前概念的特征及物理教学对策

儿童第一次睁开眼睛，呈现在他面前的便是一个五彩缤纷、奇妙无比的陌生世界。由于多种物理现象对儿童感官的刺激，随着年龄的增长，儿童大脑便逐渐形成了对各种事物的感知。因此，在学习物理之前，对多种物理现象便已有了自己的认识，并形成了一些与科学知识相悖或不尽一致的观念和规则，这就是前概念。例如：如果没有力，物体一定不动；必须有力，物体才能运动等等。由于儿童大脑中已形成了这种前概念，因此在物理教学中，教师对此必须有明确的认识，清楚其特征，注意其影响，采取有效的教学策略，以帮助学生完成心理转变过程，实现有意义的学习。
　　
　　一、对前概念的认识
　　
　　如何看待学生头脑中业已形成的前概念呢？从人类认识的发展角度来看，前概念的产生是正常的、必然的，因为在科学发展史上这种前概念也屡见不鲜。前概念的产生正体现了人类认识发展的一般规律，我们应该把它作为物理含义可被转换的认知结构接受下来，这才是我们应该持有的指导思想。
　　
　　二、前概念的特征
　　
　　１．广泛性
　　
　　由于儿童在初二学习物理之前已有了十多年的生活经验，接触了许多形形色色的物理现象，因而他们头脑中自发形成的前概念所涉及的范围也是相当广泛的。当然，这种广泛性是相对的，他们对能看得见、摸得着、日常生活经常接触到的事物形成了较多的前概念，而对那些比较抽象的物理知识，则很少有前概念。如学生对力学、热学和几何光学均有着较多的前概念，而对电学则很少有前概念。
　　
　　２．自发性
　　
　　儿童大脑中的前概念，缘起于儿童长期、大量的对日常生活的观察与感知，这些经验在其大脑中逐渐深化发展，经过感觉、知觉、表象阶段最终形成概念。儿童在其大脑里构建前概念时，完全是自发性的，没有人教他这个问题应该是这样、那个问题应该是那样，他完全是站在自己的立场上，凭自己的感性经验进行构建。因此，前概念是儿童自己的精神财富，而且这种精神财富是他们在现实生活中认识事物的一个有价值的工具。
　　
　　３．顽固性
　　
　　由于前概念是儿童大脑中业已形成的模式，且在长期的生活经验累积中又强化了这些观念，加之儿童的思维又具有自我中心性，因此儿童头脑中的前概念是极其顽固的。一些研究表明，一旦学生对某些物理现象形成了前概念，要想加以转变是相当困难的。如有位教师在讲清惯性概念之后，让学生回答并解释这样一个问题：一个人站在作匀速直线运动的火车里，如果面向前竖直跳起，是落回车厢原处，还是落到原处的后面？全班学生皆回答落到原处后面。原因在于学生的生活经验中已有了“力是维持运动原因”的前概念，由此可见学生头脑中的前概念是多么顽固。
　　
　　４．隐蔽性
　　
　　学生头脑中的前概念还具有隐蔽性。由于学生大脑中的前概念是潜移默化形成的，因此它以潜在形式存在，平时并不表现出来。然而在物理教学中讲授科学的物理概念时，儿童马上就会联想到他们头脑中的前概念。当让学生用物理概念去解释问题时，前概念就会马上表现出来。
　　
　　三、前概念对物理教学的影响
　　
　　前概念和科学的物理概念同是来源于人的实践活动，他们都是由认识主体的认识活动所产生。根据其是否易于转换成科学的物理概念，可将其分成两类，一类是虽然与科学的物理概念不一致，但在提供给学生一定的预备知识之后，再辅之以有关的实验引导，便不难使学生形成正确的物理概念，例如从不同物质轻重的概念转换成密度的概念。从结构上来说，这类概念在学生头脑里的形成并不涉及认知结构的转变，是属于认知同化过程。然而另一类前概念则与此大不一样，在学生的原有经验中，这些前概念在儿童的头脑中已经有了相当长的发展时间，且已形成了系统的却并非科学的概念。比如，学生在日常生活中经常看到铁块沉于水中的现象，于是就在头脑中形成了铁块可以沉没于任何液体中的前概念。当讲授阿基米德原理、演示铁块漂浮于水银面上时，许多学生根本不相信，认为这是教师在玩魔术。这就是前概念对物理概念教学的影响。在这种情况下，教师必须努力促使学生原有认知结构的解体和新认知结构的建立，以实现认知上的顺应。
　　
　　四、针对前概念的教学策略
　　
　　学生带着先入为主的前概念进入物理课堂，这是物理教学中的正常情况。基于前概念的特征和影响，关键是我们先要了解学生大脑中存在着哪些前科学概念，并努力把它们转换成科学的物理概念，从而也就能更成功地避免错误概念的产生。为此，教师在开始教有关的物理内容之前，应通过一定的方式，如提问、问卷调查、试题测试等等，去深入了解学生大脑中前概念的存在情况。
　　
　　知道了学生头脑中存在着哪些前概念，那么如何使这些前概念转换成科学的概念呢？首先，应有针对性地选择事例或现象，让学生用自己的前概念去对事例或现象进行解释，使他们产生认识上的冲突，即大脑中的原有概念与当前面临的现实产生无法调和的矛盾，从而感觉到有改变认知结构的需要。接着通过实验事例把科学的物理概念告诉学生，并把科学的物理概念应用到更为广泛更为深刻的现象中去，当学生在新的思维结构下有更多成功的时候，他们就会接受科学的物理概念。具体到实践中，可这样来进行教学：
　　
　　（１）将小车轮子朝上放在桌上，问：“怎样才能使小车运动？”把小车推动，问：“持续推动小车，小车将会处于什么状态？”让学生提出看法：你认为物体运动的原因是什么？
　　
　　（２）将小车正放在桌上，用手推动小车达到较大速度时，使手与小车脱离接触，问：“小车为什么仍然运动？”使学生产生认识上的矛盾。
　　
　　（３）让小车从斜面上同一位置滑下并进入水平面，分别在水平面上垫粗毛巾、细棉布和玻璃板，观察现象，问：“假定小车与支撑面间没有任何阻力，小车将会处于什么状态？你又能得出什么结论？”
　　
　　（４）引导学生分析足球运动员踢足球，球由静止变运动；守门员接球，球由运动变静止；足球运动员顶球，改变球运动的方向，问：“这能说明些什么？”由于前概念的根深蒂固性，我们不要期望通过粉笔和说教的简单方式就可使学生把前概念转换成科学概念，也不要抱有经过一两次纠正就可以使前概念销声匿迹的幻想。前概念向物理概念的转变是思维结构的转变，是在学生头脑中引发的一场革命，需要改变原有的认知结构，建立新的认知结构，需要克服旧模式的惯性，因而是一个充满艰辛的过程。