研究物理学习的前概念推进探究性教学

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  摘 要:新课程倡导探究性教学,而探究性教学的核心要素是问题,什么问题能够引发学生的探究,促进深度思考,建立起科学的概念,是我们学校教师值得研究的问题。在校本研究中,掌握学生的前概念,有利于我们进行教学设计,帮助学生建立科学概念。探究性教学基于学生的好奇心源于科学家的科学探究,国内外的研究表明探究性教学有助于转变学生的前概念。
  关键词:校本研究 高中物理 前概念 探究性教学
  中图分类号:G633.7 文献标识码:A文章编号: 1673-1875(2008)11-143-02
  
  我区高中即将进行新一轮课程改革,新课程倡导以学生发展为本,主张一切为了学生的发展,强调重过程、重体验、重探究,提出要着眼于学生的终身发展。但这些理念如何转化成为行动,如何体现在课程设计、实施、评价的全过程,就需要教师投身于研究的活动中去,在研究中探索理念的实现机制,思考实践应产生的一系列变化。需要从学校自身的定位和传统等出发,研究所面临的挑战和问题,将决策转变为学校自身的执行行为。要实现课程理念向课堂教学的转化,使教学体现出新课程的一系列要求,就需要教师从校本层面进行研究,改革自身的教学行为。我市蔡梓权老师主持的问题教学法研究,为实施新课程提供了现实的思路。在教学设计中我们必须考虑什么问题才能够引发学生的探究和深度的思考,这是一个很有研究价值的问题
  
  一、校本研究的现状
  
  学校教育科研担负着改进学校实践、解决学校问题、提升学校办学水平的重任。但有的课题实施,只有工作组织与协调、人员调配与管理、制度建设与落实,难觅研究角色,用经验式的工作支配自己的行为,缺乏研究意识。同时学校科研课题的庞大数量与实际问题的解决质量,并不相称。课题立项了,经费投入了,但成果并没有真正体现出来。不少学校经过一段时间的研究之后,总是能够拿出由正规出版社出版的作品。但科研成果也可能仅限于此,书籍中的理念、反映的内容等并没有真正体现在学校日常生活中。这样的学校科研,在科研立项的时候就是直接指向编写著作或发表论文,并不见得真正想改变学校实践。随着学校逐渐发现科研并不直接与学校生活改善相关联,不仅是科研积极性会降低,而且对科研的态度也会产生变化。学校科研成果转化难,科研也就失去了其应有的意义和价值。科研成果的转化,不应该仅仅是科研成果形成以后才考虑的事情,在科研课题立项之初,就需要有通盘的设计与安排。无论是课题研究,还是论文写作,研究者始终都需要有一个清醒的意识:这项研究是围绕什么问题展开的,研究应该聚焦的方向是什么,研究能够为这个问题的解决提供哪些帮助。没有了问题,或者说问题不集中,课题研究的价值与作用也就会大打折扣,不仅会导致研究实施过程中的方向各异,线索不明,而且研究的成果也难以令人信服。先有问题,经过思考形成了研究的课题。这是所有课题形成的基本思维路线。哪些问题可以成为研究课题,研究已具备了哪些基础,还需要寻找哪些方面的支持,这些支持能否真正获得,等等。这样的分析,常常导致课题的产生与研究的开始。素质教育的实施,新课程改革的推进,都给中小学教育教学实践提出了许多挑战,也衍生出一系列需要解决的问题。中小学的教育科研应该自始至终围绕这些问题
  展开,要注意梳理问题、分析问题,进而从自身实际出发将其转化为研究课题。
  
  二、前概念研究的成果
  
  在高中物理教学的过程中,我们发现学生有很多错误概念,这些错误概念具有广泛性、顽固性、隐蔽性等特点,这些概念是在学习科学概念之前就形成了的,称为前科学概念。
  学生的前科学概念既是学生认知结构的表现,受学生认知发展水平的影响,同时也是学生在生活中自我建构的结果。学生对自然现象、生活问题感到好奇、引发观察、提出可令自己满意的解释。这一过程凝聚着他们的努力,因此这些解释一旦成为学生自身较为固定的认识便具有稳固的地位,不但不易转变,而且还会对学生的观察、推理、因果判断等思维活动产生影响。
  杜军义在研究中发现,认为摩擦力的方向总跟物体运动方向相反的占48%。在水平桌面上放一纸条,纸条上再放一个墨水瓶,然后水平抽动纸条时,认为墨水瓶总保持静止的占56%;有一颗正在绕地球做匀速圆周运动的卫星,设卫星上的天线发生断裂时,认为断裂后的天线由于惯性,将保持断裂时的速度做匀速直线运动的占58%。认为电路中形成电流时电荷的定向移动速度很大,接近于光速的占62%。认为电源两端的电压不随用电器的变化而改变的占70%。认为人眼能看到本身不发光的物体,是由于人眼能将从光源发出的光反射到物体上的占38%。吹肥皂泡时,肥皂膜上出现彩色花纹,认为它跟雨后天空出现彩虹一样,都是属于光的折射现象的占72%。万有引力F=G,向心力F=m,认为式中R和r始终满足R=r的占58%。
  刘文广在研究中让学生回答并解释这样一个问题:一个人站在作匀速直线运动的火车里,如果面向前竖直跳起,是落回车厢原处,还是落到原处的后面?发现全班学生皆回答落到原处后面。原因在于学生的生活经验中已有了“力是维持运动原因”的前概念。
  罗星凯周中权等人研究发现,学生虽然记住了惯性这一术语,并不再持有外力一撤消,物体就立即停止运动这一典型的亚里斯多德式的运动需要力来维护的观点。但是他们臆造了一个与运动相联系的力,用这力解释为什么物体在脱离外力后仍会继续运动。而在物理课中学到的惯性就被他们自然地拿来做了表达这个力的“恰当”术语。这样,即使学习了惯性定律,他们原来所持的“运动需要力来维护”这一总的概念框架仍然未变,也不必非要变不可。因为在这一总的框架下理解(曲解)的惯性概念,可以解释所面临的现象,自圆其说,内心并不感到矛盾。这与历史上对这一问题的认识探索过程正好吻合。亚里斯多德的理论在解释一些脱离了外力后仍能运动的现象时显得牵强附会,中世纪的经院哲学家们就以原动力学说修正了它。但“运动需要力来维持”这一亚里斯多德的概念框架并未改变。遗憾的是,这种错误的观念不仅广泛地存在于当今学生的头脑中,而且并未由于学过了伽利略的思想、牛顿的定律以后而消除,它作为一种前概念在严重地影响着学生对物理概念、规律的学习。对学生理解自感现象的系统的调查研究表明,学生较普遍地认为含电感电路在电源断开时通过电感的电流会有一个突然增大的过程。
  笔者经过研究认为,速度为加速度理解的前概念。由于学生在观察实际的运动现象时要依赖空间次序,所以在加速度的判断上也容易从空间位置上出发。空间感觉上运动快慢跟速度变化快慢没有区分开来,或者在学生的实际感受上根本就没有变化率的概念。所以在判断加速度时容易受速度的影响。
  
  三、针对前概念的探究性教学
  
  如果教学忽略对学生原有错误认识采取针对性措施,仅仅通过纯粹的讲授或简单的实验演示想要达到学生概念的转变和纠正,其效果是微乎其微的,很多测试结果在一定程度上也说明了这一点。
  美国华盛顿大学L.C.MoDermott教授提出错误前概念的转变需要经历“引出、挑战、转换”一系列的过程。设置一个能够暴露出学生常犯错误的情境,在帮助学生最终认识到其中的内在矛盾之后,再要求他们运用必要的逻辑推理加以解决。要实现对学生原有错误认识的引出和挑战,科学探究是一种比较好的教学模式。科学探究首先是从问题出发,无论该问题来自学生还是来自教师、教材,以问题为导向是探究的第一步。在这一环节中,如果我们能先了解学生具有怎样的前概念,然后再根据学生的错误认识设计问题情景,让学生在面对问题时暴露出自己认识的局限,那么我们的教学就实现了前概念转变的前两步“引出和挑战”。探究中,让学生经历问题、亲自活动、动手实验,这样能实现三维一体的教学目标:在知识上,形成概念性的理解并能够在不同的情景中顺利迁移;在方法上,培养学生批判性的思维,特别是学会反思自己认识的不足,明白深入研究问题的方法是实验和科学推理,学会借助实验和科学推理寻找事物和现象内在联系;在态度上,培养学生尊重实验证据的科学态度,理解科学概念的形成并非一蹴而就,有一个曲折的发展过程,采用不同的研究方法可能会获得不同的研究结论。
  
  参考文献:
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  [2]罗星凯译.科学探究与国家科学教育标准——教与学的指南[M].北京:科学普及出版社,2004:24-29
  [3]曲亮生,郭玉英.国外物理教育工作者关于物理概念教学的研究[J].学科教育1999,6:27-29
  [4]郑金洲.新课程背景下的校本研究[J].江苏教育,2005,2A:21-23
  [5]科学探究性学习的理论与实践的研究课题组.探究式学习:含义特征及核心要素[J].教育研究,2001,(12)
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