高中生学习“磁场”时的相异构想及产生原因，本文主要内容关键词为：相异论文,磁场论文,原因论文,高中生论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
学生往往对一些未经专门学习的概念已有一套自己的想法和思维，用以理解日常生活遇到的各种现象，这些想法和思维有的和科学的概念是一致的，有的则是不相容的，这些不相容的概念被称为“错误概念(mis-concept)”，也称“相异构想” (alternativeframework)，它是由德瑞弗和依斯利 (Driver & Easley,1978)首先提出的。
现代建构主义理论认为，学生学习要建构关于事物及其过程的表征，但它并不是外界的直接翻版，而是通过已有的认知结构对新信息进行加工而建成的。因此，教师的作用不仅仅是呈现新的信息，还必须引导学生用新的方法去思考现象和问题，纠正学生的错误概念。为了做到这一点，教师首先必须对学习者的学习经验（即原有的观点和思想）有所了解。
本研究旨在通过调查测试，分析总结高中学生在学习“磁场”时存在的相异构想的表现，探讨学生形成这些相异构想的原因，从而为研究转变学生相异构想的教学策略奠定基础。
一、问卷调查与访谈
1.问卷的编制
从戴维德等人设计的电场和磁场概念理解的调查问卷中，摘出有关磁场部分的8道题目（略）组成问卷。问卷中选择题的题干部分多是创设一定的物理情境，选择项则尽可能多地包含了学生学习中可能存在的错误理解。
该理解问卷可分为3个方面的内容：磁场力、电流的磁效应、磁场叠加。每个选择题有5个选择项，其中只有1个为正确选项，选对记2分，选错记 0分，满分为16分，答题时间为20分钟。
2.调查对象
2005年5月，我们在山东省菏泽二中高中三个年级中各抽取4个班共590名学生，利用调查问卷进行了调查。其中高一学生尚未学习高中磁场部分，高二学生刚刚学完磁场部分，高三学生高考前的第一轮复习已经结束。调查中共收回问卷565份，剔除回答不完整的问卷，得到有效问卷488份。
3.对调查数据的统计分析
我们将学生的作答情况做了详细统计，部分题目反映出的学生的相异构想如表1：
表1
4.访谈对象的选取与访谈提纲的编制
采用如下的方式分别对菏泽二中高中三个年级选相同错误选项的同学进行分组访谈：
(1)各组成员逐个讲解各自选定相应项目的思路和理解，并记录。
(2)解题思路和理解不相同的学生继续发言，相同的免于发言；记录并汇总统计。
(3)对访谈记录进行汇总统计。
二、高中生学习“磁场”部分时相异构想的表现
从综合开放性问卷调查及学生的访谈结果看，高中生在磁场部分的相异构想主要表现在知识的理解和应用两个方面。
1.知识理解方面相异构想的5种表现
表现1：将磁场理解成电场。
尽管学生知道磁场不同于电场，但常将磁场性质与电场性质混为一谈，不加区分地将电场力置换为洛伦兹力。例如，犯错误1的同学认为：电荷只要放在磁场中就受洛伦兹力；犯错误7的同学认为：洛伦兹力大小与电荷运动方向无关。
表现2：怀疑左手定则。
只伸开左手并没有什么物理含义，当我们赋予它物理内容——判断洛伦兹力和安培力时，它就代表一条规律——左手定则。学生往往将右手反面当成左手来使用，形成自己的一套方法。可是，我们观察发现他们在应用时，却有时用自己的方法，有时用左手定则，导致对问题解答的错误，但在进一步的访谈中，有不少学生坚持认为这样并不影响解题。
表现3：两电流间的相互作用力不等大。
高中生对牛顿第三定律的内容已经记忆熟练，但在磁学部分遇到两电流间的作用力时却认为不等大。例如，犯错误10的同学认为：大电流对小电流作用力大。在进一步访谈中，不少学生总认为两电流间的作用力不等大，大电流对小电流作用力大。
表现4：电流的磁场和磁铁的磁场性质不同。
学生对磁场本质的认识仅仅记住磁场是一种物质，至于磁场性质这一问题，部分学生认为电流产生的磁场和磁铁的磁场不同，磁铁有N、S极，而电流没有。例如，犯错误13的同学把磁场的来源等同于磁场的本质。
表现5：磁场没有方向。
学生通过初中阶段的学习已经知道磁场是一种物质，在高中学习磁场叠加时，认为如通常物体堆积，越堆越多，遵循代数加法，磁场不能抵消。例如，犯错误14、15的同学是对磁场矢量性存在认识上的错误。
2.知识的应用方面表现出来的相异构想
学生尽管已经掌握了一些概念，但在一些需要运用概念进行推理以及情境相对陌生的题目上则不能恰当的运用，许多学生凭感觉解答，也就是说学生在知识的应用上还存在着很大的困难。通过调查我们发现，在许多题目上都充分暴露出这一点。
题目1、7均考查产生洛伦兹力的条件，题1较简单，学生答题的正确率为74.5%，题7涉及两个磁铁，物理情景相对题目1复杂，回答这个题的正确率仅为69.4%。将产生洛伦兹力的条件背得滚瓜烂熟，但是遇到有关复杂的物理情景时，无意中将磁场看成电场。
题目2考查洛伦兹力方向——左手定则，物理情景并不复杂，但学生稍有疏忽就会将电子当成正电荷，以至学生答题的正确率仅为77.1%。题目5考查洛伦兹力的大小，学生的正确率为85.9%，仅次于题6（正确率为87.4%）。
题目3直接考查载流导体周围磁场和磁场叠加，5.7%的学生将载流导体示意图当成电荷示意图，该题学生的正确率为76.8%。
三、高中生学习磁场部分时产生相异构想成因的初步分析
在国内外学者研究的基础上，结合以上问卷调查、访谈和观察等研究，我们认为高中生在学习磁场部分时产生相异构想的原因可归纳为如下7个方面：
1.先入为主的生活经验
学生在日常生活中，已从大量的物理现象中获得了不少物理方面的感性知识，积累了许多生活经验，但这些凭直观感觉学习到的东西不一定都是正确的。如学生认为“大电流对小电流的作用力大于其反作用力”，就是受大人力气大小孩力气小的影响（在遇到拔河比赛问题时也有同样的错误认识），如错误10。同时也反映出学生通过高中力学部分的学习并未转变他们的相异构想。
2.建立不恰当的物理模型
学生由于缺乏必要的感性经验，会不恰当地运用生活中的一些现象构建出模型，并用这些模型来解释不能直接观察的过程。例如，两同向电流相互排斥是由于不理解电流间相互作用力形成的机理，部分学生把两同性电荷间的相互作用力等同于前者，如错误9。
3.消极的思维定势的影响
思维科学研究结果表明，思维定势会对学生物理概念的形成产生重大影响。高中阶段，老师反复强调电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动，在访谈中我们发现，许多学生受此影响，认为电荷在匀强磁场中一定做匀速圆周运动，如错误3。
4.不正确的直觉和想像
当学生对一些物理现象无法做出科学分析进而得出科学结论时，就只能凭借自己的直觉和想像简单地得出结论，进而形成相异构想。例如，磁场叠加遵循代数加法或磁场抵消等。
5.不恰当的类比
类比是推理的一种重要方式，是人们认识新事物或做出新发现的重要思维形式。学生在学习一些物理概念时，运用类比思维可得到很大帮助，但若运用得不正确，就会导致错误的结论。如将电流类比为电荷等。
6.错误的数学知识的负迁移
物理学不同于数学，物理学更注重的是物理事实和物理本质。学生由于从小就接受数学教育，在思考物理问题时常常有“数学惯性”，以数学关系来理解物理概念，而忽视了具体的物理情境。例如对磁感应强度定义
的理解存在这样的情况：I越大，B越小；L越大，B越小。
7.不良的教学方法的影响
教师在讲解物理知识、演示物理实验时，为了某个知识点的教学需要而过分地突出某一方面现象或结果的观察和分析，忽视了相关的其他知识，造成以偏概全，产生相异构想。例如，老师反复强调电荷垂直射入匀强磁场，在其中做匀速圆周运动，部分学生只记住匀速圆周运动，忽视了前提；平时所做的练习题绝大部分都是这样的情景，使学生形成相异构想。
总之，通过对高中生学习磁场知识的调查研究，可知目前高中生学习磁场一章知识时产生相异构想的原因是多方面的，主要是学生自身原因（错误的经验性的知识、错误的思维方式和错误的理解）和教学方面的原因，这些原因直接影响着学生正确全面掌握磁场知识的教学效果，因此，我们物理教育工作者应该探讨和研究，在教授学生磁场知识时如何避免上述各种相异构想的产生。