教育科学研究表明，学生在学习物理学课程之前，头脑里并非是一片空白，学生通过日常生活的各种渠道和自身的实践，对客观世界中的各种生物现象已经形成了自己的看法，并在无形中养成他们独特的思维方式，这种在接受正规的科学教育之前所形成的概念一般称之为前科学概念(或前概念)，在物理学习中，这种前概念作为一种“资源”，既可以成为错误概念产生的“温床”，也可以成为科学概念形成的“胚胎”，而从一定意义上说，科学教育的过程旨在最大限度地、卓有成效地将学生头脑中的前概念转变为科学，因而，概念转变应当成为科学教育的着眼点，这种概念转变是新旧经验相互作用的集中体现，是新经验对已有经验的改造，它是通过学习者的交流、观察、操作、思考及应用，进而引发及其解决认知冲突的过程，进一步地讲，它是主体进行积极主动的认知建构的过程，现结合“自由落体运动”的教学实际就物理学习中前概念的产生机理与转变策略作些探讨。
　　1在交流中显露
　　要转变学生的前概念，就首先要了解学生拥有什么样的前概念，这里的“了解”包含教师和学生两个方面，对教师讲，只有了解了学生在哪些问题上存在前概念，这些经验思想是如何建立的，才能选择适当的策略帮助学生转变前概念，对学生讲，也只有知道自己在哪些方面存在着前概念，才有可能去更正它，那么，如何实现这两个方面的“了解”呢?由于学生头脑中具有怎样的前概念，只有在与学生的交流中才可能显露出来，而这种预期的交流成果的获得又是建立在自由、宽松、平等、安全的氛围以及有诱导性、启发性及有针对性的适当的问题情境的基础上的，只有在这样的氛围与情境之中，才有可能使学生心甘情愿地“献丑”，畅所欲言地发表自己的认识与见解，而在这个过程中，教师不仅可以借此更好地了解学生的已有观念，而且外部的表达也必然会促使学生的自我意识和自我反省，而后者正是概念转变学习的一个必要条件，在物理教学中，这种交流既可以口头的形式，也可以是书面的形式，其中口头形式包括提问、个别谈访与小组讨论，例如，为了了解学生在落体运动方面有着怎样的前概念，可提出如下一些问题：“小石块和纸片一起开始下落，谁先落地?这说明了什么道理?”“羽毛和棉絮会在空中飘扬，而小石块则不会，你认为为何?”“铁块在水中下沉，木块则会漂浮于水面，这是为什么?”相对而言，提问便于诊断出不同学生可能拥有的前概念，个别访谈作为一种“解剖麻雀”式的典型方式，它有助于教师充分了解学生对各种现象的理解，倾听他们的看法，洞察学生前概念的来龙去脉，而藉助小组讨论，则便于相互间了解彼此的见解，了解那些不同观点的基础，看到自己抓住了哪些，又漏掉了哪些，从而形成更丰富、深层次的理解，以有利于知识的广泛迁移，而且在小组讨论中，他们的想法、解决问题的思路同时也都被明确化和外显化了，学生要不断反思自己的思考过程，对各种观念加以组织或重组，这有利于学生建构能力的发展，书面的交流形式通常是指“问卷调查”的方法，如可将上述一类问题设计成问卷的形式让学生不记名作答，其优点在于短时间内收集到范围广泛的材料。
　　2在观察中生疑
　　有研究表明，概念转变首先是基于对现有概念的不满，一个人只有感到自己的某个概念失去了作用，他才可能改变原概念，当个体面对原来的概念所无法解释的事实(反例)，从而引发认知冲突，这可以有效地导致对原有概念的不满，而这种不满，首先表现为由客观事实所引起的对前概念的怀疑，因此，为了促进学生实现由前概念向科学概念的转变，需要在给学生提供丰富的感性认识的基础上激发其产生“疑惑”进而“怂恿”其形成对前概念的“不满”。
　　而观察作为人们认识世界的主要窗口，也应当是学生产生疑惑的主要途径，其实，学生头脑中的许多前概念与其说是直觉经验造成的，倒不如说是缺乏对自然现象的深入观察所致，而一旦当你认真地进行观察(既要观，更要察，尤应重于察)的时候，你也不禁会疑窦顿生，对自己头脑中会形成如此这般的前概念感到惊诧莫名，与此同时，也就会油然而生对现有概念的不满，像在“落体运动”中，大多学生存有亚里士多德的“重物比轻物下落快”的前概念，对此，教师不妨通过如下两个信手拈来的实验让学生观察：一是取两张相同的纸片，把其中一张揉成小纸团，再从同样高度同时释放；二是将一张质量较小的纸片揉成小纸团，让其与一张质量较大的纸片同时从同高度处开始下落，而实验所展示的生动具体的实验事实，岂能不引起学生对前概念的怀疑与不满?
　　3在实验中探究
　　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，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相当顽固的，那种认为只要将科学的概念介绍给学生使学生便可以“替代”原有的前概念的想法是天真而幼稚的，就人类对“落体运动”的认识而言，那建立在现实的日常生活经验的基础上的错误概念从形成到最终被“自由落体运动定律”所替代至少经过了从亚里士多德到伽利略的近2000年的历程，而就教学过程而言，它旨在缩短人类认识世界的过程，而不是跨越这一历程，如若我们在教学中，径直地把自由落体运动的重物与轻物下落一样快的结论简单地“赠予”学生，难道学生就会因为有了这与自己日常生活中所见到的格格不入的“礼物”(而且也不见得“有用”)而把自己那很显得很“有用”的“珍藏品”轻而易举地弃之脑后吗?而如若期望实现这个目的，较为科学合理的方法是创造条件让学生通过亲身的实践活动去经历和体验科学认识的历程(当然这个历程可以是被浓缩和提炼了的)，物理实验作为学生的一种基本的实践活动形式，是学生探究和认识科学概念的重要途径，就落体运动而言，在学生通过前面的观察形成关于“重物比轻物下落快”的认知冲突后，引导学生通过自己的分析思考弄清纸片比纸团下落慢是由于空气阻力的缘故，再让学生自己重复上述实验，并引导学生观察空气阻力对下落快慢的影响，让学生逐渐去伪存真，由表及里，在此基础上，再创设新的问题情境：如果没有空气阻力的影响，将出现什么现象?怎样消除空气阻力的影响?这时，学生会从抽气机及以前所熟悉的“马德堡半球”实验中，联想到可以运用抽真空的方法消除空气阻力的影响，进而再过渡到“牛顿管”实验：通过牛顿管在抽去管中空气后里面的小金属片、小羽毛、小木片等下落的不同情况以及与打开阀门空气进入后的下落情况的对比实验，从而可以探究出“自由落体运动快慢与物体轻重无关”的结论。 　　4在思考中领悟
　　概念转变作为在个体原有的某种知识经验由于受到与此不一致的新经验的影响的情况下而发生的“自我否定”，既要求新的科学概念具有客观性，又要求其具有合理性，个体需要看到新概念是合理的，而这需要新概念与个体所接受的其它概念、信念相互一致，而不是相互冲突，它们可以一起被重新整合，这种一致包括：与自己的认识论信念的相一致；与自己其它理论知识或知识的相一致；与自己的经验与直觉相一致等，而作为一个科学的概念，本身也必须具备应有的可理解性，惟有如此，学习者才有可能弄懂新概念的真正含义。而不仅仅是字面的理解，才能够把各片段联系起来，建立整体一致的表征，教学中要在通过实验建立科学概念的基础上，指导和引导学生理解和领悟新概念，在这个过程中，一方面要让个体理解新概念的合理性，只有基于此，学生才会相信新概念是“科学的”，才有可能在自我否定中“拷贝”上新概念实并同时“覆盖”掉前概念，就“落体运动”而言，为伽利略在他于1638年出版的《两种新科学的对话》中曾运用了如下的逻辑推理：如果重的物体比轻的物体下落快，那么将一轻一重的两个物体连在一起下落，“快的会由于慢的拖着而减速，慢的会由于快的拉着而加速”，因而它们下落的速度将比原来那个较重的物体慢，可是这连在一起的两个物体却比原来较重的那个物体还要重，如此自相矛盾的结果不得不相信“物体下落的快慢与重量无关”是科学合理的；另一方面，也要注意让学生在深刻理解物理概念内涵与外延的同时，通过思考区分理想与现实的不同情况，其实，就落体运动而言，应当看到，伽利略和亚里士多德所研究的是在不同条件下(一个是理想的，一个是现实的)的落体运动定律，因而产生不同的结论也是自然的(当然，亚里士多德在对实际落体的研究中也常常难以自圆其说)。
　　值得一提的是，概念转变学习排斥从抽象的物理公式开始讲授的作法，因而物理公式也就不再仅仅是一种数学运算，而是作为学生深入领会科学概念确切物理定义的一个重要内容，事实上，在学生理解“自由落体下落快慢与重量无关”的情况下，自然也就会怀着急于了解“自由落体运动规律”的迫切心情投入定量揭示物理规律的物理公式的学习，当然这样的学习也就会更加有效且具有意义。
　　5在应用中深化
　　科学的物理概念应当是具有有效性，个体应看到科学概念对自己的价值，它能解决其它途径所难以解决的问题，并且能向个体展示出新的可能和方向，具有启发意义，有效性意味着个体把它看作是解释某问题的更好的途径，其实，科学概念的运用是学习科学概念的目的，也是检验科学概念掌握情况的重要标志，还是加深对科学概念理解的重要环节，因为只有通过运用，学生才能真正掌握科学概念；同时，在运用过程中，学生对概念理解上的缺陷才能暴露出来，以便进一步有针对性地加以纠正、完善和深化学生对科学概念的理解，正如阎金铎教授所一再强调的，物理教学应遵循“一观察、实验，二思维，三应用”的认识过程，使学生亲自动手、动脑完成认识上的两个飞跃，在教学中，教师要注意总结学生学习科学概念中的心理障碍及容易出现的问题，了解学生的认知结构和能力状况，有针对性地选择一些典型的习题，并从科学概念出发对解题时出现的问题加以纠正，从而使学生更好地、全面地、深入地理解和掌握科学概念。
　　应当指出的是，物理概念的应用不只是在“题海”中的东奔西突，同时更应体现在解决实际问题的过程中的游刃有余，藉以让学生在深化和拓展对科学概念理解的同时，进一步体会科学概念的实用性与有效性，像在研究了“自由落体运动”规律之后，就可以引导学生研究如何运用“自由落体运动定律”测量重力加速度的问题，同时让学生思考在空气中进行的落体运动在什么情况下才可忽略空气阻力的影响，以及怎样去“冲淡”空气阻力的作用等问题，进一步地，还可让学生联系实际，通过实验与思维相结合的方法研究在存在空气阻力的“实际”情况下落体有着怎样的运动规律，譬如对人们耳熟能详的、传说中伽利略曾在比萨斜塔上做过的落体实验，若选用两个大小不同(质地相同)的木球(或塑料球)让其在空气中从同一高度同时开始下落看其是否会同时落地，同样亦可进一步研究雨滴、气球以及降落伞等实际的落体运动，藉以加深对落体运动规律的认识。
　　长期以来，由于我们未能系统地研究和认识学生头脑中丰富的观念世界及其影响他们理解物理世界的机制，常有意无意地将学生的头脑当成了一块“白板”，不自觉地把我们所理解的物理世界硬塞进学生头脑中，似乎只要通过教师的传授和灌输，就可以在上面构画出各种各样的物理知识图景，其实，学生那带有前概念的大脑，就犹如一只几乎盛满水的杯子，前概念就像是杯子中的水，在教学过程中，那些无视前概念存在的教师在给学生一味地地灌输科学概念时，也就仿佛是在向一只几乎盛满水的杯子里不断地倾倒可乐一般，不难想像，他所倒出的可乐大部分都溢出了杯外，只有很少的灌入杯中，其结果当然不可能使杯子里的水变成可乐，至多只能使其呈现出可乐的浅棕色的色彩而已，既然我们不可能将学生“杯”中的“水”倒掉，而同时又要让学生能拥有更多的“可乐”，那就让我们共同努力去探索和创造更多的、更加有效地实现由“水”向“可乐”转变的途径，进而促进和催化每一个学生持续、健康地实现由“水”向“可乐”的“概念转变”。