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物理概念教学中错误前概念转变研究

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物理概念是整个物理知识体系的基石,学好物理概念是学生认识物理规律的重要保障,是灵活应用物理规律解决问题的前提,对学好物理至关重要。然而学生在接受正规的教育之前,会对生活中的物理现象进行辨别、加工和总结,积累一些认识和理解,这就是学生在正式学习前形成的前概念。

部分前概念只是学生对事物表面的非本质认识,有与科学相悖之处,会妨碍学生对科学概念的理解和接受。如果教师只注重向学生传授正确的科学概念,而不去发现并清除他们原有的顽固的错误前概念,正确的概念就很难在学生的头脑中立足。事先了解学生头脑中存在的前概念,能够使教师的课堂教学更有针对性,帮助学生纠正错误的前概念,使学生构建的科学体系更牢固、稳定,有效提高物理教学效率。本文选取《摩擦力》一课为例来分析在教学中如何纠正学生错误前概念,学习科学概念。

一、做好学情调查,展现学生问题

做好学情调查,是进行错误前概念转变的必要基础,错误前概念是在潜移默化中形成的,因此具有隐蔽性。在进行物理概念教学前,为了解学情,教师可以采用谈话法、问卷调查法、设置前测题等方法了解学生的学习情况。通过调查,并结合自己的教学经验,了解到学生存在以下错误前概念:(1)静止的物体受到静摩擦力,运动的物体受滑动摩擦力;(2)摩擦力是阻力,总是阻碍物体的运动;(3)推不动桌子,是因为推桌子的力小于地面给桌子的摩擦力。

这些问题是学生在生活中对丰富的摩擦现象观察和感知得到的结论,会在学生的学习过程中影响他们的认知和判断。所以本节课的难点之一,判断静摩擦力的有无和方向,就是学生错误的前概念对新课学习带来冲突和障碍而形成的,所以在了解学生错误前概念的情况下,有针对性地进行教学,就是在有效地突破教学难点。

二、概念转变教学,解决学生问题

在教学中纠正学生的错误前概念,构建新的知识体系。由于前概念的影响,笔者将这节课目标定为概念转变,将本节课的上课主线归纳为,突显学生前概念——设置情景问题——激发认知冲突——构建新的知识体系——利用新的知识体系。

(一)学科交叉,激发兴趣

通过复习初中已学过的摩擦力知识引入新课,引导得出摩擦力基本概念、特点和种类,接下来让学生列举生活中的各种摩擦现象,举例的同时用马克笔在便利贴上将上述现象记录下来。(学生会列举出走路、写字、拖地、翻书、坐扶梯、坐地铁、擦黑板、骑自行车等摩擦现象)

再利用学科交叉,运用数学中的集合知识,把静摩擦力和动摩擦力当做两个集合,将上述现象当做一个个元素,让学生们判断接每一个元素属于哪个集合,如图1所示将结果展示在黑板上。在这个过程中就会暴露出学生“摩擦力是阻力”“静止的物体受静摩擦力,运动的物体受动摩擦力”的错误前概念,但不做正误评判,经过学习后由学生自行判断。

(二)展示细节,解决矛盾

为了纠正学生错误认识,特意录制了人走路时脚部慢放视频(如图2)。学生很少观察走路的细节,通过慢放视频将人走路的细节展现在大家眼前,学生可以观察到,人走路时有一个细节,后面的脚会向后蹬,但并没有发生滑动。结合 “静摩擦力的方向与相对运动趋势相反”这一特点,学生很快可以判断出由于脚相对于地面没有滑动,但有向后的相对运动趋势,所以这只脚应该受一个向前的静摩擦力。此摩擦力和人前进方向是相同的,所以该摩擦力是促进人走路的,是动力;同时人是运动的,但受到的是静摩擦力。此视频能够激发学生的认知冲突,同时能让学生在矛盾和冲突中,重新构建新的认知,并且认知更加牢固。

(三)生活现象,耐心分析

又以坐地铁、手握杯子移动两个简单的例子,让学生去分析其中的“动”“静”因素。坐地铁的人,相对站台是“动”的,但相对车厢是“静”的,且有向后的相对运动趋势,所以人受到的是静摩擦力。杯子相对地面是动的,相对施力物体手是静止的,有向下的运动趋势,受向上的静摩擦力。最终通过引导,学生可以总结出,“动”的物体受到“静”摩擦力,此处的动和静是不矛盾的,是因为选取的参考系是不同的,如果物体相对施力物体是静止的,则受到静摩擦力。

(四)学以致用,判断正误

分析课堂开始动静摩擦力的判断是否正确,学生很快便意识到刚开始的几个错误,将学生的错误展现在他们面前,有助于学生正视自己的问题,从而改正问题。利用本节课所学内容,帮助学生认识到自己之前的错误,近一步巩固学生构建的新的知识体系,加深学生的印象。

(五)身体力行,解决问题

为了帮学生纠正“桌子没拉动,是因为拉桌子的力小于地面给的摩擦力”的错误认知,可让学生亲自用弹簧测力计拉桌子,桌子未动,读出拉力,并引导学生对桌子进行受力分析,得出桌子未动时摩擦力和拉力相等的结论。进一步再用力的传感器演示静摩擦力随外力变化的情况,用电脑将静摩擦力变化曲线图展现在学生眼前(如图3)。电脑绘制的实验数据图像对学生来说很有信服力,使他们知道静摩擦力的大小可以在一定范围内改变,直至研究的物体发生滑动。让学生清醒地意识到桌子没拉动,不是因为拉力小于摩擦力,而是拉力未超过最大静摩擦力,所以桌子未动。通过实验让学生重新建构对静摩擦力的大小的认识,建立科学的概念。

物理概念教学是高中物理教学中的难点,一部分学生觉得物理难学,就是生活中错误的前概念在作祟。概念转变是一个漫长的过程,学生对物理概念的学习也是一个不断发展的过程,不是一两节课就可以明显转变的,需要全体教师凝力去研究,在教学中长期注重错误前概念的转变。

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