相异构想的形成原因分析及教学对策 沈金林 （浙江省平湖中学 浙江 平湖

相异构想的形成原因分析及教学对策 沈金林 （浙江省平湖中学 浙江 平湖 沈金林 （浙江省平湖中学 浙江 平湖 314200） 奥苏伯尔在他的《教育心理学》一书的扉页上写道：“如果我不得不把全部教育心理学还原为一条原 理的话，我将会说，影响学习的最重要因素是学生已经知道了什么，根据学生原有的知识状况进行教学。” 虽然这句话可能有失偏颇，但他强调原有知识水平对新学习的重要影响的用意却无疑是正确的。 教学实践证明，学生在接触到新的知识时，总是试图用旧的知识结构和思维方式去理解它，有时甚至 会修正新知识的含义，以适用旧有的知识结构与思维方式，结果新的与旧的混杂在一起，派生出形形色色 的偏离了科学概念的想法，教育理论上称之为相异构想。相异构想会严重地阻碍学生对科学概念的接受、 形成和发展。研究相异构想的成因，对物理概念的教学有重要的指导意义。本文试通过对“分子动理论” 学生相异构想形成原因的调查分析，以为其他如力学、电学等物理分支领域学生相异构想的研究提供借鉴 和参考。 分子动理论的观点和 思想 教师资格思想品德鉴定表下载浅论红楼梦的主题思想员工思想动态调查问卷论语教育思想学生思想教育讲话稿 方法，是引导学生从宏观走向微观，从个体分析走向系统综合的关键一环， 而学生对本章的学习往往只停留在识记水平，在深层次上有许多相异构想。所以，研究“分子动理论”中 学生相异构想形成原因，有典型的教学意义。调查问卷采用问答题的形式，命题围绕有关分子动理论的基 本观念，共六大题，试卷全文见表。 调查的对象是高一年级和高二年级各二个班的学生，测试时间是在高二年级刚学过分子动理论之后。 其中高一年级的学生仅在初中阶段学过分子动理论的初步，调查这部分学生是为了探查进行分子动理论教 学的前概念情况。并希望能通过对比二个年级学生的答题情况，从中探查经过教学之后学生的相异构想的 转化情况。 调查共收到有效答卷189份。根据学生的回答，剔除其中无意义的，我们将含有典型的相异构想的错 误整理归类，列表如下。从调查分析可发现，由于 试题 中考模拟试题doc幼小衔接 数学试题 下载云南高中历年会考数学试题下载N4真题下载党史题库下载 本身所涉及的能力要求和高一、高二年级所接受知 识水平的差异，多数错误类型在两个年级中出现的频率明显不同，我们用A表示该错误类型在高一年级1 组中出现的频度较高，A则表示在高二年级组中出现的频度较高。又为便于后面分析阐述，我们将各种错2 误按表中序列编号为1,2,3„„。 题组编测试题 典型错误 号 别 号 食盐溶解后，水分子的空隙全部被重新占有， 1 133A把一堆10cm的盐粒倒入150cm的水所以体积减少。 盐抛入水后，盐分子被水分子吸引，故溶液体中，经过搅拌后，食盐全部溶解，液体的一 A 2 32积减小。 体积变为158cm。试解释为什么溶液的体 积比原来食盐和水的体积之和少一些。 分子是通过扩散现象和布朗运动的形式做无A 3 2规则运动的。 一个小女孩的橙汁在即将渴光时，她吸吮时„„盒内的分子数少了，产生了引力作A 4 2用力把最后几滴吸入口中，结果连盛橙汁用，把盒弄凹了。 二 的纸盒都给弄凹了。试就盒内空气分子所吸吮后，分子的间隙增大，速度加快了。 A 5 1发生的变化，去解释纸盒被弄凹的原因。 把一个未十足充气的塑料气球放在两球内分子距离减少，分子间的相互作用力就表三 A 6 2块木板之间用力压紧，用手指触球，感觉现为斥力，所以夹在板间的球显得硬。 第 1 页 共 4 页 球的表面很硬。如果把木板拿走，球则恢球被压偏，使球的容积变小，因此气体分子间复柔软。试用分子动理论解释为何夹在木A 7 1的空隙马上被填满，所以球很硬。 板间的球显得较硬？ 在罐装喷雾剂的罐上常印有一些请用受热后气体分子加速运动和膨胀。 A 8 1 户注意的句子，其中一项为“请勿把用完四 受热后，分子间的空隙增大，超过罐的容量，的空罐弃置于火中”。试就分子动理论解释A 9 1就会产生破坏力。 为什么这样做会发生危险。 任何物体是由分子或原子构成，所以把一个物 体制成粉末直至个别颗粒，是物体逐渐分离成A 10 1所有固体都可以研磨或锤击成粉末，独立的原子或分子。 直至个别颗粒再也不能用肉眼察见，这种五 当锤固体时，对分子来讲，压力无限大，破坏现象是不是显示固体由分子或原子组成的A 11 2了分子间的作用力。 一个有力证据？试解释你的见解。 因为分子很小，用眼看不到，所以肉眼看不到A 12 1的就是原子或分子。 设想在一个密闭的容器内只有一个单A 13 2独的气体分子。 如图1 六 1．试在方框内绘出这个分子运动的路线。 2．若容器的温度保持在0?，这个分子是 A固定不动，还是不断运动？ 14 1如图2 分析以上学生的错误类型，并经与学生交流讨论，我们将产生相异构想可能的原因大致归结为下几个 方面： 2．1 观念障碍，即应用旧的思想方法去理解接受、组织运用新的知识。通过力学的学习，学生已经 习惯于机械的叠加方法和机械的确定性，在回答上述问题时，就往往把它运用到宏观和微观的关系中，把 宏观当成微观的机械总和，机械地用微观分析解释宏观现象。如错误4中，认为气体分子间的相互作用力会使容器变形。再如错误13中的图1，把个别分子单独存在时的行为，与存在于一个巨大的系统中的分子 的行为视为同一。这两种错误在高二组出现的频度较高，也在一定程度上说明了经过力学中机械观的学习 后对研究微观问题的负迁移影响。 2．2 认知构建障碍，即认知结构不能及时更新或重建。一些物理知识的学习，要求学生更新或重建 自己的认知结构，但学生常有一种维持原有认知结构的倾向，不恰当地把新知识纳入到认知结构的原有框 架之中。在学习“分子动理论”时，学生常常力图维持关于宏观物体的认知结构，混淆了宏观概念与微观 概念的界线，用描述宏观现象的术语来表述微观过程。如错误8中认为分子本身会热胀冷缩。再如错误3 中把布朗运动等同于分子无规则运动。这有可能是因为学生混淆了宏观与微观的区别，也有可能是由于习 惯上的名词使用错误造成的。 2．3 旧情景干扰，即把原有的物理情景不恰当地迁移到新的情景中去。如教学中曾用酒精和水混合 后总体积减小的事实，说明分子间隙的存在。学生不注意分析这种情况与食盐和水混和的不同，不注意食 盐颗粒间存在许多宏观的空隙，把两种情况等同起来，结果产生错误1的模式。再如化学中许多物质溶解时可能发生化学反应，就不管食盐溶解时是否有化学反应，也用化学反应来解释，结果出现了如错误2之 相异构想：分子间的引力会改变溶液的体积。这种不合理的迁移之所以产生，一是由于对旧知识的理解不 深，不知它的适用范围，二是由于对新旧情景不会对比、分析。 2．4 思维障碍，即由于缺乏学习新知识所必要的感性经验，不能适应思维的抽象程度的要求。“分 子动理论”中的一些物理知识难以用直观的语言进行描述或难以用直观的实验加以说明，对于许多习惯于 直观形象思维而尚未完成到抽象逻辑思维转变的学生来说，这些知识就成了难点。于是就不恰当地用生活 中的一些现象为模型，去理解想象我们不能直接观察到的过程。如用十字路口的人群比作气体系统，当人 第 2 页 共 4 页 很挤时，就走不动；人疏了，就可以走得快些；以此设想气体分子间隙大，运动速度就可加快，错误5的 产生即是这种不恰当类比的结果。或把气体分子当成固体小颗粒，如米粒。当米粒充满了米袋，就把米袋 胀硬，类推到气体分子一个挨一个地塞满了气球的空间，气球就会变硬，如错误7中认为气体的压强是由 静态挤压引起的。或者想象分子可以象颗粒一样从物体上分割出来，如错误10。 2．5 逻辑错误。如错误12中，认为肉眼看不见的东西即是分子。又如错误9，认为气体分子热运动 加剧，分子间间隙一定增大。而没想到物体受热只是具有膨胀的趋势，但能否胀大，还受制于其他条件。 特别是气体，一般而言，是充满整个容器的，容器的体积若无改变，气体温度虽然升高，但体积也不能变 大，分子间的间隙就不可能增大。再如图2，学生用一簇射线表示分子向各个方向运动不确定，认为都有可能。这只是看到事物的一面而没有看到事物的另一面，即，对于一个具体的分子，在一个确定的时刻， 它的运动只能有一个确定的方向。 调查显示，A组逻辑类错误明显的较A组多，这也表明，高二学生思辨能力的提高，对建立科学概12念起到了重要作用。 从各种相异构想在高一、高二年级组的分布对照中可看出，有些相异构想通过教学以后得到有效转化， 而有些则转化不大，甚至有些反而得到了加强。这一方面是由于教师不重视研究学生头脑中已有的或可能 出现的相异构想，另一方面是因为教学策略不当，相异构想没有得到有效转化。那么，如何运用有效的教 学策略以实现相异构想的有效转化，根据以上调查分析，笔者认为可从以下几方面考虑： 3．1 重视前概念。组织有效的物理概念教学，首先必须承认和重视学生的原有的知识和思维方式， 弄清它们对学生理解新知识会造成什么样的障碍与影响，并据此设计和采用有效的教学策略。如通过设计 针对性的问题并调查分析，通过提问与讨论，让学生有机会表述自己的思想和见解等方式，诱导学生暴露 前概念。如特级教师吴加澍老师就曾用下面精心设计的一系列问题，发现了存在于学生中的关于惯性概念 的相异构想。 师：太空中宇航员抓铅球有什么感觉？ 生：没有感觉，因为G=0； 师：投出去做什么运动？ 生：匀速直线运动； 师：撞在一个人的头上怎么样？ 生：不痛不痒（“鱼”终于上钩了）。 3．2 引入“概念冲突”机制。教师在教学过程中提供一些实例和需要学生解决的问题，学生用个人 的前概念来理解和解释这些实例往往会产生矛盾，即前概念和科学概念之间产生了“冲突”。当原有的概 念框架无法解释、无力解决，“冲突”会使学生自愿放弃旧的观念。如学生学习牛顿第三定律后，常常把 一对作用力和反作用力与一对平衡力混淆。为此设计了一些矛盾冲突的问题：若是马拉车的力等于车拉马 的力，为什么是车被马拉走，而不是马被车拉走?把这些司空见惯问题上的似是而非之处，出其不意地在学生面前展开，激起惊奇感，促使学生主动思索、探究。再如对“球内分子距离减少，分子间的相互作用 力就表现为斥力，所以夹在板间的球显得硬”这一相异构想，可引导由分子间相互作用力表现为斥力时的 分子间距离去估算气体的密度，再与通常气体的密度相对照，这时所引起的强烈冲突会使学生产生“震撼” 的感觉。 3．3 用科学的方法建立新概念。要使学生掌握好新的知识，不能只是单向地向学生讲解新知识的内 容。只有使学生认为新概念的建立是明智的合理的，并且新概念比旧概念框架包括了更本质的内容，学生 才能完全接受新概念，实现相异构想向科学概念的自觉转化。所以，教学设计上应多采用探究式教学，重 视分析、比较、推理等科学思维方法在建立科学概念中的作用，并增加让学生自己动手做实验的机会，适 第 3 页 共 4 页 当增加演示实验，通过实验启发等，让学生自己建立正确的概念。 3．4 在概念发展中建立科学概念。即把概念的学习过程看作是概念发展或转化的过程，教学过程中 使学生已有的前概念进一步发展和延伸，并向科学的物理概念转化。物理概念的学习掌握过程，本身就是 一个循序渐进、逐渐深入、不断完善的过程。如关于“平衡状态”的概念，开始时学生头脑中的理解是“物 体处于静止或匀速直线运动状态”，这只是从运动角度对平衡状态下的定义。在这时候，学生会产生“只 要速度为零，物体就处于平衡状态”、“只要速度大小不变，物体就处于平衡状态”等相异构想。学过加速 度概念后，“平衡状态”应理解为“物体处于加速度为零状态”，学过牛顿运动定律后，“平衡状态”应进 一步理解为“物体处于合外力为零状态”。随着学习逐渐从概念的表层深入到概念的本质，原有的相异构 想就自动的得到改正。 3．5 提供学生应用新概念的机会，如解释生活中的现象、事物，进行课外科技活动等等，使学生在 应用中掌握新的知识结构和思维方式。 第 4 页 共 4 页