侯新杰概念轉變策略論文

1、論中學物理教學中的概念轉變策略摘要：學習物理知識、形成科學概念的過程是在教師的協(xié)助下轉變學習者頭腦中已有的前概念的過程。本文針對物理教學中普遍存有的錯誤概念難以轉變的問題，依據(jù)建構主義學習理論，闡述了中學物理教學中的概念轉變策略，以期改善物理概念教學效果。關鍵詞：前概念;科學概念;概念轉變;教學策略自1982年美國康奈爾大學Posner等人提出著名的概念轉變模型（conceptual change model,簡稱CCM） 1后，“概念轉變”研究成為科學教育領域注重的熱點。之后，各種研究成果大量出現(xiàn)：形成了概念轉變理論的多維解釋框架，衍生出諸多建立在基本理論的不同方面的教學策略。同時，為了探測

2、前概念和檢驗概念轉變的結果，研究者還開發(fā)了一些有效的測評工具如FCI 2（Force Concept Inventory，Hestens,1992）和CSEM 3（Conceptual Survey of Electricity and Magnetism,Maloney,2001）。借鑒國外已有的研究和工具，自90年代后期開始，我國科學教育研究工作者也展開了對概念轉變的理論和實踐探討，拓寬了概念轉變研究的視角。本文在分析已有研究成果基礎上，系統(tǒng)闡述物理教學中概念轉變的策略，以期改善物理概念教學效果。一、 前概念及其對教學的影響前概念是指學生在沒有接受正式的物理教育以前，對所感知到的現(xiàn)象、生活

3、中的常識與經(jīng)驗實行總結加工所得的理解和理解4。在學生形成的前概念中，有些是與科學知識相一致的，能夠作為新知識的“生長點”，但也有很多是與當前的科學概念相違背的，是錯誤概念。這些錯誤概念嚴重防礙了學生對科學概念的建構。因為學生是花了相當多的時間與精力形成了自己的“樸素理論”（nave theory），學生頭腦中的這些常識性的樸素理論往往是對自然界的先入為主的印象，又是切身體驗到的東西，屬于自己的精神財富，是理解和理解生活中某些自然現(xiàn)象的寶貴工具。因而，學生往往對此深信不疑，并試圖將這些錯誤概念遷移到對新環(huán)境、新現(xiàn)象的解釋中去。比如，愛因斯坦就曾清楚地理解到個體建立永久準確的 “運動和力的關系”

4、的難度, 在 物理學的進化 里, 他與英費爾德就這個經(jīng)驗學習過程描述如下：假設一個物體處于靜止狀態(tài), 要改變這個物體的位置, 需要給它施加力, 比如推、 拉或提, 也許要用到馬和蒸汽機。 我們會本能地把運動與推、 拉或提這些動作聯(lián)系起來, 自己親自試過幾次后, 更會認為, 要讓物體運動得快些就要施加更大的力。于是我們得出以下的結論： 物體受的力越大,其速度就越大, 用四匹馬拉車肯定比兩匹馬快，直覺告訴我們，速率直接由所受的力引起” 4顯然這種靠直覺實行的推理是不恰當?shù)?，它導致了對運動的錯誤理解，而這個錯誤竟然沿用了近兩千年學生也是這樣, 他們往往不會因教師告訴他們科學概念而“除掉”腦袋中已有的

5、錯誤概念。所以，錯誤概念的頑固性致使教師不可能通過傳統(tǒng)的教學方式使學生輕而易舉地形成科學概念。同樣，學生若僅僅單純記憶概念，精力集中于解題策略或訣竅上，僅僅把取得好的成績作為學習的價值取向，這也是很難實現(xiàn)頭腦中錯誤概念轉變和對科學概念本質的理解?？梢?，正式開始學習物理之前學生頭腦中存有的錯誤概念對教學產(chǎn)生的巨大阻力是造成學生物理學習困難的一個重要原因。二、 中物理教學中的概念轉變及其策略概念轉變理論是在對前概念研究的基礎上產(chǎn)生的。所謂概念轉變是指個體原有的某種知識經(jīng)驗因為受到與此不一致的新經(jīng)驗的影響而發(fā)生的重大改變5。需要說的一點是，這里的“ 概念” 與心理學的一般的狹義理解不同，而是指與某個

6、概念相關的所有知識，如“力”這個概念包含個體知道的關于力的所有知識，比如什么是力、力的作用情況、力與運動的關系等等。建構主義認為，學習過程是學生建構自己的知識經(jīng)驗的過程,即學生通過新舊經(jīng)驗的相互作用來發(fā)展自己的知識經(jīng)驗。新舊經(jīng)驗的相互作用過程存有兩種相反的運動：同化和順應。同化是指學生把外在的信息納入到已有的認知結構，以豐富和增強已有的思維傾向和行為模式。順應是指學生已有的認知結構與新的外在信息產(chǎn)生沖突，引發(fā)原有的認知結構發(fā)生調整和變化，從而建立新的認知結構。學習不但是新經(jīng)驗的獲得（同化），同時又是既有知識經(jīng)驗的改造（順應），而概念轉變正是從順應的側面來研究知識建構的過程，揭示學生的錯誤概念及

7、其轉變的規(guī)律5。順應的發(fā)生離不開學生的自我調節(jié)，從認知心理學的角度看，中學物理教學過程即理應是一個學習主體起自我調節(jié)作用的平衡過程，又理應是一個培養(yǎng)和提升學生元認知水平的過程6。基于此，下面從策略層面談談中學物理教學如何實現(xiàn)學生從前概念向科學概念的轉變。（一）探測學生前概念 有意義學習的提出者奧蘇貝爾(D.P.Ausubel )曾在1978年出版的教育心理學：認知觀一書的扉頁上寫道：“假如讓我把教育心理學僅僅歸納為一條原理的話，那么，我將一言以蔽之：影響學習的唯一最重要的因素就是學生己經(jīng)知道了什么，要探明這一點，并應據(jù)此進行教學?！?建構主義學習理論也認為，學生不是空著腦袋進教室的。前者說明有

8、意義學習的實質是要使新知識與已有觀念建立實質性的聯(lián)系。后者反映出學習是學生已有知識經(jīng)驗的改造。所以教師首先了解學生已有的知識經(jīng)驗，尤其是了解學生的前概念是教學過程中不可或缺的步驟。診斷性評價是揭示學生的前概念的有效手段。所謂診斷性評價，就是通過一定方式發(fā)現(xiàn)學生學習中存在的問題，分析這些問題產(chǎn)生的原因，從而為改進和調整教學策略提供依據(jù)8。對于學生中的有些前概念，比如自由下落的物體重的下落的快，斜面上的物體要受到一個“下滑力”等，教師可以憑借自身學習過程的回憶、教學經(jīng)驗的積累、物理學史的學習和參考研究者對中學生前概念的測試結果進行判斷。對于學生中一些隱蔽性的，存在個體差異性的前概念，教師可以通過訪

9、談、自編問卷調查、制作概念圖、出聲思考等方式進行。比如我們可以制作“磁極間的相互作用”的概念圖，來了解學生對這一概念的理解情況。教師只有通過探測學生的前概念，認真分析其成因，才能對教學策略的選擇和實施做到有的放矢。（二）選擇合適的概念轉變策略目前關于概念轉變的有效教學策略主要有：建立在認知沖突和解決沖突基礎上的教學策略；建立在類比基礎上的教學策略；培養(yǎng)學生元認知的教學策略。9下面結合物理教學給予具體闡述。1 建立在認知沖突和解決沖突基礎上的教學策略建立在認知沖突和解決沖突基礎上的教學策略主要針對學習者擁有的前概念與科學概念是相互沖突的。為了實現(xiàn)概念轉變，必須使學習者的認知發(fā)生沖突、動搖其前科學

10、概念，從而建立科學概念。此類概念轉變策略的實質就是新舊經(jīng)驗的順應。實施該策略時，關鍵在于認知沖突的引發(fā)。在物理教學中引發(fā)認知沖突的有效方法主要有學生實驗和設置問題情境。現(xiàn)以人教版初中物理九年級第十三章第五節(jié)“浮力”的內(nèi)容為例來體現(xiàn)這兩種方法的具體運用。在全日制義務教育物理課程標準的內(nèi)容標準中對該節(jié)提出的要求是：通過實驗探究，認識浮力。知道物體浮沉的條件。經(jīng)歷探究浮力大小的過程。知道阿基米德原理10。盡管學生在小學科學課中對浮力這一概念有初步了解，但一些學生依然存在下面幾種比較有代表性的前概念：認為物體的浮力跟物體的輕重（質量）有關，輕的物體在水中上??；反之下沉。認為浮力和浮沉都是物體本身的一種

11、屬性。木塊具有浮力，在水中會上?。昏F塊不具有浮力，在水中會下沉。物體之所以上浮是因為有空氣進入物體內(nèi)。人教版九年級物理教材編寫者或許已經(jīng)考慮到學生已有的前概念，本節(jié)課一開始的兩個富有“矛盾性”的問題“在水中下沉的鐵塊，也受到浮力嗎？”“同樣用鋼鐵制造的輪船，為什么能浮在水面呢？”和接下來的“想想做做”欄目下的三個小實驗足以讓學生頭腦中關于浮力的錯誤概念產(chǎn)生動搖，進而使學生產(chǎn)生了探究“浮力的大小到底和哪些因素有關”的興趣和熱情11。需要注意的是，在通過實驗事實引發(fā)認知沖突時，簡單呈現(xiàn)信息的實驗對于轉變學生的前概念收效甚微。有效的實驗方法要求教師向學生提供這樣一種經(jīng)歷，即學生不僅僅是在處理材料，而

12、且要通過觀察提出問題，與教師和同伴討論他們的發(fā)現(xiàn)，設計進一步的調查，即學生進行的不只是“動手做”而是“動手動腦的活動”。 還可以運用設置問題情境的方法來引發(fā)學生的認知沖突。比如在一些偏遠的農(nóng)村中學中，有教師發(fā)現(xiàn)學生在課堂上暴露一些錯誤概念以后，并不急于更正，給學生呈現(xiàn)科學概念，而是通過設置以下問題情境：“一個50g的小塑料球漂浮于水面而100g的小鐵球下沉。但是，一個500g的大塑料球依然是漂浮于水面的?！?、“用鐵桶從井中提水，在逐漸提出水面的過程中，你所用的力的大小有何變化？” 、“氫氣球可以脫手上升，為什么用口吹起的氣球總是下落？”等等。在學生不斷質疑，不斷解惑的基礎上，同樣可以有效的轉變

13、學生的前概念。當然，教師所設置的問題情境必須于學生的生活經(jīng)驗相聯(lián)系，不超出學生的認知能力范圍，是一個對客觀事物進行全面考察的圖景。這樣更容易反映出概念的本質，對于認知沖突的引發(fā)才能湊效。上述兩種引發(fā)認知沖突的策略都離不開教師啟發(fā)性的提問?？梢娬n堂提問也是教師進行概念轉變的一個有效的教學行為。因為提問可以促使學生在其錯誤概念上向前走，經(jīng)過相互討論，迫使他們注意到所想象到的情況根本不會發(fā)生而產(chǎn)生認知沖突。認知沖突的解決需要學生產(chǎn)生認知沖突的基礎上，通過合理地提出猜想進行探究，經(jīng)過抽象概括最終形成科學概念。由于學生的前概念是對個別物理現(xiàn)象的簡單概括，常常忽略了事物之間的本質聯(lián)系，在學生意識到已有知識

14、與科學概念之間的距離時，教師應該引導他們?nèi)シ治龈鞣N物理現(xiàn)象，歸納發(fā)現(xiàn)事物之間共同的、本質的特征或聯(lián)系，降低事物之間的復雜程度，進一步概括為科學概念。這也正是科學概念的過分簡潔性造成了前概念和科學概念之間的差異，對學生的抽象概括能力提出了較高的要求?？梢?，抽象概括是科學概念獲得和發(fā)展的重要思維方法12，是學生概念轉變學習過程中必不可少的一步。2建立在類比基礎上的教學策略類比策略也可稱為“架橋策略”。學生學習科學概念時，將前概念與要學習的科學概念之間進行類比，這就好比在學生的前概念與科學概念之間架起了一座“橋”。該策略包括四個基本的步驟：創(chuàng)設一個“靶子”問題，暴露學生的前科學概念。教師舉出一個符合

15、學生直覺的類比例子，這個例子被稱之為“錨例”。教師要求兒童在“錨例”和目標概念之間做出明確類比，并試圖建立類比關系。如果兒童沒有接受這種類比，教師再試圖找到一種架橋類比(或一系列架橋類比),即在目標和“錨例”之間插入“概念化的中介物”。如下面教師利用這種策略轉變學生認為“被動的桌子不會對放在其上的書產(chǎn)生一個向上的力”的錯誤概念的過程，如圖一13圖一學生認為當書放置在彈簧上時，彈簧“想”回到他原來的狀態(tài)，要對書一個向上的力。而由于桌子是固體的它不會“想”恢復到原來的狀態(tài)，對書產(chǎn)生向上的力是不可能的。教師通過呈現(xiàn)把一本書放置在富有彈性的薄木板上，學生把這種情況與2中的情景類比，認為木板也“想”恢復

16、到原來的形狀，書依然受到一個向上的力。又通過與1類比認為書受到了桌子對它有一個向上的力，只是感覺這個桌子的木板太厚，只是我們沒有覺察到罷了。教師避開直接從“彈力”產(chǎn)生的實質或其他方面而采用類比策略幫助學生去理解概念，顯得更容易讓學生（尤其是低年級學生）接受。這能夠順利解決學生抽象思維能力發(fā)展的階段性局限，但有時處理不當也可能會導致學生產(chǎn)生新的“錯誤概念”。如用形象“水流”來類比抽象的電流，雖易接受，但這種類比本身就有科學性錯誤。但也有學者在對前概念進行價值判斷時，認為前概念對于物理教學的價值，就在于人類對客觀事物的認識是一個漸進發(fā)展的過程，那種一蹴而就的想法是不切實際的。物理教學往往要從學生已

17、有知識，甚至是從一個存在錯誤的前概念出發(fā)，通過螺旋式的課程逐步發(fā)展為科學概念12。如在初中階段的“水壓”類比“電壓”又是一個不科學的例子。但教師若用“保守力場”“電場力”“電場力的功”“電勢”等抽象概念為基礎建立電壓的科學概念又不符合學生認知發(fā)展規(guī)律。這說明教師選擇策略時務必把學習者的特征考慮進去。3培養(yǎng)學生元認知方面的策略元認知就是對認知的認知，具體地說，是關于個人自己認知過程的知識和調節(jié)這些過程的能力，對思維和學習活動的知識認知的控制6。元認知的形式和發(fā)展必須以主體的大量的認知活動中所積累的經(jīng)驗為基礎。具備元認知能力，就意味著學生在認知活動中不僅關注活動所指向的客體，同時也關注自身及正在從

18、事的認知活動過程。由于學生的認知策略對學習起定向、控制、整合和修正作用，而認知策略的主動性和有效性的程度則顯示其深層次的元認知水平。因此，中學物理教學過程應當成為培養(yǎng)和提高學生元認知能力的過程8。概念轉變教學為培養(yǎng)學生的元認知能力提供了一個好的平臺。在物理教學過程中，教師可通過積極創(chuàng)設實驗教學環(huán)境，構建自主學習的環(huán)境，引導學生“自我提問”和“出聲思維”，學生5分鐘課堂自評小結、利用“反思性物理日志”等策略來培養(yǎng)學生元認知方面的能力，為后續(xù)的概念轉變教學服務。如在 “浮力”課堂教學的尾聲，教師可采用“學生5分鐘自評小結”的方法進行對概念轉變學習的反思?？梢圆捎孟卤淼男问竭M行：學習前學習后反思內(nèi)容

19、看到“浮力”我想到了什么？我認為浮力的大小應該與哪些因素有關？生活中有哪些例子支持我的想法？有哪些現(xiàn)象我還暫時不能解釋？總的來說，你對自己關于浮力的認識感到滿意嗎？我對“浮力”這一概念是怎樣理解的？浮力的大小與什么因素有關？這與我原本的認識有何異同？在課堂上，這個結論是怎樣被發(fā)現(xiàn)的？運用這個結論（阿基米德原理）我可以解釋生活中的哪些現(xiàn)象？我對這節(jié)課的哪些問題還有疑問？ 這樣將學生的錯誤概念與科學概念有機地聯(lián)系起來，促進學生反思自己的已有認識、認識并調整自己的思維方式，主動有效地轉變自己的錯誤概念，使學生對自己的錯誤概念從潛意識轉為有意識狀態(tài)，從行為、認知和情感上都參與到概念的轉變過程中來。三、

20、 結束語實現(xiàn)概念轉變對教師和學生都是一種挑戰(zhàn)和考驗，在諸多策略中，都包含著教師的引導和學生積極的思考與討論。然而無論采用哪一種策略，從學生的角度來看，一個主要的特征在于，知識不再是單向的傳遞，也不是提供給他們“現(xiàn)成的東西”，他們自己需要對理解這些活動負最終的責任14。從教師的角度來看，實施概念轉變的策略時，不僅要了解物理學科的知識，還要提前探測學生的前概念和他們傾向使用的概念發(fā)展方式。由一個講授者轉變?yōu)橐粋€適應多種情景要求的多角色疊加者。當前，概念轉變的策略有很多，從上面列舉的教學策略中可以發(fā)現(xiàn)，不同的教學策略對學生的認知要求是不同的。選用概念轉變的任何教學策略都將為學習者提出特定的認知需要，

21、在設計教學時必須將這些認知需要與具體教學內(nèi)容、學生已有知識和智力水平、預期的學習結果、教學資源等聯(lián)系在一起。參考文獻：1 G. J. Posner, K. A. Strike, P. W. Hewson, W. A. Gertzog, Accommodation of a scientific conception: Toward a theory of conceptual changeJ. Science Education, 1982, 66(2): 211-227. 2 D. Hestenes, M. We11s, G. Swackhamer, Force Concept Invent

22、oryJ. The Physics Teacher, 1992, 3(30): 141-158.3 David P.Maloney,Thomas L.OKuma,Curtis J.Hieggelke, Alan Van Heuvelen. Surveying students conceptual knowledge of electricity and magnetismJ. American Journal of Physics, 2001, 69(7): s12-s23.4 D. K. Nachtigall. 規(guī)范與前概念(續(xù))J.物理通報,1997,(6):1,2.5 張建偉. 概念轉

23、變模型及其發(fā)展J. 心理學動態(tài),1998,(3):33.6 封小超,王力邦.物理課程與教學論M.北京:科學出版社,2005.109,108.7 施良方.學習論:學習心理學的理論與原理M.北京:人民教育出版社,1994.232.8 袁維新. 運用診斷性評價揭示學生的前概念J. 生物學通報,2003,(6):32.9 李高峰,劉恩山.前科學概念的研究進展J.內(nèi)蒙古師范大學學報(哲學與社會科學),2007,(4):64,65-66.10 全日制義務教育物理課程標準(實驗稿)M.北京：北京師范大學出版社2001.24.11 義務教育物理課程標準實驗教科書物理（九年級）M. 北京：人民教育出版社，200

24、5.89-90.12 林靜.CAT:基于學習科學的科學概念學習環(huán)J.全球教育展望,2009,(10):33.13 D. E. Brown, J. Clement. Overing misconcepts via analogical reasoning: abstract transfer versus explanatory model constructionJ. Instructional Science, 1989, 18: 237-261.14 P. H. Scott, H. M. Asoko, R. H. Driver,郭玉英,盧俊梅譯.“為概念轉變而教”策略綜述(續(xù))J.物理教師