物理学习中的相异构想及矫正策略
刘若嘉
教育心理学中，把儿童通过对日常生活中某些现象的观察和体验形成的非科学的概念，称为“前概念”。围绕“前概念”建立起来的一种特有的错误思维，称为“相异构想”。“偏见比无知离真理更远”，错误的相异构想对于儿童接受新知识是一个很大的障碍。在教学中矫正这种偏见，让学生建构正确的认知体系，是物理教学中必须认真解决的问题。
一、物理学习中相异构想的特点
1.自发性与广泛性
认知结构中的相异构想，源于学生长期、大量对日常生活中物理现象的观察和感知。学生从自己的视角出发，通过感觉、知觉、表象、理解、分析等阶段后，最终自发建构于认知结构中。如，电流强度有大小和方向，学生检索原有认知结构后，马上自发认定它为“矢量”。
物理相异构想广泛性表现在两个方面：一是涉及知识范围广。无论是力学、热学，还是电学、光学，各个章节都存在相异构想。二是涉及主体层次多。相异构想广泛存在于不同学习层次的学生中，物理基础差的学生存在，学习成绩优良的学生同样也存在。如，对“机械波”的认识。基础差的学生认为“振动质点随着波的传播一起向外迁移”，成绩好的学生认为“振动质点的机械能守恒”。
2.特异性与类似性
学生的生活经历不同，对同一物理现象感性认识不同；认知结构不同，对同一前概念的内化方式不同。这种“个体化”的认知方式，使得学生头脑中的“相异构想”各式各样，五花八门，具有特异性。
虽然相异构想具有特异性，但并不意味着每个学生的相异构想会与他人完全不同。由于学生年龄相近、生活经历相似、求学经过相同，还是存在一些普遍的类似的相异构想。如，“力是维持运动的原因”这一相异构想，从两千多年前的亚里士多德到现代中学生，几乎人人发生。
3.隐蔽性与肤浅性
学生认知结构中的相异构想是潜移默化中形成的，以潜在形式存在，平时一般不会表现出来。在特定的情境中，尤其是在没有现成物理教科书做参考时，相异构想立即被学生从大脑中提取出来，成为解决问题的依据。而此时，学生往往还没有意识到相异构想的错误。
中学生的认知结构还不够完善，对物理概念、原理和规律的理解往往不深刻，推理常常不严密，遇到新的物理问题时，认识和思考都比较肤浅，只停留在表象阶段，无法把握事物的本质。
4.顽固性与消极性
相异构想是学生认知结构中已形成的模式或概念，是自己长期生活中“切身体验”到的东西，也是学生最初认识物理世界所凭借的工具，很容易形成思维定势，成为学生进一步学习物理知识时顽固的障碍。如，马拉车前进问题中，要纠正学生的相异构想——“马拉车的力大于车拉马的力”是十分困难的。虽然学习牛顿第三定律后，这个观点有所改变，但过一段时间，又可能重新恢复。
相异构想会影响学生对物理新知识的同化和顺应，甚至歪曲新知识的意义，阻碍新知识的学习和正确观念的形成。这是不少学生感到物理难学的原因之一。还有一部分学生只在类似课堂的情境中用物理概念解决问题，换一个新情境时又用自己的相异构想解决问题。这说明学生只是记住了概念的内容，并没有真正的理解和接受。
二、物理学习中相异构想的成因
1.学生认知不完善
学生从出生开始，便一直受到外界的物理刺激，强烈的好奇心，驱使个体产生探索物理世界的巨大动机。由于学生的心智水平不高，认知结构不完善，一般只能从直观、表层去感受物理现象，较少对物理现象的本质进行正确的抽象与概括。此时极容易产生相异构想，形成对物理世界一整套的前概念，而且这种相异构想还特别顽固。
2.通俗说法不严密
日常生活的口语、影视媒体的“说法”、网络读物的文字等对物理现象的描述往往是不严密的，有时甚至是错误的。在这个信息十分畅通的时代，学生天天受其影响，不断地强化错误，进而产生相异构想也就不足为奇了。如，生活中常有人说，“今天很冷，一点温度也没有。”受其影响，“冷空气没有温度”的相异构想便形成了。
3.教材阐述不严谨
受教材编写要求和学生接受水平的限制，初中和高中的物理教材对某些物理概念和规律的表述有时不够科学严谨。这种编写方式减轻了学生负担，提高了概念和规律的可接受性，但不严谨的表述会严重影响后续更科学更严谨的物理概念、规律的理解和内化。如，初中物理把质量定义为“包含物质的多少”，高中物理则把质量定义为“物体随性大小的量度”。高一学生要将后者内化到原有认知结构中，肯定有一定的困难。
4.教学方法不科学
有时一节课教学内容较多，为了赶进度，教师经常使用接受教学法。无法让学生在“情境、探究、思索、合作、对话”中主动完成对新知识的“有意义建构”，在同化或顺应时发生“误差”，进而产生相异构想。如，“上科版”必修模块1中“摩擦力”一节内容有：滑动摩擦定义、滑动摩擦力大小的规律、体验静摩擦力、认识静摩擦力的大小及最大静摩擦力、用间接方法测定动摩擦因素等，内容委实太多。“滑动摩擦力障碍物体间的相对运动”的观念，可能只好由教师一句话带过，不能充分展开探索，学生自然难以“同化”，产生“误差”，形成“滑动摩擦力是物体运动的阻力”的相异构想。
5.知识讲解不准确
因为教学需要，教师对知识点过分地强调了某一方面的特性，忽视了(或少强调了)经它成立的条件，造成学生对概念的片面理解，产生相异构想。如，对机械波，教师不断强调，“传播一定需要媒质”和“向外传播能量，不向外传播物质”两个性质。学生把这两点牢固地联结在认知结构中，且相异构想为“所有波都有这两个性质”。这在将来电磁波的学习时，很可能产生负迁移。
6.接受信息不正确
即使教师课堂讲解完全正确，经过学生大脑“过滤”后，接受的信息并不都是正确的；或者接受的信息都正确，但在建立图式时发生了“误差”，于是形成错误的概念，形成相异构想，影响后续学习。这种错误的概念还会对新信息的接受产生影响，形成新的相异构想。学习过程便恶性循环，最终形成一系列的错误概念，甚至形成一个错误的概念系统。
三、物理学习中相异构想的矫正
1、了解学生相异构想的途径
(1)学情调查。在授新课之前，通过书面问卷，个别提问等方式，了解学生对所学课题的“相异构想”与新知识间相隔和相悖之处，以便授课时有针对性地重点讲解，帮助学生突破相异构想，形成科学概念。
(2)引导暴露。设计一些似是而非的说法，对物理现象进行描述。引导学生对这些“说法”发表自己的认识和看法，让学生潜在的相异构想，全面地暴露出来。
学生的很多相异构想是人类普遍存在的，可能十分谎谬。当学生说出来后，老师不能讥笑，而应分析其产生原因。学生的谎谬“说法”，只有揭示了，才能找到纠正的方法。
(3)交流讨论。学生在交流、争议和讨论的过程中，
各种想法、观念、见地和解决问题的思路都被明确化和外显化了，相异构想自然也就外化了。如，关于“加速度”，提出以下这些问题供学生讨论，能帮助老师了解学生在这个概念中的相异构想：A、加速度就是增加的速度。B、速度变化的方向就是加速度方向。C、物体的加速度很大，速度可以为零。D、物体加速度很小，速度的变化量可以很大。E、有加速度在变小，但速度却增大的运动吗?
2.矫正学生相异构想的策略
(1)创设教学情境。学生认知结构中的相异构想大多是在具体生活情境中建立的，在课堂中可以创设与生活相类似的，但更为严谨的可以控制探索条件的情境，来矫正相异构想。当学习在这种情境中发生时，很容易让学生意识到自己的相异构想，再通过正误概念的“短兵相接”，不断“证伪”，很快就能建立科学概念。如，在学习自由落体之前，学生都认为“同样高度释放两个物体，重的物体肯定先落地。”的确，空气中铁球比纸片下落得快，但仔细分析后，发现这是空气阻力的影响不同造成的。空气阻力减小后情况又如何呢?在课堂上，将铁球与纸团一起释放，两者几乎同时落地。再进一步优化条件——减少空气阻力，在毛钱管中下落羽毛和小钱币，它们同时落地。自由落体的正确图式很快就能建立了。
(2)引发认知冲突。学生原有的观念(相异构想)不能解释新事物或新问题时，便引发认知冲突，对已有的观念产生怀疑与不满，激发起解决问题的欲望。当问题得到解决后，原有相异构想就会得到修正。如，学生认知结构中，拔河比赛的胜负原因，是胜者的“力气”更大。即使在学习了牛顿第三定律和物体的平衡条件后，仍对此深信不疑。现在提三个问题。第一，身体健壮的运动员与普通人拔河取得了胜利，运动员的拉力是否大于普通人的拉力。第二，健壮的运动员与一根固定的木桩拔河时，运动员还会赢吗?第三，健壮的运动员与固定的木桩谁的“力气”更大?学生困惑了，认知的剧烈冲突，迫使学生放弃原来的相异构想。
(3)提高逻辑思维。物理概念、物理规律的形成和论证离不开逻辑思维。有必要对学生加强分析、类比、等效、反证、综合、抽象、概括等逻辑能力的培养。用逻辑推理的方法矫正相异构想是一种常用的方法。如，伽利略用理想实验推理的办法很容易地纠正了“力是维持物体运动的原因”的错误观点。又如，假设“把大石块与小石块捆在一起落下”，进行逻辑推理分析后，用亚里士多德自己的说法能很巧妙地诘难这位大哲学家。
(4)增加感性认识。虽然相异构想起因于学生的感性认识，但有不少相异构想恰恰是由于学生缺乏建构新知识所必需的感性经验而引起的。这时，如果仍按知识逻辑进行教学，学生往往难以真正理解，觉得书本上“似乎有道理”，自己原来的认识“也正确”，于是兼收并蓄，在记住科学结论的同时，也保留了自己原来“合理内核”，形成一种混乱的认知结构。增加动手实验或演示实验，让学生增加感性认识，是矫正相异构想有效方法之一。如，将伽利略推理后的“诘难”和毛钱管实验结合起来，学生落体规律的图式肯定十分清晰。
(5)强化正确认知。通过认知冲突的解决，学生一般能形成正确的认识。但相异构想具有顽固性，如不及时强化正确认知，相异构想可能卷土重来。根据斯金纳强化理论：不定间隔强化效果最好。因此，对学生新形成的正确观念，在教学中要不定期地进行强化，有时三天强化一次，有时一周强化一次，久而久之，就能将错误从认知结构中彻底地铲除。如，让学生有意识地收集对概念和规律的各种似是而非的看法，建立“误说集”，不定期地拿出来强化，实践证明效果不错。
(6)促进自我监控。个体如果能以自己正在进行的认知活动为意识对象，积极地进行监控和调节，就能更好地改善自己的认知结构。在教学过程中，教师应促进和指导学生学会主动监控，提高元认知监控水平，变被动为主动，促进学生主动发现自己的相异构想，并着力进行矫正。如，在学习物理“概念”和“规律”时，引导学生经常进行这方面的思考：面对这个概念(或规律)你想到了什么?如何调整自己的认知结构，是“同化”，还是“顺应”才能将它纳入你的认知体系中?自己原有的自发的想法与这个概念(或规律)相悖吗?日常生活中，什么物理现象可以支持这个概念(或规律)?什么物理现象可以用这个概念(或规律)来解释?
学习过程是学生认知结构的主动建构过程。教师要转变教学观念，做学生认知结构建构的组织者、帮助者、促进者，让学生不断地矫正相异构想，优化认知结构，这是物理概念(或规律)教学的出发点与归宿点。
教育心理学中，把儿童通过对日常生活中某些现象的观察和体验形成的非科学的概念，称为“前概念”。围绕“前概念”建立起来的一种特有的错误思维，称为“相异构想”。“偏见比无知离真理更远”，错误的相异构想对于儿童接受新知识是一个很大的障碍。在教学中矫正这种偏见，让学生建构正确的认知体系，是物理教学中必须认真解决的问题。
一、物理学习中相异构想的特点
1.自发性与广泛性
认知结构中的相异构想，源于学生长期、大量对日常生活中物理现象的观察和感知。学生从自己的视角出发，通过感觉、知觉、表象、理解、分析等阶段后，最终自发建构于认知结构中。如，电流强度有大小和方向，学生检索原有认知结构后，马上自发认定它为“矢量”。
物理相异构想广泛性表现在两个方面：一是涉及知识范围广。无论是力学、热学，还是电学、光学，各个章节都存在相异构想。二是涉及主体层次多。相异构想广泛存在于不同学习层次的学生中，物理基础差的学生存在，学习成绩优良的学生同样也存在。如，对“机械波”的认识。基础差的学生认为“振动质点随着波的传播一起向外迁移”，成绩好的学生认为“振动质点的机械能守恒”。
2.特异性与类似性
学生的生活经历不同，对同一物理现象感性认识不同；认知结构不同，对同一前概念的内化方式不同。这种“个体化”的认知方式，使得学生头脑中的“相异构想”各式各样，五花八门，具有特异性。
虽然相异构想具有特异性，但并不意味着每个学生的相异构想会与他人完全不同。由于学生年龄相近、生活经历相似、求学经过相同，还是存在一些普遍的类似的相异构想。如，“力是维持运动的原因”这一相异构想，从两千多年前的亚里士多德到现代中学生，几乎人人发生。
3.隐蔽性与肤浅性
学生认知结构中的相异构想是潜移默化中形成的，以潜在形式存在，平时一般不会表现出来。在特定的情境中，尤其是在没有现成物理教科书做参考时，相异构想立即被学生从大脑中提取出来，成为解决问题的依据。而此时，学生往往还没有意识到相异构想的错误。
中学生的认知结构还不够完善，对物理概念、原理和规律的理解往往不深刻，推理常常不严密，遇到新的物理问题时，认识和思考都比较肤浅，只停留在表象阶段，无法把握事物的本质。
4.顽固性与消极性
相异构想是学生认知结构中已形成的模式或概念，是自己长期生活中“切身体验”到的东西，也是学生最初认识物理世界所凭借的工具，很容易形成思维定势，成为学生进一步学习物理知识时顽固的障碍。如，马拉车前进问题中，要纠正学生的相异构想——“马拉车的力大于车拉马的力”是十分困难的。虽然学习牛顿第三定律后，这个观点有所改变，但过一段时间，又可能重新恢复。
相异构想会影响学生对物理新知识的同化和顺应，甚至歪曲新知识的意义，阻碍新知识的学习和正确观念的形成。这是不少学生感到物理难学的原因之一。还有一部分学生只在类似课堂的情境中用物理概念解决问题，换一个新情境时又用自己的相异构想解决问题。这说明学生只是记住了概念的内容，并没有真正的理解和接受。
二、物理学习中相异构想的成因
1.学生认知不完善
学生从出生开始，便一直受到外界的物理刺激，强烈的好奇心，驱使个体产生探索物理世界的巨大动机。由于学生的心智水平不高，认知结构不完善，一般只能从直观、表层去感受物理现象，较少对物理现象的本质进行正确的抽象与概括。此时极容易产生相异构想，形成对物理世界一整套的前概念，而且这种相异构想还特别顽固。
2.通俗说法不严密
日常生活的口语、影视媒体的“说法”、网络读物的文字等对物理现象的描述往往是不严密的，有时甚至是错误的。在这个信息十分畅通的时代，学生天天受其影响，不断地强化错误，进而产生相异构想也就不足为奇了。如，生活中常有人说，“今天很冷，一点温度也没有。”受其影响，“冷空气没有温度”的相异构想便形成了。
3.教材阐述不严谨
受教材编写要求和学生接受水平的限制，初中和高中的物理教材对某些物理概念和规律的表述有时不够科学严谨。这种编写方式减轻了学生负担，提高了概念和规律的可接受性，但不严谨的表述会严重影响后续更科学更严谨的物理概念、规律的理解和内化。如，初中物理把质量定义为“包含物质的多少”，高中物理则把质量定义为“物体随性大小的量度”。高一学生要将后者内化到原有认知结构中，肯定有一定的困难。
4.教学方法不科学
有时一节课教学内容较多，为了赶进度，教师经常使用接受教学法。无法让学生在“情境、探究、思索、合作、对话”中主动完成对新知识的“有意义建构”，在同化或顺应时发生“误差”，进而产生相异构想。如，“上科版”必修模块1中“摩擦力”一节内容有：滑动摩擦定义、滑动摩擦力大小的规律、体验静摩擦力、认识静摩擦力的大小及最大静摩擦力、用间接方法测定动摩擦因素等，内容委实太多。“滑动摩擦力障碍物体间的相对运动”的观念，可能只好由教师一句话带过，不能充分展开探索，学生自然难以“同化”，产生“误差”，形成“滑动摩擦力是物体运动的阻力”的相异构想。
5.知识讲解不准确
因为教学需要，教师对知识点过分地强调了某一方面的特性，忽视了(或少强调了)经它成立的条件，造成学生对概念的片面理解，产生相异构想。如，对机械波，教师不断强调，“传播一定需要媒质”和“向外传播能量，不向外传播物质”两个性质。学生把这两点牢固地联结在认知结构中，且相异构想为“所有波都有这两个性质”。这在将来电磁波的学习时，很可能产生负迁移。
6.接受信息不正确
即使教师课堂讲解完全正确，经过学生大脑“过滤”后，接受的信息并不都是正确的；或者接受的信息都正确，但在建立图式时发生了“误差”，于是形成错误的概念，形成相异构想，影响后续学习。这种错误的概念还会对新信息的接受产生影响，形成新的相异构想。学习过程便恶性循环，最终形成一系列的错误概念，甚至形成一个错误的概念系统。
三、物理学习中相异构想的矫正
1、了解学生相异构想的途径
(1)学情调查。在授新课之前，通过书面问卷，个别提问等方式，了解学生对所学课题的“相异构想”与新知识间相隔和相悖之处，以便授课时有针对性地重点讲解，帮助学生突破相异构想，形成科学概念。
(2)引导暴露。设计一些似是而非的说法，对物理现象进行描述。引导学生对这些“说法”发表自己的认识和看法，让学生潜在的相异构想，全面地暴露出来。
学生的很多相异构想是人类普遍存在的，可能十分谎谬。当学生说出来后，老师不能讥笑，而应分析其产生原因。学生的谎谬“说法”，只有揭示了，才能找到纠正的方法。
(3)交流讨论。学生在交流、争议和讨论的过程中，
各种想法、观念、见地和解决问题的思路都被明确化和外显化了，相异构想自然也就外化了。如，关于“加速度”，提出以下这些问题供学生讨论，能帮助老师了解学生在这个概念中的相异构想：A、加速度就是增加的速度。B、速度变化的方向就是加速度方向。C、物体的加速度很大，速度可以为零。D、物体加速度很小，速度的变化量可以很大。E、有加速度在变小，但速度却增大的运动吗?
2.矫正学生相异构想的策略
(1)创设教学情境。学生认知结构中的相异构想大多是在具体生活情境中建立的，在课堂中可以创设与生活相类似的，但更为严谨的可以控制探索条件的情境，来矫正相异构想。当学习在这种情境中发生时，很容易让学生意识到自己的相异构想，再通过正误概念的“短兵相接”，不断“证伪”，很快就能建立科学概念。如，在学习自由落体之前，学生都认为“同样高度释放两个物体，重的物体肯定先落地。”的确，空气中铁球比纸片下落得快，但仔细分析后，发现这是空气阻力的影响不同造成的。空气阻力减小后情况又如何呢?在课堂上，将铁球与纸团一起释放，两者几乎同时落地。再进一步优化条件——减少空气阻力，在毛钱管中下落羽毛和小钱币，它们同时落地。自由落体的正确图式很快就能建立了。
(2)引发认知冲突。学生原有的观念(相异构想)不能解释新事物或新问题时，便引发认知冲突，对已有的观念产生怀疑与不满，激发起解决问题的欲望。当问题得到解决后，原有相异构想就会得到修正。如，学生认知结构中，拔河比赛的胜负原因，是胜者的“力气”更大。即使在学习了牛顿第三定律和物体的平衡条件后，仍对此深信不疑。现在提三个问题。第一，身体健壮的运动员与普通人拔河取得了胜利，运动员的拉力是否大于普通人的拉力。第二，健壮的运动员与一根固定的木桩拔河时，运动员还会赢吗?第三，健壮的运动员与固定的木桩谁的“力气”更大?学生困惑了，认知的剧烈冲突，迫使学生放弃原来的相异构想。
(3)提高逻辑思维。物理概念、物理规律的形成和论证离不开逻辑思维。有必要对学生加强分析、类比、等效、反证、综合、抽象、概括等逻辑能力的培养。用逻辑推理的方法矫正相异构想是一种常用的方法。如，伽利略用理想实验推理的办法很容易地纠正了“力是维持物体运动的原因”的错误观点。又如，假设“把大石块与小石块捆在一起落下”，进行逻辑推理分析后，用亚里士多德自己的说法能很巧妙地诘难这位大哲学家。
(4)增加感性认识。虽然相异构想起因于学生的感性认识，但有不少相异构想恰恰是由于学生缺乏建构新知识所必需的感性经验而引起的。这时，如果仍按知识逻辑进行教学，学生往往难以真正理解，觉得书本上“似乎有道理”，自己原来的认识“也正确”，于是兼收并蓄，在记住科学结论的同时，也保留了自己原来“合理内核”，形成一种混乱的认知结构。增加动手实验或演示实验，让学生增加感性认识，是矫正相异构想有效方法之一。如，将伽利略推理后的“诘难”和毛钱管实验结合起来，学生落体规律的图式肯定十分清晰。
(5)强化正确认知。通过认知冲突的解决，学生一般能形成正确的认识。但相异构想具有顽固性，如不及时强化正确认知，相异构想可能卷土重来。根据斯金纳强化理论：不定间隔强化效果最好。因此，对学生新形成的正确观念，在教学中要不定期地进行强化，有时三天强化一次，有时一周强化一次，久而久之，就能将错误从认知结构中彻底地铲除。如，让学生有意识地收集对概念和规律的各种似是而非的看法，建立“误说集”，不定期地拿出来强化，实践证明效果不错。
(6)促进自我监控。个体如果能以自己正在进行的认知活动为意识对象，积极地进行监控和调节，就能更好地改善自己的认知结构。在教学过程中，教师应促进和指导学生学会主动监控，提高元认知监控水平，变被动为主动，促进学生主动发现自己的相异构想，并着力进行矫正。如，在学习物理“概念”和“规律”时，引导学生经常进行这方面的思考：面对这个概念(或规律)你想到了什么?如何调整自己的认知结构，是“同化”，还是“顺应”才能将它纳入你的认知体系中?自己原有的自发的想法与这个概念(或规律)相悖吗?日常生活中，什么物理现象可以支持这个概念(或规律)?什么物理现象可以用这个概念(或规律)来解释?
学习过程是学生认知结构的主动建构过程。教师要转变教学观念，做学生认知结构建构的组织者、帮助者、促进者，让学生不断地矫正相异构想，优化认知结构，这是物理概念(或规律)教学的出发点与归宿点。
