中小学生对液体压强概念理解的初步研究

摘要

科学概念的发生和发展，近几十年来已经成为科学教育研究的热点之一。研究结果表明，学生的已有概念将极大地影响他们对科学概念的掌握。新课程提倡探究性学习注重知识的建构和生成，强调教学要从学生的所在位置出发。因而，了解学生的前概念，分析学生前概念产生的原因和发展过程，对促进概念教学有重要的作用，也将为探究活动的设计提供支持与启示。液体压强概念是中学物理教学的一项重点内容，由于概念比较抽象，也成为教学的难点之一。虽然儿童在生活中积累了许多经验，但由于特定情境下经验的局限，再加上认知水平较低，形成了很多的前概念。随着年龄的增长和知识的增加，学生的前概念并不会自动消失，相反，由于教学的不适当方法，还出现了许多与科学概念相互混合的错误概念。 本研究通过对液体压强概念全面深入的分析，并结合探究活动的设计理念，精心设计访谈工具，运用POE 法——即预测、观察、解释，对未正式学习压强概念的小四和初一学生，以及学过该概念的高二学生进行访谈，测查他们对液体压强现象及影响因素的理解。调查内容包括：压强的存在，压强的变化规律，不同方向压强的关系及压强概念的应用等。 本研究力求通过系统深入的访谈，详细了解学生对上述内容的理解和认识，并揭示学生探究过程中压强概念的转变与发展过程。研究发现，学生在解释不同情境中橡皮膜的变形时主要采用了两种策略：拥挤策略和压力策略。 拥挤策略是儿童对压强现象的最朴素认识，是儿童“万物有灵论”思维的体现。采用这种策略的学生认为膜变形的程度由筒在水槽中“感觉”到的拥挤程度所决定。水槽越小，槽内的水就越拥护，膜就越凹。该策略主要出现在小四和初一，随着年龄的增加而急剧下降，高二基本无人持有这种模型。虽然该模型与科学上不可压缩理想液体的模型相对立，但也并不是毫无意义的，它反映了儿童最初的密度概念。采用压力策略的学生将橡皮膜的变形归因于压力而不是压强。根据学生在不同情境中对压力大小及原因的解释，压力策略又可分为水量模型和面积模型。持有水量模型的学生认为橡皮膜的变化与水量的多少有关，面积模型则根据橡皮膜面积的大小来判断其变形的程度。压力策略分布在三个年级之中，持有的人数很多，而且异常顽固。进而本研究得出结论：低年级学生由于认知水平较低，即使通过教学也无法形成对液体压强的正确理解，而高二学生虽然达到了必要的认知水平，由于缺乏有效的针对性教学，仍然难以转变学生的错误观念。 接着本研究对学生理解困难和产生错误的原因做了推测和分析，其中对日常生活经验片面肤浅的认识是影响学生理解的最主要因素。当面对未知问题时，学生会不加分析地与其他经验相类比，并用生活中对词语的理解去理解物理概念。同时还针对产生错误的原因提出了相应的教学建议。 最后，对研究工具、方法、程序、被试等方面做了反思和总结。