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第十二章  中学生物理观念



知识点三:物理观念形成的障碍


一、先有观念

学生在日常生活和以往的学习中,积累了大量的知识经验,形成的物理观念,我们称其为先有观念。其中有些观念是与科学知识相一致的,可以作为新观念形成的生长点,但也有很多理解与学习的理论是相违背的,即错误的先有观念。由于科学观念在很大程度上与学生日常生活中建构起来的先有观念直接相冲突, 学生往往表现出对“先有观念”的依恋与对科学观念的抵制与反抗。因此科学学观念与学生原先在日常生活中所形成的诸多朴素观念之间的冲突实际上构成了科学学习与科学教学活动的主要困难。研究表明,直觉经验所组成的先有观念往往是造成错误先有观念的最简单和直接的途径。

例如,面对“一个小物块被抛到空中,然后落下来”的物理情境,大部分的学生总认为在物体运动的方向上肯定会有力的作用,因为学生有个先有观念———“力是物体运动的原因”,这与牛顿第一定律是相违背的。还有,“重的物体会更快地落地”,

还有,“速度快的物体的运动状态一定比速度小的物体的运动状态难以改变”,把“力”看作是物质而不是物体与物体间的相互作用过程,把“惯性”理解成是一种力,这些混淆相当普遍,还有一些学生把热理解为一种物质或者心理感受,或认为电场和磁场等都是人为想象出来的等等。因此错误的先有观念在科学教学中是很普遍的现象,对科学知识的学习有着很深的影响。学生错误的先有观念会直接影响到他们对于在学校中所学到的科学知识的理解与记忆。但是在现实的学习活动中, 我们还可经常看到“先有观念”与相应的科学观念在学生头脑中并存的情况: 这两者被应用于不同的场合: 学生依靠对科学观念的死记硬背以对付考试, 在日常中生活中则仍然坚持先有观念。从而, 这两者在头脑中构成了两个互不相干的两个部分。并且研究发现,错误观念的出现与学生的学业水平之间没有明显的相关,优等生也常常有这些错误观念。在考试中,他们可以按照课本中的说法答题,而在与实际生活相关的情景中,他们仍坚持着原有的观念。可见,错误的先有观念的存在是学生建立正确的物理科学观念的最大障碍之一。

二、浅层理解

物理观念形成的第二个障碍是浅层理解。这里说的浅层理解指的是对于概念、规律的理解和掌握是浅层次的。包括两个方面,一个是量,也就是数量,一个质,也就是是深度,也即对概念和规律等的理解程度。就量来说,没有接触过或者学习过的概念、规律,显然不会形成相应的物理观念。而中学生学习的内容是相近,因此,理解的深度就是影响学生物理观念形成的重要的因素。

对于“理解”的强调已成为科学教育界的一种共识,也就是说, 人们现已普遍认识到科学教学应致力于理解教学, 即应使得各个相关的科学概念和结论对于学生而言成为真正有意义的, 而非只是机械记忆的结果。从发展的角度看, “意义学习”则又包含着两层含义: 一方面是对直接经验的超越, 即由事物现象的直接感知到对其本质的把握。其次是依据普遍性原理对具体事物现象作出解释。对此, 明茨基和万达西写道: “学校科学教育的主要目标就是……‘意义重于记忆’, ‘理解重于直觉’。”

例如,一质量为10kg的木箱在动摩擦因数为0.2的水平地面上向右运动,同时受到水平向左的大小为20N的力的作用。试求其在这一过程中所受的合外力。面对这个问题,学生总认为合外力为0。问他们为什么?理由惊人相似:如果没有向右的外力,物体怎么会向右运动呢?

前面已经提及, 按照现代认知心理学的观点, 理解应被看作一个同化的过程, 即如何将新的学习内容纳入到已有的认知结构中。但这个过程并非各种知识或概念的简单组合, 而是指由所有这些成分构成一个整体结构。从这样的角度去分析, 这也正是真正达到理解学习的关键所在,即如何能在新的学习内容与已有的知识与经验之间建立广泛的联系并努力实现对相关知识的良好组织。从而, 就科学概念的理解而言, 我们就可以引出这样的结论: 学生如果理解某一概念, 他就知道如何重新呈现出来再和别的概念联结, 尤其是和他自己的先前知识和信念联结。就整体而言, 我们则应特别重视如何帮助学生较好地实现概念或知识的良好组织。也正是基于此, “概念图”的绘制在现代科学教学中得到了大力的提倡。概念图的应用不仅可以有效地帮助学习者组织学科知识, 从而达成真正的理解, 并有利于将来对相关知识的回忆, 我们还可以通过利用学生自主绘制概念图来了解学生对相关知识的掌握情况, 以及时地纠正学生的错误观念。

三、思维定势

思维定势是人脑多次受到某种外界信号刺激作用而形成的一种固定的思维方式。教学观察表明,高中学生思维定势负迁移主要表现在以下几个方面:①孤立片面地看待物理问题,概念和规律内涵不清;②用记忆代替思维,不善于具体问题具体分析;③概念和规律的外延未能拓展;④多向思维和发散性思维差。如,带电粒子在电场中的运动问题、弹簧连接问题等等如果用能量的观点(即运用动能定理或能量守恒定律)应当容易解决,但仍有许多的学生习惯于运用运动学公式和牛顿运动定律来分析。还有,在一个门窗关闭与外界绝热的房间里,主人打开工作中电冰箱的门,那么经过一段时间之后,房间的温度是升高还是降低?这个问题,学生也往往认为房间的温度会降低,因为冰箱门打开,冷气会跑出来。这些思维定势在一定程度上阻碍了能量守恒观的形成和发展,也弱化了对能量守恒观的思维升华。

教育最重要的功能之一就是使学生所学的新旧知识产生联系,培养学生举一反三、由此及彼、触类旁通、学以致用的学习能力,也就是使学生具有“知识迁移”发生的能力。知识迁移需要“深度学习”,深度学习才能形成科学的物理观念,而反思是深度学习的必要条件。“反思学习”(reflective thinking)是学习者对自己学习过程和结果的反向思考,是学习者对学习活动的审查、分析、评价、调节的过程,是“对学习的学习”。反思不只是处理“是何”、“如何”的问题,更是处理“为何”、“若何”的问题。反思学习包括对学习目标和结果的反思、对学习过程的反思、对深度学习的反思、对物理问题的反思等内容。

在反复有意识地思考和分析事物的“因果关系”和“多种可能”的过程中,学习者不断让自己的思维由表层走向深刻,迈向深度学习,实现知识迁移,最终形成科学的物理观念。因此也可以说思维定势阻碍物理观念的形成,而反思学习水平则是物理观念形成的重要影响因素。

 

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