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初中牛頓第一定律的教學(xué)研究
初中牛頓第一定律的教學(xué)研究初中牛頓第一定律的教學(xué)研究 牛頓第一定律的教學(xué)研究，在中學(xué)物理教學(xué)研究中早已不是一個(gè)新問(wèn)題了．許多物理教育工作者對(duì)于這一定律的教學(xué)發(fā)表了自己頗有見(jiàn)地的教學(xué)見(jiàn)解，并且得到了滿(mǎn)意的教學(xué)效果． 當(dāng)我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中運(yùn)用這些教學(xué)策略時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，確實(shí)可以取得如同一些文獻(xiàn)中所述的預(yù)期效果．然而，當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)一些新的情境讓學(xué)生運(yùn)用牛頓第一定律去解決問(wèn)題時(shí)，令我們十分吃驚的是：學(xué)生對(duì)于牛頓第一定律的掌握程度卻又非常之差．這使得我們困惑不解．為何對(duì)同一教學(xué)策略教學(xué)的結(jié)果的評(píng)價(jià)出現(xiàn)如此之大的偏差？是教師教的原因，還是學(xué)生學(xué)的原因，抑或兩者兼而有之．這促使我們對(duì)牛頓第一定律的教學(xué)進(jìn)行深層次的理性思考，進(jìn)一步，我們從學(xué)生的認(rèn)知心理上，對(duì)這一規(guī)律的教學(xué)進(jìn)行了深入的研究． 1 通常牛頓第一定律的教學(xué)，一般是按教材編排順序，先進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)引出課題，然后通過(guò)講解伽利略與亞里士多德的爭(zhēng)論，消除“力是維持物體運(yùn)動(dòng)原因”的錯(cuò)誤觀念，進(jìn)一步通過(guò)做斜面小車(chē)實(shí)驗(yàn)證明牛頓第一定律的正確性，最后讓學(xué)生運(yùn)用牛頓第一定律去解釋日常生活中的現(xiàn)象，從而完成整個(gè)教學(xué)過(guò)程． 為了檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握牛頓第一定律的情況，我們?cè)眠@樣一道題目來(lái)檢測(cè)學(xué)生．題目如下．你坐在向前勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)?yán)�，將手中的鑰匙豎直上拋，問(wèn)當(dāng)鑰匙落下來(lái)時(shí)是落在手里，還是落在手后面．全班56名同學(xué)在試卷上皆答：落在手后面．問(wèn)其原因，皆曰：汽車(chē)在走，而鑰匙拋出后不再向前走了． 2 怎樣更好地改進(jìn)牛頓第一定律的教學(xué)效果，使牛頓第一定律的教學(xué)效果真正是實(shí)實(shí)在在意義上的令人滿(mǎn)足．我們認(rèn)為，囿于一般形式上的教學(xué)方法的改進(jìn)已是隔靴搔癢，而必須深入到學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中去考察學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的根源． 認(rèn)知心理學(xué)的理論告訴我們，學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念、規(guī)律時(shí)所形成的錯(cuò)誤，常常是由于其頭腦中的前科學(xué)概念的影響． 所謂前科學(xué)概念，是指兒童在學(xué)習(xí)物理課程以前的生活實(shí)際中，對(duì)各種物理現(xiàn)象和過(guò)程在頭腦中反復(fù)建構(gòu)所形成的系統(tǒng)的但并非科學(xué)的觀念．比如牛頓第一定律就是如此．在物理教學(xué)中，那種認(rèn)為只需要“正面”傳授知識(shí)，學(xué)生就能接受，如果他們?nèi)圆焕斫�，可以多講幾遍就能達(dá)到目的的想法，實(shí)踐證明是過(guò)于天真了．因?yàn)樵谟行⿲W(xué)生的經(jīng)驗(yàn)中，早已有了與亞里士多德“力是維持物體運(yùn)動(dòng)原因“的理論類(lèi)似的觀念．這樣，當(dāng)他們學(xué)習(xí)了牛頓第一定律之后，就可能把定律納入到自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，牛頓第一定律實(shí)際上成了“力是維持物體運(yùn)動(dòng)原因”的代名詞．讓他們解釋用手推車(chē)、用腳踢球等一些不易暴露錯(cuò)誤觀念的生活實(shí)例時(shí)，他們也能解釋得頭頭是道．但當(dāng)解釋用手拋鑰匙、飛機(jī)扔炸彈的例子時(shí)，他們卻又運(yùn)用亞里士多德的理論去解釋?zhuān)溴e(cuò)誤觀念暴露無(wú)遺．這正是牛頓第一定律教學(xué)效果不佳的癥結(jié)之所在． 3 研究和改進(jìn)牛頓第一定律的教學(xué)，應(yīng)當(dāng)了解學(xué)生頭腦中前科學(xué)概念的特點(diǎn)． 第一，學(xué)生頭腦中的前科學(xué)概念是自發(fā)形成的． 過(guò)去，我們?cè)诮虒W(xué)中，常常誤認(rèn)為學(xué)生在學(xué)習(xí)物理之前其頭腦如同一張“白紙”，教師可以在上面任意涂畫(huà)，事實(shí)并非如此．學(xué)生在長(zhǎng)期的生活實(shí)踐當(dāng)中，逐漸形成了自己對(duì)客觀世界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的看法．他們幾乎每天都會(huì)看到物體在力的作用下運(yùn)動(dòng)，而在力停止作用時(shí)物體靜止，于是主觀地?cái)嘌裕河辛�，則物體運(yùn)動(dòng)；無(wú)力，則物體靜止．這正是亞里士多德“力是維持物體運(yùn)動(dòng)原因”的理論． 第二，學(xué)生頭腦中的前科學(xué)概念具有隱蔽性． 由于學(xué)生頭腦中前科學(xué)概念都在潛移默化中形成的，所以它以潛在的形式存在．這包含兩方面的意義．其一是學(xué)生自己并沒(méi)有意識(shí)到它的存在，因?yàn)閷W(xué)生并沒(méi)有有意識(shí)地思考并形成“力是維持物體運(yùn)動(dòng)原因”的概念．其二是前科學(xué)概念平時(shí)并不表現(xiàn)出來(lái)，但往往在學(xué)生運(yùn)用物理概念解決問(wèn)題時(shí)表現(xiàn)出來(lái)．比如前述測(cè)驗(yàn)表明，許多有10多年教齡的初中物理教師頭腦中也存在著牛頓第一定律的前科學(xué)概念，然而他們自己卻并不知道． 第三，學(xué)生頭腦中的前科學(xué)概念具有頑固性． 由于前科學(xué)概念是兒童頭腦中業(yè)已形成的概念，且長(zhǎng)期的日常生活經(jīng)驗(yàn)與觀察又加強(qiáng)了這些概念．因此，學(xué)生頭腦中的前科學(xué)慨念是非常頑固的． 國(guó)內(nèi)外物理教育界近年來(lái)的一些研究表明：一旦學(xué)生對(duì)某些物理現(xiàn)象形成了前科學(xué)概念，要想加以轉(zhuǎn)變是極其困難的．尤其那些在人類(lèi)科學(xué)認(rèn)識(shí)史上經(jīng)歷了曲折歷程的前科學(xué)概念，更是如此． 按照皮亞杰的理論，學(xué)生認(rèn)識(shí)什么和如何行動(dòng)，主要決定于他們所具有的認(rèn)知圖式（思維模式），而不完全取決于教師所講述的內(nèi)容．他們按照自己已有的圖式吸收和排斥信息．在有錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)存在的情形下，就會(huì)在頭腦中形成和正確信息極不相同的東西． 4 在上述研究的基礎(chǔ)上，我們對(duì)牛頓第一定律的教學(xué)提出如下教學(xué)建議． �。�1）注重科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法與科學(xué)精神教育． 牛頓第一定律不僅在物理學(xué)本身上占有重要地位，而且在物理教學(xué)中也具有很好的教育價(jià)值．在教學(xué)中，不僅應(yīng)當(dāng)注重科學(xué)知識(shí)教學(xué)（定律本身），而且要特別強(qiáng)調(diào)定律得出所運(yùn)用的科學(xué)方法．包括理論實(shí)驗(yàn)的方法和科學(xué)推理方法，這一點(diǎn)常常是許多物理教師容易忽略的方面．而且，還要結(jié)合定律的教學(xué)，潛移默化地對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神教育．為什么只有伽利略能夠大膽地懷疑亞里士多德延續(xù)2000多年的錯(cuò)誤結(jié)論？引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立起科學(xué)的懷疑精神，樹(shù)立實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)的信念．這樣融知識(shí)、方法和精神于一體的教學(xué)，才真正體現(xiàn)了牛頓第一定律教學(xué)的全部?jī)?nèi)涵． （2）必須破除教師頭腦中的前科學(xué)概念． 由于不少初中物理教師頭腦中還具有牛頓第一定律的前科學(xué)概念，因此，很難想象出這些教師所教授出的學(xué)生頭腦中的前科學(xué)概念能夠加以破除．所以，破除教師自己頭腦中前科學(xué)概念是牛頓第一定律教學(xué)的前提． �。�3）破除學(xué)生頭腦中的前科學(xué)概念． 由于在牛頓第一定律教學(xué)中學(xué)生頭腦中存在著前科學(xué)概念，教師必須促使學(xué)生頭腦中前科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變，在他們的頭腦中引發(fā)認(rèn)知沖突和危機(jī)，使他們頭腦中原有的觀念與當(dāng)前面臨的現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生無(wú)法調(diào)和的矛盾，促使原結(jié)構(gòu)的解體和新結(jié)構(gòu)的建構(gòu)．這種過(guò)程可以說(shuō)是在學(xué)生頭腦中引發(fā)了一場(chǎng)科學(xué)革命． 比如，除以上兩個(gè)例子外，還可向?qū)W生布置如下一個(gè)問(wèn)題．勻速向前行駛的汽車(chē)前后玻璃窗上各有一只蜜蜂．兩只蜜蜂同時(shí)以相同的速度向前后窗飛去，問(wèn)前窗蜜蜂先飛到后窗，還是后窗蜜蜂先飛到前窗？如果學(xué)生正確回答了這個(gè)問(wèn)題，說(shuō)明學(xué)生頭腦中該問(wèn)題上的前科學(xué)概念已經(jīng)破除．否則，則認(rèn)為仍然沒(méi)有破除． �。�4）堅(jiān)持糾正前科學(xué)概念． 由于前科學(xué)概念的頑固性．因此，認(rèn)為前科學(xué)概念經(jīng)過(guò)一兩次糾正就消失了的觀點(diǎn)是極其錯(cuò)誤的． 破除學(xué)生頭腦中的前科學(xué)概念不是一件輕而易舉的事情，它的發(fā)生過(guò)程是相當(dāng)緩慢的．克服舊圖式（亞里士多德的觀點(diǎn)）的慣性，用新的圖式（牛頓第一定律）取代舊圖式是一個(gè)非常艱難的過(guò)程．除非用舊圖式不能解釋問(wèn)題，學(xué)生才會(huì)在頭腦中發(fā)生認(rèn)知沖突，才會(huì)建立新圖式．因此，教師應(yīng)當(dāng)在期中、期末考試中用新的情境問(wèn)題考察學(xué)生對(duì)于牛頓第一定律的掌握程度，只有如此，才能真正使牛頓第一定律植根于學(xué)生的頭腦中．
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