中学生“力学前概念”的探查与矫正

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1、中学生“力学前概念”的探查与矫正　　摘要：采用美国Hestenes等人设计的FCI测评问卷对杭州市某中学初一、初二两个年级的部分学生进行力学概念测试，揭示了初一学生头脑中存在的典型力学前概念以及初二学生经传统教学后的概念转变情况。采用SPSS19.0统计软件对不同年级和不同性别学生的力学概念掌握情况以及差异水平进行了统计分析，并对物理概念教学提出了一些思考和建议。　　关键词：中学生；力学前概念；分析；FCI测评问卷　　学生对物理现象的直观认识在接受物理课程学习之前已经存在了，并在这些认识的基础上形成了自己的思维体系。这种在学习系统的科学知识之前存在的

2、想法被称为“前概念”（preconception）。前概念对于物理知识的建构所产生的作用和影响一直是物理教学研究比较活跃的领域。美国、加拿大、新西兰等国家均对其进行了广泛深入的研究，但我国在这方面的研究相对缺乏。　　本研究旨在探查学习力学基本知识前后的初中学生对力学基本概念、规律的理解、认识情况，为电学、热学、光学等其他物理分支领域学生前概念及其转化的研究提供借鉴。　　一、测评问卷和被测样本分析　　本调查采用的问卷是美国Hestenes等人设计的“力的概念测量表”（ForceConcept8Inventory），简称FCI。FCI由30个与力的概念有

3、关的物理题目构成。每小题均有5个备选答案，其中只有一个是正确的，其余四个是从大量问卷调查中提炼出来的学生最常见的前概念，学生必须在正确概念和错误概念中作出选择。　　本调查在2015年9月进行。调查对象为浙江省杭州市某初级中学学生。抽取初一两个班进行调查，收到有效答卷102份（男56份，女46份）。这部分学生没有学过基本力学知识，他们关于力学现象的认识来自日常生活经验。调查这部分学生是为了探查进行力学基础知识教学之前，学生头脑中存在的前概念情况。抽取初二两个班进行调查，收到有效答卷96份（男58份，女38份）。初二学生学过力学基本知识，对力学问题有一定

4、的理解和认识，他们的错误答案可以反映学生的前概念经传统教学之后的转化情况。　　二、典型调查结果统计与分析　　限于篇幅，笔者在本文中列举部分试题进行分析，这部分试题有效地揭示出学生头脑中存在典型的前概念。所选试题以及统计结果如下：　　（一）典型试题各选项统计结果　　【题1】两个体积相等的金属球，其中一个的重量是另一个的两倍。两球从二层楼顶同一高度同时落下，则两球到达地面的时间：　　【题2】一辆大卡车和一辆小轿车迎面相撞，在碰撞过程中：　　【题3】两个钢球，一个重量是另一个的两倍，二者以相同的速度滑出水平桌面，则落地点到桌子底部的距离：　　【题4】一个男

5、孩竖直上抛一小钢球，忽略空气阻力。在小球从抛出到回到地面的过程中，作用在小球上的力为：8　　【题5】参考下图，回答问题。一个小球在光滑平面上从a匀速运动到b，小球到达b点时受到一个来自同一水平面上的瞬间冲撞，方向如粗箭头所示。　　冲撞之后，沿着选定的路线，小球受到的主要作用力为：　　【题6】两个学生，a的质量为75kg，b的质量为57kg，面对面地坐在同样的办公椅上，学生a将双脚放在b的膝盖上。学生a如果蹬脚，两个椅子都开始运动。　　【题7】一块石头从一层楼顶落向地面，则：　　【题8】一个高尔夫球飞行过程中所受的作用力有：1.重力；2.打击力；3.空

6、气阻力。　　（二）典型前概念分析　　1.关于原动力　　①“打击”传递原动力。题5的B、C两个选项共有84.3%的初一学生和54.1%的初二学生认为小球在运动过程中仍然受到水平冲力的作用。题8的B、C和E三个选项有93.7%的初一学生和27.1%的初二学生认为高尔夫球在飞行过程中还受到打击力的作用。通过访谈，绝大多数学生认为通过“打击”可以把力转移到被打击的物体上，从而提供一种能维持运动的使动力量。　　②运动过程中“原动力”的耗散。题4的A、B和C三个选项共有86.4%的初一学生和47.9%的初二学生认为小钢球被抛出时产生的原动力在运动过程中逐渐减小。

7、即“原动力”的耗散。8　　对于原动力的认识，初一学生和初二学生存在的误解都是很严重的。这是因为学生没有相应的生活经验来证明物体的真正运动状况及受力情况，只能凭常识来判断。传统教学对改变这种错误认识的效果并不十分理想。　　2.关于作用力与反作用力　　①质量越大的物体施力也越大。题2的A和D两个选项共有51.0%的初一学生和6.3%的初二学生认为大卡车和小轿车相撞时，大卡车作用在小轿车上的力大于小轿车作用在大卡车上的力。题6的D选项有49.0%的初一学生和8.3%的初二学生认为质量较大的a学生对b的作用力较大。较多学生认为两个物体相互作用时，质量大的物体

8、“更有劲儿”。　　②主动物体施力较大。在访谈中发现，题6选D的部分同学认为相互作用过程中主动物体施力较大，被