促进错误“前概念”转化的初中物理深度学习策略

摘    要：基于深度学习的实现机制，结合认知冲突的教学策略，提出了初中物理错误“前概念”的转化策略。该教学策略共分为四个阶段：初始阶段，创设问题情境，激活错误“前概念”，促使深度学习发生；冲突阶段，呈现事实证据，引发认知冲突，维持深度学习状态；冲突解决阶段，转化错误“前概念”，建构科学性概念，促进深度学习的发展；能力提升阶段，甄选陌生情境，进行迁移运用，为深度学习提供支持。实践证明，该教学策略能促进概念的转化，使学习更具深度。

关键词：深度学习；错误“前概念”；概念转化；实验教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2025）2-0027-6

《义务教育物理课程标准（２０２２年版）》强调要遵循初中学生身心发展规律，关注学习生长点，建议从学生的已有经验和认知水平出发，重视物理概念的建构过程［１］。物理与生产生活实际密切相关，学生是带着日常经验、生活常识和根据所感知的现象、常识及经验总结加工所得出的认识走进课堂的［２］，这些经验、知识、信念等被称为“前概念”。学生的“前概念”，有的支持新学习的发生，有的则起到阻碍作用，当学生的“前概念”与“科学性概念”发生冲突时，就会给学习带来很大的困扰［３］。例如，学生根据生活经验存在“物体没被推动是因为施加的推力小于阻力”这个错误“前概念”，等到他们学习“摩擦力”时，这个错误“前概念”就会出来“作祟”。学生的错误“前概念”往往根深蒂固，如果课堂上没能充分促进错误“前概念”的转化，就会出现“教师反复讲、学生反复错”的现象。如何转化错误“前概念”，帮助学生顺利习得科学性概念，是一线教师必须正视的问题。

１    学生的先行经验中存在大量错误“前概念”

人们在进行认知活动时，习惯依赖先行经验，学生在开展学习活动时也不例外。通过对一线教师进行访谈，结合长期教学实践，梳理出学生在正式接受物理学习前已有的错误“前概念”清单。在新授课开始前，命制检测题对清单内罗列出的错误“前概念”进行逐一诊断。部分检测题及学生作答情况如表１所示。

表１所示的仅是学生存在的错误“前概念”的冰山一角。这些错误“前概念”是学生正确理解科学性概念的“拦路虎”，如不及时清扫，很难进行深度学习。

２    深度学习视域下错误“前概念”的转化策略

在学生的先行经验中，存在大量错误“前概念”已是不争的事实。这些错误“前概念”影响着科学性概念深度建构的起点、方向、过程和结果［４］。图１是错误“前概念”的传统教学策略。有些教师认为，通过科学概念的讲解和错误观点的辨析，能让学生意识到自己理解的错误，并转变为科学概念。事与愿违的是，大量事实表明，常规教学并不能促进错误“前概念”的有效转化［５］。

深度学习是理解性学习，是建立在学生先前知识基础上的概念改变［３］。利用学生错误“前概念”中的矛盾事实与思考方式的认知冲突，让他们体验不能解释的惊异与纠结，从而促进概念的变化，这就是众所周知的“认知冲突”方略［６］。基于深度学习的四个实现机制［７］，结合“认知冲突”的教学策略，立足教学实际，提出了如图２所示的指向错误“前概念”转化的初中物理深度学习策略。

２．１    创设问题情境，激活错误“前概念”，触发深层动机

学生的错误“前概念”是长期被他们奉为“真理”存在的，很难自行察觉到错误之处。通过情境诱发、问题驱动，给学生提供表达出错误“前概念”的机会，为下阶段引起认知冲突做好铺垫。例如，为激活“电风扇吹出温度较低的凉风使人感到凉快”这个错误“前概念”，可以结合当地人的生活习惯，创设以下情境：夏天，广州人民很喜欢去大排档吃宵夜。为了增加顾客的用餐体验，店主会在周围配置很多大风扇。为什么吹电风扇人会感到凉快呢？在真实情境的助攻下，学生能快速、准确地将错误认知表达出来。

２．２    呈现事实证据，引发认知冲突，维持深度学习

激活错误“前概念”仅能调动学生的有意注意，但不能起到转化错误概念的目的。需呈现事实证据，引起认知冲突，让学生在认知冲突带来的身心震撼中自觉意识到思维误区。例如，可以用温度计同时测量电风扇吹出风的温度和周围环境的温度，通过两者温度相同这个“出乎意料”的现象，引起足够的认知冲突。认知冲突激发的矛盾心理能提升学习的积极性，学生迫切渴望解决困惑，维持深度学习状态。

２．３    转化错误“前概念”，建构科学性概念，促进深度学习

一边是自己长期信赖的“真理”，一边是坚如磐石的事实证据，学生陷入纠结、郁闷中，迎来了学习“高潮”。接着，教师要及时借助实验等教学手段植入科学性概念，彻底粉碎错误“前概念”。例如，可以让学生体验以下实验：用保鲜膜将右手包起来，左手不做任何处理，再将左右手同时置于同一电风扇前。通过实践参与，帮助学生精准建构“电风扇吹出的风加速人体表水分蒸发，由于蒸发吸热，所以人感觉凉快”这个知识点，使学习更具深度。

２．４    甄选陌生情境，进行迁移运用，实现深度学习

深度学习最终表现在对知识的深度理解和迁移运用两个方面。从不同角度呈现同一问题可以加深对概念的全面理解，为迁移运用能力的培养提供“沃土”。当学生已经形成完整的科学性概念后，给他们提供内容丰富的“练兵场”，培养他们在陌生情境中解决问题的能力，实现深度学习。

３    深度学习视域下错误“前概念”转化策略的教学实践——以人教版“牛顿第一定律”为例

为诊断学生对“运动是否需要靠力来维持”这个观点的看法，在完成力、弹力和重力的学习之后，学习牛顿第一定律之前，利用以下检测题开展概念诊断。

【前测题】 如图3所示，轻质弹簧一端固定在墙上，物块Ｍ沿光滑水平面向左运动，压缩弹簧运动到Ａ点时，速度为ｖＡ，在方框内用“·”表示物块Ｍ，画出物块Ｍ经过Ａ点时的受力示意图。

利用上述前测题，对３２３名学生开展调查，获得的数据如表２所示。

由表２可知，７２．１４％的学生认为，物块还受到一个水平向左的推力，解释如下：物块Ｍ经过Ａ点时的速度水平向左，所以它一定受到一个水平向左的拉力。可见，“运动需要力来维持”这个观点在学生心里留下了深深的烙印。课标对本节课的要求是：通过实验和科学推理，认识牛顿第一定律；能运用物体的惯性解释自然界和生活中的有关现象。转化“运动需要力来维持”这个错误“前概念”，是帮助学生理解牛顿第一定律的前提。

３．１    深度学习的发生：情境诱发、问题驱动、概念激活

深度学习的发生高度依赖真实的问题情境，通过创设真实的学习情境，为知识的深度理解提供“温床”。

【创设“真”情境】 将折好的纸飞机放飞，纸飞机在空中划出一条完美的曲线。（教师可以让学生当堂放飞纸飞机，增强体验感）

【提出“真”问题】 如图4是老师折的纸飞机在空中飞翔的运动轨迹，请同学们画出这个纸飞机在最高点Ｃ的受力示意图。

【驱动问题１】 （教师投影学生典型的答案）绝大部分同学认为，在Ｃ点，纸飞机受到重力、空气施加的水平向右的阻力和水平向左的推力。请阐述你认为纸飞机受到水平向左的推力的依据？

【驱动问题２】 你认为纸飞机受到的阻力和推力大小关系是什么？

【驱动问题３】 纸飞机从离开手到落地前，除了Ｃ点外的其他位置是否也受到向前推力的作用呢？阻力与推力的大小关系又是如何？

放纸飞机是学生再熟悉不过的场景，利用学生熟知的场景导入，可以降低学生的防备心理，促使他们勇于表达自己的看法，顺利激活“运动需要力来维持”这个错误认知。

３．２    深度学习的维持：呈现证据、产生困惑、引发冲突

顺利导出学生错误“前概念”后，立即呈现足够的事实证据，引发认知冲突，让他们在惊异和郁闷中自主意识到错误所在，维持深度学习的状态。

【问题思考１】 如果纸飞机离手后，在水平方向受到的推力始终大于阻力，我们就可以进一步推理得出，纸飞机在水平方向上速度的变化。

通过前面章节的学习，学生已经知道力能改变物体的运动状态。在教师的引导下，学生很容易推导出：在水平方向上，由于纸飞机受到的合力方向与运动方向相同，所以纸飞机在水平方向上做加速运动。

【知识迁移】 实验是验证猜想最好的方法。联系“测量物体运动的平均速度”实验，如果要测量纸飞机在飞行过程中水平方向上速度的变化，你有什么好的提议？

在第一章“机械运动”中，学生已经掌握测量物体平均速度的方法。教师只需稍加引导，学生就能对知识进行迁移运用。

【问题思考２】 在“测量物体运动的平均速度”实验中（图5），小车是沿直线运动的，所以我们只需要测量ｓ１、ｓ２、ｔ１、ｔ２，即可算出对应的平均速度。但是，我们的纸飞机飞行轨迹是曲线，要如何优化呢？

【实验创设】 在实际生活中，很难让纸飞机沿水平方向飞行。我们可以用图６所示的实验器材模拟纸飞机沿水平方向飞行的场景。其中，滑块模拟纸飞机。气垫导轨在工作时可以在滑块和导轨之间形成一层薄空气层，使滑块在气垫上运动，而不是在导轨工作面上滑行。导轨上安装4个光电门，１号和２号光电门连接右侧数字计时器，３号和４号光电门连接左侧数字计时器。调节光电门的位置，确保ｓ１２＝ｓ３４，利用计时器分别测量滑块经相同距离所需时间ｔ１２和ｔ３４（表3）。

【问题思考３】 如果同学们的猜想正确，该实验会出现什么现象？

【实验演示】教师通过改变橡皮筋的形变量改变滑块的初速度，多次实验获取数据。

【引起认知冲突】 分析实验数据，你能得出什么结论？

实验表明，水平向左运动的滑块在做减速运动，说明滑块没有受到水平向左的合力，学生对这个事实证据惊讶不已。“出乎意料”的实验数据引发足够的认知冲突，推动学生主动揭示错误“前概念”，并意识到自己的认知存在错误。接下来，要帮助学生揭晓科学性概念，以达到置换概念的目的。

【思维疏导１】 我们知道，滑块受到阻力的施力物体是空气，假如“推力”真的存在，请问这个“推力”的施力物体是谁呢？

【思维疏导２】 既然找不到“推力”的施力物体，说明这个“推力”是不存在的。

上述思维的疏导帮助学生及时按下“确认键”，肯定自己存在错误“前概念”。

３．３    深度学习的促进：科学推理、认知调整、概念置换

学生已然知晓自己存在错误“前概念”，但对为什么会存在这样的错误百思不得其解，教师可以借助“问题链”和分组实验揭晓真理。

【问题１】 根据表３，请分析滑块做减速运动的原因？

【问题２】 如果导轨足够长，请判断滑块最终的运动状态？

【问题３】 如果滑块受到的阻力逐渐减小，它在水平方向上的移动距离会如何变化？

【分组实验】 学生以２人为一组，进行“阻力对物体运动的影响”的实验。

【分析实验】 根据实验现象，你能得出什么结论？

【科学推理】 设想一下，如果小车运动时不受阻力，它是不是就不会停下来了？

【结论梳理】 根据科学推理结果，如果小车运动时不受阻力的话，小车就会一直保持运动状态，说明运动需不需要力来维持？

通过上面的教学环节，学生基本理顺了思路，明白了运动不需要力来维持。随即，教师讲解牛顿第一定律和惯性，帮助学生搭建知识板块。

３．４    深度学习的支持：情境运用、知识迁移、健全新知

当学生对所学知识有较全面的了解后，教师立即引导学生解释纸飞机离手后还能向前飞行和滑块被橡皮筋弹出后能继续运动的原因，做到首尾呼应。然后，要从不同角度考查这个知识点，给学生提供新颖（陌生）的问题情境，健全对新知的理解，为深度学习状态的持续发展提供支撑。

学生存在大量错误“前概念”是初中物理教学无法规避的现实问题。常规的教学策略对错误“前概念”的转化无济于事，基于深度学习理念，结合认知冲突的教学策略，提出的初中物理错误“前概念”的转变策略，能粉碎错误“前概念”，为科学性概念的建构扫清障碍，有效促进错误“前概念”的转化，走向深度学习。

参考文献：

［１］中华人民共和国教育部．义务教育物理课程标准（２０２２年版）［Ｓ］．北京：北京师范大学出版社，２０２２．

［２］赵洪英，于娟． 基于前概念开展机械运动和力的教学策略［Ｊ］．中学物理，２０１９，３７（１）：１６-19．

［３］刘月霞，郭华．深度学习：走向核心素养［Ｍ］．北京：教育科学出版社，２０１８．

［４］王雄． 基于前概念的初中物理概念深度建构及教学建议［Ｊ］．新课程评论，２０２２（１２）：80-８６．

［５］孔祥梅．前概念对中学生物理学习的影响及转化策略［Ｄ］．聊城：聊城大学，２０１５．

［６］钟启泉．深度学习［Ｍ］．上海：华东师范大学出版社，２０２１．

［７］李松林，贺慧，张燕．深度学习设计：模板与示例［Ｍ］． 成都：四川师范大学电子出版社，２０２０．

（栏目编辑    刘   荣）