《利用概念测试确定教学难点基于概念转变突破教学难点.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《利用概念测试确定教学难点基于概念转变突破教学难点.doc（5页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、利用概念测试确定教学难点基于概念转变突破教学难点以“牛顿运动定律”的教学活动设计为例上海市曹杨第二中学 李娟摘 要：本文以“牛顿运动定律”为例，利用概念测试卷调研学生的前概念，并总结其中典型的迷思概念，确定教学难点，通过创设认知冲突，利用演示实验、生活情境和探究实验，设计针对性的教学活动，促使学生的思维由迷思概念向科学概念转变。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖賃軔。关键词：概念测试卷 教学难点概念转变 教学活动设计1引言研究表明，学生走入课堂时并非白板一块，其认知结构中已有大量经由个人经验或者媒体信息所获得的“前概念”。这些概念对学生的物理学习有着不可忽视的影响，尤其是其中的错误概念或与科学概念不吻合的认
2、识（即“迷思概念”），成为学生学习物理过程中的难点。在以往教学中，教师常根据课程标准和教学经验确定学生的认知情况与学习难点，但是教学效果不甚理想，学生依旧存在许多迷思概念。基于以往教学困境，本文旨在探索一种简便而有效的方法，用以揭示学生对某一领域概念的理解情况，总结分析学生的迷思概念及可能原因，并以此确定教学难点，设计有针对性的教学活动，帮助学生突破难点。聞創沟燴鐺險爱氇谴净祸測。2实施方法本文以“牛顿运动定律”章节的教学为例，演示如何分析学生的迷思概念、确认教学难点和设计教学活动。“牛顿运动定律”是现行上海市第2期课改基础教材（高中一年级第一学期）的第三个单元1，该章节是高中物理最基础最重要
3、的章节之一，也是学生已有概念最多的一个知识领域，在初中阶段学生已学习了惯性和牛顿第一定律、作用力和反作用力，对运动和力的关系有一定程度的认识，如何发掘学生认知范围内的迷思概念并促使其向科学概念转变是本章教学的难点。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟婭骒。针对上述问题，在正式教学前，根据本单元的内容设计一套概念测试卷，测试卷中的物理问题以定性为主，不涉及定量计算，题型选用单项选择题，其目的是测试和检验学生对该领域基本概念的理解和掌握情况。“力学概念测试卷”（Force Concept Inventory，缩写为FCI）是一个标准化的力学概念测试工具2，问卷中的物理问题都是简单的力学概念问题，符合上述概念测试卷
4、的要求，可直接应用于检测学生对力学基本概念的理解和掌握情况。在高一第一学期初将“力学概念测试卷”下发至所教班级。然后，利用Excel等软件分析学生的答题情况，找出其中的前概念，尤其是迷思概念，再结合学生访谈的结果，详细地了解迷思概念产生的原因，由此确定本单元的教学难点。基于概念转变理论3，引发学生的认知冲突，利用实验演示、生活情境和探究实验，设计针对性的教学活动，促使学生的思维由迷思概念向科学概念转变。本次调研实践结果和教学活动设计过程如下。酽锕极額閉镇桧猪訣锥顧荭。3 教学活动设计3.1通过演示实验突破难点学生在初中时已经学过惯性和牛顿第一定律，对力和运动关系有了一定了解，在此基础上，题6、
5、题7和题24的正确率却只有50%左右，由此可见学生对牛顿第一定律和惯性概念的理解并不到位。若物体此前做直线运动，受力情况转变为不受外力或只受平衡力作用时，几乎所有的学生都知道物体仍然做直线运动；但如果物体此前是做圆周运动等曲线运动，部分学生就会产生错误的认识，认为不受外力时物体将不是沿直线运动而是做曲线运动。通过学生访谈得知，出现此问题的原因是许多学生只记住了“力不是维持运动状态的原因，不受力时物体会保持原来的运动状态”这一结论，而不知其原理，当情境改变时，便不能正确分析问题。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑诒尔。牛顿第一定律的教学重难点以往都放在伽利略的理想斜面实验和力与运动关系的观点演变上，并以此逐步
6、推出牛顿第一定律，学生也在纯理性层面完全接受了这一观点。但“力是维持物体运动的原因”这一观点之所以千百年来被人们所认同，恰恰是因为它与众多生活经验相吻合。因此，在基于概念转变的教学中，希望通过创设情境引发认知冲突、增加演示实验强化学生的感性体验，促使学生的理性认识和感性体验充分融和，从而创建并巩固科学概念。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔點鉍。演示1：新课导入时，对比演示不同情境下物体在受推力及撤去推力后的运动情况，如讲桌上的木盒和运动场上的冰壶。对比不同的现象，创设认知冲突引发思考，力和运动间到底存在怎样的关系？如果冰壶在运动员手中做曲线运动，而后离开运动员将如何运动？厦礴恳蹒骈時盡继價骚卺癩。图1 理
7、想斜面实验演示装置 图2 机械能守恒演示仪演示2：在常规理想实验演示的基础上（见图1），借助机械能守恒演示仪（见图2），静止释放摆锤，观察摆锤摆至另一侧时达到的最大高度，演示阻力很小的情况下，物体好像可以“记住”原来的高度，为理想实验中的推理“如果斜面光滑，物体将在双斜面上上升到与释放位置等高的位置”提供更加直观的支持。茕桢广鳓鯡选块网羈泪镀齐。演示3：在气垫导轨不同位置安装两个光电门传感器，让滑块在气垫导轨上运动起来，观察滑块的运动快慢和经过光电门传感器所花的时间。与气垫导轨的原理一样，有一种气垫桌，可以使小滑块在其表面不受摩擦力地运动，手推小滑块使它在水平桌面上做圆周运动，突然撤掉手，观察
8、滑块之后的运动情况。由于生活中几乎找不到无摩擦的接触面，气垫导轨解决了这一难题，借此演示物体在不同的初始运动状态下撤去外力后的运动情况。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴縈诘。3.2 引入生活情境突破难点题9选择“保持原有的速率不变”这一选项的同学占比8.39%，说明绝大部分同学经过初中的学习都知道力会改变物体的运动状态。题26的正确率为30.77%，反映了力与运动关系中一个十分普遍的迷思概念，即“力大速度就大、力小速度就小”。根据学生访谈了解到，他们虽然知道力会改变物体的运动状态，却依旧存在“力与速度是一一对应关系”的朴素观念，同时了解到图3所示装置中，绝大多数学生会忽略小车和钩码的运动情况而认为绳子对钩
9、码的拉力和钩码的重力大小相等。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨槠挞。图3用DIS研究加速度与力、质量的关系的装置示意图牛顿第二定律的教学重难点往往放在学生探究加速度与力、质量的关系上，并应用牛顿运动定律分析运动问题。教学过程中，“力大速度就大、力小速度就小”的迷思概念很容易解决，而后一迷思概念异常顽固。本节在常规教学基础上，深入分析生活中常见的竖直方向的变速运动情境，即超重和失重现象，以此作为切入点引导学生将正确的科学知识和科学思维融入感性经验，纠正力与运动关系的错误概念以突破教学难点。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴買闥。学生活动1：一位学生站在体重计上做下蹲起立的动作，同步投屏体重计示数，其他学生观察示数变化情况
10、，这位学生描述运动过程中自己的感受，再请学生列举生活中感受过的“变轻变重”的现象。将体重计换成DIS力传感器，将钩码挂在力传感器下，一起往下运动，观察示数变化，一起往上运动，观察示数变化。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦鋇絨。教师提出“超重”和“失重”的概念，教学时发现许多学生认为“超重与失重分别发生在物体上升和下落过程”，通过以上活动学生已经意识到弹力大小与物体的运动情况有关，并且观察到向下或向上运动过程同时包含了超重和失重现象，形成认知冲突。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡缝勵。学生实验1：为强化学生对牛顿第二定律的理解，设计学生实验，四名学生为一组，利用力传感器和钩码演示超重和失重现象，研究物体在什么情况下发生
11、超重或失重现象。引导学生记录钩码的超失重状态、速度方向、运动情况和加速度方向（记录表格如表1所示）。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷報赢。表1 超重失重实验记录表运动情况拉力与重力的大小关系超重或失重速度方向加速度方向向下加速FG根据以上记录情况，教师引导学生如何归纳，将有相同条件（超重或失重）的数据归为一类，从而得到结论。在观察、实验和分析过程中，学生不断体验弹力和重力不等的情境，并且归纳出超失重和加速度的方向有关这一结论。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷鯛汉。学生活动2：设计相关问题巩固学生对牛顿第二定律的理解和应用，如问题1和问题2。问题1：如图4所示，物体M放在光滑水平桌面上，桌面一端附有轻质光滑定滑轮，若用
12、一根跨过滑轮的轻绳系住M，另一端挂一质量为m的物体，M的加速度为a1，若另一端改为施加一竖直向下F=mg的恒力，M的加速度为a2，比较a1和a2的大小关系。图4坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚跻馱。问题2： “小车质量一定时，研究加速度与力的关系”的实验中，用钩码重力作为拉力的条件是钩码质量远小于小车质量，请根据牛顿第二定律具体分析其原因。若逐渐增大钩码质量，使钩码质量不符合上述条件，分析a-F图像的形状。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘籜葦。3.3重视科学探究突破教学难点力学概念测试卷中有六道题目考察的是学生对牛顿第三定律的理解，其中题15的正确率偏低，其他问题的正确率都较高。结合学生访谈，了解到经过初中的学习学生
13、能脱口而出作用力和反作用力大小相等这一结论，但是碰到题15的情境，即物体处于加速运动状态，学生认为合外力不为零，便自然地认为轿车对货车的推力大于货车对轿车的推力。这一题目反映出学生对变速运动过程中的作用力和反作用力的大小关系的理解存在困难，同时反映了学生在分析力与运动关系时，存在混淆研究对象、混淆“施力物体”和“受力物体”的问题，因此有加速度的情况下，学生会联想到牛顿第二定律，产生“作用力和反作用力大小总是相等是有条件的”这一迷思概念。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄届嬌。牛顿第三定律的教学常常把重难点放在不同性质的相互作用力大小关系的研究上，但研究对象基本都是处于静止状态。本节在活动设计上，增加引发认知
14、冲突的场景和非平衡状态下相互作用力大小关系的探究实验。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴飙钪。学生活动1：请两位位力量悬殊的学生上台拔河，比赛结果意料之中，再请赢的同学站在滑板上重新拔河。请学生根据已有知识分析两名同学间的作用力和反作用力的大小关系，鼓励和引导学生的不同意见。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦諑琼。学生实验1：探究平衡和非平衡状态下作用力和反作用力的大小关系。两人一组，把两个力传感器的挂钩钩在一起，向反方向拉动，观察作用力和反作用力随时间变化的曲线；把钩在一起的两个力传感器在水平方向变速运动起来，注意挂钩保持接触且沿轴线方向互拉，观察两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线。然后将挂钩取下，在挂钩位置固定
15、钕铁硼强力磁铁，两个力传感器的轴线保持在一条直线上，改变两个传感器的距离，观察相互作用力的变化曲线；将两个传感器在同一水平线上变速运动，观察相互作用力的变化曲线，观察结果记录在表2中。学生归纳总结不同运动状态下作用力和反作用力的大小关系。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑献鵬。表2 探究作用力和反作用力大小关系的记录表力传感器上的物体运动情况作用力和反作用力大小关系挂钩静止FF挂钩加速运动FF挂钩减速运动FF强力磁铁静止FF强力磁铁加速运动FF强力磁铁减速运动FF通过实验探究物体在接触和不接触情况时、在不同运动状态下的作用力和反作用力的大小关系，不仅建立更多关于相互作用力的感性认识，更在探究过程中得到无论物
16、体处于何种运动状态都有作用力和反作用大小相等这一结论。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔嗚訝。学生活动2：根据上述探究实验得到作用力和反作用力总是大小相等的结论后，3-4名学生为一组，解释学生活动1中的拔河现象并讨论交流。引导学生在分析问题时明确“施力物体”和“受力物体”、明确研究对象，结合牛顿第二定律和牛顿第三定律分析和解决问题。構氽頑黉碩饨荠龈话骛門戲。4 结论与反思上述“牛顿运动定律”的教学活动设计在本人教学的四个班级中实施，因设计了针对性的学生活动，学生的热情和投入度普遍较高。本次教学实践的主要经验如下：輒峄陽檉簖疖網儂號泶蛴镧。（1）概念测试卷调研得到的前概念都在教学过程中体现，表明问卷调研效果明
17、显、学生拥有的前概念确实具有共性。从学生课堂反应来看，碰到认知冲突的情境时，学生在观察和思考过程中投入度相当高，能提出自己的疑问并表示高度兴趣，在后续的学生活动或实验探究中能提出想法并积极参与，平时作业和章节测试中因为概念不清而出错的情况较少。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅瀝纰。（2）设计概念测试卷调查学生对某一领域概念的理解情况，操作简便，后续分析方便，可以帮助教师在开展某个专题前快速了解学生情况，从而确定教学重点，尤其是难点，再针对性地调整教学策略。由于每届学生、每个班级学生的情况都是独一无二的，教师亟需这类方法了解学生，调查问卷还可以借助网络工具，如问卷星，分年级、班级、个人等角度进行数据分析，也
18、可以据此建立数据库，跟踪班级和个人的学习情况。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒侬减。（3）概念测试卷设计的都是单项选择题，这类问卷的优点突出，缺点也明显，因此这类调查结果只是快速并初步地了解学生。在教学过程中，可以利用学生访谈、教师之间交流等方式更深入和全面地确定学生的迷思概念及其原因，一线教师的优势是贴近学生，在问卷调查基础上采取其他措施的针对性和可操作性都较强。在此基础上，还可以尝试加入第二段测验，即探究学生作出某种选择的理由，将概念测试卷拓展为二段式测验。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴铍賄。（4）教学过程中发现部分答题正确的同学存在相同的迷思概念。比如，题15答题正确的同学在分析具体问题时，如拔河，依旧存在相
19、互作用力不相等的认识，进一步了解发现，他们其实是强记而非真正理解作用力和反作用力相等这一关系。可见，有些迷思概念不仅隐蔽而且顽固，在教学中不仅要引入具体情境，更要多引导学生表达真实想法。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦聰櫻。（5）教学中还发现单元教学设计的思想，例如，学生知道“力是改变物体运动状态的原因”这一观点后，不自觉地会思考力和物体运动状态的改变之间有何定量关系，即牛顿第二定律的内容；“用DIS研究加速度与力、质量的关系”实验其实也是探究力和运动定性关系的真实情境，牛顿第二定律的探索和学习有助于学生深入理解牛顿第一定律和惯性；应用牛顿第三定律分析拔河问题时，需要明确研究对象、分析物体的受力情况，并结
20、合牛顿第二定律判断作用在同一个物体的二力大小关系。可见，教学目标的达成并不局限于本节课的教学过程，单元内前后内容相辅相成，甚至可以在单元间寻找类似关联，在以后的教学设计中，应更充分地从单元的角度开展教学活动设计。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫摇饬。参考文献1 张越，徐在新.物理高中一年级第一学期M. 上海：上海科学技术出版社，2007. 73-95.硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹鸶胶。2 Dvid Hestenes, Malclom Wells, Gregg Swack Hamer. Force Concept Inventory J. The Physics Teacher, 1992, 30(3):141-158.阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖輛埙。3 张建伟，孙燕青. 建构性学习-学习科学的整合性探索M. 上海：上海教育出版社，2005. 70. 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩纷釓。交流日期：2019年2月12日
