汪文軍

(江蘇省南京市溧水區(qū)第一初級中學(xué) 211200)

科學(xué)思維是從物理學(xué)的視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式；是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法的內(nèi)化；是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判、檢驗和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì).它是學(xué)生必備的學(xué)科核心素養(yǎng)之一.

前概念指學(xué)習(xí)者在接受正式的科學(xué)教育之前，在現(xiàn)實生活中通過長期的經(jīng)驗積累與辨別式學(xué)習(xí)而獲得的一些感性印象、積累的一些缺乏概括性和科學(xué)性的經(jīng)驗.而這些經(jīng)驗中有些是與科學(xué)相違背的，想要糾正它也成了教學(xué)中的一個難題.

德國物理學(xué)家勞厄?qū)逃幸痪涿?:“重要的不是獲得知識，而是發(fā)展思維能力.教育無非是一切已學(xué)過的東西都遺忘掉的時候所剩下來的東西.”剩下來的東西是什么呢？我們理解其中重要的一個方面就是“思維”.通過初中物理科學(xué)思維的錯誤前概念轉(zhuǎn)化，不僅可以轉(zhuǎn)化學(xué)生錯誤的觀點，還可以培養(yǎng)學(xué)生獨立科學(xué)思維的能力，樹立正確的科學(xué)觀.

一、物理前概念的特點

不同層次的學(xué)生在學(xué)習(xí)物理之前，頭腦中都會存在前概念.且前概念數(shù)量多，范圍廣，在力、熱、光、聲、電各領(lǐng)域都會存在.物理前概念在主要特點就是隱蔽性強(qiáng).前概念是在潛移默化中形成的，以潛意識存在，平時不易表現(xiàn)，只有解決具體問題時才會暴露出來.再次，前概念是學(xué)生撐起生活經(jīng)驗積累的結(jié)果，在頭腦中印象深刻，根深蒂固.想要糾正學(xué)生的錯誤前概念還是很困難的.

二、物理科學(xué)思維的轉(zhuǎn)化方式

在以往教學(xué)中，前概念由于其隱蔽性強(qiáng)，容易被忽視.即使注意到，也有可能出現(xiàn)解釋不到位的現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生錯誤前概念問題難以糾正.且由于前概念數(shù)量多且雜，運用單一的方法解釋已不能滿足需求，這使得我們不得不意識到，針對不同錯誤前概念需要用不同的方法.下面以簡例說明.

1.物理實驗的思維轉(zhuǎn)化

(1)在學(xué)生日常生活中，認(rèn)為用吸管喝飲料，飲料是被吸出來的.針對這一錯誤前概念，設(shè)計如下實驗：

[實驗材料]玻璃瓶、吸管、水、熱熔膠

[制作過程]①將打有一孔的玻璃瓶蓋旋緊在裝滿水的玻璃瓶上.②將吸管由孔插入，并用熱熔膠將所有孔隙密封，確保裝置氣密性.③讓學(xué)生通過吸管吸水，觀察是否有水被吸出.(如圖1所示)④將熱熔膠去除，讓學(xué)生再次吸水，觀察是否有水被吸出.

此實驗首先通過有熱熔膠時吸不出水，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突.再利用無熱熔膠時能吸出水強(qiáng)調(diào)我們用吸管喝飲料時，飲料不是吸出來的，而是大氣將飲料壓入我們口中.步驟③中裝滿水的瓶內(nèi)幾乎無空氣，又由于有熱熔膠密封，杜絕了外界空氣進(jìn)入，當(dāng)吸飲料時，瓶內(nèi)氣壓過小，無法將水壓入口中.而無熱熔膠時，由于瓶內(nèi)氣體與大氣連通，吸水時，吸管中氣體減少，壓強(qiáng)變小，大氣將水壓入口中.利用此實驗轉(zhuǎn)化了學(xué)生的錯誤前概念.

(2)學(xué)生上完體育課后，常站在電扇下吹風(fēng)，以此降溫.這一現(xiàn)象致使學(xué)生產(chǎn)生了通過吹風(fēng)可以降低環(huán)境溫度的錯誤前概念.針對此現(xiàn)象，設(shè)計如下實驗：

[實驗材料]電風(fēng)扇、溫度計、水

[制作過程]①將溫度計置于打開的電扇前(如圖2所示)，觀察其溫度變化并記錄數(shù)據(jù).②將玻璃泡上沾有水的溫度計置于打開的電扇前，觀察其溫度變化并記錄數(shù)據(jù)性(如表1所示).③數(shù)據(jù)記錄并作出溫度變化圖像(如圖4所示).

表1

通過分析實驗數(shù)據(jù)可以得到結(jié)論，風(fēng)無法直接改變溫度，只有當(dāng)溫度計的玻璃泡上有水時，溫度才會下降.也就意味著體育課后由于學(xué)生身上有汗，電風(fēng)扇的風(fēng)吹動加快了汗液的蒸發(fā)，而蒸發(fā)過程是吸熱的.這才使得學(xué)生感覺涼快.這樣就轉(zhuǎn)化了學(xué)生的錯誤前概念.

2.物理理論的思維轉(zhuǎn)化.

(1)炎熱的夏天，學(xué)生坐在電扇下吹風(fēng)，涼爽的同時，很多學(xué)生會擔(dān)心搖擺的電扇會掉下來，針對這種錯誤的前概念，可通過理論解釋.

如圖5所示，電扇之所以會掉下來，是由于受到地球的吸引力.正常情況下，由于吊扇頂部與天花板有著螺絲的固定作用，使得吊扇能穩(wěn)穩(wěn)的固定在天花板上.當(dāng)電扇轉(zhuǎn)動時，會將空氣向下吹動，給空氣施加一個向下的力，根據(jù)牛頓第三定律，當(dāng)?shù)跎冉o空氣一個向下的力的同時，空氣也會給吊扇一個向上的力F，如圖6所示，吊扇受到兩個力的作用，最終二者的合力比圖5要小，這就使得吊扇受到的向下的力變小，也就意味著工作時的吊扇比不工作時更加難以掉下來.所以我們的擔(dān)心實際是多余的.

現(xiàn)實中，直升機(jī)就是依據(jù)這一原理制造的，如圖7所示，當(dāng)螺旋槳高速轉(zhuǎn)動時，給空氣一個向下的力，同時空氣就會給直升機(jī)一個向上的力F，當(dāng)這個力大于直升機(jī)的重力時，直升機(jī)就能升空了.

利用理論解釋，再結(jié)合直升機(jī)的例子，糾正學(xué)生的錯誤前概念.

(2)漂浮在空中的空氣給日常生活并沒有帶來任何“負(fù)擔(dān)”，致使學(xué)生認(rèn)為空氣的質(zhì)量很小，要糾正這一錯誤前概念，就必須用到密度的相關(guān)理論知識.

根據(jù)密度的計算公式，我們可以得到：質(zhì)量=密度*體積

以一間教室空氣質(zhì)量為例，教室的體積約為168m3,常溫常壓下，空氣的密度約為1.29kg/m3,帶入上述公式可得，教室內(nèi)的空氣質(zhì)量約為216.72kg.從這個數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，我們周圍的空氣質(zhì)量實際是很大的，之所以人感受不到“負(fù)擔(dān)”，主要是由于人體內(nèi)氣體和外界大氣是相通的，這就使得人體內(nèi)外的壓強(qiáng)差為0.人感受不到來自空氣的壓力.通過實際數(shù)據(jù)計算，就轉(zhuǎn)化了學(xué)生的錯誤前概念.

在物理教學(xué)中，由于前概念有著數(shù)量多、隱蔽性強(qiáng)、影響深的特點.所以教師在教學(xué)中應(yīng)該重視“前概念”對學(xué)生的所產(chǎn)生的影響，多加關(guān)注，尤其關(guān)注錯誤前概念的糾正.而在糾正過程中，我們要結(jié)合學(xué)生的思維發(fā)展，科學(xué)思維進(jìn)行糾正，形成科學(xué)概念.讓學(xué)生認(rèn)識到運用物理知識了解生活本質(zhì)的基本方法，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法，正確的生活觀、發(fā)展觀和世界觀，進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的不斷提高.