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在接受正规的物理课程学习之前，学生对物理现象的直观认识就已经存在了，并在这些认识的基础上形成了他们自己的思维体系. 这种在学生系统地学习物理知识之前所具有的看法和观点被人们称之为“前概念”.
正确的前概念对学生的学习有积极的促进作用，能帮助学生更好地建构物理概念（对物理现象的正确认识），实现认知结构的顺化. 而有些物理现象的本质常被物理表象所遮掩，学生的理解大多还是相当肤浅的，停留在表面上而不能深入其本质，凭直觉认为是正确的前概念却往往是片面或者是错误的，与正确的物理概念相悖，本文中称之为“错误前概念”.
本文就物理课堂教学中，如何运用“认识冲突”策略有效地转变“错误前概念”，谈谈笔者的看法.
一、“认知冲突”教学策略的理论依据
1. 概念转变学习理论
在建构主义理论基础上发展起来的概念转变学习理论认为：科学学习就是学习者原有概念的改变、发展和重建过程，就是学习者的前概念向科学概念的转变过程.如果满足了以下概念转变学习的四个条件，学习者所持有的错误概念就会被科学概念所替代或改变. （1）学习者对当前的概念产生不满；（2）新概念的可理解性；（3）新概念的合理性；（4）新概念的有效性.
2. 转变“错误前概念”就是打破旧平衡、建立新平衡的过程
根据建构主义理论、概念转变理论，就是要促进学生依靠原有的前概念不断建构科学的物理概念.当前概念不正确时，转变的困难就加大. 在学习过程中，不断地修正或转变前概念，教师可以通过解决认知冲突的教学策略来实现修正或概念的转变. 从“认知冲突模式”看，会产生三种不同的认知冲突，如图1所示.
从图1可见，认知结构1（前概念）对物理情境一来说是平衡的，其认知结构是合理的，但在物理情境二中就不再平衡，学习者就要修正认知结构，形成新的认知结构2（即要学习的物理概念等），此概念与物理情境二相平衡，其中产生的冲突一就是我们要通过教学设计形成的认知冲突情境.为了建构认知结构2（物理概念），它必然要与认知结构1（错误前概念）产生冲突二. 一般情况下，修正后的认知结构2（物理概念）应该能够与物理情境一相平衡，但在实际学习过程中有时也会在概念转变初期出现冲突三，这种冲突从演变过程来说具有独立的一面. 冲突一是“认知冲突”教学的前提，冲突二和冲突三的解决更有利于概念的转变.
可见，转变“错误前概念”的教学就是打破旧平衡、建立新平衡的过程. 冲突一越强烈，打破旧平衡的可能性就越大，学生学习越积极、越主动，思维越活跃，建立新平衡的动力越强，越容易形成科学物理概念，达到新的平衡. 所以转变“错误前概念”，设计出认知冲突一是前提.解决三种冲突能有效地建构科学物理概念.
二、“认知冲突”策略的教学实践
以《牛顿第三定律》的教学为例，针对“马拉车的力比车拉马的力大”的错误认识，运用“认知冲突”教学策略进行课堂教学的尝试.
1. 分析学生存在的“错误前概念”
备课时，针对“马拉车的力比车拉马的力大”的错误认识，认真分析了学生产生的“错误前概念”，按生活经验，学生认为：“马拉车的力比车拉马的力大，不然车怎么能动呢？”“如果马拉车是静止的或者是匀速的，马拉车的力等于车拉马的力，二力平衡；如果马拉车是加速的，马拉车的力大于车拉马的力”“大人的力气大才拉动小孩”“大人的体重大，小孩拉不动”. 这些错误认识对学生形成正确的物理概念有极大的阻碍，它们极其顽固地缠绕在学生的大脑中. 错误概念通常具有隐蔽性，他们躲在学生大脑的角落里不被我们所发现，不经意地会跑出来做点小动作.所以同样的错误总是反反复复地出现在学生的学习过程中.
2. 分析学生“错误前概念”的成因
（1）受日常概念干扰. 它不同于科学概念，如力气与力是两个不同的概念，而学生很容易把两者等同起来.
（2）受生活经验影响. 在学生看来总是有力才能导致物体运动，又因对牛顿第二定律理解不到位，学生把物体运动状态的改变的效果等同于某个力的作用效果，他们只看到使物体运动状态改变效果明显的拉力而忽视了摩擦力.
（3）受二力平衡干扰. 若两个力大小相等方向相反就觉得是平衡了.
（4）受力分析对象不明确. 学生没有确立研究对象受力分析的习惯,常常用物体运动状态的改变效果来判断某个力的大小. 因此，学生们难以把握作用力与反作用力大小总是相等，尽管他们清楚地知道牛顿第三定律的存在.
3. 设计“认知冲突”情境，转变“错误前概念”，建构科学物理概念
（1）运用“认知冲突”教学策略的教学过程.
物理情境一：甲、乙两同学比赛拔河，甲同学赢了.
问：请学生回答为什么？
预设答案：甲同学力气大，甲同学的体重大，甲同学的技巧好，乙同学的鞋子不好等等.
设问：甲同学拉乙同学的力大于乙同学拉甲同学的力？
预计：有些同学认同，有些同学不认同.
留悬念：力气大的是否一定能赢？拔河比赛的输赢是什么在起决定性作用？
物理情境二：让甲同学站在轮滑板上继续拔河比赛，甲同学输了.
设问：力气大的同学输了，分析输赢的原因.
学生的注意力移到脚下，原来被他们忽视的摩擦力起着那么大的作用.
重新将问题抛出：那么甲、乙两人所受拉力大小是否相同呢？如果相同，那如何去验证呢？
引导学生探索验证的方法.
物理情境三：甲、乙两同学分别用两弹簧秤（大量程测力计）互拉，重复情境一、二.
从弹簧秤的读数中可得结论：甲同学拉乙同学的力等于乙同学拉甲同学的力.
设问：莫非二力平衡？
引导学生从对甲同学受力分析得出：拔河比赛若是输了是输在摩擦力小于所受拉力.
甲同学拉乙同学的力等于乙同学拉甲同学的力，回顾二力平衡的条件是作用在同一个物体上，显然，这两力不是平衡力，对作用力反作用力应区别对待.
设问：那么刚才如同学们所列举的如力气、体重、鞋子、技巧等很多因素又是怎么影响比赛的呢？
引导分析这些因素影响的最终都是摩擦力.以此强调摩擦力的作用，澄清觉得拉力大才赢的“错误前概念”，是合力在改变物体的运动状态，再次理解牛顿第二定律的内涵.
为检验新概念的建构情况，设问：请解释马拉车的作用力与车拉马的作用力是否相等？
（2）运用认知冲突，建构正确物理概念，形成正确认知体系的图解.
冲突一：“甲输了”的实验事实与“错误前概念”的“甲力气大而赢”产生的矛盾.
冲突二：相互作用力等大与不等大的矛盾.
冲突三：新学物理概念无法解释“甲赢”的原因.
情境一再现了学生的错误认识，“错误前概念”与情境一吻合，学生处于心理认知平衡状态. 情境二中的通过“甲上滑板”的设计，“甲输了”的实验事实与“错误前概念”的“甲力气大而赢”形成强烈冲突，即冲突一，这一冲突能激发学生的求知欲望，对自己原有的错误认识开始反思，即原先的认知平衡已被有效打破，亟待寻找能解释冲突的概念以寻求新的认知平衡.
情境三用实验得到甲、乙相互作用力等大、反向，冲突二解决. 同时，与另一易混淆的“平衡力”做了比较，进一步明确了相互作用力作用于不同物体.至此，新的物理概念基本形成：即相互作用力等大、反向，作用于不同物体.
用刚建立的新概念还不足以分析拔河输赢的原因，即冲突三还未解决.由于情境二“增加了滑板”，学生的注意力移到脚下，原来摩擦力在此起了很大作用.运用已学的牛顿第二定律，是拉力与地面给的摩擦力的合力改变了运动状态. 对甲：摩擦力大于拉力，甲赢；反之甲输.这样，学生解决了冲突三.
新建构的物理概念（相互作用力等大、反向）和以前所学内容（二力平衡、牛顿第二定律）整合后，形成了正确的认知体系. 让学生解释马拉车的作用力与车拉马的作用力是否相等，是用来巩固新建构的认知体系.
三、“认知冲突”策略的操作流程
要充分发挥认知冲突对“错误前概念”转变中起的作用，可以遵循以下操作流程.
1. 暴露“错误前概念”
暴露“错误前概念”的方法可以多种多样，如对实验现象预测、提问、类比、科学史的认知分析，还可以让学生主动暴露出“错误前概念”，如是重的物体下落得快还是轻的物体下落得快？可提问，也可设计实验.如快速行驶的自行车和慢速行驶的自行车哪个惯性大？牛顿认为光是由微粒形成的等等.
2. 创设认知冲突
尽量创设高级别冲突，这样有利于“错误前概念”的有效转变，有利于形成正确的认知结构，且稳定.在教学过程中要充分调动学生的主观意识，让每位学生参与进来，使得每位学生都产生不同程度的认知冲突，开始质疑“前概念”.
例如在《自由落体运动》教学过程中，为转变“重的物体下落得快”的“错误前概念”，可通过差异性实验来创设冲突. 以下是课堂实录片段.
实验1：小木块和纸片从同一高度同时下落，可看到小木块下落得快.
由于“重的物体下落得快”这一生活经验存在于大多数同学的头脑中，因此安排实验1，让学生观察到“重的物体下落得快”的现象，学生认同原有的“错误前概念”，认知处于平衡状态.
实验2：小木块和撑开的玩具雨伞从同一高度同时下落，可看到小木块下落得快，经天平称量玩具雨伞比小木块重.
观察到的现实不是“重的物体下落得快”.到底是轻的物体还是重的物体下落得快，认识上形成了强烈冲突，激起了学生探究的浓烈兴趣.这是教师做好认知冲突策略教学的前提工作，使得学生对自己先前所持有的“错误前概念”很不满意，原有认知平衡被打破，有迫切需要改变概念的愿望.
3. 建立物理概念
这一环节是“认知冲突”策略教学的关键工作，教师要在冲突最激烈，学生最希望用科学物理概念来解决认知冲突的时候，将物理概念自然地摆出来，因势利导，使其形成自然转变. 新学物理概念如果好理解，又能解决当前的认知冲突，学生自然乐意接受并建构新的认知体系.
上面《自由落体运动》的案例中，通过强烈的对比，激发起了学生探究的动机，原有认知平衡被打破，促使学生积极地思考，从而主动跳出“物体下落快慢与重力相关”的“错误前概念”，去分析现象背后的本质——空气阻力的影响.课堂片段如下.
实验3：纸片揉成团后，与小木块从同一高度同时下落，可观察到基本一样快.
实验4：伞收拢后，与小木块从同一高度同时下落，可观察到基本一样快.
让学生意识到正是空气阻力的影响使得落体运动变得异常复杂，一时难以看清问题的本质，从而启发学生从简单入手，抓住主要因素重力，忽略、排除次要因素空气阻力，引导学生改进实验，消除或消弱空气的影响，得到“轻、重物体下落一样快”的初步结论. 从而进一步引出实验5.
实验5：牛顿真空管实验，可以看到在真空环境下，钱币和羽毛同时落地.
使学生建立“忽略空气阻力时，同一地点任何物体下落快慢都相同”的新物理概念.
4. 加深理解物理概念
这一环节易被忽视但又必不可少.根据认知特点，物理概念转变得再成功，“错误前概念”会卷土重来，学生对概念的理解又会回到以前的时期，所以需要进一步巩固和加深理解.课堂上可以用实验、巩固练习来完成.比如“相互作用力等大、反向”等新知识体系建构好后，可以让学生解释马拉车的作用力与车拉马的作用力是否相等，并解释马拉动车的物理本质.
四、结束语
在课堂教学中创设认知冲突，造成认知结构的不平衡，能促成原有知识结构的顺应，特别是能有效转变“前错误概念”，建构新的物理认知结构，可以大大提高学生的学习效率，使学生在体验中学、主动地学，不易遗忘所学知识，形成学习能力.
正确的前概念对学生的学习有积极的促进作用，能帮助学生更好地建构物理概念（对物理现象的正确认识），实现认知结构的顺化. 而有些物理现象的本质常被物理表象所遮掩，学生的理解大多还是相当肤浅的，停留在表面上而不能深入其本质，凭直觉认为是正确的前概念却往往是片面或者是错误的，与正确的物理概念相悖，本文中称之为“错误前概念”.
本文就物理课堂教学中，如何运用“认识冲突”策略有效地转变“错误前概念”，谈谈笔者的看法.
一、“认知冲突”教学策略的理论依据
1. 概念转变学习理论
在建构主义理论基础上发展起来的概念转变学习理论认为：科学学习就是学习者原有概念的改变、发展和重建过程，就是学习者的前概念向科学概念的转变过程.如果满足了以下概念转变学习的四个条件，学习者所持有的错误概念就会被科学概念所替代或改变. （1）学习者对当前的概念产生不满；（2）新概念的可理解性；（3）新概念的合理性；（4）新概念的有效性.
2. 转变“错误前概念”就是打破旧平衡、建立新平衡的过程
根据建构主义理论、概念转变理论，就是要促进学生依靠原有的前概念不断建构科学的物理概念.当前概念不正确时，转变的困难就加大. 在学习过程中，不断地修正或转变前概念，教师可以通过解决认知冲突的教学策略来实现修正或概念的转变. 从“认知冲突模式”看，会产生三种不同的认知冲突，如图1所示.
从图1可见，认知结构1（前概念）对物理情境一来说是平衡的，其认知结构是合理的，但在物理情境二中就不再平衡，学习者就要修正认知结构，形成新的认知结构2（即要学习的物理概念等），此概念与物理情境二相平衡，其中产生的冲突一就是我们要通过教学设计形成的认知冲突情境.为了建构认知结构2（物理概念），它必然要与认知结构1（错误前概念）产生冲突二. 一般情况下，修正后的认知结构2（物理概念）应该能够与物理情境一相平衡，但在实际学习过程中有时也会在概念转变初期出现冲突三，这种冲突从演变过程来说具有独立的一面. 冲突一是“认知冲突”教学的前提，冲突二和冲突三的解决更有利于概念的转变.
可见，转变“错误前概念”的教学就是打破旧平衡、建立新平衡的过程. 冲突一越强烈，打破旧平衡的可能性就越大，学生学习越积极、越主动，思维越活跃，建立新平衡的动力越强，越容易形成科学物理概念，达到新的平衡. 所以转变“错误前概念”，设计出认知冲突一是前提.解决三种冲突能有效地建构科学物理概念.
二、“认知冲突”策略的教学实践
以《牛顿第三定律》的教学为例，针对“马拉车的力比车拉马的力大”的错误认识，运用“认知冲突”教学策略进行课堂教学的尝试.
1. 分析学生存在的“错误前概念”
备课时，针对“马拉车的力比车拉马的力大”的错误认识，认真分析了学生产生的“错误前概念”，按生活经验，学生认为：“马拉车的力比车拉马的力大，不然车怎么能动呢？”“如果马拉车是静止的或者是匀速的，马拉车的力等于车拉马的力，二力平衡；如果马拉车是加速的，马拉车的力大于车拉马的力”“大人的力气大才拉动小孩”“大人的体重大，小孩拉不动”. 这些错误认识对学生形成正确的物理概念有极大的阻碍，它们极其顽固地缠绕在学生的大脑中. 错误概念通常具有隐蔽性，他们躲在学生大脑的角落里不被我们所发现，不经意地会跑出来做点小动作.所以同样的错误总是反反复复地出现在学生的学习过程中.
2. 分析学生“错误前概念”的成因
（1）受日常概念干扰. 它不同于科学概念，如力气与力是两个不同的概念，而学生很容易把两者等同起来.
（2）受生活经验影响. 在学生看来总是有力才能导致物体运动，又因对牛顿第二定律理解不到位，学生把物体运动状态的改变的效果等同于某个力的作用效果，他们只看到使物体运动状态改变效果明显的拉力而忽视了摩擦力.
（3）受二力平衡干扰. 若两个力大小相等方向相反就觉得是平衡了.
（4）受力分析对象不明确. 学生没有确立研究对象受力分析的习惯,常常用物体运动状态的改变效果来判断某个力的大小. 因此，学生们难以把握作用力与反作用力大小总是相等，尽管他们清楚地知道牛顿第三定律的存在.
3. 设计“认知冲突”情境，转变“错误前概念”，建构科学物理概念
（1）运用“认知冲突”教学策略的教学过程.
物理情境一：甲、乙两同学比赛拔河，甲同学赢了.
问：请学生回答为什么？
预设答案：甲同学力气大，甲同学的体重大，甲同学的技巧好，乙同学的鞋子不好等等.
设问：甲同学拉乙同学的力大于乙同学拉甲同学的力？
预计：有些同学认同，有些同学不认同.
留悬念：力气大的是否一定能赢？拔河比赛的输赢是什么在起决定性作用？
物理情境二：让甲同学站在轮滑板上继续拔河比赛，甲同学输了.
设问：力气大的同学输了，分析输赢的原因.
学生的注意力移到脚下，原来被他们忽视的摩擦力起着那么大的作用.
重新将问题抛出：那么甲、乙两人所受拉力大小是否相同呢？如果相同，那如何去验证呢？
引导学生探索验证的方法.
物理情境三：甲、乙两同学分别用两弹簧秤（大量程测力计）互拉，重复情境一、二.
从弹簧秤的读数中可得结论：甲同学拉乙同学的力等于乙同学拉甲同学的力.
设问：莫非二力平衡？
引导学生从对甲同学受力分析得出：拔河比赛若是输了是输在摩擦力小于所受拉力.
甲同学拉乙同学的力等于乙同学拉甲同学的力，回顾二力平衡的条件是作用在同一个物体上，显然，这两力不是平衡力，对作用力反作用力应区别对待.
设问：那么刚才如同学们所列举的如力气、体重、鞋子、技巧等很多因素又是怎么影响比赛的呢？
引导分析这些因素影响的最终都是摩擦力.以此强调摩擦力的作用，澄清觉得拉力大才赢的“错误前概念”，是合力在改变物体的运动状态，再次理解牛顿第二定律的内涵.
为检验新概念的建构情况，设问：请解释马拉车的作用力与车拉马的作用力是否相等？
（2）运用认知冲突，建构正确物理概念，形成正确认知体系的图解.
冲突一：“甲输了”的实验事实与“错误前概念”的“甲力气大而赢”产生的矛盾.
冲突二：相互作用力等大与不等大的矛盾.
冲突三：新学物理概念无法解释“甲赢”的原因.
情境一再现了学生的错误认识，“错误前概念”与情境一吻合，学生处于心理认知平衡状态. 情境二中的通过“甲上滑板”的设计，“甲输了”的实验事实与“错误前概念”的“甲力气大而赢”形成强烈冲突，即冲突一，这一冲突能激发学生的求知欲望，对自己原有的错误认识开始反思，即原先的认知平衡已被有效打破，亟待寻找能解释冲突的概念以寻求新的认知平衡.
情境三用实验得到甲、乙相互作用力等大、反向，冲突二解决. 同时，与另一易混淆的“平衡力”做了比较，进一步明确了相互作用力作用于不同物体.至此，新的物理概念基本形成：即相互作用力等大、反向，作用于不同物体.
用刚建立的新概念还不足以分析拔河输赢的原因，即冲突三还未解决.由于情境二“增加了滑板”，学生的注意力移到脚下，原来摩擦力在此起了很大作用.运用已学的牛顿第二定律，是拉力与地面给的摩擦力的合力改变了运动状态. 对甲：摩擦力大于拉力，甲赢；反之甲输.这样，学生解决了冲突三.
新建构的物理概念（相互作用力等大、反向）和以前所学内容（二力平衡、牛顿第二定律）整合后，形成了正确的认知体系. 让学生解释马拉车的作用力与车拉马的作用力是否相等，是用来巩固新建构的认知体系.
三、“认知冲突”策略的操作流程
要充分发挥认知冲突对“错误前概念”转变中起的作用，可以遵循以下操作流程.
1. 暴露“错误前概念”
暴露“错误前概念”的方法可以多种多样，如对实验现象预测、提问、类比、科学史的认知分析，还可以让学生主动暴露出“错误前概念”，如是重的物体下落得快还是轻的物体下落得快？可提问，也可设计实验.如快速行驶的自行车和慢速行驶的自行车哪个惯性大？牛顿认为光是由微粒形成的等等.
2. 创设认知冲突
尽量创设高级别冲突，这样有利于“错误前概念”的有效转变，有利于形成正确的认知结构，且稳定.在教学过程中要充分调动学生的主观意识，让每位学生参与进来，使得每位学生都产生不同程度的认知冲突，开始质疑“前概念”.
例如在《自由落体运动》教学过程中，为转变“重的物体下落得快”的“错误前概念”，可通过差异性实验来创设冲突. 以下是课堂实录片段.
实验1：小木块和纸片从同一高度同时下落，可看到小木块下落得快.
由于“重的物体下落得快”这一生活经验存在于大多数同学的头脑中，因此安排实验1，让学生观察到“重的物体下落得快”的现象，学生认同原有的“错误前概念”，认知处于平衡状态.
实验2：小木块和撑开的玩具雨伞从同一高度同时下落，可看到小木块下落得快，经天平称量玩具雨伞比小木块重.
观察到的现实不是“重的物体下落得快”.到底是轻的物体还是重的物体下落得快，认识上形成了强烈冲突，激起了学生探究的浓烈兴趣.这是教师做好认知冲突策略教学的前提工作，使得学生对自己先前所持有的“错误前概念”很不满意，原有认知平衡被打破，有迫切需要改变概念的愿望.
3. 建立物理概念
这一环节是“认知冲突”策略教学的关键工作，教师要在冲突最激烈，学生最希望用科学物理概念来解决认知冲突的时候，将物理概念自然地摆出来，因势利导，使其形成自然转变. 新学物理概念如果好理解，又能解决当前的认知冲突，学生自然乐意接受并建构新的认知体系.
上面《自由落体运动》的案例中，通过强烈的对比，激发起了学生探究的动机，原有认知平衡被打破，促使学生积极地思考，从而主动跳出“物体下落快慢与重力相关”的“错误前概念”，去分析现象背后的本质——空气阻力的影响.课堂片段如下.
实验3：纸片揉成团后，与小木块从同一高度同时下落，可观察到基本一样快.
实验4：伞收拢后，与小木块从同一高度同时下落，可观察到基本一样快.
让学生意识到正是空气阻力的影响使得落体运动变得异常复杂，一时难以看清问题的本质，从而启发学生从简单入手，抓住主要因素重力，忽略、排除次要因素空气阻力，引导学生改进实验，消除或消弱空气的影响，得到“轻、重物体下落一样快”的初步结论. 从而进一步引出实验5.
实验5：牛顿真空管实验，可以看到在真空环境下，钱币和羽毛同时落地.
使学生建立“忽略空气阻力时，同一地点任何物体下落快慢都相同”的新物理概念.
4. 加深理解物理概念
这一环节易被忽视但又必不可少.根据认知特点，物理概念转变得再成功，“错误前概念”会卷土重来，学生对概念的理解又会回到以前的时期，所以需要进一步巩固和加深理解.课堂上可以用实验、巩固练习来完成.比如“相互作用力等大、反向”等新知识体系建构好后，可以让学生解释马拉车的作用力与车拉马的作用力是否相等，并解释马拉动车的物理本质.
四、结束语
在课堂教学中创设认知冲突，造成认知结构的不平衡，能促成原有知识结构的顺应，特别是能有效转变“前错误概念”，建构新的物理认知结构，可以大大提高学生的学习效率，使学生在体验中学、主动地学，不易遗忘所学知识，形成学习能力.