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走出迷途：学生“迷思概念”的转化

汤华 //www.auribault.com 2014-05-09 来源：中国教育报

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学生在学习物理课程之前头脑里并不是一片空白，通过日常生活的各种渠道和自身的实践，在无形中养成了他们独特的思维方式。“迷思概念”的转变就是认知冲突的引发和解决的过程。

“迷思概念”的转变是新旧知识经验相互作用的集中体现，是新经验对已有经验的影响和改造。在外界的相互作用过程中，学生常常会遇到已有经验无法解释的新现象、新观点，面对新旧经验的不一致，学生会体验到一种冲突，为了解决冲突，学生可能对原来的观念进行调整、改造，使其顺应于新情境。“迷思概念”的转变就是认知冲突的引发和解决的过程。

在初三物理“阿基米德原理”的教学中，按传统的教学安排是对“阿基米德原理”进行验证，即证明：浸在液体中的物体受到的浮力大小等于排开液体的重力大小。在以前的教学过程中，学生首先通过视频观察潜艇、认识浮力，然后通过“把小气球按入水中”的小实验体验浮力的大小，最后学生观察演示“把挂在弹簧秤上的石块浸入盛满水的水杯”时弹簧秤读数的变化等实验，从而提出猜想“浮力大小与排开液体的多少有关”。学生通过分组实验分别测出浮力大小及排开液体重力大小来证明“阿基米德原理”；然后通过数学表达式的推导得出影响浮力大小的因素是“液体的密度”和“排开液体的体积”与其他因素无关。这样的教学安排看似顺利地完成了教学任务，其实对于学生思维的发展是极其不利的。尤其是在提出猜想的教学环节中，通过演示实验强迫性地植入了浮力的大小与排开液体的多少有关的知识，而忽视了学生心中存在的疑惑，从而导致学生在分析浮力问题时受“迷思概念”的影响而出现错误判断。

为了能充分了解学生心中的“迷思概念”，从而把“迷思概念”转化为“科学概念”，我对“阿基米德原理”这一内容的教学过程进行了改变。

在学生认识并体验了浮力之后，并不直接引导学生猜想“浮力与排开液体的多少是否有关”，而是抛出问题“浮力的大小与哪些因素有关？”直接引出学生心中的疑问。此时，课堂中的学生讨论非常热烈，纷纷提出自己的观点。关于物体的有：物体质量、物体体积、物体密度、物体浸入液体的体积；关于液体的有：液体密度、在液体中的深度。在这六种猜想中其实只有“液体密度和浸入液体的体积”对浮力大小有影响，可见关于浮力的影响因素学生心中存在很多“迷思概念”。如何才能消除学生心中的疑惑，有效地把“迷思概念”转化为“科学概念”并加以巩固？在教学过程中组织学生讨论交流，不失为转变学生“迷思概念”的好策略之一。因为学生如果只听教师讲解，则只是被动地吸收知识，缺少自己对知识结构的主动建构。组织学生讨论、合作交流、互相辨析，不仅调动了学生的思维积极性，还能够使不同观念相互交锋，使学生的头脑经历一场“激辩”，重新构建认知结构。

在以上猜想中，学生对于物体体积、液体中的深度是否会影响浮力大小产生的争议最大，有三种典型的观点。甲方根据“热气球在气囊充满空气体积变大后加热才能升空”提出“物体的体积越大，浮力就越大”的观点。乙方根据“挂在弹簧秤上的物体在浸入水中的过程中，弹簧秤示数逐渐变小”，提出“物体浸入液体深度越深，受到的浮力越大”的观点，同时指出，即使物体体积很大，但浸入液体的深度很浅时受到的浮力不一定大，浮力大小与物体体积无关，反驳了甲方的观点。丙方根据“挂在弹簧秤上的物体浸没在水中后，即使增加深度但弹簧秤示数不变”，提出物体受到的浮力与深度无关“的观点，反驳了乙方的观点。三种截然不同的观点其实都是指向”物体浸入液体的体积“这一因素。在教学过程中，教师并不急于点破，而是在演示了”挂在弹簧秤上的物体逐渐浸入水中的过程直至浸没“后提出了两个问题，引发学生思考。”深度对浮力的影响分界点在哪里？“”怎么描述深度对浮力的影响更为合理？“学生通过思考，恍然大悟，原来深度对浮力的影响应该一分为二：物体浸没之前，深度越深受到的浮力越大；浸没后浮力与深度无关。就在学生以为找到了影响浮力的因素时，教师提出第三个问题”深度的变化究竟改变了什么物理量，导致浮力发生了改变？“再次使学生陷入沉思。分组讨论后，有同学发现，深度对浮力的影响之所以一分为二的原因就在于”物体浸入液体的体积“影响浮力大小的因素既不是”物体体积“也不是”深度“，而是”物体浸入液体的体积大小“。当然，根据”阿基米德原理“的描述，影响浮力大小的因素应该是”液体密度“和”排开液体的体积“。在此，利用初二所学”排水法“测量物体体积的原理，把”物体浸入液体的体积“转化为”排开液体的体积“。最后，学生终于明白原来物体受到的浮力是与排开的液体有关，通过测量最终验证了”阿基米德原理“。

整个教学过程中，虽然花了大量的时间在辨析浮力的影响因素，但是这是非常值得的。通过辨析，学生既破除了心中“迷思概念”的禁锢，建立了“科学概念”，又经历了阿基米德得出“浮力大小等于排开液体重力”这一观点的探究过程，把建立起来的“科学概念”全面、深刻、牢固地印在头脑中。（作者单位：上海市三门中学）

编辑：周文