浅谈高中物理的概念转变教学，本文主要内容关键词为：浅谈论文,高中物理论文,概念论文，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。
物理概念的建立是物理学科建立并发展的关键，是区分科学规范的研究与常识、经验的观察体验的基础。因此，概念教学是物理教学中至关重要的一环，其将影响学生对物理知识网络的构建与拓展。
以往的高中物理概念教学多采用“注入式”，把学生当成一个“空容器”、一个被动的接受者，忽视学生已有的与待学习概念相关的认识和体验，导致学生认识中的矛盾冲突无法解决，对老师讲的或书上写的概念只是服从权威、强制记忆，没有真正地理解和接受。在解决实际问题中也就不能灵活、正确地运用。
基于认知主义和建构主义学习理论的概念转变教学，以学生的已有概念为教学起点，通过教学行为解决认知矛盾，建构更科学的概念。学生的能力和生活体验是逐步加强的，因而学生头脑中物理概念的形成也是由错误到正确，由模糊到清晰，由片面到全面的渐进过程。很多重要的概念（例如力、运动、能量、场、熵等），其学习和理解过程贯穿从初中物理学习到高中或者高等教育的始终。所以，在这些概念的建构过程中，需要进行概念转变教学的不断循环和深入。
笔者在物理概念的教学过程中，探寻概念的形成脉络，对一些在中学物理中不断深入的核心概念有意识地形成纵向的系统课程，帮助学生建构物理概念。在课程实施过程中，积极探究和实施概念转变，使学生逐步体验到科学探究的过程和方法并内化成自己学习研究的能力，同时新旧概念的一次次认知冲突，是培养批判性思维和创新思维、形成科学世界观、价值观的重要过程。
一、关于物理概念的建构与概念转变
（一）概念及物理概念的特点
1.概念（conception）。它是代表一类享有某些共同特征的人、事物、事件或观念的词或符号，是通过使用抽象化的方式从一群事物中提取出来的反映其共同特性的思维单位，是逻辑思维的最基本单元和形式。人的认识从生动的直观到抽象的思维，形成一系列概念，这些概念的真理性又要返回实践中接受检验，循环往复。因此，概念的最基本特征是它的抽象性和概括性。
2.物理概念的特点。物理概念具有概念的共性，同时因其研究对象的特殊性还具有一些特点。例如，物理概念是观察、实验与科学思维相结合的产物，一般都具有确定的内涵与外延，具有量的含义，可以测量并与数学联系起来。物理概念中的定量概念都采用操作定义。
从物理概念的特点可以看出，物理概念形成既要有源于生活的观察、实践和体悟，也要有科学的实验测量和分析判断，还要有抽象而严密的逻辑推理与数学表达，具有更加深刻而理性的物理学科特点。
（二）概念的建构与概念转变
对概念的学习理解，不同的心理学派观点不同。有的认为学生是被动的接受者，有的认为学生是主动的参与者。建构主义学习理论认为学习者对知识的建构是以原有知识、经验为基础的，学习过程是新旧知识、经验间的同化和顺应的过程。学习者原有的知识、经验作为知识建构的条件、基础或背景，在学习者的知识建构中起着十分重要的作用。我们要注意：学习者原有的知识、经验虽然十分重要，但不一定都能对新知识的学习起促进作用，有时恰好相反，固有的经验和思维定势阻碍学习者认识理解新知识。在这里有必要了解影响概念学习的两个重要概念：前概念与迷思概念。
1.前概念（preconception）。有关前概念的研究很多，也有称之为直觉想法、学生想法、自发想法等，主要指学生在学习之前就存在着的对所学事物的个人认识。它是学生知识框架的一部分，不管它是否科学正确，都是学生学习新知识、解决新问题的基础，是科学概念形成的出发点，故应是教师教学的起点。
2.迷思概念（misconception）。在物理概念学习过程中，学生已有的某些概念（包括科学概念与前概念）对理解某一确定（具体）概念造成迷惑、干扰、混淆，这些概念通称为该确定（具体）概念的迷思概念。大部分学者认为迷思概念是学生从生活经验、社会环境、学校学习（教师教学和教材表述等）、同伴交流、天赋观念中获得的，用于了解和解释自然现象的有别于公认的科学概念的已有概念。
3.概念转变（conceptual change）。从以上的叙述可以看出，前概念和迷思概念是在学生学习概念时已客观存在的，不管正确与否，都不能回避。所以，在概念教学中应了解学生的前概念和迷思概念，发现问题所在，针对这些问题进行研究和分析，从而帮助学生构建新的科学概念。这个过程称之为概念转变。概念转变相比于概念教学，突出了学生在学习过程中的主体性，体现学生主动面对新旧概念的冲突，修正迷思概念，建构更科学的新概念。
（三）概念转变教学与物理概念的深入教学
1.概念转变教学。概念转变教学有多种模式，例如纳斯鲍姆和诺维克提出的三步教学模式：揭示和弄清学生已有的前科学概念；引进与前科学概念相冲突的新概念；鼓励学生对新概念进行评论，并形成对有关概念的新的概念图示。还有准备、聚集、挑战及应用四个阶段教学流程或5E教学模式、学习环教学模式等。一般概念转变教学可概括为以下三个阶段：
①探测认知结构，了解已有概念；
②引发认知冲突，解构迷思概念；
③解决认知冲突，建构科学概念。
2.物理概念深入教学。很多重要的物理概念的教学不是一次性完成的，而是在学习过程中不断以各种方式呈现。也就是说概念转变的教学环节不是封闭的，而是不断循环，每次循环中对概念理解都在不断深入。因而，教师在物理概念教学中，应主动探寻概念的形成脉络，有意识地形成纵向的系统课程，帮助学生完成概念转变，建构科学的物理概念。
下面以重力和引力概念的深入教学为例，谈谈如何实施概念转变教学，促进概念的深入理解。
二、概念深入教学与概念转变课例研究——《重力与引力》
注意到重力、引力概念的学习具有下述特点，笔者选取《重力与引力》的教学作为研究课例：重力、引力及其关系一直贯穿中学物理教学的过程，而且是不断深入和发展的，反映了人类对重力和引力及其关系的认识过程。从初中重力学习开始就涉及引力概念（由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力），到高中必修（如《必修1》）和选修（如《选修3-1》、《选修3-4》）教学内容中的多个模块、章节又不断地研究重力、引力及其相关概念、规律。分析教材可以看出，重力和引力的概念在高中物理教学中涉及广泛且不断深入，而且还关系到对其他相关概念、规律、方法的理解及研究应用。应用概念图制作软件或根据续佩君教授的核心概念理论绘制内在逻辑脉络图，更容易发现它们在这一系列内容中的核心地位及它们之间的联系。但是，由于这些内容相对分散，学生不可能在某一特定章节的教学中一次性正确而深入地掌握和理解这些概念。我们在各年级（初中毕业、高一、高二、高三）各章节教学的前测、后测中也发现，学生不易自觉地综合提升、融会贯通、自主构建更深入、全面的重力及引力概念。因此，需要教师抓住这些内容之间的相互联系，设计关于重力、引力及相关概念的纵向课程，引导学生对重力和引力概念及其关系不断深入思考和重新认识，逐步建构科学而深入的概念。
（一）课程设计构想
1.设计重力和引力教学的纵向课程。从高一到高三，统筹安排相关内容的教学，做到彼此衔接呼应，促成学生对重力和引力概念的不断深入理解。
2.在课程设计时应用概念转变教学方法。利用各种探测认知结构的方法了解迷思概念；再利用合作学习、概念图、探究实验等学习和教学方法引发认知冲突，解构迷思概念；最后适时引入新概念，解决认知冲突，逐步建构新概念。
（二）课程设计案例
根据概念转变、概念建构的理论和实施办法，结合教学重点，设计重力和引力概念教学的纵向课程。纵向课程围绕重力和引力概念的转变，根据教学内容、进度和对象在高中各年级展开，并以适当的教学形式来实现。下面以纵向课程中不同年级、不同形式的几节典型课为例，介绍对重力和引力概念的深入理解和概念转变的教学过程。
为便于大家理解，先简单介绍我校物理课程体系：我校物理课程根据教学内容分成常规课和荣誉课。常规课基于课标，供全体同学修业；荣誉课对理论和方法进行适当拓展，供在物理学习方面有兴趣和余力的学生选修。其中，常规课根据学生发展方向又分为理科和文科两个系列；荣誉课则有课堂教学、沙龙讲座、俱乐部活动等不同教学模式。
1.高一理科常规课——《必修1》第三章§1重力，1课时。这节课是重力概念初、高中衔接的课程，之前，学生由初中学习和生活观察实践已建立了重力概念，高中教学应以学生已有概念作为起点，建构更正确、深入的重力概念，而不应不管学生的思维起点，照本宣科地教学。所以，这节课的教学设计的重点是了解学生的前概念、迷思概念，引发认知冲突，为建构新的概念做好准备。具体实施过程为：
第一步：了解学生的前概念。老师围绕以下几个教学重点设计了预习思考问题：①重力、万有引力与向心力的概念及其关系；②重力测量和重力加速度；③重力方向；④重心。主要是课前通过问卷、访谈、二段式调查等方法了解学生的前概念。
第二步：通过课前的学生合作学习和课堂讨论、实验探究等教学环节，引起学生认知冲突，解构迷思概念。例如，在地球上的不同位置，物体的重力为何会略有不同？弹簧秤的示数是否等于重力或重心是否一定在物体上等问题，都是可以引导学生进行批判性思维，进而破解迷思概念的。
第三步：适时引入新概念，落实本节的教学重点和难点：重力与地球吸引力的联系与区别、重力大小（影响g变化的因素、重力与视重的区别与联系）、重力方向，重心的概念等。
需要注意的是，本节的教学目标是在发现前概念和迷思概念，而不是在此时就要全部解决，有些问题是在引力等概念教学中逐步解决的。此时的留白正是为学生的自主探究和后续的教学留下空间、埋下伏笔。
2.高二理科荣誉课——《选修3-1》第一章§4电势能，1课时。本节教学设计旨在突出概念建构过程中类比方法的应用。
根据建构主义的主张，新的学习必须能与学生已有认知结构中的旧经验取得关联，才能让学生真正理解，才是有意义的学习。而在引入新的物理概念时，类比是一种十分重要的方法。类比是指利用逻辑推理的思考形式，把寻常的、熟悉的事物（类比对象）类比到异常、未知的事物（研究对象），然后依据两个对象之间存在着某种相类似的关系，从已知对象的某种性质推出未知对象的某种性质。
电场的概念比较抽象，学生难以理解，所以这节课主要是借助高一已初步形成的重力、引力及其做功特点，势能与能量转化的概念和规律，用类比的方法研究电场力做功特点及电场中能量转化等问题，形成电势能概念。同时静电场中电势能、电势、电势差、场强等概念又反过来可以加深学生对重力、引力及相关概念的理解，形成逆向正反馈。而两个场的共性，又可引发对保守力做功、势能、非保守力等概念的思考，使概念的理解和探究更加主动和深入。所以这节课的设计不仅要用类比帮助学生形成未知事物（电场、电势能）的概念，同时用类比反过来深化对已知事物（重力、引力场，引力势能）概念的认识，并希望研究二者的联系，归纳出共性（保守力、保守力场、势能）的概念。
3.高三专题复习课——《万有引力与重力》，1课时。高三教学的重点在于应用概念、规律解决问题。引（重）力作为重要的核心概念，在很多问题中都会涉及，但在具体问题中可能考查的是引力概念在不同侧面的特征。高一在刚开始学习重力时并未引入圆周运动概念，所以对重力与万有引力的关系比较模糊。在高三复习前测中发现，学生在下述问题中的迷思概念比较集中：地面物体和近地卫星的受力如何区分？重力是万有引力的一个分力（另一个是物体与地球一起自转所需的向心力）还是万有引力与惯性离心力的合力？重力是性质力还是效果力？由于存在对这些问题的迷思概念，加之这部分公式、规律较多，不少学生对公式、规律的应用条件与适用范围并没有真正理解，生搬硬套，造成解决问题上的错误。本节课的设计通过例题和练习发现学生的迷思概念，通过研究讨论澄清概念间的联系与区别。概念清晰了，才能选择正确的规律和公式解决问题。高三面对的是复习备考任务，要正确而高效地解决问题，更需重视基本概念教学，特别是要重点解决易混淆概念，这样才能熟练掌握正确解决问题的方法和技能。不弄清概念就让学生陷于题海，只能增加混乱，事倍功半。
4.高二荣誉课讲座——《引力的前世今生》源自《选修3-4》第十五章§4广义相对论简介的教学，2课时。本讲座从牛顿力学中的引力开始，到广义相对性原理和等效原理等近现代物理学引力研究的进展和观点。讲座分三部分：①引力是一种基本作用力；②引力是时空弯曲的几何表示；③引力是一种可重整化的量子规范场？以科学发展的视角重新审视引（重）力的概念发展，突破相对完整的牛顿力学体系，对学生继续学习和研究提供开放性窗口，也引发学生对时空观、科学观的思考。
三、教学反思和课题进一步研究设想
在引（重）力概念转变教学的纵向课程教学过程中，通过教师的课程设计和实施，学生能更主动地探究知识和概念的形成过程。通过纸笔测试和访谈等评价方式可以发现，学生对概念的理解更加深入全面和开放，应用相关概念分析解决问题的能力也有所加强。
但是，在整个课程的实施过程中，教师感到还缺乏系统而科学的调查和研究方法，比如了解学生迷思概念时的问题设置和数据分析；一些过程性材料没有注意保留；学生在课程实施前后的对比评价也还显得比较薄弱。今后课题研究中应进一步整理出了解迷思概念的有效问题；引入和使用应答系统等教学软件高效地了解学生的主要问题，设置适当的评价方式了解对概念的理解和掌握情况。
另外，对于其他重要概念，如力、运动、能量、场等，也将作为今后建设纵向概念教学课程的主要研究内容，继续用概念转变的教学方法研究概念的深入教学。
（在课题研究和论文写作中，张维善、续佩君、张继达、冯华、乔灵芝等专家及北大附中吴跃文、王玉水、刘亮等老师给与作者很多指导和帮助，在此表示深深感谢！）