关于牛顿第一定律教学的几点思考
摘要
因为在有些学生的经验中,早已有了与亚里士多德“力是维持物体运动原因“的理论类似的观念。这正是亚里士多德“力是维持物体运动原因”的理论。学生自己并没有意识到它的存在,因为学生并没有有意识地思考并形成“力是维持物体运动原因”的概念。可见学生头脑中的前科学概念是非常顽固的。因此,认为前科学概念经过一两次纠正就消失了的观点是极其错误的。
关键词 牛顿第一定律 惯性思维 前科学概念
牛顿第一定律一直以来都是初中物理教学的重中之重难中之难,是学生普遍认为最难掌握的知识点之一。究其原因很大程度上还是由于惯性思维所致,也就是学生自己多年的生活经验造成的。在这里我从学生的认知心理上对这一规律的教学进行剖析。
通常牛顿第一定律的教学,一般是按教材编排顺序,先进行演示实验引出课题,然后通过讲解伽利略与亚里士多德的争论,消除“力是维持物体运动原因”的错误观念,进一步通过做斜面小车实验证明牛顿第一定律的正确性,最后让学生运用牛顿第一定律去解释日常生活中的现象,从而完成整个教学过程。为了检验学生学习和掌握牛顿第一定律的情况,我曾用这样一道题目来检测学生。题目如下:你乘坐正在向前匀速直线行驶的汽车里,竖直向上跳起来,等落下来的时候是落在起跳点的前方还是后方。结果几乎全班同学都回答:落在起跳点后面。问其原因,回答都是一样的:汽车在行驶,而人跳起来后不再向前走了。
怎样更好地改进牛顿第一定律的教学效果,使牛顿第一定律的教学效果真正是实实在在意义上的令人满意。我认为,必须要深入到学生的认知结构中去考察学生产生错误认识的根源。认知心理学的理论告诉我们,学生学习物理概念、规律时所形成的错误,常常是由于其头脑中的前科学概念的影响。所谓前科学概念,是指儿童在学习物理课程以前的生活实际中,对各种物理现象和过程在头脑中反复建构所形成的系统的但并非科学的观念。比如牛顿第一定律就是如此,许多老师往往费了好大的劲也没能让学生弄明白。因为在有些学生的经验中,早已有了与亚里士多德“力是维持物体运动原因“的理论类似的观念。这样,当他们学习了牛顿第一定律之后,就可能把定律纳入到自己原有的认知结构中,牛顿第一定律实际上成了“力是维持物体运动原因”的代名词。让他们解释用手推车、用脚踢球等一些不易暴露错误观念的生活实例时,他们也能解释得头头是道。但当解释用手抛钥匙、飞机扔炸弹的例子时,他们却又运用亚里士多德的理论去解释,其错误观念暴露无遗。这正是牛顿第一定律教学效果不佳的症结之所在。
研究和改进牛顿第一定律的教学,应当了解学生头脑中前科学概念的特点。第一,学生头脑中的前科学概念是自发形成的。过去,我们在教学中,常常误认为学生在学习物理之前其头脑如同一张“白纸”,教师可以在上面任意涂画,事实并非如此。学生在长期的生活实践当中,逐渐形成了自己对客观世界物质运动规律的看法。他们几乎每天都会看到物体在力的作用下运动,而在力停止作用时物体静止,于是主观地断言:有力作用在物体上,则物体运动;无力作用在物体上,则物体静止。这正是亚里士多德“力是维持物体运动原因”的理论。第二,学生头脑中的前科学概念具有隐蔽性。由于学生头脑中前科学概念都在潜移默化中形成的,所以它以潜在的形式存在.这包含两方面的意义。其一是学生自己并没有意识到它的存在,因为学生并没有有意识地思考并形成“力是维持物体运动原因”的概念。其二是前科学概念平时并不表现出来,但往往在学生运用物理概念解决
问题时表现出来。第三,学生头脑中的前科学概念具有顽固性。由于前科学概念是儿童头脑中业已形成的概念,且长期的日常生活经验与观察又加强了这些概念。因此,学生头脑中的前科学慨念是非常顽固的。国内外物理教育界近年来的一些研究表明:一旦学生对某些物理现象形成了前科学概念,要想加以转变是极其困难的。尤其那些在人类科学认识史上经历了曲折历程的前科学概念,更是如此。按照皮亚杰的理论,学生认识什么和如何行动,主要决定于他们所具有的思维模式,而不完全取决于教师所讲述的内容。他们按照自己已有的思维模式吸收和排斥信息。在有错误认识存在的情形下,就会在头脑中形成和正确信息极不称的东西。
在上述研究的基础上,我对牛顿第一定律的教学提出如下教学建议。
第一,注重科学知识、科学方法与科学精神教育。牛顿第一定律不仅在物理学本身上占有重要地位,而且在物理教学中也具有很好的教育价值。在教学中,不仅应当注重科学知识教学(定律本身),而且要特别强调定律得出所运用的科学方法。包括理论实验的方法和科学推理方法,这一点常常是许多物理教师容易忽略的方面。而且,还要结合定律的教学,潜移默化地对学生进行科学精神教育。引导学生树立起科学的怀疑精神,树立实践是检验真理的唯一标准的理念。这样融知识、方法和精神于一体的教学,才真正体现了牛顿第一定律教学的全部内涵。
第二,破除学生头脑中的前科学概念。由于在牛顿第一定律教学中学生头脑中存在着前科学概念,教师必须促使学生头脑中前科学概念的转变,在他们的头脑中引发认知冲突和危机,使他们头脑中原有的观念与当前面临的现实产生无法调和的矛盾,促使原结构的解体和新结构的建构。这种过程可以说是在学生头脑中引发了一场科学革命。比如,除以上两个例子外,还可向学生布置如下一个问题。一个人在匀速向前行驶的汽车里做立定跳远,他是向前跳得远还是向后跳得远?如果学生正确回答了这个问题,说明学生头脑中该问题上的前科学概念已经破除。否则,则认为仍然没有破除。
第三,坚持纠正前科学概念。由于前科学概念的顽固性。因此,认为前科学概念经过一两次纠正就消失了的观点是极其错误的。破除学生头脑中的前科学概念不是一件轻而易举的事情,它的发生过程是相当缓慢的。要克服亚里士多德式的观点的惯性,是一个非常艰难的过程。因此,教师应当在期中、期末考试中用新的情境问题考察学生对于牛顿第一定律的掌握程度,只有如此,才能真正使牛顿第一定律植根于学生的头脑中。
参考文献:
《物理教学参考书》上海科学技术出版社
《物理课程教学标准(2011)》
《上海教育科研》陈彦芬
附件2:
2015年宿州市埇桥区教育教学论文评审表
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