初中生物理前概念调查

初中生物理前概念调查摘要：本研究通过访谈初一学生及中学物理教师发现:学生头脑中存在大量物理前概念;这些物理前概念的成因来自于多方面;在教学中，教师对学生的物理前概念有所认识，但是通常不能自觉地、正面地利用这些前概念开展科学概念的教学。[关键词]初中生前概念前科学概念错误概念一、问题的提出概念是思维的细胞，是学科知识体系的基石和核心。正如奥苏伯尔所言:“影响学习最重要的因素是学生已经知道什么，我们应当根据学生前概念的状况去进行教学。”在教学过程中，教师只有明确学生的前概念，才能采取有针对性的教学策略，帮助学生完善前科学概念，纠正错误概念，从而形成科学的概念。本研究重点考察初中物理前概念比较丰富的两个知识点—“摩擦力”和“惯性”。二、研究方法(一)被试本研究主要通过一系列的访谈来调查上述问题。访谈对象包括:从北京两所中学随机选取的24名初一学生(其中14人来自一所普通中学，10人来自一所重点中学),5名中学物理教师(2人来自北京一所普通中学，另外3人分别来自北京二所重点中学)。(二)研究程序本研究历时半年，具体的研究过程如下:首先，编制访谈提纲。为了编制对中学生的访谈提纲，研究者分别对部分中学物理教师以及北京师范大学物理专业4+2教育硕士进行了预访谈，了解中学生在学习物理概念时是否会受到前概念的影响，以及常见的物理前概念及其可能的成因。基于预访谈的成果，确定了重点考察其中前概念比较丰富且不易改变的两个知识点—“摩擦力”和“惯J性”，并编制出对中学生的访谈提纲。其次，访谈初一学生。研究者于2004年10月9日、12月2日分别对北京两所中学共24名初一学生进行了集体访谈。最后，访谈中学物理教师。依据对初一学生访谈内容的分析整理，研究者对5名中学物理教师进行了访谈。三、研究结果与分析(一)初中生的物理前概念1.关于“摩擦力”的前概念。访谈中，学生都能列举生活中的事例来说明什么是摩擦力及其特点。比如学生提到:“头发和毛衣摩擦会起静电”;“钢尺在头发上擦一下能吸起纸屑”;“节日里气球在头上擦一下可贴在墙上”。还有学生说:“走路时鞋底和地面产生摩擦，鞋底可以产生抓地力，可以防止打滑。”有学生明确指出了摩擦力的作用:“摩擦可以生热，冬天如果手冷了，互相搓一下手可以取暖。”还有学生认为:“摩擦力既有利也有害。某些工业生产上增加摩擦力可以增产，交通上减少摩擦力可以使车子行驶得更快。”当访谈者请学生对摩擦力下一个定义时，有学生说:“能让某些物体拽住另一个物体使其停止或豁附在它身上的力。”还有学生下的定义是:“在现有的科技水平下，物体不可能绝对光滑;两个物体之间必然存在着力，就如万有引力一样。”在回答摩擦力对物体运动有什么影响时，大多数学生表示:“我觉得摩擦力只能使物体静止，不会使它运动。”很多学生谈到了摩擦力大小与速度的关系:“一个物体快速运动时在另一个物体上会产生更大的摩擦力。”“速度越大，就需要更大的摩擦力让物体停下来。”可见，学生将摩擦力，大小与物体的运动速度错误地联系起来。但也有学生提到了摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系:“防滑的鞋底有花纹，比较粗糙，这种鞋底能够和地面产生较大的摩擦力但达到这种理解的学生为数较少。总之，通过访谈可以发现学生对于“摩擦力”有比较丰富的前概念，其中有一些合理的成分。2.关于“惯性”的前概念。在访谈中，了解了初中生对于“J赓睦”的性质特点、大小、存在及其与运动关系的基本认识。关于什么是惯性及其特点，学生都能列举出生活中的事例来说明。如，“汽车刹车时，虽然踩了刹车，但车还会往前行驶一段，就是靠惯性。”“物体在快速旋转时，比如电风扇在急速旋转时，不会马上停下来。想让停下来时，它也要慢慢的才会停止。”“跑步冲刺到终点时，不可能一下就停下来，还要再往前冲两步”等等。当讨论惯性大小的问题时，有学生说:“过山车下坡时惯力很大，上坡时有惯力就能冲上去。下坡的坡度越大，惯力就越大。”对这一说法，大部分学生表示同意。由此看来，学生不仅将物体的动能与惯性混为一谈，而且还没有真正理解“力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因”，从而错误地将惯性视为惯性力。还有学生表示:“惯性也与高度有关。如果在桌子上摊开一本厚书，把一杆铅笔放在上面，书越厚，笔滑下来的速度就越大，惯性就越大。”当询问学生静止的物体是否有惯性时，有学生说:“运动起来的物体才有惯性，如果物体是静止的，就没有惯性。”还有学生说:“比如刹车或是跑步，刚停下来时惯性还是很大，后来会慢慢变小。但还有运动的惯性，等到停下来的时间长了，以后惯性就完全消失了。”这一说法也得到大多学生的赞同。可以发现，学生在惯性前概念中存在诸多错误，比如视惯性为“惯力”，将物体的惯性与物体的运动相联系，从物体是否运动来判定惯性是否存在，而且认为惯性可以消失，认为惯性的大小与物体运动的速度或是物体所在的高度有关等。(二)物理教师对学生前概念的应对情况对于访谈所揭示的学生的物理前概念，教师表示:“看到学生的这些认识一点也不奇怪!因为在教学中经常要与它们打交道。”至于在教学中如何处理学生的前概念，教师主要的态度和应对方式是漠然置之。概括地说，教师虽然认识到学生存在物理前概念，但在教学中仍然将其排除在外。在研究者介绍了前概念的相关理论，特别是前概念对科学概念学习的影响之后，教师感叹:“难J怪将刚讲过的问题稍微变化一下，看似听明白的学生就又不会了，原来是他们头脑中的错误认识还没有转变。看来要提高物理的教学效果，不能回避学生的前概念。”教师还提出了一些干预学生前概念的设想。如，“可以通过一些有针对性的实验来帮助学生改变自己的前概念。例如，在讲授惯性时，可以用这个实验:把重的秤陀和轻的笔放在同样的纸上，用同样大小的力抽出纸张;重的秤花因为质量大而不会随着纸移动，而轻的笔则很可能随纸张一起运动。这能很直观地显示惯性大小与质量有关。”又如，“可以在教学中使用从生活实际中录制的、有助于转变学生错误前概念的短片。对于初中学生来说，使用生活实践中的实例来证实他们以往从生活中所获得的前概念是错误的，才能让他们信服。”再如，“可以针对学生已有的前概念来拍摄实际的场景，彻底改变学生头脑中模棱两可的印象。像针对学生‘摩擦力总是阻碍物体运动’的前概念，拍摄生活中走路、冰面上的车子打滑、车子在烂泥里打滑等场景，然后再进行分析说明。”最后，物理教师们都同意，在物理教学中应当增加对前概念的教学干预。四、讨论(一)初中生物理前概念的特点通过访谈学生和教师，本研究证实了，在正式学习科学的物理概念之前，学生头脑中已经存在大量前概念。这些前概念既有共性，又有不同之处，表现出丰富的多样性。具体而言，初中生的物理前概念表现出如下特点:一是复杂性。每个学生的生活环境是不同的，不同的生活经验使学生具有不同的知识经验和思维方式，相同年龄阶段的学生对相同的物理问题有不同形式的前概念。在访谈中，学生的回答色彩纷呈，常常令人惊讶。二是顽固性。前概念是学生长期生活经验的积累结果，并在生活中不断地被强化，可谓根深蒂固。在访谈中，即使研究者提出与学生前概念相矛盾的事例后，他们仍然会寻找理由来维护自己的观点。三是自发性。心理学认为，个体学习概念的方式有两种:一种是从生活的体验中自发归纳出一类事物的共同属性，从而获得概念，即概念形成;另一种是在课堂学习条件下，用定义的方式直接向学习者揭示概念的关键特征，学生利用认知结构中原有的有关概念来同化新知识概念，从而掌握新概念，即概念同化。学生的前概念是通过概念形成的方式习得。也就是说，只要儿童有观察、感知相关生活现象的机会，他就会自发形成概念，事实上，这些自发形成的前概念并非个别儿童所独有，在物理学的发展历程中，甚至亚里士多德、伽利略等学者，也曾有过类似的错误认识。比如将物体的惯性视为'n性力。四是内隐性。前概念是在学生头脑中潜移默化形成的，平时并不表现出来。然而在学习时，这些前概念便会发生作用，并且干扰学生建立科学概念。(二)初中生物理前概念的成因本研究还发现，学生物理前概念的成因来自于学生、教师以及教材等多方面。1.学生方面的原因。首先是以偏概全的思维方式。在访谈中，研究者明显感到，学生经常是根据生活中的个别例证得出结论。比如，很多学生认为，运动的物体才有惯性，是因为“我们在跑步时，想停下来，身体还是会往前冲”;“汽车刹车后，并不会马上停下来”。但是，他们却忽略了生活中同样也存在表明静止物体也具有惯性的其他事例。如汽车启动时，我们的身体会后倾。其次是先人为主的生活经验或者说直观印象。有研究表明，许多学生对于热、运动、力、视觉等现象的前科学概念，在很大的程度上都是来自于直观印象。2.教师方面的原因。首先是教师自身的错误。本课题相关研究发现，由于缺乏很好的专业训练，教师自己也会持有一些错误概念，从而在教学中强化了学生的错误前概念。其次，由于教师对学生的前概念漠然置之，或打击压制，没有真正触动其头脑中的前概念。}z}所以，尽管教师讲授了科学概念，学生仍然不清楚为什么科学概念是正确的，与之矛盾的前概念不正确。如此，他们当然不会自动放弃头脑中根深蒂固的前概念。再次，教师讲解科学概念的方式不当，会导致学生产生错误概念。本研究通过老师和学生的访谈了解到，概念的教学并未得到应有的重视，在教授概念时，很多教师只是把概念的定义告诉学生，并未深人分析概念所涉及的关键属性;或者列举的事例不够全面，而且通常是只有正例，没有反例。这样的教学，容易造成学生对概念的学习不求甚解，从而产生错误概念。3.教材方面的原因。多数教材在呈现科学概念时，完全没有涉及学生的前概念。同时，在介绍科学概念时，所列举的例证往往比较片面，反而会强化学生的错误认识。比如，学生本来就倾向于认为摩擦力会阻碍物体运动，教材上虽然将摩擦力界定为“阻碍物体相对运动趋势的力”，但是列举的大多是摩擦力阻碍物体运动的例子。其实，为了帮助学生澄清认识，在教材中更多列举、更多强调摩擦力促进物体运动的例子，才是更恰当的。(三)本研究对概念教学的启示在多种因素作用下，学生对于物理现象形成了丰富的前概念。但是，物理教师通常没有利用这些前概念开展教学。由于学生没有机会充分思考和认识自己的“前概念”究竟存在哪些不合理之处，这些以生活中的鲜活体验为基础的、经常是根深蒂固的前概念就不会“自动”消失，科学概念也就难以真正建立起来。这种情况，可以在一定程度上解释物理教学的不理想状况。注:[1】施良方.学习论[M].北京:人民教育出版社，2000.[2]丛立新，李光蕊，于浩，尹朝莉.中学物理教师力学前概念调查报告—教师自身概念水平及对前概念理论的掌握[[J].教育研究与实验，2007(1).作者单位:北京师范大学教育学院由卜编:100875(责任编辑陈佑清)