（课程与教学论专业论文）高中物理摩擦力前概念及其转变的研究.pdf

辽宁师范大学硕士学位论文 摘要 纵观国内外研究发现，概念转变教学已经成为当前科学教育发展的主流方向，那么 在我国如何有效的实施概念转变教学，也已经成为科教领域的一个富有挑战性的课题。 某些错误前概念的存在，对学生科学概念的接受和理解产生不容忽视的影响，正因为如 此对前概念有效深入地研究，可以全面提高学生的学习能力和科学素养，对全面提高课 堂教学效果产生积极的作用。传统的教学只是注重新知识的传授，却忽略学生已经存在 的知识、经验，没有把学生在学习过程中的主体地位表现出来，直到建构主义在教育界 引起重视后，认为学习的过程是学习者自身积极主动建构的过程。学习者是通过新、旧 经验之间的相互作用来重新建构自己的知识结构。所以说，学习不仅仅是获得新的知识 经验，同时也是对旧有知识经验的改造过程。而概念转变教学正是以建构主义理论为指 导来转变学生的错误前概念，构建科学的知识体系。 本文首先介绍了国内外关于概念转变理论的研究现状，并提出了概念转变理论研究 的意义，分析了前概念的含义、形成的原因、鲜明的特点以及在物理教学中的作用，其 次描述了概念转变理论的含义及其理论基础和影响因素，然后通过分析、总结在相关研 究的基础之上设计有关物理摩擦力的教学模式，最后进行实践考察，具体是通过问卷调 查的方式对笔者所实习的高一学生关于摩擦力知识的前概念进行了调研，并针对存在的 问题设计概念转变教学模式，随后进行课程实施，课后进行及时后测检测教学成效。 结果研究表明：( 1 ) 学生普遍具有相似或相同的前概念。( 2 ) 前概念具有很强的 顽固性，对学生的错误前概念转化具有复杂性和艰巨性。( 3 ) 通过亲体力行的调查研 究显示，在前人研究的基础上创新而来的概念转变教学模式，对学生错误前概念的转变， 确实起到了一定的积极作用，为传统的教学方式提供了一种新思路、新方法。 关键词：前概念；概念转化；转化策略；教学模式 高中物理摩擦力前概念及其转变的研究 t h r o u g h o u tt h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ls t u d y a b s tr a c t t h r o u g h o u tt h ed o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a ls t u d yf o u n dt h a tc o n c e p t u a lc h a n g et e a c h i n g h a sb e c o m et h em a i nd i r e c t i o no ft h ed e v e l o p m e n to ft h es c i e n c ee d u c a t i o ni no u rc o u n t r y ，s o h o wt oe f f e c t i v e l yi m p l e m e n tt h ec o n c e p tt r a n s f o r m a t i o nt e a c h i n gh a sb e c o m et h ef i e l do f s c i e n c ea n de d u c a t i o ni nac h a l l e n g i n gt a s k o nc o n c e p t u a lc h a n g er e s e a r c hh a si m p o r t a n t r e a l i s t i cm e a n i n ga n dp r a c t i c a lv a l u e s o m ew r o n gc o n c e p t se x i s t ，o ns t u d e n t s s c i e n t i f i c c o n c e p to fc a nn o tb eo v e r l o o k e d ，b e c a u s eo ft h i sp a i ro fc o n c e p t sb e f o r ee f f e c t i v ei n - d e p t h r e s e a r c h ，c a ni m p r o v es t u d e n t s l e a r n i n ga b i l i t ya n ds c i e n t i f i ca c c o m p l i s h m e n t ，i no r d e rt o i m p r o v et h ee f f e c to fc l a s s r o o mt e a c h i n gt op r o d u c ep o s i t i v ee f f e c t t r a d i t i o n a lt e a c h i n gi s o n l yp a i da t t e n t i o nt ot h ei m p a r t i n go fk n o w l e d g e ，b u ti g n o r et h es t u d e n t sa l r e a d ye x i s t i n g k n o w l e d g ea n de x p e r i e n c et os t u d e n t si nt h el e a r n i n gp r o c e s st h em a i nb o d ys t a t u si nt h e s h o w ，u n t i lt h ec o n s t r u c t i v i s mi nt h ee d u c a t i o n a lc i r c l e sp a ya t t e n t i o nt o ，t h i n kt h a tl e a r n i n gi s t h ep r o c e s so fl e a r n e r sa c t i v e l yc o n s t r u c tp r o c e s s t h el e a r n e ri st h r o u g ht h en e w e x p e r i e n c e o ft h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt oc o n s t r u c tt h e i ro w nk n o w l e d g es t r u c t u r e ，s ot os a y ，l e a r n i n gi s n o t o n l yt o o b t a i nn e wk n o w l e d g ea n de x p e r i e n c eb u ta l s oo nt h e o l d k n o w l e d g e t r a n s f o r m a t i o np r o c e s s w h i l et h ec o n c e p t u a lc h a n g et e a c h i n gi sg u i d e db yt h et h e o r yo f c o n s t r u c t i v i s mt oc h a n g es t u d e n t s e r r o r sb e f o r ec o n c e p t i o n ，c o n s t r u c tt h es y s t e mo fs c i e n t i f i c k n o w l e d g e t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed o m e s t i ca n do v e r s e a sr e s e a r c ho nc o n c e p t u a lc h a n g et h e o r y a n d p u t sf o r w a r dt h ec o n c e p t u a lc h a n g eo ft h es i g n i f i c a n c eo f t h es t u d y ，a n a l y s i so ft h ef o r m e r c o n c e p t ，c a u s e s ，d i s t i n c t i v ef e a t u r e s a sw e l la si nt h ep h y s i c st e a c h i n g ，f o l l o w e db yt h e d e s c r i p t i o no fc o n c e p t u a lc h a n g et h e o r ym e a n i n ga n ds u p p o r ti t st h e o r e t i c a lb a s i s f i n a l l yi n t h er e f e r e n c ea n dt h er e l a t e dr e s e a r c hf o u n d a t i o n ，t h r o u g ht h eq u e s t i o n n a i r es u r v e yw a yo n m yi n t e r n s h i ph i g hs c h o o ls t u d e n t sa b o u tf r i c t i o nk n o w l e d g ep r i o rt oc o n c e p t i o nu n d e r t o o k s u r v e y ，a g a i n s tt h ee x i s t i n gp r o b l e m sa n dt a k ec o r r e s p o n d i n g c o n c e p t u a lc h a n g et e a c h i n gm o d e lo fc u r r i c u l u mi m p l e m e n t a t i o n ，a f t e r - s c h o o lt i m ea f t e r t e s t i n gt e a c h i n ge f f e c t i v e n e s s r e s u l t sf r o mt h es t u d yi n d i c a t et h a t ：( 1 ) s t u d e n t sg e n e r a l l yh a v es i m i l a ro ri d e n t i c a l c o n c e p t s ( 2 ) b e f o r et h ec o n c e p tw i t hs 订o n gi n t r a c t a b l e ，t h e e r r o ro fs t u d e n t sb e f o r e c o n c e p t i o nt r a n s f o r m a t i o nh a sc o m p l e x i t ya n da r d u o u ss e x ( 3 ) t h r o u g ht h ec l o s ep h y s i c a ll i n e s u r v e y , b a s e do nt h ep r e v i o u sr e s e a r c hi n n o v a t i o na n dc o n c e p t u a lc h a n g et e a c h i n gm o d e l ， s t u d e n t sw r o n gc h a n g e ，a c t u a l l yp l a y e dac e r t a i np o s i t i v er o l e ，f o rt h et r a d i t i o n a lt e a c h i n g m e t h o d sp r o v i d e san e wt r a i no f t h o u g h t ，n e wm e t h o d 辽宁师范大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：f o r m e rc o n c e p t ；c o n c e p tt r a n s f o r m a t i o n ；t r a n s f o r m a t i o ns t r a t e g y ；t e a c h i n g m o d e 辽宁师范大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 问题的提出 物理概念是构成整个物理知识体系的基本元素，同时也是物理思维的基本表现形 式。许多科学部f - j 幂l l 技术生产领域都要运用到物理知识。它不仅对人类的思维发展产生 很大的影响，同时也为人类对自然认识的深入和物质精神文明的进步起到巨大的推动作 用。 以学生为本，注重学生身心的全面发展是当今素质教育的主流方向。在高科技迅速 发展的当今，只有全面发展的人才才能跟上时代的步伐。传统的教学中，老师完全掌控 课堂，教材上的概念、定律、定理、被教师奉为全部的教学内容。记忆、背诵、做练习 题就是主要的学习方法。教师对于科学知识中所蕴含的科学内涵、科学精神不闻不问， 完全将科学知识看作静态的结论。教师以应试为教学的终极目标，生吞活剥的把课本的 知识以满堂灌的方式灌输给学生，将学生的创新能力、实践精神、个性发展活生生的扼 杀在襁褓中。 以实验教学为例，课堂教学透过如同“烹饪大全”的实验室，去寻找出已经事先设 定好的正确结论，并将其称之为实验活动。学生遵循如同处方笺的方法，撰写问题、拟 定假设、操控变量确认假设成立与否，书写结论，最终获取优秀的成绩。然而即便学生 经历了一个实验过程的研究，实际上却是空手而回。探索未知的兴奋与向往和科学设计 的想象空间在老师的无心、按部就班、不能出现错误的命令下而变成一种浪费时间的历 程。 但是随着改革的不断发展，科学教育越来越向学生的科学学习靠拢。基础课改的教 育理念是突出学生的本位。如今科教的目标已经不再是以培养少数精英为目标，而是以 提高全体学生的素养为指向。因此当今科学教育教学的方法已从传统的“填鸭式”向自 主建构式发展。 理科教学顺利实地实施是理科教育的目标所在。透过国内外科学教研的视角来观 察，我们不难发现，科学学习是一种概念转变的过程。建构主义理论认为，学生学习科 学概念不能仅仅靠教师的传授，那样是没有效果的，基于原有经验的概念转变学习是科 学概念学习的最基本途径。目前在我国基础教育与课程改革已蔚然成风的大趋势下，怎 样能更有效地实施概念转变的科学教学已经成为眼下科学教育领域中的一个崭新的挑 战。 高中物理摩擦力前概念及其转变的研究 大量的研究证明，学生在接受正式物理课堂教学之前，通过各种方式，例如，日常 生活当中根据自己的经验，从自身的角度出发，本能地了解和理解周围世界的形形色色 的现象。在不断的顺应和探索的过程当中，自发的形成了一些比较固定的想法和观念。 其中有些观念是对客观事物表面的、非本质的认识。特别是在当今信息技术飞速发展的 时代里，学生们更是受到了来自方方面面的影响，他们带着长期积累的经验进入高中课 堂，其中某些错误的认识会直接对他们正确的认识物理教材、课堂讲解、物理实验现象 的观察和理解产生极大的影响，严重的阻碍了科学概念的建立。并且，在传统的教学当 中，教师往往只看重知识的传授而忽略原有知识对学生的影响，单纯的认为只要把课本 中的知识正确的讲解，学生就会接受认同。但是正确的知识传授有时候并不能使学生原 有的错误观念彻底根除。大量的研究表明，错误的或部分错误的前概念具有很强的顽固 性，所以教师更应该注重学生知识的重构过程，努力优化完善和提高学生的知识结构。 那么，在这种情况下，如何能更好地实现错误概念有效的转变，这是实施概念转变 研究的当务之急。实践证明，只有充分重视学生的主体地位，倾听他们的各种想法，明 确学生认知结构中具有什么样的错误观念，并且采取有效的教学策略，才能够从根本上 转变学生头脑中的错误前概念，达到教育教学的期望目标。因此针对学生物理概念转变 方面的研究，能够选择恰当的教学方法和课设计，对物理教学的改革将大有裨益。 基于此，笔者试图通过问卷测试和访谈结合的方法，对高中学生在摩擦力方面的概 念理解及其概念转变上做些研究，揭示他们都存在哪些物理前概念，并且分析这些概念 产生的原因，然后进行有效的转变策略的课程实施，并对结果进行进一步考察、分析、 验证、总结，虽有不足之处但也确实收获到一定的成效。笔者希望本研究能够充实概念 转变教学的外延，丰富物理教学，并期待能为物理教学改革做些基础性的工作。 1 2 国内外研究现状 有关前概念的问题，其实在上个世纪人们就已经发现它的存在了。而当时的教学还 只是倡导以教师为主导地位的正面灌输，考察教育的结果、教学是否有成效，只是通过 学生的考试分数去衡量，因此对于前概念的问题还没有意识到它的重要性。 随着社会的进步和人们对教育的逐渐重视，直到2 0 世纪7 0 年代中期开始，人们开 始意识到前概念对学生有着极其深刻的影响，于是开始进行了有关概念转变方面的研 究。 1 2 1 国外研究现状 2 0 世纪7 0 年代中期，从这一时期开始，一些从事科学课程教学研究的西方学者， 如美国、法国、新西兰、意大利等国家的研究者，先后对学生在有关前概念知识方面存 辽宁师范大学硕士学位论文 在的问题，进行了大量的研究，并取得了相当丰硕的研究成果。如美国科学研究者霍尔， 于1 9 0 3 年就制定了一个考察学习者对火、霜、热、雷、电等自然现象概念的计划，之 后具体实施，并取得了一定的成效。 到了2 0 世纪8 0 年代，对前概念的研究更为迅速，这一时期不仅注重对学生前概念成 因的分析，还提出了有效地实施概念转变的教学策略。比较具有代表性的是波斯纳 ( b o s e n e r ) 等人在1 9 8 2 年提出的“概念转变模型”。 从2 0 世纪9 0 年代开始，随着研究的不断发展和完善，有关物理前概念的研究已经 达到高峰。在分析和研究学生的前概念方面，这一时期主要采用的方法是问卷调查法和 访谈相结合的方法。具有代表性是在1 9 8 5 年，h e s t e n e s 等人设计了一份有关学习者对 力学概念理解的测试卷，并且在1 9 9 2 年发表了他的改进版“力的概念测量表”， 简称f c i ，专门用于测量学习者在力学方面存在的前概念【l 】。 近几年，在各种研究成果越来越完善的形势下，教育学者们开始面向对改进教学策 略的研究，主要目的是如何能更好地使学生主体，积极主动地去掌握和理解物理学中的 基本概念。比较具有代表性的是e m a z u r 教授提出的“激活式 课堂教学法，简称i e ， 这种教法主要是鼓励学生积极主动参与课堂，自发思考【2 】。 1 2 2 国内研究现状 我国对学生在前概念有关方面的研究起步比较晚。建构主义理论于8 0 年代开始引 进我国，从这一时期起在关于学习者前概念问题方面的研究，才开始引起广大教育研究 者的深刻关注。 我国对学习者前概念问题的正式研究，是从9 0 年代才开始的。1 9 9 0 年首都师范大 学乔际平教授较为详细地阐述了“前概念”的含义、“前概念”的特点以及“前概念” 与物理学的关系等诸多问题，这一时期对前概念方面的研究主要是集中在理论方面。 随着研究热潮的不断盛行，教育学者们开始了对物理前概念在具体实践方面上的研 究。如1 9 9 3 年广西师范大学物理系的郭平生等人，以一百多名物理系的大一新生为研 究对象，调查了他们在物理力学方面存在的前概念【3 】。调查研究所得出的结论，在1 9 9 4 年发表的论文中详细阐述了与科学概念不同的1 3 个力学前概念及其产生的原因、相应 的转变策略。2 0 0 0 年华南师范大学黄敏兴教授，利用自己编制的测试卷对广州市的两所 中学共计9 4 人，进行了有关物理磁场方面前概念的调研。2 0 0 1 年杨进琼在中学生有关 力学部分存在的“前概念”等方面；2 0 0 2 年，杜军义对高中学生在学习摩擦力、惯性 知识点存在的“前概念”等方面；2 0 0 5 年高雪峰对高中学生在力学方面存在的“前概念” 高中物理摩擦力前概念及其转变的研究 等方面都进行了比较详尽的研究。除此之外南京师范大学刘炳升教授、北京师大郭玉英 教授等也都从不同角度对有关“前概念”问题进行深入研究。 1 3 研究的意义 对概念转变的研究既有理论方面的意义也具有实践方面的意义，一方面，事先了解 了学生头脑中存在的前概念，能够使教师的课堂教学更有针对性，从根本上将学生的错 误前概念彻底根除，使学生构建的科学体系更牢固、更坚韧。进而有利于培养学生的学 习能力，提高学生的科学素养。另一方面，了解了学生的前概念，有助于从根本上去解 决学生存在的问题，师生互动，有利于改进传统的教学方法，提高课堂效率。 本论文是在维果斯基的“最近发展区理论”、皮亚杰的认知发展理论、建构主义学 习理论、奥苏贝尔的有意义学习理论的指导下，通过对高一学生在学习“摩擦力”存在 的“前概念”方面调查研究分析，并进行了有关前概念转变的具体实践的教学研究。实 践证明，学生对于物理概念的理解和掌握有着一定程度上的难度，原因是学生头脑中的 错误物理“前概念”严重干扰着学生对物理科学概念的学习，所以物理教学的首要任务 就是：首先了解学生的“前概念”，其次帮助学生构建正确的物理概念，最终实现由错 误概念向科学概念的转变。摩擦力这一知识点在高中物理学习模块中占有重要的一席之 地，由于学生对摩擦力有着较多的“前概念”，如果学生对摩擦力掌握的不好，会对以 后受力分析学习带来很大的影响，因此，通过中学生在有关摩擦力“前概念方面的 研究，寻找出实现概念转变教学的有效策略，相信会对物理教学效果的提高，产生积极 的作用。 1 4 研究的目的 首先，对学生头脑中存在的错误前概念通过问卷调查的方式作以了解，使课堂教学 有的放矢。 其次，进一步分析学生的各种前概念，按照创新的概念转变教学模式，设计相应的 教学方案，促使学生把错误的前概念转化为正确的前概念。 最后，通过课堂教学使学生感受到科学思维方法的闪光之处，学会用科学的思维方 法思考问题，最终构建科学的理论体系。 1 5 研究的方法 本论文主要采用文献研究法、问卷调查法、访谈法等方法，研究高中物理摩擦力中 有关“前概念”的转变策略。 辽宁师范大学硕士学位论文 本论文中采用的文献研究法，主要是通过对期刊、书籍、网络、等相关文献进行调 查研究，在原有研究的基础之上，结合摩擦力教学，重点研究“前概念”向科学概念转 变的教学策略。选择了笔者实习时所在的大连市理工附中的高一学生，在有关摩擦力方 面存在的前概念作为研究对象，并对静摩擦力和滑动摩擦力中的有关“前概念”进行问 卷调查，试题主要是以选择题的形式出现，包括前测题和后测题。首先利用前测试题了 解学生存在的错误前概念，然后针对这些错误前概念，运用相应的概念转变教学策略制 定教学方案，最后进行了后测来检验学生的“前概念”转变程度，并给予分析总结。 高中物理摩擦力前概念及其转变的研究 2 研究综述 2 1 对学生前概念的理论综述 2 1 1 前概念的含义 从2 0 世纪7 0 年代之后，对“前概念”的研究在国内外广泛开展起来。有关“前概 念”是如何定义也是众说纷纭，归根结底将它划分为狭义上的和广义上的。狭义上的前 概念是这样界定的：认为“在学习科学概念之前，儿童靠自己的感性认识得出的对科学 现象和科学概念的一些看法和理解，与科学概念不一致，这是一种错误概念”。也有学 者将其称为迷思概念、学生概念、现有概念、另有概念、自发概念、质朴概念等【4 】。广 义上是这样理解前概念的【5 ：认为“前概念”是学生在接受正规的教育之前，对生活中 的常识与经验，所感知的现象，进行加工和总结所得到的认识和理解，它既包含错误的 片面的看法或认识，也包含有科学认识的成分。 本文所研究的“前概念”其内涵是：在教师课堂教学实施之前学生就已经存在的对 该知识点的理解和观念。既包含对科学概念非本质的、肤浅的、模糊的甚至与科学知识 不尽一致的观念，如学生总是认为“放在地上的讲桌老师之所以没推动，是因为老师的 力气小于桌子受的摩擦力”；认为“在拔河比赛中赢得最终胜利的团队，必定是力气大 的一方”；认为“只有静止的物体之间，才能产生静摩擦力”；认为“摩擦力就是阻碍 物体的运动的力，永远只能充当阻力”等等，这些“前概念”深刻影响了学生对科学观 念的认识，阻碍了学生对摩擦力知识的学习。同时，这些看法和观念之中也存在着相应 的比较正确的理解。本论文的目的是首先探查学生在没学习新知识之前，头脑中就已经 存在的对物理规律，物理现象和物理过程的看法和观点，然后针对这些“前概念”进行 教学策略的设计，最终实现对前概念的部分转变，使学生能够有效地建立科学概念体系。 所以本文中提到的“概念”指的是广义的物理概念。 2 1 2 前概念的成因 学生头脑中主要存在两种前概念：一种是错误的前概念：一种是正确的前概念。在 这里我们主要探讨一下错误前概念的成因。 首先是，日常生活中的“错觉”。学生在学习新课，准备接受科学物理概念之前， 通过对周围事物的感知，在脑海中就已经存在了一些感性的认识和直觉的经验。其中， 有些是正确的认识，有利于掌握和理解相关的物理科学知识。有的则是错误的、片面的， 主要是由于体现事物本质特征的成分，不是以强烈刺激的形式出现，而那些以强烈的刺 辽宁师范大学硕士学位论文 激形式出现的却是不能表现出事物本质特征的成分 6 】。譬如：人们总是认为，物体下落 速度的快慢是由物体自身的质量决定的，质量越大下落得越快，质量越小下落得就越慢， 这就是因为以强烈刺激形式出现的是，物体自身的质量，人们被质量大小所带来的强烈 刺激所掩蔽了，而没有考虑空气阻力所带来的影响的结果 7 】。 其次，是知识的负迁移。在物理学习中，学生首先是对新知识的学习采取同化的方 式，在同化方式不能继续维持平衡状态时，就会以顺应的方式调整原来的认知结构，当 不及时采用顺应的方式时，就会使新知识的学习产生负迁移的影响【8 】。这种负迁移会造 成不适当的外推，譬如初中时我们用力、位移、速度等物理量来描述物体时，只要掌握 到它们是标量的程度即可，而到了高中时要达到用矢量去描述的程度，到了大学甚至要 达到用微分的程度去描述。可是，学生们却仍习惯于用原有的对问题的看法，对问题解 决的思维方式去理解问题。于是，便认为合力就是力的简单加减，位移就是所经过路程 的长短，不能正确理解矢量的真正含义，而影响了之后课程的学习。 再次，旧有概念的局限性。不管是什么概念都是它的内涵和外延的统一。所以，学 生在掌握概念时候，无论是内涵还是外延都要一视同仁引起足够的重视。外延也就是概 念本身适用的条件和范围。因此，令学生正确掌握概念的外延是明确物理概念，运用物 理概念的关键。如通过多年的家教经验，使我发现学生在初中时学习欧姆定律i = u 瓜时， 由于没有要求学生掌握，该欧姆定律仅适用于纯电阻电路的程度，可是到了高中之后， 在解决电动机工作、高压输电等非纯电阻电路的问题时，公式的使用条件就变化了，然 而学生却依然习惯于沿用初中时的观念，导致错误的结果。 再有，对物理概念术语的曲解。物理教学中的概念，包括定理、定律等，通过词语 的定义和描述，能弥补直观材料所带来的不足之处，揭示直观材料的本质特征以及事物 内部之间的联系，在一定情况下使直观材料更突出鲜明。可是，实践证明学生总是习惯 于对物理术语，结合生活实际只采取字面上的理解，例如，笔者在理工实习期间，教师 在讲授加速度这节课时，学生总认为“加”就是数量的简单增加，因而认为所谓的 “加速度”就是描述物体的速度在增加变快；在讲授“匀速直线运动”知识点时，理解 “匀速”指的就是，速度保持不变，而后在讲解“匀速圆周运动”时也想当然的认为“匀 速”就是指速度保持不变圆周运动等等。 最后，由于类比的不恰当。推理的一种重要方式就是类比，它是人们在认识新事物 时候，根据两者之间的相似性而进行推理演绎得出结论的思维方法【9 。但有时候我们常 常在无意之中会进行不恰当的类比，影响对结果的判断。例如讲授“电和磁”时我们总 结了他们之间有很多相似之处，利用理解“电”的某些方式可以去类比“磁”，因为 高中物理摩擦力前概念及其转变的研究 完整的电路中会出现电流，于是便会进行类比，既然电和磁有如此相似之处，那么，我 们设计一个完整的“磁路”后，就该会出现磁流。这便不正确的类比。 2 1 3 前概念的特点 实践证明，错误的前概念会给教师的教学工作带来干扰作用，对学生科学概念的构 建产生消极影响。而对“前概念”特点的分析，有利于预防错误“前概念”对教育教学 的阻碍，并且有助于找寻正确的教学策略，将对提高物理教学的效果，带来积极的作用。 ( 1 ) 广泛性 学生在正式接受物理教育之前已有十几年的生活经验，对日常生活中的很多物理现 象都有自己独特的见解，例如，照镜子时会看到镜子中的像，对平面镜成像的特点便有 了初步的认识：晒衣服时水分散发到空气中，便对蒸发现象有所了解；夏天洗完澡到岸 上会感觉冷，知道是蒸发吸热的缘故；家中烧水时的沸腾现象等都有所认识。实践表明， 大多数学生都存在着前概念，而且这些前概念广泛地存在于物理学的各个分支中，例如， 力学、热学、光学、电学等等。总之学习者对物理概念的理解具有广泛性。 ( 2 ) 顽固性 由于“前概念”是学生长期日常经验累计的结果，因而通常是根深蒂固的，拥有极 强的顽固性。学生头脑中存在的前概念是自己亲身体验、耳濡目染的东西，是对自然界 先入为主的认识，是自己用相当长的时间和精力去构建出这样的认知结构和知识体系， 为此他们对前概念深信不疑。虽然老师在课堂上也传授了科学概念，但学生并不会轻易 放弃自己原有的错误概念，他们觉得有些观点在现实生活中确实好用并且可以正确解释 一些现象 1 1 1 。例如，讲解“惯性”时，总愿意把惯性理解为“冲力”，由此认为踢出去 的足球还能继续运动是受到惯性力的作用。 ( 3 ) 隐蔽性 由于学生头脑中的前概念，是通过较长时间的积累慢慢潜移默化得来的，因此它是 以潜在的形式存在的。一般不会主动暴露出来，但是当遇到与之相关的科学概念时，自 然而然的就会运用这些早已存在的前概念去解释，因为这些潜在的前概念已经形成了一 种思维定势，可是却会带来对某些科学概念理解的困难。 ( 4 ) 反复性 学生头脑中的“前概念”是反复无常的，它体现在：学生在课堂上学习了某个物理 概念，当时可能明白、记住了，可是过一段时间再继续呈现关于这一概念有关知识点的 问题时，却又会出现错误的理解。它的反复性和顽固性是密切相关的。 ( 5 ) 自发性 辽宁师范大学硕士学位论文 学生脑海中的前概念大部分都是自发形成的，凭借着对日常生活表面现象的观察， 自然而然就产生了对事物表象的认识，却自以为是合理的，譬如，看到推出去的铅球在 空中还能继续运行，就想当然的认为铅球之所以还能向前运动是受到了手的推力，却忘 记了，运行的过程中铅球已经脱离手的推力作用了。这些形成的对概念的理解完全是自 发的、直觉的，学生们带着这些由自己感性经验和自发建构的前概念走进课堂。 ( 6 ) 负迁移性 奥苏贝尔有这样的观点：学习者已有的观念，会对未来的学习产生一定的影响 1 2 1 。 有时曾经建构的知识点如果迁移不恰当，将会对接下来的学习带来一定程度上的负面影 响。例如，学生在学习有关物理方面宏观的机械运动时，便相应地构建了自己关于这方 面知识点的物理知识结构，因而当在学习微观的原子运动时，新的知识结构和原先已建 立好的知识体系差异很大，就会导致思维障碍，对新知识的学习带来一定的负面影响。 2 1 4 前概念对物理学习的影响 在学生拥有的各种层次、各种形式的前概念中，有的是对事物非本质的表象的认识， 与科学概念会存在相悖之处。但也存在着相应的一些前概念与科学概念是一致的，也可 以给学生的学习提供资源利用，教师应该把学生的这些前概念作为学习新知识的生长 点，并引导学生取长补短，自然地过渡到新的科学前概念。例如在力学方面，学生在日 常生活中就已经感受到直线运动、曲线运动等的运动形式；乘电梯时候有失重、超重的 体验；在热力学方面，对物体的物态变化，气、液、固三态的转化也很熟悉，例如， 蒸发、沸腾、水结冰、冰化了等等；在光学方面，对近视镜、老花镜、汽车的反光镜、 实际的水深比看到的更深等现象都有一定的认识；在电磁学方面，对电炉的发热现象， 磁铁石的吸引排斥也都有着一定的了解。如果教师能充分挖掘，学生通过各种途径已经 建立好的概念，并以它们为生长点，那么这将会对学生建构起更深层次的真正体现科学 本质的知识体系，起到积极的促进作用。但是正如之前所说也由于这些前概念，是直接 的经验，只是事物的表面现象，若不进一步探究其实质还是会对科学概念的建立产生阻 碍作用。所以作为教师，不能仅仅停留在浅层次的知识灌输上，要在能真正意义上地实 现学生的概念转变上下功夫。 总之，前概念在物理教学中既有积极的影响，也存在着消极的影响，因此教师在教 学中应对学生做全面充分的了解，以便制定出相应合理的教学策略，促使学生构建出真 正的科学知识体系。 高中物理摩擦力前概念及其转变的研究 2 2 对学生概念转变的理论综述 2 2 1 概念转变的含义 国内外相关研究学者一致认为概念可能有两种变化：一种是概念的增长，即新知识 的获取补充了原有的知识，并通过累积的方式使这些知识发生改变。另一种是概念的转 变，即原有的知识经验受到了与其不一致的新的经验影响而发生了很大的改变，也就是 说从原有的概念转变为科学概念的过程就是概念转变【13 1 。概念转变是原有的经验和新获 取的经验相互作用的表现，是对已有经验的改造，是对学生现有的经验做出理解、解释 并进行调整【14 i 。 概念转变的过程就是引发认知冲突和解决认知冲突的过程。概念的增长是很容易实 现的，可是由于原有的知识经验对于个体而言是根深蒂固的，因而在转变的过程中会遇 到较大的阻力，不能轻易发生转变。 2 2 2 概念转变教学的理论基础 自2 0 世纪7 0 年代开始，国内、外在概念转变教学方面，就已经取得了引人瞩目的 教育研究成果，相关心理学和教育学理论的发展给这项研究提供了很大的理论支持，其 中很有影响的理论有维果斯基的“最近发展区”理论、皮亚杰的认知发展机制理论、奥 苏贝尔的有意义学习理论和建构主义理论。 ( 1 ) 维果斯基的“最近发展区”理论 早在2 0 世纪3 0 年代，维果斯基便在大量理论与实践教育科研基础之上提出了“最 近发展区理论”【l5 1 。他将人的心理发展层次分成两个。第一个层次是个体能够独立的将 问题解决的层次，即是“实际发展水平”；第二个层次是与能力较强的同伴合作下或是 通过别人的指导而把问题解决的层次，即是“潜在发展水平”。其中，“最近发展区” 中的“区”代表着“实际发展水平”与“潜在发展水平”之间的差距，但它不是固定不 变的，随着个体的继续发展，取决于在人际交往互动中制造出的可能的学习范围。 维果斯基还指出，学习者心智发展的一条重要途径是其所处的文化环境，而不仅仅 是学习者的自然成长。所以说学习者的内在发展是在与周围环境中的人相互交流、合作、 交往才能真正运作，因此，若是在最近发展区中进行教学，便可以使儿童的多种不同的 内在发展途径打通。学习者若是将在与其他人进行交流时使用的传递的知识、符号、能 力内化了的话，其结果就是学习者能独立解决以前需要其他人协助才能解决的问题，也 就是说建构出了属于自己的新知识体系。 辽宁师范大学硕士学位论文 另外，维果斯基认为，学习与发展并不是一种单向的主导关系，而是双向的互动关 系。维果茨基着重强调学习者已有的知识经验和新知识经验之间的相互作用的重要性。 只有新旧经验以合乎时宜的方式连接起来才能获得系统的概念，最终构建出知识体系。 维果斯基不但强调已有的经验对学习的重要性，同时也强调周围环境对学习所产生 的重要影响。概念转变既是一种个体的行为，同时也是一种社会的行为，因此，学生的 学习若是发生在“最近发展区”内，概念转变的发牛便会更容易实现的。根据维果斯基 的理论，我们在教育教学中应该重视创造“最近发展区”，在学生原有的概念与科学概 念之间架起一座桥梁，为学生新的科学体系的建立创造有利的条件。 ( 2 ) 皮亚杰的认知发展机制理论 自2 0 世纪3 0 年代开始，瑞士的心理学家皮亚杰，便展开对学习者认知发展机制的 研究。皮亚杰认为，所谓的知识，不是客观与主观的产物，而是个体在与环境的相互作 用中慢慢建构起来的，在这个过程中，学习者将新、旧经验合为一个整体，在学习者的 内部形成知识结构，即所谓的认知结构，皮亚杰还指明，这个结构是以图式、同化、顺 应的形式体现出来的【i6 i 。什么是图式呢，它是指能够协助个体的知觉获得、组织和利用 信息的认知结构，是个体心理活动有序进行的组织者，是人类吸收知识的基础构架，它 是认知结构的核心和起点。图式的变化和形成是认知发展的本质，对认知发展有影响的 三个最基本的过程是：同化、顺应和平衡。所谓的同化是指个体将新遇见的事物纳入到 已经存在的图式中，即用已有的图式去解决所面对的问题，同时也是对已有知识的类推 运用。如果纳入的最终结果是，儿童发现自己已有的图式还好用，这一新事物便成为他 知识的一部分，同化在他已有的图式之内【1 7 】。顺应是指个体已有的图式不能把客体同化， 而是使原有的图式进行调整或重建来适应外界环境，从而引发图式本质上的改变。因为， 顺应的过程是主体凭借外界的信息主动修正自己的认知结构最终才实现的，所以顺应对 于主体认知结构的发展有着非常积极的意义。 皮亚杰还认为，当个体遇到一个新的概念时，首先用原有的图式进行同化，若同化 顺利，认知图式便处于一个较稳定的状态；若失败，个体就会努力去顺应，调整或重建 已有的图式，最终达到新的平衡【l 引。总之顺应和同化的相互作用最终是希望达到一个新 的平衡状态。平衡是个体内在的、使认知结构处在一个稳定状态的倾向性，是个体在认 知发展中的强有力的动机力量和核心因素。皮亚杰还指出任何一次平衡的结果，都包含 着三个阶段 1 9 ： 儿童处在暂时的平衡状态中，满足自己已有的认知模式。 儿童不满足已有的认知模式，打破了原有的平衡状态。 儿童又达到了一种新的平衡状态，已有的认知模式被打破了。 高中物理摩擦力前概念及其转变的研究 总之，皮亚杰认为个体达到平衡，是通过同化和顺应两种机制来适应环境的，但这 种平衡是短暂的，只要已有新知识与原有的认知结构产生认知冲突或矛盾时，就又会产 生新的不平衡。个体的认知发展，是通过不断的寻求平衡的过程中实现的。显而易见， 所谓发展的学习是：导致内部认知结构变化。所有的学习，发生在已经存在的一定的水 平的认知结构内。内部认知结构决定了学习的水平，并且保证了每一次学习能够顺利的 进行，而内部认知结构在更高层次上获得重构和协调才是发展。 儿童只有遵循“干扰和冲突之后的再平衡”机制，在学习新的规则和新的概念过程 中，有时会出现疑问和困惑，是因为和已有的内部认知结构产生矛盾和差异。但是坚持 了这种机制，原有内部结构得到重构，这些新的概念、新的认识就会真正被儿童所掌握。 ( 3 ) 建构主义学习理论 建构主义学习理论是来源于儿童认知发展的理论，在科学教育界中蔚然流行，成为 革新科学教育的一股强大的力量，是从2 0 世纪9 0 年代以来开始的，人们一致认为建构 主义是当代科学教学的带领军。建构主义促使人们对科学学习有了新的反思，同时建构 主义拥有对科学学习理解角度不同的众多流派，但是综合起来看对学习的认识主要有下 列几项基本的看法： 建构主义认为：学习的内容是相对的 建构主义认为知识会随着人类的进步而不断发展，旧的知识被否定，随后又会出现 新的假设，知识并不是能精准地概括出整个世界的万能法则【2 0 1 。总之，知识是相对的。 在不同的情境中，我们需要针对具体问题进行再创造，不可以拿来就用。另外，建构主 义认为，知识是由学习的个体者，由于自己长期积累的经验构建出来的，所谓的科学知 识只能是短暂的存在着，它会被不断修正进而不断更新的。尽管某些命题还是会暂时得 到普遍的认同，但这并不能说明所有的学习者对它们都会有相同的理解，因为针对不同 的学习者，他们本身都拥有自己不同的生活经历和实践背景，特定情境下的学习经历以 及凭借自身的经验为背景，使他们拥有有着不同的知识建构过程。 学习是主体主动建构知识的过程 建构主义认为，学习是学习者运用自己已有的经验，去积极主动地建构对自己富有 意义的内部心理表征的过程。 学生主动建构知识的过程才是真正意义上的科学学习，它不是通过教师的灌输传递 给学生，学生被动接受知识的过程。学习者在原有的知识经验基础之上，通过自己的努 力，使新旧经验相互作用，最终不断充实并且丰富了自己的知识结构。总之，建构主义 的观点是：学习是学习者主动建构的过程，而认知结构的建构活动是主体的重组或变革。 学习的主体是学习者 辽宁师范大学硕士学位论文 建构主义者指出，在以往的学习中、在平时生活中，他们的脑海里已经有了丰富的 经验，大到宇宙、天体的运行，d , n 周围的衣食住行，他们差不多都有自己的一些看法。 即便有些问题还未曾接触过，可是，他们依靠自身的认知能力，根据曾经的相关经验， 常常也可以形成对问题的不同解释，这是从他们的背景经验出发，而导出的合乎逻辑的解 释，而并不是胡思乱想的结果，所以说，学习者并不是脑袋空空地进入课堂接受教师的 讲解。 这些原有认知结构对他们建构新知识有着很重要的作用。因为经验背景的不同，学 生对问题也经常抱有不同的理解，这种差异给学习者本身提供了宝贵的学习资源。所以， 很多建构主义者认为，教师不仅仅应是知识的传授者，更应该关注学生本身对不同现象 的独特见解。 总而言之，建构主义认为学习者在没学习之前脑海中就有着自己对事物的认识，学 习只不过是刺激了学习者调整、改变、重新考虑他们原有的对事物的认识，通过新、旧 认识之间的冲突最终导致了结构的重组和观念的转变，而使其成为科学概念【l9 1 。 所以，作为教师应该成为学生的引导者、促进者，而不是单纯的知识传授者，应该 引导学生去主动构建他们新的认识。 ( 4 ) 奥苏伯尔有意义学习理论 奥苏伯尔本人是认知同化理论的著名代表人物。他明确指出学生学习的主要方式是 同化，并且强调在概念同化中教师要着重关注将新知识与学生头脑中已有的相关知识建 立起一定的联系。他不仅对认知结构的形成和发展抱有同化的观点，而且也非常重视学 生在学习时同化所起到的重要作用，并认为学生在获取知识的过程中，新的信息首先进 入短时记忆，并与早已存储在记忆中的长时记忆，建立起相应的联系，构建为新的知