前概念在物理教学中的利用———从牛顿第一定律想到的

                                           ———从牛顿第一定律想到的

       在《牛顿第一定律》的惯性部分的教学中， “想想做做”中有这样的问题：匀速行使的列车上一乘客竖直上抛一个苹果，苹果将落在手… …学生对这一问题的回答令我很惊讶，因为已经多年没见到有这么多学生对这个问题的回答都是错的。以前也有，但只有一部分。可这一次竟几乎全班同学异口同声的回答：落在手的后面。理由很简单：汽车在走，而苹果抛出后不再向前走了。看来学生并没有真正掌握牛顿第一定律。像这样学生“一听就懂，一做就错”的例子还很多，这在心理学上叫做前概念的影响。可见人类的认知思维有共同之处，不管是现代人还是古代人，不管是以前的学生还是现在的学生,都会因为一些前概念的东西，影响我们正确的认识和判断。前概念有时对我们的认识是有用的，是正确的；但有时却有害，是错误的。这里我准备谈一谈自己对前概念的看法和对错误前概念的利用。 
 一、概念及其特点
       前概念是学生在接触科学知识前，对现实生活现象所形成的经验型概念。而由于中学生的知识经验有限，辩证思维还不发达，思维的独立性和批判性还不成熟，考虑问题容易产生表面性，且往往会被表面现象所迷惑，而看不到事物本质。所以易形成一些错误的前概念。这些错误概念对物理概念的正确形成极为不利，它排斥了科学概念的建立，是物理教学低效率的重要原因之一。 
       学生头脑中前概念有什么样的特点。第一，学生头脑中的前概念是自发形成的。过去，我们在教学中，常常误认为学生在学习物理之前其头脑如同一张“白纸”，教师可以在上面任意涂画，事实并非如此。学生在长期的生活实践当中，逐渐形成了自己对客观世界物质运动规律的看法。他们几乎 每天都会看到物体在力的作用下运动，而在力停止作用时物体静止，于是主观地断言：有力，则物体运动；无力，则物体静止。这正是亚里士多德“力是维持物体运动原因”的理论。第二，学生头脑中的前概念具有隐蔽性。由于学生头脑中前概念都在潜移默化中形成的，所以它以潜在的形式存在。这包含两方面的意义。其一是学生自己并没有意识到它的存在，因为学生并没有有意识地思考并形成“力是维持物体运动原因”的概念。其二是前科学概念平时并不表现出来，但往往在学生运用物理概念解决问题时表现出来。第三，学生头脑中的前概念具有顽固性。由于前科学概念是儿童头脑中业已形成的概念，且长期的日常生活经验与观察又加强了这些概念。因此，学生头脑中的前概念是非常顽固的。国内外物理教育界近年来的一些研究表明：一旦学生对某些物理现象形成了错误前概念，要想加以转变是极其困难的。尤其那些在人类科学认识史上经历了曲折历程的前概念，更是如此。按照皮亚杰的理论，学生认识什么和如何行动，主要决定于他们所具有的认知图式（思维模式），而不完全取决于教师所讲述的内容。他们按照自己已有的图式吸收和排斥信息，在有错误认识存在的情形下，就会在头脑中形成和正确信息极不相同的东西。
二、用前概念促进物理教学
        正因为错误前概念对教学有着很大的危害性，所以很多教师都给以坚决的纠正，这是可以肯定的。但是，怎么样予以纠正呢？更多的是“严防死守”。比如严正的对学生说：你对这个问题的想法的错的，正确的应… … 在物理教学中，那种认为只需要“正面”传授知识，学生就能接受，如果他们仍不理解，可以多讲几遍就能达到目的的想法，实践证明是过于天真了。我看倒不如把前概念充分“放出来”加以利用（以下提到的前概念主要指错误前概念）。
（一）利用前概念激发兴趣、创设情景   
        我们不要怕前概念的消极影响，如果正确利用，有时会取得很好的教学效果。例如，在惯性部分的教学中，在讨论匀速列车中乘客上抛苹果后，苹果将会怎样落的问题，我先让学生充分发表自己的错误观点，错误解释，充分暴露他们的“亚里士多德”观念，然后让一个学生上前在原地竖直向上跳起，让大家观看他的落点，接下来用学生的思维逻辑来分析刚才那位同学的起跳：按照大家刚才的说法，这位同学跳起后，他应该不动，而大家都知道地球在自转（相当于列车在运动），那么当同学落下时，地球已经转过了一段距离，他岂不是要落在别处？他要是再多跳几下，不就可以到巴基斯坦、印度了吗？那这位同学可就开创了一种免费旅游的好办法啦。可是他怎么还在原地啊？学生哈哈大笑，随后有的愣住了，有的陷入了沉思，当然有的还在笑。这说明这个问题引起了学生的很大兴趣，这样就为引入惯性概念创设了良好的课堂气氛。
当学生对于与自己前概念不相符合的实验事实发生时，人的好奇心、求知欲就成为最强的学习动力，对于激发兴趣、创设情景起到了推波助澜的作用。
（二）利用前概念建立科学概念
        错误前概念虽然是对正确概念建立的严重阻碍，但每一次对前概念的破除或打击就对建立正确概念起到了推动作用。就如前面所分析的，很多时候教学的难度还在于学生脑中的前概念是自发的、隐蔽的，不碰到具体问题教师不好估计，学生自己又不知道自己可能存在的错误前概念，他们碰到问题还是按照错误前概念去思考，出现“一听就懂，一做就错”的现象也就不奇怪了。倒不如让错误前概念充分暴露出来，让它和事实形成尖锐对立，从而推动科学概念的形成。例如，在《牛顿第一定律》教学中，一开始通常是通过两种对立观点引入的。我们从自己的生活经出发，认为有力物体才能运动，撤消力运动物体就停止，即“物体的运动需要力来维持”，这是从古到今人们脑中普遍存在的前概念，但通过近似伽利略的斜面小车实验和对牛顿第一定律的探究、学习，就会对这些前概念产生强烈冲击，使其瓦解，再通过投铅球、荡秋千等例子使学生认识到“力不是维持物体运动的原因”。
        当然，要想彻底清除这些错误前概念，并非一朝一夕之事，错误前概念是很顽固的，需要反复分析事例，不断冲击前概念，才能最终建立科学概念。但我想，许多科学概念的建立正是通过破除错误前概念而达到的。