朱順明 萬坤

摘? ?要：物理教學一方面要關注學生正確學習概念使知識得到傳承，另一方面還要重視物理課程對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。文章將“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”素養(yǎng)落實于教學過程中，有效地實現(xiàn)了物理核心素養(yǎng)在概念轉變過程中的落地生根，為學生的終身發(fā)展奠定基礎。

關鍵詞：迷思概念;轉變策略;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）3-0009-4

目前，我國基礎教育已經進入核心素養(yǎng)時代，如何使其落地生根，是擺在廣大一線教師面前的問題。一般學生在學習科學概念之前已經具備一定的知識和經驗，即前概念，這對于日常教學的開展及進一步深入探究有一定的促進作用。然而，也會有一些與科學概念相悖的前概念，被稱為迷思概念。有效教學就是教師通過多種轉變策略設置認知沖突實現(xiàn)迷思概念向科學概念轉變，學生在問題解決過程中真正實現(xiàn)意義構建。

筆者認為，好的迷思概念轉變策略要從“物理觀念”“科學思維”“科學探究”和“科學態(tài)度與責任”四個方面入手，著力于對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。由于迷思概念具有階段性、普遍性和頑固性等特征，教師只有充分了解學生的認知經驗，立足學生的最近發(fā)展區(qū)，精心設計教學環(huán)節(jié)，促進學生對物理概念和規(guī)律內化后形成自我認知的物理觀念。通過科學探究，發(fā)展學生的科學思維，并滲透給學生實事求是的科學態(tài)度與推動可持續(xù)發(fā)展的責任感教育[1]。

1? ? 立足學生物理觀念的建構，探究迷思概念的轉變

《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出，物理觀念的形成和發(fā)展需要學生對物理概念、物理規(guī)律的逐步學習、系統(tǒng)的反思與遷移應用，使其學會用這些觀念解釋自然現(xiàn)象，解決生產生活中的實際問題[2]。

案例1：轉變“火箭升空的動力來自空氣”的迷思概念

教學片斷1：如圖1所示，長征二號丁運載火箭成功將“墨子號”衛(wèi)星發(fā)射升空并送入預定軌道。請你用所學物理知識解釋火箭升空的原因_____________________。

這道題是希望通過火箭發(fā)射的情境幫助學生構建反沖運動中相互作用的物理觀念，了解學生能否應用所學的概念與規(guī)律解釋現(xiàn)象和解決實際問題。在課堂反饋中不少學生認為是火箭尾部噴出的氣體對空氣產生一個作用力，空氣的反作用力使火箭獲得飛行的動力。究其原因，學生舉例如下：

學生1：在公園里船槳劃水，船槳推動水，水反過來作用槳，使得船向前進。

學生2：直升機升空，葉片旋轉推動空氣向下，空氣反過來作用于飛機使其升空。

教師追問：那如果這樣，火箭飛出大氣層后沒有了空氣，火箭即使在向后噴氣，是不是就無法獲得前進的動力呢？火箭又是如何調整其姿態(tài)的呢？

學生陷入了沉思……

這時，教師設置問題鏈幫助學生理解相互作用觀念。

問題設置1：在火箭升空過程中，涉及到哪些對象？

問題設置2：這些對象之間發(fā)生哪些相互作用？

問題設置3：作用在火箭上的推力是哪部分的相互作用？

問題設置4：火箭所受的作用力與外界空氣有關嗎？

反思：在幫助學生建構物理觀念時，教師必須了解學生形成迷思概念的根源。船槳劃水和直升機升空本質上都只涉及兩個物體，這里槳與船、葉片與飛機其實是一個對象，屬于一個整體。像這種與生活情境緊密聯(lián)系的素材更會使學生產生錯誤觀念，教師要抓住這個契機通過有效問題鏈引領學生主動思考，在問題解決中抽絲剝繭，層層深入，最終逼近科學本質。

2? ? 立足學生科學思維的培養(yǎng)，探究迷思概念的轉變

科學思維是促進學生核心素養(yǎng)提升的關鍵。在教學過程中重視學生在規(guī)律運用過程中產生的迷思概念，它是學生面對新情境時科學思維發(fā)生偏差的表現(xiàn)。針對學生暴露的問題，教師要基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，以促進學生的認知結構實現(xiàn)完整而又正確的自主建構，養(yǎng)成良好的思維習慣[3]。

案例2：轉變“運動的合成與分解中運動合成的概念混淆”的迷思概念

教學片斷2：如圖2所示的玻璃生產線上，寬L的成型玻璃板以v1=v■=2 m/s的速度連續(xù)不斷地向右行進，在切割工序處，切割刀的切割速度為v■=10 m/s。為了使割下的玻璃板成規(guī)定尺寸的矩形，切割刀的切割軌道與玻璃板的運動方向應成多大角度？

學生錯誤解答：如圖3（a）所示。

學生理由：類比小船渡河模型，如圖3（b）所示，將玻璃板的速度看成水流速度，切割刀的速度看成船速，此時合運動方向就是垂直板的切割方向，從而使割下的板成矩形。

問題設置1：v■和v■的研究對象是誰？不同對象的速度能否進行矢量合成？

回歸典型模型：在小船渡河中，v■是船在靜水中的航速，v■表面上是水速，實質上仍可表示為船由于流水的作用，具有與流水相同的速度。這就是運動的合成與分解中的同一性原則。

問題設置2：刀切割玻璃問題中誰是合運動，誰是分運動？

回歸課本定義：合運動是物體的實際運動，分運動是指組成合運動的幾個分運動。

學生1：切割刀的實際速度是合運動。

學生2：刀對玻璃板的速度方向為合運動。

問題的癥結是這個實際運動究竟是以誰為參考系。其實，合運動與分運動是指同一物體在同一時間內相對同一參考系的運動。所以，學生1和學生2的回答都是正確的，他們分別是以地面和玻璃板為參考系觀察到的實際運動。

現(xiàn)以地面為參考系，切割刀垂直玻璃板的運動是一個分運動v■■，另一個分運動是刀相對玻璃板靜止一起向右的運動v■，它們的合運動v■是相對地面的實際運動，如圖4所示。

反思：在進行概念轉變教學過程中避免使用書本上現(xiàn)成的知識直接呈現(xiàn)給學生，這樣生硬的灌輸方式只會降低學生的學習興趣。教師要充分發(fā)揮主導作用，對學生出現(xiàn)的思維混亂現(xiàn)象要給予清晰的認識，精心設問給學生思考討論和發(fā)表觀點的機會，以充分調動學生的思維活動，推動科學思維向高階方向發(fā)展，直達問題本質。

3? ? 立足學生科學探究能力的發(fā)展，探究迷思概念的轉變

迫于考試的壓力，知識點的熟練掌握與分數(shù)的快速提升成為目前教學首要追求的目標。教師用講授與灌輸代替學生的探究與體驗;用結論和技巧代替知識的形成過程;用只言片語代替物理學重大發(fā)現(xiàn)的科學探究中漫長且艱辛的歷程。當學生缺少對發(fā)現(xiàn)問題、構建模型、解決困難以及批判性審視新問題的認識時，就會產生前人對科學規(guī)律的獲取是那么輕而易舉的誤解，這就難以形成嚴謹治學的科學態(tài)度和持之以恒的探究精神。

案例3：轉變“筒壁發(fā)熱是由于活塞摩擦引起的”的迷思概念

教學片斷3：用打氣筒給車胎打氣，我們發(fā)現(xiàn)氣筒壁溫度會升高，為什么？

學生：因為活塞與筒壁發(fā)生摩擦，摩擦生熱引起筒壁升溫。

親身體驗，積極探究。

實驗操作1：如圖5所示，兩用氣筒（1是打氣接頭，2是抽氣接頭）在接頭1、2不封閉的狀態(tài)下，連續(xù)打氣30次，手摸筒壁發(fā)現(xiàn)筒壁溫度幾乎不變。

學生：筒壁溫度升高不是由于摩擦引起的。

實驗操作2：接頭1封閉，接頭2不封閉，連續(xù)打氣30次，發(fā)現(xiàn)筒壁溫度升高。

學生：因為活塞壓縮氣體，外界對氣體做功，使得空氣的內能增加，溫度升高，筒壁溫度升高。

聯(lián)系實際，拓展升華。

拓展實驗1：壓縮空氣引火實驗（如圖6）

取綠豆粒大小的一塊干燥硝化棉，用鑷子把棉花拉得疏松一些，放入玻璃筒底。將活塞涂上少許蓖麻油（起潤滑和密封作用），放入玻璃筒的上口。迅速地壓下活塞，可看到硝化棉燃燒發(fā)出火光。這個實驗現(xiàn)象說明了活塞壓縮空氣做功，使空氣內能增大、溫度升高，引起棉花燃燒。

拓展實驗2：壓燃式內燃機（即柴油機，如圖7）

當柴油機壓縮行程快結束時，活塞壓縮充入的空氣，使空氣達到高溫。此時，將柴油以高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中，在很短的時間內與空氣混合后立即自行發(fā)火燃燒，汽缸內氣體的壓力急速上升，推動活塞對外做功。

反思：冬天我們通常會用雙手摩擦取暖，這種習以為常的現(xiàn)象使得學生頭腦中形成摩擦生熱的前概念。此時，最好的轉變策略是將學生置于探究者的位置，使學生用真實的實踐操作去發(fā)現(xiàn)問題本質。從而讓學生的學習過程成為“重新發(fā)現(xiàn)”的過程，引發(fā)認知沖突，改變學生被動接受的狀態(tài)。通過拓展延伸，理論聯(lián)系實踐，提供給學生更為具體、清晰的物理情境和豐富的物理表象，鞏固學習成果，培養(yǎng)學生對科學探究的過程和結果進行交流、評估和反思的能力。

4? ? 立足學生科學態(tài)度與責任的提升，探究迷思概念的轉變

哲學家羅素曾說“智慧的不足和道德的缺陷是人類災難的兩大根源?！苯逃母灸康氖亲寣W生形成正確的人生觀和價值觀。而物理學科是要讓學生一方面養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度，另一方面具有遵守道德規(guī)范、保護環(huán)境并推動可持續(xù)發(fā)展的歷史責任。

目前，物理教學中我們研究的定量性問題居多，其結果往往具有唯一性和精確性。學生在處理實際問題時追求用更精確的物理規(guī)律解決問題，他們不敢或不會抓事物的主要矛盾，忽略次要因素。其實，中學很多物理情境都或多或少采取了理想化處理。

案例4：轉變“平均速度與瞬時速度完全不等同”的迷思概念

教學片斷4：高空拋物是一種不文明的行為，帶來了很大的社會危害，城市高空拋物威脅著人們的“頭頂安全”?，F(xiàn)有一個雞蛋從離地某高度處自由下落，某攝影愛好者恰好拍攝到它下落的一段軌跡AB，如圖8所示。已知磚塊的平均厚度為5 cm，該照相機的曝光時間為0.005 s，g取10 m/s2。你能估算出雞蛋拋出點離A點的高度嗎？

絕大多數(shù)學生都認為，照片中的雞蛋從A點下落到B點是勻加速過程，在計算出發(fā)點離A點的高度時采用了多種方法求解（略），但是不僅步驟繁瑣，而且計算量大、耗時多。

針對學生計算過程筆者追問：

問題設置1：結果是20 m，與AB的長度相比有什么特點？

問題設置2：精確來說，從拋出點到A點下落的時間是1.9975 s，與曝光時間0.005 s相比有什么特點？

這時教師引出當下落位移足夠小或時間足夠短時，此過程的平均速度就等于A點的瞬時速度。學生終于恍然大悟，根本不必考慮A點到B點的速度變化。

問題設置3：一個30 g的雞蛋從8樓拋下會讓人的頭頂受傷。請你談談高空拋物的危害？

反思：通過實際的計算體驗和問題引導下的感悟，讓學生領悟到在解決物理問題時必須尊重客觀事實的態(tài)度。這種對學生進行科學態(tài)度的教育不是人為的“灌輸”和“說教”，而是在問題解決中潛移默化地培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任。教學是培養(yǎng)人的社會活動，問題設置3中讓學生談談高空拋物的危害，目的不僅是鍛煉學生的語言表達能力，還要幫助學生形成正確的人生觀、價值觀，批評當下，面向未來。

學生前概念中產生的迷思概念是教學中的痛點。物理觀念的形成，科學思維的積淀，探究過程的展開，科學態(tài)度的提升，都離不開思維的沖突。教師應沿著學生的“迷思”找到“痛點”，即思維的沖突點，發(fā)現(xiàn)概念認知過程中的理解障礙，從而提出具有可行性的轉變策略。在迷思概念轉變過程中，我們不僅要關注物理概念與規(guī)律的達成，還要立足核心素養(yǎng)的四個維度去思考和重構教學設計，達成立德樹人的根本任務。

參考文獻：

[1]林颋煒.從物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)觀察習題講評的有效性[J].物理教師，2020，41（07）：42-45+49.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：4-5.

[3]惠廣俊.創(chuàng)設問題情境 啟迪學生思維[J].物理教師，2019，40（12）：14-17.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）