论中学物理教学中的概念转变策略侯新杰霍思含(河南师范大学物理与信息工程学院，河南新乡，453007)摘要：学习物理知识、形成科学概念的过程是在教师的帮助下转变学习者头脑中C有的 前概念的过程本文针对物理教学中普遍存在的错误概念难以转变的问题，依据建构主义学 习理论，阐述了中学物理教学中的概念转变策略，以期改善物理概念教学效果关键词：前概念;科学概念;概念转变;教学策略自1982年美国康奈尔大学Posner等人提出著名的概念转变模型(conceptual change model,简称CCM)山后，“概念转变”研究成为科学教育领域关注的热点之后，各种研究 成果大量出现：形成了概念转变理论的多维解释框架，衍生出诸多建立在基本理论的不同方 面的教学策略同时，为了探测前概念和检验概念转变的结果，研究者还开发了一些有效的 测评工具如 FCI121 (Force Concept Inventory, Hestens,1992)和 CSEM^ (Conceptual Survey of Electricity and Magnetism,Maloney,2001 )o借鉴国外已有的研究和工具，自90年代后期开 始，我国科学教育研究工作者也展开了对概念转变的理论和实践探讨，拓宽了概念转变研究 的视角。
本文在分析已有研究成果基础上，系统阐述物理教学中概念转变的策略，以期改善 物理概念教学效果前概念及其对教学的影响前概念是指学生在没有接受正式的物理教育以前，对所感知到的现象、生活川的常识与 经验进行总结加工所得的认识和理解⑷在学生形成的前概念中，有些是与科学知识相一致 的，对以作为新知识的“生长点”，但也有很多是与当前的科学概念相违背的，是错误概念这些错误概念严重阻碍了学生对科学概念的建构因为学生是花了相当多的时间与精力 形成了自己的“朴素理论”(naive theory),学生头脑中的这些常识性的朴素理论往往是对自 然界的先入为主的印象，又是切身体验到的东西，属于自己的精神财富，是认识和理解生活 中某些自然现象的宝贵工具因而，学生往往对此深信不疑，并试图将这些错误概念迁移到 对新环境、新现彖的解释中去比如，爱因斯坦就曾清楚地认识到个体建立永久正确的“运 动和力的关系”的难度，在《物理学的进化》里，他与英费尔德就这一经验学习过程描述 如下：假设一个物体处于静止状态，要改变这一物体的位置，需要给它施加力，比如推、拉 或提，也许要用到马和蒸汽机我们会本能地把运动与推、拉或提这些动作联系起来，自己亲自试过几次后，更会认 为，要让物体运动得快些就要施加更大的力。
于是我们得出以下的结论：物体受的力越大，其速度就越大，用四匹马拉车肯定比两匹马快，直觉告诉我们，速率 直接由所受的力引起……”⑷显然这种靠直觉进行的推理是不恰当的，它导致了对运动的错误理解，而这一错误竟然 沿用了近两千年……学生也是这样，他们往往不会因教师告诉他们科学概念而“除掉”脑袋 中已有的错误概念因此，错误概念的顽固性致使教师不可能通过传统的教学方式使学生轻 而易举地形成科学概念同样，学生若只是单纯记忆概念，精力集中于解题策略或诀窍上, 仅仅把取得好的成绩作为学习的价值取向，这也是很难实现头脑中错误概念转变和对科学概 念本质的理解可见，正式开始学习物理之前学生头脑中存在的错误概念対教学产生的巨大 阻力是造成学生物理学习困难的一个重要原因二、中物理教学中的概念转变及其策略概念转变理论是在对前概念研究的基础上产生的所谓概念转变是指个体原有的某种知 识经验由于受到与此不i致的新经验的影响而发生的重大改变⑸需要说的一点是，这里的 “概念”与心理学的一般的狭义理解不同，而是指与某个概念相关的所有知识，如“力” 这一概念包含个体知道的关于力的所有知识，比如什么是力、力的作用情况、力与运动的关 系等等。
建构主义认为，学习过程是学生建构自己的知识经验的过程，即学生通过新旧经验的相 互作用来发展自己的知识经验新旧经验的相互作用过程存在两种相反的运动：同化和顺应 同化是指学生把外在的信息纳入到已有的认知结构，以丰富和加强已有的思维倾向和行为模 式顺应是指学生已有的认知结构与新的外在信息产生冲突，引发原有的认知结构发生调整 和变化，从而建立新的认知结构学习不仅是新经验的获得（同化），同时又是既有知识经 验的改造（顺应），而概念转变正是从顺应的侧面來研究知识建构的过程，揭示学生的错误 概念及其转变的规律⑸顺应的发生离不开学生的自我调节，从认知心理学的角度看，中学 物理教学过程即应当是一个学习主体起自我调节作用的平衡过程，乂应当是一个培养和提高 学生元认知能力的过程⑹基于此，下面从策略层面谈谈中学物理教学如何实现学生从前概 念向科学概念的转变一） 探测学生前概念有意义学习的提出者奥苏贝尔（D.P.Ausubel）曾在1978年出版的《教育心理学：认知观》 一书的扉页上写道：“假如让我把教育心理学仅仅归纳为一条原理的话，那么，我将一言以 蔽之：影响学习的唯一最重要的因素就是学生己经知道了什么，要探明这一点，并应据此进 行教学。
⑺建构主义学习理论也认为，学生不是空着脑袋进教室的前者说明有意义学习 的实质是要使新知识与己有观念建立实质性的联系后者反映出学习是学生已有知识经验的 改造所以教师首先了解学生已有的知识经验，尤其是了解学生的前概念是教学过程中不可 或缺的步骤诊断性评价是揭示学生的前概念的有效手段所谓诊断性评价，就是通过一定方式发现 学生学习中存在的问题，分析这些问题产生的原因，从而为改进和调整教学策略提供依据向 对于学生中的有些前概念，比如自由下落的物体重的下落的快，斜面上的物体耍受到一个“下 滑力”等，教师可以凭借自身学习过程的回忆、教学经验的积累、物理学史的学习和参考研 究者对中学生前概念的测试结果进行判断对于学生中一些隐蔽性的，存在个体差异性的前 概念，教师可以通过访谈、自编问卷调查、制作概念图、出声思考等方式进行比如我们可 以制作“磁极间的相互作用”的概念图，来了解学生对这一概念的理解情况教师只有通过 探测学生的前概念，认真分析其成因，才能对教学策略的选择和实施做到有的放矢二） 选择合适的概念转变策略目前关于概念转变的有效教学策略主要有：建立在认知冲突和解决冲突基础上的教学策 略；建立在类比基础上的教学策略；培养学生元认知的教学策略。
⑼下面结合物理教学给予 具体阐述1建立在认知冲突和解决冲突基础上的教学策略建立在认知冲突和解决冲突基础上的教学策略主要针対学习者拥有的前概念与科学概 念是相互冲突的为了实现概念转变，必须使学习者的认知发生冲突、动摇其前科学概念, 从而建立科学概念°此类概念转变策略的实质就是新旧经验的顺应实施该策略时，关键在 于认知冲突的引发在物理教学中引发认知冲突的有效方法主要有学生实验和设置问题情 境现以人教版初中物理九年级第十三章第五节“浮力”的内容为例來体现这两种方法的具 体运用在全日制义务教育《物理课程标准》的内容标進中对该节提出的要求是：通过实验探究, 认识浮力知道物体浮沉的条件经历探究浮力大小的过程知道阿基米德原理W尽管学生在小学科学课中对浮力这一概念有初步了解，但一些学生依然存在下面儿种比 较有代表性的前概念：①认为物体的浮力跟物体的轻重（质量）有关，轻的物体在水中上浮; 反之下沉②认为浮力和浮沉都是物体本身的一种属性木块具有浮力，在水中会上浮；铁 块不具有浮力，在水中会下沉③物体之所以上浮是因为有空气进入物体内人教版九年级《物理》教材编写者或许已经考虑到学生已有的前概念，本节课一开始的 两个富有“矛盾性”的问题“在水中下沉的铁块，也受到浮力吗？ ”“同样用钢铁制造的轮 船，为什么能浮在水面呢？ ”和接下来的“想想做做”栏目下的三个小实验足以让学生头脑 中关于浮力的错误概念产生动摇，进而使学生产生了探究“浮力的大小到底和哪些因素有关” 的兴趣和热情|山。
需要注意的是，在通过实验事实引发认知冲突吋，简单呈现信息的实验 对于转变学生的前概念收效甚微有效的实验方法要求教师向学生提供这样一种经历，即学 生不仅仅是在处理材料，而且要通过观察提出问题，与教师和同伴讨论他们的发现，设计进 一步的调查，即学生进行的不只是“动手做”而是“动手动脑的活动”还可以运用设置问题情境的方法來引发学生的认知冲突比如在一些偏远的农村中学 中，有教师发现学生在课堂上暴露一些错误概念以后，并不急于更正，给学生呈现科学概念, 而是通过设置以下问题情境一个50g的小塑料球漂浮于水面而100g的小铁球下沉但是, 一个500g的大塑料球依然是漂浮于水面的用铁桶从井中提水，在逐渐提出水面的过程 中，你所用的力的大小有何变化？ ”、“氢气球可以脱手上升，为什么用口吹起的气球总是 下落？ ”等等在学生不断质疑，不断解惑的基础上，同样可以有效的转变学生的前概念 当然，教师所设置的问题情境必须于学生的生活经验相联系，不超出学生的认知能力范围， 是一个对客观事物进行全面考察的图景这样更容易反映出概念的本质，对于认知冲突的引 发才能凑效上述两种引发认知冲突的策略都离不开教师启发性的提问诃见课堂提问也是教师进行 概念转变的一个有效的教学行为。
因为提问可以促使学生在其错误概念上向前走，经过相互 讨论，迫使他们注意到所想象到的情况根本不会发生而产生认知冲突认知冲突的解决需要学生产生认知冲突的基础上，通过合理地提出猜想进行探究，经过 抽象概括最终形成科学概念市于学生的前概念是对个别物理现象的简单概扌舌，常常忽略了 事物之间的本质联系，在学生意识到己有知识与科学概念之间的距离时，教师应该引导他们 去分析各种物理现象，归纳发现事物之间共同的、本质的特征或联系，降低事物之间的复杂 程度，进一步概括为科学概念这也正是科学概念的过分简洁性造成了前概念和科学概念之 间的差异，对学生的抽彖概括能力提出了较高的要求可见，抽彖概括是科学概念获得和发 展的重要思维方法问，是学生概念转变学习过程中必不可少的一步2建立在类比基础上的教学策略类比策略也可称为“架桥策略”学生学习科学概念时，将前概念与要学习的科学概念 之间进行类比，这就好比在学生的前概念与科学概念之间架起了一座“桥”该策略包括四 个基本的步骤：①创设一个“靶子”问题，暴露学生的前科学概念②教师举出一个符合学 生直觉的类比例子，这个例子被称Z为“锚例”③教师要求儿童在“锚例”和目标概念Z 间做出明确类比，并试图建立类比关系。
④如果儿童没有接受这种类比，教师再试图找到一 种架桥类比（或一系列架桥类比），即在目标和“锚例”之间插入“概念化的中介物”如下面 教师利用这种策略转变学生认为被动的桌子'不会对放在其上的书产生一个向上的力” 的错误概念的过程，如图一问込贏英：•叮•代A叫•敗・「立••化拠・•」・*••代"Jtt必叫諦斗纽•詁血喘的尢人实缴总宀氓喘約尢•沁轎图一学生认为当书放置在弹簧上时，弹簧“想”回到他原來的状态，要对书一个向上的力 而由于桌子是固体的它不会“想”恢复到原来的状态，对书产生向上的力是不可能的教师 通过呈现把一本书放置在富有弹性的薄木板上，学生把这种情况与2中的情景类比，认为木 板也''想”恢复到原来的形状，书依然受到一个向上的力又通过与1类比认为书受到了桌 子对它有一个向上的力，只是感觉这个桌子的木板太厚，只是我们没有觉察到罢了教师避开直接从“弹力”产生的实质或其他方面而采用类比策略帮助学生去理解概念, 显得更容易让学生（尤其是低年级学生）接受这能够顺利解决学生抽象思维能力发展的阶 段性局限，但有时处理不当也可能会导致学生产生新的“错误概念”如用形象“水流”来 类比抽象的电流，虽易接受，但这种类比本身就有科学性错误。
但也有学者在对前概念进行价值判断时，。