初中物理前概念的转化策略研究_许丽军.pdf

第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 2023179初中物理前概念的转化策略研究许丽军（苏州工业园区星湾学校，江苏苏州215000）摘要：初中物理前概念在学生头脑大量存在，许多前概念是不正确的，对正确概念的学习起了较大的阻碍作用，本文根据初中物理前概念的特点针对性地提出转化策略，并进行了教学实验，说明采取的教学策略是有效的。从建构主义思想角度的理论出发，在科学教学方面对于“概念转变”的研究就一直在进行，早期的研究主要集中在概念改变的认知方面，考察学生如何吸收有关事物来建构自己的知识。后来的研究主要关注社会和动机因素对概念改变的影响。关键词：前概念；概念转化；策略中图分类号：TP79 文献标识码：A 文章编号：1003-7551(2023)01-0179-030引言上世纪 90 年代普林特里奇等人又从自我效能感和控制信念等角度出发研究概念转变问题。通过大量研究发现前概念的转变涉及的因素是多方面且非常复杂，这里主要在前人的研究经验和实践研究的基础上，分析和总结影响学生前概念转变的一些主要因素。1前科学概念对物理概念学习的影响物理前概念是生活日常和自然环境作用在学生主体，通过学生的主动或被动建构而形成的，这些前概念时而对物理学习既有正面的作用也有负面的作用。1.1正面影响正确的物理前概念是物理学习的有用基础，它如果对学生有正迁移作用，那就是物理概念学习的有效资源和思维的增长点，可以加速学生掌握新的概念，建构新的知识结构。大部分学生在正式学习物理之前已对日常生活中的一些物理现象和物理规律有初步感知：比如在热学方面，他们能通过季节的变化以及身体对物体的冷热程度有所感觉；在光学方面，他们对太阳光照射得五颜六色的自然界，以及雨后彩虹和霓等现象充满了好奇，对眼睛近似和照相机能拍摄照片等有探索的欲望。这些对周围熟悉物理现象的好奇是新知识学习的兴趣激发原动力，对正确物理概念的建构和学习具有重要意义。1.2负面影响也有一些前概念和正确概念不同，是通过自然现象、过程、产生片面或错误理解，是错误前概念，成为学习物理概念的阻碍。在学习正确概念之前，应该把这些错误的前概念及时发现并纠正。因此，学生在学习新的物理概念时，需要教师在教学中采用有效的教学策略和途径，让学生的前概念经过同化和顺应，有效变成科学概念。传统的教学方法，更加侧重正确概念的建构，对学生已有的前概念重视程度不够，并不是从学生的已有知识经验体系和概念体系出发进行教学。针对学生我们往往重视概念的“输入”，而忽视原有概念的“修正”。既然原有概念无法消除，那就可以把学生原有的知识经验作为新知识的生长点，在“修正”原有概念的基础上生长出正确的新知识。2教师方面在教授正确概念之前，教师要明白前概念是学生基于个体原本立场和体验形成的，而且无法对其合理性收稿日期：2022-12-19通讯作者：第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 2023180给予判断。前概念首先是学生自己的知识财富，在学生正式进行物理学习前，这些财富是学生在日常自然环境中认识物理概念的有效途径和桥梁。只有对前概念有了理解和同理心，才会更好地转换。承认前概念与正确概念的差异，认识到其对于学生的概念结构体系转变会有很大阻力，这是每位教师应有的观念。正确物理概念和错误前概念必然会有差异或者冲突，冲突会使学生们产生好奇心，从而激发学习欲望。当新知识的学习给他们带来成就感时，他们就会更愉快地接受它，也顺利地将原有概念进行转变。教师首先要做的理解和了解学生的前概念，而不是无视和否定前概念。正确概念的教学绝不是把物理概念单向输出给学生，学生被动接受的物理概念对学生并无意义。学生对它们只是短暂的存储，并不会留下较深痕迹，公式的形式可能背下来，但本质的内容很容易忘掉，物理学习只在学生头脑中留下一些符号和名词。3学生方面3.1学生的元认知水平元认知理论是近年来西方心理学和教育学领域提出的新概念理论，主要观念是认知主体对本身的心理状态、能力水平、学习任务、知识目标、认知策略等方面的知识，以及认知主体对自身各种认知活动的计划、调整、控制。元认知理论强调个体在认知活动过程中对各个环节进行调节与反馈，对认知活动进行深入的探究。目前对元认知的研究结果表明，它在学习活动中起着很重要的作用，对许多认知活动都有着广泛深入的影响。学习新的概念时，有较高元认知水平，就会主动将已有的知识概念与科学概念进行比较，发现两者差异，在学习兴趣的驱动下积极认识自己原有前概念的缺陷。在认知过程中也会主动使用一些策略或方法调整自我的认知过程，促进自身的前概念向科学概念顺利转化。3.2学生的情感态度学习者在不同的学习时间、学习情感或学习不同概念时，会产生不同的情感体验出现不同的情感态度。当出现积极情感态度时，学习者大脑皮层的神经中枢就会处于兴奋状态，心理趋向积极，思维活跃，精力集中，能选择最优化认知策略，从而使概念学习达到最佳状态；如果出现消极的情感态度，则学习效果不佳。3.3学生的智力发展水平著名心理学家奥苏贝尔在皮亚杰研究的基础上将认知发展划为前运算阶段、具体运算阶段和抽象逻辑阶段。在同一个班级内，学生的年龄基本相同，但不同个体的三个认知阶段的发展水平并不都是平衡的。对每个个体而言，在其不同的认知领域，其发展水平也可以是不平衡的。4概念转变策略的提出4.1概念转变的策略综述不同的科学概念和不同个体的前概念之间有差异，根据两者差异程度，将概念转变教学策略分为两类。第一类是两者差异较大，首先建立认知冲突，进而解决冲突，从而转变概念的教学策略。第二类是原有观念有较多合理性，利用比喻和类比等方法将原有概念延伸和扩展到新的概念领域，从而构建正确概念。显然这两类策略应用的前提是有差异性的，所强调和采取侧重点不同。第一类策略在较大差异性的基础上，强调认知冲突，激发其解决问题的原动力。这种策略的心理学依据主要来自皮亚杰的观点和理论：学习的核心是学习者积极参与对知识的重组。第二类策略以学生的原有认知结构为基础进行有效扩展，侧重点是教师的引导和适当干预，为新的思维方式提供学习“支架”。4.2在实际教学中的教学策略直接向学生输出“正确”的科学概念是效果不佳的，学生在内心并不认可，他们可能记住了科学概念的表面描述或形式，但内心并未彻底放弃原有错误概念，两者在大脑中并存，可能后者更为顽固。研究表明，概念转变必须满足四个条件：（1）学习者必须对原有的概念不认可或者不满意，原有概念不能解释新的现象、事件，或者不能解决新问题，从而引发认知冲突；（2）新的概念必须是可理解的，学生通过思考能明白其含义，发现表征它的方式；（3）新的概念必须是合理的，学习者认可其正确与科学性，并与学习者所认同的其他观念相符；（4）新的概念必须是有效的，能解决学生原有概念所不能解决的问题。要实现概念转变，必须创设情境使学生去发现问题引发冲突，通过新旧概念、观念的相互作用，积极主动地建构新概念，解决问题。因此将概念转变的教学过程设计为一个动态、循环过程，四个主要部分组成：（1）学生描述他们的理解和认识；（2）重新建构理解和认识；（3）应用新的理解与认识；（4）将新的理解和认识与第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 2023181以前的理解做比较。因此提出一个四步骤的概念转变教学模式：揭示错误前概念、引发认知冲突、促进认知顺应、认知反馈等环节。（1）问题呈现：即确定探讨方向，利用各种教学媒体和手段，将探讨的问题呈现出来，充分激发学生学习兴趣。（2）通过讨论暴露前概念：通过讨论引导学生说出他们的原有想法，从而暴露出他们的前科学概念。（3）修正原有概念：让学生觉察自己原有的想法与实际活动不同，从而产生认知冲突，然后引导学生通过实验来修正自己的原先想法，初步接受新的想法。（4）解决新问题巩固概念：教师可以利用熟悉或者新奇的情境，通过问题解决、实际活动等，来增强学生新建构的想法。5错误前概念的转变教学实验5.1实验过程本实验的教学内容选取江苏科学技术出版社出版的义务教育课程标准实验教科书 物理 8 年级下册“第十章第三节力与运动的关系”。研究对象：某中学初二 3 班、初二 4 班；初二（3）班 42 人，其中男生 22 人、女生 20 人。初二（4）班 43人，其中男生 22 人、女生 21 人。两班年龄分布基本相同 1415 岁。实验控制：被选的初二（3）、初二（4）班为同一学校同一年级的平行班（控制组间差异）。在实验过程中有同一位教师任教（控制授课内容与教师因素的干扰），其中对照班采取一般教学策略（按照教材内容的先后结合配套的教参实施教学），而实验班采用实验教学策略即：问题呈现讨论暴露前概念修正原有概念解决新问题巩固概念。在实验内容授课结束后开始实验后测（控制其他因素可能对实验结果的干扰）。5.2数据分析表 1实验班和对照班前测数据分析班级人数 N平均数 M标准差 SZ 值初二（3）对照班4235.9515.150.10初二（4）实验班4336.2814.96对两个班的前测成绩进行独立大样本平均数差异性检验Z （M1 M2）（S12/N1）+（S22/N2）1/2 （35.95 36.28）（15.152/42）+（14.962/43）1/2 0.10|Z|0.101.96 Z0.05结论：实验班和对照班前测成绩无显著性差异。表 2实验班和对照班后测数据分析班级人数 N平均数 M标准差 SZ 值初二（3）对照班4264.2916.602.33初二（4）实验班4372.4415.57对两个班的前测成绩进行独立大样本平均数差异性检验Z （M1 M2）（S12/N1）+（S22/N2）1/2 （64.29 72.44）（16.602/42）+（15.572/43）1/2 2.33Z0.05 1.96|Z|2.33*Z0.01 2.58结论：0.01P0.05实验班和对照班后测成绩有显著性差异，说明所采用的教学策略对前概念的转变有效，从后测数据中可以看出，实验班的平均数大，标准差小，这说明学生对概念的认识比较集中，而且是向正确概念集中。参考文献1 高峰.高中生化学前概念德诊断及教学研究 D.大连：辽宁师范大学,2006.2 王小未.影响概念学习的因素及教学策略 J.中学生物教学,2002(06):20-21.3 袁维新.概念转变学习的内在机制探析 J.教育研究与实验,2003(02):49-54.