充分暴露前概念实现知识正迁移

2018-04-20王长华

数理化解题研究 2018年9期

王长华

(浙江省金华市金华外国语学院 522001)

一、对“前概念”的理性认识

所谓物理前概念，是指学生在接受物理教育之前，通过自己的观察、体验、思考，对各种物理现象和物理过程的理解和认识.学生在平时的生活中，已经从大量的生活情景和现象中获得了很多物理学科方面的感性知识和朴素见解，比如“重的物体往往比轻的物体下落得快”等.这样的物理前概念，有的是正确的，有的是与正确理解相悖的，有的则是对物理本质的模糊认识.

因此，我们在平时的物理教学中，必须充分重视学生头脑中的各种各样的前概念，只有对学生进行充分的暴露，摸排和掌握这些前概念，才能采取正确的教学策略，完成物理知识的正迁移.

二、暴露 “前概念”教学策略

奥苏伯尔有一句话说的很好，“如果我不得不把全部教育心理学还原为一条原理的话，我将会说，影响学习的唯一的最重要的因素是学习者已经知道了什么.”从教育心理学的角度来讲，暴露“前概念”就是指在不加干预情况下对学生的原始水平进行的测试，其目的是为后续教学提供参照和依据.笔者提供了几个暴露“前概念”的手段：

1.基于证据进行猜想暴露“前概念”

物理学家的猜想往往是伟大发现的前奏，他们看似天马行空的猜想其实也是建立在自己学术和智慧的基础之上.在教学中，我们也可以让学生进行猜想，但是猜想要有根有据.这么做的目的就是因为学生写出来的根据其实就是他们的前概念.这种有束缚的猜想，不仅能暴露学生的前概念，而且还能和新知识发生联系.

案例1：比如必修1中《探究加速度与力、质量的关系》这一节可以提前设计一个小纸条问卷，进行前测.学生前测案例如下面两图，如图1、图2.

这个猜想暴露了学生头脑中存在的很多前概念，比如：与物体重力有关，因为重的物体(比如火车)加速慢，而轻的物体(比如摩托车)加速就快；与所受摩擦力有关，有摩擦力的物体速度变化慢，而没有的则会更快等.有些学生猜想写完后写根据，写着写着就发觉自己的根据站不住脚或者完全没有说服力.于是，自己对自己的前概念就进行怀疑、剖析、批判，不自觉的进入了知识迁移的过程.

2.利用课堂辩论暴露“前概念”

新课程要求我们以生为本，自然要求我们要设有听取学生意见的场合和机会，因为那是我们了解学生前概念的好时机.只要我们抓住这样的时机，就能促使学生把自己的前概念讲出来，而课堂辩论是一个很好暴露前概念的方式.

案例2：比如在选修3-1《恒定电流》中学习“电流强度”时，关于电流强度是标量还是矢量？学生有了不同的意见，于是我在黑板上写了一个标题：电流强度是矢量还是标量？正方：矢量.反方：标量.并请正反双发阐述自己的观点.

在老师稍稍鼓励之下，有同学就带头发表了意见.

同学甲(标量观点)：我们都知道I=q/t，对于一个等式，左右两边的标矢量的性质应该是一致的，显然q和t都是标量，所以I也是标量.

同学乙(矢量观点)：老师说过，既有大小又有方向的物理量叫做矢量，电流强度既有大小又有方向，所以我认为是矢量.

这样的辩论将学生头脑中的前概念和疑惑暴露的比较彻底.但这两种观点似乎是谁也说服不了谁的，因为在学生的头脑当中这两种观点都是对的.

3.利用学案导学暴露“前概念”

采用导学也是一种很好的暴露“前概念”手段，导学内容在整个导学案中的比重可以根据实际需要进行调整.而且，从某个意义上说，一个好的导学案也应该具有对学生已有知识进行前测的功能.

比如选修3-2第四章《电磁感应》一开始就需要探究电磁感应的产生条件，笔者设计了一个导学作业对学生实施学案导学.如下：

导学作业

(1)磁通量概念：设在磁感应强度为B的磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把____和____的乘积，叫做穿过这个面的磁通量.思考：如何用此磁感线条数形象理解磁通量？

(2)有一框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场相互垂直，对穿过平面的磁通量的情况是( )

A.如图3所示时等于BS

C.若从初始位置转过90°，磁通量为0

D.若从初始位置转过180°，磁通量变化为2BS

第(1)小题用来了解学生对磁通量概念和物理意义的掌握程度，第(2)小题是对磁通量及其变化量的相关计算的前测.学生都能答第一问，但是第二问好多选了AC，可见该生对磁通量的概念有一定的理解和掌握，但是对于磁通量的计算以及变化量的计算还有待加强和巩固.

三、科学前测实现知识正迁移的教学策略

1.利用实验进行正迁移

学生头脑中的很多思维都是抽象的或者属于生活经验型的，比如学生认为重的物体比轻的物体下落的快.要纠正这种片面的或者错误的前概念，可以通过演示实验来完成，从而促进知识正迁移.

针对前测案例1设计了如下的实验：

实验1：对比用小车甲(质量大)和小车乙(质量小)，在相同的外力的作用下在轨道上同时释放，可以看到乙运动较快.该实验符合学生的生活认知，与很多学生头脑中的前概念不谋而合，学生的认知在这个实验中处于平衡的状态.

实验2：增大小车甲的受力(也可以同时减小乙的受力)，同时释放，学生发现这回是甲运动的快.也就是说质量大的物体也可以比质量小的物体加速快.这个现象与很多学生的前概念发生了冲突.

在这两个实验的基础上，让学生思考怎么探究物体质量对物体加速度的影响也就顺理成章.在前概念冲突的基础上引导学生概括出控制变量的实验方法，再利用控制变量法设计探究性实验，最终得出在相同合力作用下加速度与质量成反比的特点，完成知识的正迁移.

2.利用合理情境进行正迁移

学生在高一初次接触“位移”这个概念时容易和“路程”概念混淆，因为位移是一个矢量，而学生对矢量的理解还不深刻，甚至觉得矢量是一个很抽象的概念.在这种情况下，可以创设合理的情境来促使学生对知识的迁移.

针对学生认为“位移”和“路程”差不多的前测结果.教师设计了相关的情景如下：(1)同学小张从校门口出发，走了100m，请问这位同学现在在哪里？(2)同学小黄从校门口出发，向东走了100m，接着又向南走了100m，请问，他现在的位置离校门口多少远？现在的位置在校门口的什么方位？而这个过程中他走的路程是多少？

对于情境中第(1)问，学生的回答是不知道，因为没有指明行走方向.从而让学生明白，初中学习过的路程概念是不能准确描述物体运动时位置变化的方向的，也就明白了引入“位移”概念的作用.而对于第(2)问则让学生体会到路程和位移的区别，由于是情景化的，学生易于接受，对于位移的计算方法也有了初步的了解.

3.利用理性分析进行正迁移

对于前面案例2显示出来学生对矢量和标量的理解有不到位的现象，我们又该采用何种方式来进行迁移呢？其实，此处只要抓住矢量的特点进行理性分析就可以完成.

首先在黑板上画出图4，从图4中可以看出，并联电路上两个支路的电流大小和方向与干路上电流的大小和方向，恰好符合矢量合成原理，似乎可以说明电流强度是矢量.那么到底对不对呢？

老师再画出图5，如果仍旧用矢量的合成法则(平行四边形定则)去求总电流，则总电流的结果不可能仍然是7A.但是根据我们已经掌握的电路知识，总电流的确应该等于7A.由此说明，矢量合成法则(平行四边形定则)在“电流强度”这个物理量上是不适用的，即电流强度不是矢量，而应该是标量.

从这个理性分析中，可以让学生对矢量有更深刻的认识，即除了平时经常提及的“既有方向，又有大小”这个标准外，矢量还应该符合“平行四边形定则”这个运算法则，即使学生头脑中是错误的前概念也得到正面迁移.

4.利用变式问题进行正迁移

变式问题或者变式训练是一种比较实用的教学手段，符合学生的认知规律，利用这种方式，也能很好的对学生已有的物理前概念进行正迁移.它往往是以学生脑海中的前概念或者某一道母题为模型衍生出相关联的问题或者知识，使学生触类旁通，举一反三.

比如必修1《牛顿第一定律》中“惯性”概念的教学就比较适合利用变式问题进行正迁移.学生在初中阶段已经对“惯性”这一概念有所接触，但是有些同学对惯性的理解并不深刻，利用惯性分析生活中的一些现象也不到位，甚至还有很多错误的前概念存在.高中的教学就是要让学生进一步理解“惯性”这一概念的内涵和外延.

模型情境：乘客站立在行驶中的公交车上，当公交车突然刹车时，乘客会有怎样的感受或者状态出现? (人的上身会往前方倾斜，甚至人都会向前摔倒，这是惯性的表现.)

模型变式：将一玻璃瓶装满水后密闭放在水平桌面上，匀速向前推动，发现瓶的中部有一个气泡处于如图6图示的状态.现突然用一物体挡住瓶子让其紧急“刹车”，则瓶中的气泡相对于瓶子将怎样运动？(学生普遍会回答：向前运动.教师因势利导，要让学生明白类比乘客的不是空气泡而是瓶中水，水的质量更大，它的惯性也更大，在瓶子加速时，水因为惯性会往前挤占空间，则气泡向后.)

这个关于惯性的变式问题，通过源于学生生活的较为生动的物理情境，将定性认识发展为定量比较，强化了“质量是惯性唯一量度”这一认识，是一次利用变式问题实现物理知识正迁移的成功实践.