等)解决许多问题,而每一次运用其实都是对物理概念的深化.唯有运用,才能让物理概念最终得到有效的构建.

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