高中物理转变“错误观念”教学的策略研究，本文主要内容关键词为：高中物理论文,观念论文,错误论文,策略论文，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。
一、问题的提出
学生在物理学习过程中，总是或多或少地存在一些错误的前概念。对物理学习产生极大的负面影响。由于有些错误观念是长年积累形成的，具有极大的广泛性、顽固性、隐蔽性。并且，随着物理教学的进行，新的错误又会不断地形成和发展。所以如何纠正错误观念以实现物理教学过程的最优化是物理教学研究的一项重要课题。
二、理论界定
1.错误观念是指学生的知识经验中存在的与新知识的学习不一致甚至相互冲突的经验，这些经验常常是学生在以往的生活和学习过程中，由于日常生活经验、教师、教材等因素形成的一系列与科学知识相违背的观念。
2.转变“错误观念”教学亦指采取有效的策略暴露出学生的错误观念，改变学生的原有认知中与科学观念相矛盾的图式，从而达到解决冲突、完善学生认知结构的教学过程。
三、转变“错误观念”教学策略的实践研究
皮亚杰的发生认识论指出：认知冲突是人的原有图式与新感受到的事件或客体之间的对立性矛盾。学生学习新知识时，总是试图以原有认知结构来同化对新知识的理解，当遇到不能解释的新现象时，就会发生认知冲突。当冲突产生时，学生需要对新信息或原有的图式做调整以解决冲突；而教师则要激起学生的兴趣和好奇心，使其在解决冲突中完善认知结构，因此引发观念冲突是观念转变的契机和动力。波斯纳的观念转变理论也指出：对当前的观念不满意是产生观念转变的关键因素。因此，围绕“引发认知冲突，解决冲突”的方法来促进观念转变是转变“错误观念”教学的重要理论思想。
1.运用“悖论”法
“悖论”就是一种逻辑矛盾，是指从某一前提出发推出两个在逻辑上自相矛盾的命题，或从某一理论中推出与已知的科学原理或实践相矛盾的命题。在物理教学过程中，针对一个实际问题引导学生根据自己的经验或原有认知进行判断、推理得到一个结论，再通过物理理论或实验得到另一个结论，两者相比较出现“相异或相反”，从而揭示错误观念，对原有观念产生不满，从而在认知冲突中纠正认知错误。
(1)“理论—实验”相悖
例如，在非纯电阻电路中，
，即电功大于电热。对此，有些学生不可理解，他们总认为UIt与
是一回事，其原因是在初中学习部分电路的欧姆定律时形成思维定势。为了破除这种错误观念，笔者设计了下列问题：
如图1所示，当电动机运转时，电路中电流I等于多少？
学生根据闭合电路的欧姆定律计算得到I=ε/(R+r)=1.5A，而当连接电路演示时，电流表示数为I=0.3A。这一理论与实验相矛盾，产生了冲突。
图1
这时引导学生从能量守恒的角度对问题进行分析：电路中包含电动机、电解槽等用电器，则电流做功时就有电能转化为机械能或化学能。若电功等于电热，即电能完全转化为内能，那么用电器获得的机械能或化学能只能为零，这与事实不相符合。故而，电热仅是电功的一部分。
(2)“理论—理论”相悖
“理论—理论”相悖即针对一个问题情境用两种不同的理论来加以分析，得到相互矛盾的结果。运用该方法创设教学情境具有新奇性、不和谐性，可以激发学生的好奇心、求知欲和探索的兴趣。渴望得到合作者或老师的帮助，有利于培养学生提出问题的能力，也是“转变错误观念教学”的有效方法。
例如，在功率公式的教学中笔者设置了一个问题：汽车在平直的公路上匀速前进，若汽车所受阻力不变，当牵引力增大时，根据牛顿第二定律，加速度增大，汽车的速度也不断增大。有人提出相反的观点，因汽车发动机的功率一定，根据公式P=Fv推断，当汽车牵引力增大时，速度应当减小，你认为哪一种分析正确？
换一个角度或方向去思考同一问题原则上应该有同样的结果，因为我们相信物理理论体系的逻辑是可以自洽的。但是如果两种方法不能得到同一结果，这马上会使学生质疑：要么前一种做法有问题，要么后一种做法有问题！这其中一定有我没有发现的问题，问题在哪儿？进而产生一种探究的冲动，致使他发现问题的本质，达到事半功倍的教学效果。
学生在学习物理时常常以习惯来认识问题，先入为主，分析问题时也会有一些思维定格，即形成了思维定势。在学习过程中思维定势会造成思路狭窄，无法突破。在教学中，可以创设悖论思维情境，让学生在分析过程中陷入矛盾，以此暴露学生片面或错误的认识，通过引导学生分析悖论产生的原因来打破思维的僵局，形成科学方法。
2.类比法
类比是根据两个（或两类）不同对象的一些相同或相似属性，而推出这两个（或两类）对象的其他属性也可能相同或相似的一种推理方法。它的基本程式是：A对象中有a、b、c、d,B对象中有a'、b'、c'，则B对象中可能有d'。许多物理概念既有本质不同的一面，又有内在联系的一面，教学中既要注意某一概念本身，又要注意不同概念之间的联系，通过类比，使学生区别概念，澄清概念，加深对概念的理解。
例如，在进行电场力做功和电势能转化关系的教学时，可以借助类比的方法，因为学生已建立了功是能量转化的量度及重力做功与重力势能变化等观念。教学中可以先创设一个落体问题：质量为1kg的小球以
的加速度竖直下落2m高度，求小球动能改变量、重力势能的改变量、机械能的改变量（通过解答以暴露学生的前观念）；其次，让学生研究升降机中的物体在升降过程中重力做功与重力势能转化的关系（巩固完善科学观念）；再次，让学生自主探究电场力做功和能量转化（如匀强电场中的一带电粒子从静止开始加速），类比以形成“电场力做功和电势能转化的关系”的正确观念。
上述实例的启示是：对易错易混的概念和规律，为这类新知识的理解寻找相同或相近的、可以类比依托的“熟点”，使学生的认识在原有的基础上得到与科学观念一致的发展，从而实现错误观念的有效转化。
3.正误对比法
在知识的巩固环节中，采用正误对比，可使学生从中找出错误所在及其原因，明白错误观念与正确理解的实质性的区别。从实际教学效果来看，正误对比能使学生的记忆更深刻，对概念和规律的理解与掌握程度更准确，进而使其错误观念从根本上得以纠正。
例如，关于机车起动问题的两种不同方式及两种运动的特点，许多学生混淆不清，在解题中常乱套公式而出现错误，为此笔者设计了一道课堂练习，展示几种典型错误加以讨论和分析，如下：
某汽车从静止开始以恒定功率行驶，经过40s前进了400m后速度达到最大值，以后就做匀速运动，汽车所受阻力始终是车重的0.05倍，求汽车的最大速度。
通过观察四种解法和对比，学生感到很惊讶，迫切地想知道谁对谁错，激发了探索动机，促进学生的质疑和自省。再由学生说明采用各种解法的理由以凸现错误的原因，从而为正确解法的提出扫除了障碍，正确的解法也就水到渠成了。
4.讨论交流法
通过学生的讨论与对话引发观念冲突。每个学生对问题认识的深度和广度不同，对事物的理解有的较全面、有的片面、有的深刻、有的则完全错误。在交流的过程中，学生之间会产生不同观念的对立、交锋，从而引发观念冲突。此外，通过合作使学生超越自己的认识，当看到他人的观念比自己的更合理时，学生开始对自己的观念产生不满，迫切要求改变原有观念，接受新的、正确的科学观念。可见，通过合作学习不仅能引发观念冲突，而且还可以解决观念冲突。大量的实验已证明合作学习对转变错误观念的有效性。
5.尝试错误法
学生在物理学习中，产生某些失误或偏差，虽然教师给予改错、讲评、指正，但是往往难以奏效。这时，就可以让学生自己在偏差的思路上“碰一碰南墙”，在错误的泥潭里拔一拔双脚，切身感受陷入错误的滋味，然后老师再拉一把，给予点拨和引导，“吃一堑，长一智”，从山穷水尽的困境走向柳暗花明的坦途，享受成功的快乐，这种“先试错，以错拨错、再纠错”的做法不失为一种有效的教学方法。
例如，学生习惯于将熟悉的方法不恰当地迁移到新的情境中来解决问题，当问题形同而质不同，且方法又迁移不当时，就会导致错误。例如有关速度的合成与分解是学生常犯的错误，也是高中物理教学的难点。为此笔者作了下列教学设计：
如图2所示，在光滑水平面上放一个物体，人通过细绳跨过高处的定滑轮拉物体，使物体在水平面上运动，人以大小不变的速度v运动。当绳子与水平方向成θ角时，求物体的瞬时速度。
(1)学生自解，暴露错误：学生首次处理这样的问题，几乎都是采用如图3所示的分解法，得
。学生得到这样的结果，没察觉有什么不妥。让学生分别谈自己的想法，发现导致相同的错误有两个不同的原因：一是把“力的分解”的方法迁移过来；二是认为题目所给的速度v就是合速度，并想当然地将其正交分解。
(2)教师提出问题：按照同学们的分解思想，当物体越靠近墙壁，θ越大，则速度将越来越小。而物体受到绳子的拉力有一个水平分量
，根据牛顿第二定律，物体具有水平向左的加速度，则物体的速度应越来越大。两种结果截然相反，谁对谁错呢？（学生左右为难，并开始交流讨论：牛顿第二定律没有错误，那么肯定是分解错误，错在哪儿？产生了探究的欲望）
(3)创设情境，引导纠错：如图4，一只猴子在树上，用一根树藤悬挂自己，想抓到长凳上整齐排列的所有苹果，应该使自己怎样运动？（学生兴致勃勃地发表看法：一边向下摆动一边沿树藤上爬，形成了感性对比）
(4)分析纠错：物体离定滑轮越来越近，所以物体有沿绳子的运动；绳子与水平面的夹角越来越大，所以物体有绕定滑轮的转动，这样应把物体的合速度（水平方向）沿绳子和垂直绳子的方向分解，因为绳子伸长不计，所以物体沿绳子的分速度等于人的速度，如图5，这样可以得到物体的速度为
。（还可引导学生从能量的角度、微元法的角度进行分析，进一步论证这种解法的正确性）
“先试错、以错拨错、再纠错”的做法，不仅激起了学生探究的热情，更突破了难点，起到很好的纠错效果。
四、转变“错误观念”教学实施、操作中的建议
1.创设好教学情境
为了引出学生的错误观念，教学应始于一个问题情境，成功的问题情境应使学生对学习活动产生积极的动机，激发学生的求知欲，为以后的教学奠定基础。
2.给予学生充分探索的时间
对于一些复杂的情境，学生提出自己的观念，需要一定的探索时间。因此，要设计有针对性的探索活动。只有学生投身于对情境的探究，才能积累经验，提出观念。学生在探索过程中，教师可以通过引导以暗示和帮助学生建立观念。
3.让学生呈现观念
经过一番探索后，学生基本上建立了自己的观念，要鼓励学生敢于表达自己的观念。如：通过口头描述、书面描述等。目的是让学生暴露自己的观念，这些观念是后续观念转变的基础。
4.促成认知重建
按照皮亚杰的观点，观念转变学习的主要机制是顺应，即学生必须对原有认知结构进行调整和改变，以便更好地理解和接纳新知识。因此，必须给予学生充分的时间，认识新旧知识间的不同。教师应为学生提供促进认知顺应和重建新观念的支持和帮助，对新观念作详细的论述，使学生得以重新组织自己的观念。
5.加强科学观念的巩固
新习得的科学观念若不经过巩固强化，就会遗忘，并且由于错误观念的顽固性，巩固强化科学观念是观念转变教学不可缺少的环节。该阶段主要是学生将建构的科学观念运用到其他新情境，促进观念迁移，形成对科学观念更深刻、更全面的理解。通过对科学观念的运用提高科学观念的地位。在有些情况下，学生仍然有错误观念存在，通过巩固强化阶段可以进一步促进错误观念的转变。