相異構想
教育理論上把學生由感性認識得出的偏離科學現象本質和科學概念的理解與想法稱為相異構想（Al-ternative Frameworks），它是如何形成的？有何特徵？相異構想的形成
從建構主義認識論分析，學習不是學生簡單地“輸入、儲存”課本和教師提供的信息，而是主動地將原有經驗和新信息進行對比、分析、批判、選擇和重建知識結構的過程。學生建構知識的基本方式是同化和順應。當新的知識與其原有的知識結構和思維方式相符時，就被同化、吸收並儲存，否則就會被排斥或經“修正”、“重組”後再吸收。學生的知識結構和思維方式是通過日常生活的各種渠道逐步形成的，他們往往與科學的概念和思維方式大相逕庭。所以，經學生自主修正、重組後的知識往往是新知識與舊知識、科學的思維方式與原有的思維方式相互混雜，派生出形形色色的偏離了科學概念的相異構想。
相異構想從產生的途徑上可以分為兩種形式，一種是在接受科學教育之前，學生根據日常生活經驗，在與自然和社會環境相互作用的過程中形成的。例如，對力與運動的關係，學生在學習之前可能已經理解為力是維持物體運動的原因，作用力越大物體運動得越快；當推動物體的力停止作用，原來運動的物體就靜止下來。對落體運動，認為物體越重下落得越快；對於鋼筆吸墨水的現象，認為是鋼筆的膠皮管具有“吸力”；冬天放在室外的金屬塊的溫度比同樣條件下的木塊的溫度低，等等。而且，學生把這種看法視為“常識”，認為是千真萬確的。
另一種是學生在接受科學教育之後，在教學情境中形成的，主要表現在一些學生缺乏感知經驗的概念。如在學過分子動理論後認為物體受熱膨脹是因為分子和原子可以膨脹；在學過電流概念後認為電流從電源正極出發流向負極，故離正極近的電燈光亮；電流流過燈泡後由於電能的消耗使電流強度變小，等等。
相異構想的特徵
由上述建構主義的學習過程可以推論相異構想的一些基本特徵。（1）由於學生的生活環境、活動範圍等不盡相同，對同一類事物的認識、感受也不完全相同。原有經驗不同，建構方式也因人而異，即使在相同的學習情境中接受同樣的新信息，不同的學生也會獲得不同的理解或解釋，即取得不同的學習結果。所以，每個學生在頭腦中產生的相異構想也是各式各樣的。正確的只有一個，而錯誤的則可能是五花八門。即每個學生的相異構想都有其特殊性。
（2）既然學習過程是學生新舊經驗之間雙向相互作用的過程，而學生所經歷的生活環境是有其共性的，又處在同一個學習情境中接受同樣的新信息，所以他們的相異構想也有相似性，即同一種相異構想在不同的學生中往往具有普遍性。如在日常生活中，人們常將慣性說成是向前的衝力，將離心現象歸結為離心力作用的結果，等等。尤其是在信息技術高度發達的今天，學生通過各種途徑獲得的大量信息中，更是充斥了非科學甚至是偽科學的內容，而這恰恰是構成多數學生學習新知識的基礎。
正因為相異構想有其普遍性，也使我們研究相異構想有著共同的基礎和普遍的指導意義。
（3）從心理學角度分析，相異構想含有學生對物理現象的首因效應，即第一印象會對後繼過程產生影響。第一印象最深刻、也最頑固。相異構想是“切身體驗”到的結果，同時又是學生之前認識世界所憑藉的工具，兒童就是靠這種原始的認知結構來認識世界，並“成功”地解釋了一些現象。因此對這些認知深信不疑，很難輕易放棄。即相異構想有其頑固性的特徵，絕不是通過一次清晰的講解就可以“畢其功於一役”的。
糾正相導構想的教學策略
傳統的教學觀點把學習看做是知識的吸收過程，如同海綿吸水一樣。所以，許多教師雖然知道學生存在著各種各樣的錯誤認識，但認為只要把正確的概念傳授給學生，學生的錯誤認識就會自然地被糾正過來。這種認為可以通過文字或語言能準確無誤地將知識傳遞給學生顯然是一種誤解。一個有力的證明是，經過傳統教學的學生普遍持有“力是維持物體運動的原因”的觀念，即使學過幾年物理，仍然在不同程度上存在這種錯誤認識。建構主義認為，學習是觀念（概念）的發展或改變，而不是新信息的簡單積累。教學是為了促進學生從舊觀念向新觀念轉變，教師的任務則是選擇能有效促使學生發生觀念轉變的教學策略。為了實現相異構想向科學概念的轉變，筆者認為應從以下幾個方面考慮。
1．揭示學生原有的觀念和思維方式，是實現概念轉變的前提
建構主義的“概念變更”學習觀，是把學生原有的知識經驗作為新知識的生長點，引導學生從原有的知識經驗中生長新的知識。因此，研究學生原有的觀念和思維方式，弄清其對學習和理解新知識會造成什麼樣的障礙與影響，是實現概念轉變的前提。
研究原有觀念和思維方式的具體方法一般有兩種，即調查和討論。
（1）調查可以是書面問卷，也可以是座談，或兩者結合運用。通過設定一些似是而非的問題、對物理現象的描述或實驗，誘導學生說出自己的認識和看法。一般用於對某一個專題中相異構想的研究。如我們對高二學生學習“磁場”一章前做了一番調查，發現他們對磁的產生，磁對電流的作用，磁化現象等已有一定的認識，同時也發現了一些相異構想。如，有些學生認為磁棒上各處的磁性都一樣大；還有的認為磁鐵的S、N兩極用一根導線連線後，導線中會有電流存在，對此，學生的理解是導線中的自由電子受到磁鐵的作用而形成了電流，同時磁鐵的磁性減弱；天然磁鐵周圍的磁場和通電導線周圍的磁場是性質不同的兩種磁場。再如，用塑膠板把磁鐵和靠近它的小鐵釘隔開時，學生認為小鐵釘受到的磁力會減小。由於學生對這個問題沒有感性經驗，為了理解，只好用生活中的經驗來類比，如光和熱的輻射會被塑膠板吸收或擋住，所以他們認為磁場同樣也會被塑膠極吸收或擋住；而如果用鋼板來代替塑膠板，學生則認為鐵釘受到的磁力不會變，學生的理解是鋼板被磁化了，磁性被傳遞到鋼板的另一邊。了解學生的這些相異構想，對我們在教學中有的放矢地設計教學策略是至關重要的。
（2）討論從建構主義的角度看，由於不同學生的原有經驗和建構方式不同，對相同內容所取得的學習結果也不盡相同。以積極的態度對待這種差異，可以豐富我們的教學資源。教學中設計針對性問題，通過交流討論，讓學生有機會表述自己的思想和見解，這樣不僅可促進學生對知識更全面地理解，還可誘導學生暴露相異構想。如用下面精心設計的一系列問題，可發現存在於學生中的關於慣性概念的相異構想。
師：太空中太空人抓鉛球有什麼感覺？
生：沒有感覺，因為G=0；
師：鉛球投出去後做什麼運動？
生：勻速直線運動；
師：若鉛球撞在一個人的頭上會怎樣？
生：不痛不癢（“魚”上鉤了）。
2．引發學生的認知衝突，是實現概念轉變的契機和動力
既然學習過程是學生主動建構知識的過程，是學生主動放棄原有概念並建構與科學概念一致的新概念的過程，這種建構是他人無法代替的，那么，學生在什麼情況下會主動放棄原有概念呢？
縱觀物理學發展的歷史，歷次重大觀念變革之前，都要經歷一系列“危機”與“災難”的劇烈衝擊。而在這些危機到來之前，人們也並非未遇到不和諧的跡象，但這些小小的不和諧並未引起人們足夠的注意。只有當這些矛盾日益突出，發展成“危機”、“災難”，再也無法迴避時，人們就會以批判的態度重新審定他們曾堅信是完美無缺的塔基，從而導致觀念的革新。
同樣地，當學生用相異構想的概念來理解和解釋某些實際問題而產生矛盾時，即原有概念與科學概念之間發生了“衝突”，而原有的概念無力解決“衝突”時，學生才會自願放棄舊的觀念。從心理學角度看，凡經過否定質疑的知識，在學生中才有較高的確信度。所以，轉變相異構想的有效教學策略之一是，教師在教學過程中創設能引起學生產生認知衝突的教學情境，以其無力解決的“衝突”動搖其頑固的相異構想，感到必須修正原來的錯誤觀念或模糊認識，以此為契機和動力，指導學生進行認知順應，形成與科學觀念一致的新概念。
如在學習牛頓第三定律之前，學生頭腦中往往已經存在關於拔河比賽的勝負、馬拉車前進等生活實例的相異構想，且常把一對作用力與一對平衡力相混淆。為此，可讓學生討論這樣的問題：普通人與身體健壯的運動員拔河時，普通人是否必輸無疑？學生往往給予肯定回答。進一步問是不是因為運動員的“力氣”較大，運動員的拉力大於普通人的拉力呢？學生還是做肯定的回答。這時教師可反詰，讓身體健壯的運動員與一個堅固的木樁拔河時，運動員還會贏嗎？健壯運動員與堅固木樁誰的“力氣”更大？學生困惑了，認知上劇烈的衝突迫使學生放棄所謂“力氣”這種偏離科學概念的相異構想，並促使其主動思索、探究拔河比賽中的勝負因素到底是什麼？
又如對速度概念的教學，可以設立這樣的問題情境，一般情況下，兔子和烏龜誰跑得快？在“龜兔賽跑”的故事中，我們能說兔子跑得快嗎？在對比衝突中再引出比較物體運動快慢的兩種方法和物理學中用單位時間內通過的路程來比較物體運動的快慢，為速度概念的建立打下基礎。
需要注意的是，教師在設定能引起學生產生認知衝突的教學情境後，應誘導學生充分暴露相異構想。可組織學生討論，乃至爭論，並要運用延遲評價的原則，即待所有學生的觀點都充分展示後，再揭示矛盾，以免相異構想暴露不完全，解決不徹底。
3．引用實驗增加學生的感性經驗，是糾正相異構想的關鍵
建構主義重視舊經驗在構建新知識過程中的作用，而很多相異構想的形成，恰恰是因為學生缺乏建構新知識所必需的感性經驗。這時，如果我們仍僅按知識的邏輯進行教學，則學生往往難以真正理解，充其量會覺得“似乎有些道理”，可自己原來的認識也是“有道理”的，於是兼收並蓄，記住書上結論的同時也保留了原來的“合理核心”，形成一種模糊混亂的認知結構。教學實踐證明，增加讓學生自己動手做實驗的機會，通過實驗為學生提供必要的感性材料，是糾正相異構想的關鍵之一，可促進學生自主解除相異構想，達到事半功倍的教學效果。
例如，為了說明前述插在磁鐵和小鐵釘之間的塑膠板和鋼板對原磁場的影響，我們設計了如下實驗，有效解除了對它的相異構想。如圖1所示，小鐵釘通過一條細橡皮筋連在底座上，由於受磁鐵的吸引而“懸空站著”，橡皮筋被拉得很緊。此時，在磁鐵和小鐵釘之間插入一片塑膠板，小鐵釘仍然站著，橡皮筋的緊張程度不變；再插入第二、三片塑膠板，情況始終不變。再用薄鋼板代替塑膠板，插入第一片時，橡皮筋開始變松，再插一片，小鐵釘突然落下。這種鮮明的對比一目了然，學生難以忘懷。
又如，新教材（人教版）緒言中有一個“瓦碎蛋全”的演示實驗，如圖2所示，很多學生也看過類似的“氣功碎石”表演，都有很深刻的印象，但不太容易解釋清楚。在學完“動量”一章後，我們再次提出了這個問題，設問：在雞蛋能夠承受磚塊重量的前提下，磚塊越多雞蛋越容易碎，還是越少越容易碎？大多學生認為磚塊越多雞蛋越容易碎，這與物理原理大相逕庭。那么，學生錯誤的結論究竟從何而來呢？建構主義的類比遷移理論認為，學生面對問題時，通常先運用已解決問題的現存知識去指導解決新問題。為了進行類比遷移，問題解決者必須認定一個類比物作為起始點。在面對日常生活中熟悉的問題時，學生往往先從生活經驗和常識中尋找類比物。本例中，學生的類比物是“磚塊越多，雞蛋所受壓力越大”。但這與問題的本意“磚塊多少不同時，鐵錘的打擊對雞蛋的衝擊力哪個大”截然不同。為了解除學生的相異構想，我們可以用動量定理和動量守恆定律予以定量證明：磚塊越少雞蛋越容易碎。但即使推論過程清清楚楚，學生仍覺得好理解但不好接受。實踐表明，相異構想的糾正僅靠警告或理論解釋是很難奏效的。教學實踐中，我們讓學生對比演示該實驗，結果是用四塊磚演示時成功了，但用一塊磚時，幾次演示均失敗了。實驗現象給學生原有的相異構想以強烈的衝擊。為進一步增進學生的感受，緊接著我們讓學生用手替代雞蛋做實驗，學生明顯地感受到靜態時的壓力與動態時的衝擊力不一樣，一塊磚時的衝擊力比多塊磚時的衝擊力大。至此，再做理論證明就水到渠成了。
4．用科學的思維方法指導學生認知順應
按照建構主義的觀點，學生實現相異構想向科學概念轉變的主要機制是順應。當學生放棄原有概念，在什麼情況下會主動建構與科學概念一致的新概念呢？教學實踐表明，只有在學生認為新概念的建立是明智的、合理的，並且新概念比舊概念包含更本質的內容，學生才能完全接受新概念，實現相異構想向科學概念的自覺轉化。這時，教師應以分析、比較、歸納、推理等科學的思維方法指導學生自主建立新概念，讓學生感知新概念可靠的科學基礎，認知順應才能順利進行。
例如，人在路燈下勻速前進，人影的長度增大得很快，學生就得出影子做加速運動的錯誤結論。如何幫助學生糾正“位移隨時間增加而增大的物體就一定做加速運動”的相異構想？教師應指導學生明確研究運動性質的科學方法，引導學生認真分析物理過程，找出位移隨時間變化的關係，建立正確的物理圖象。
又如，在學習“電場”一章時，學生常常力圖維持“一切物質都由分子或原子構成”的認知結構，不能把對物質的認識擴展到“場”這種特殊物質，而無法形成“場”的觀念。通過力學的學習，學生已經習慣於機械疊加的方法和機械的確定性，在學習“分子動理論”時，往往會混淆巨觀概念與微觀概念的界線，用描述巨觀現象的術語來表述微觀過程，把巨觀當成微觀的機械總和，機械地用微觀分析解釋巨觀現象，產生許多相異構想。對這種由觀念障礙引起的相異構想，在糾正策略上，科學觀念、思維方法上的指導就顯得尤為重要。
值得注意的是，某些相異構想經過教學後會變成其他的相異構想。如前述關於塑膠板和鋼板對磁場影響的相異構想，在第一次調查中有49%的學生認為鋼板不會影響磁鐵對鐵釘的吸引作用，而在學完電磁學後的第二次調查中，這個比例下降為18%，這似乎表明原錯誤概念得到一定程度的糾正。但在要求學生說明原因時，發現大部分都是錯誤的。他們認為鋼板的作用不是禁止磁場才減弱了磁鐵對鐵釘的作用，而是增強了磁場的作用。原因是鋼板被磁化了，它的磁場和原來的磁場合在一起以後，磁場被增強了，對小鐵釘的作用也就變大了；還有的學生認為，原磁鐵在鋼板中產生的感應電流的磁場阻礙了原磁場，故鐵釘的受力減小了。這些都表明了探究學生的相異構想是一項十分艱巨的、長期的、複雜的系統工程，需要我們廣大教師做出更多的努力。
