学生在正式学习有关的知识之前，头脑中业已存在着一定的原有认识和该认识赖以形成的思维方式，我们统称为前认知。前认知在很大程度上决定着学生对新知识的理解。

    研究表明，学生学习物理的过程不是简单地把书本上和教师课堂讲授的内容装入自己头脑的过程，而是一个在一定的教学情境中转变和发展自己的前认知的过程，是认知结构和认知模式的变化过程。

国外关于中学生物理前认知的部分研究结果

物理内容		相关前认知
		概念及其联系	思维方式
力学	运动学	混淆了速度和位置的概念：用位置来衡量相对速度。	用表面特征代替本质特征，忽略了时间变量
		对运动图示的理解：无法把图示与物体真实运动联系起来；对图形所描述的负速度，存在理解困难。	学习的情境依赖性，处理相似问题时运用不同的概念。
	动力学	力和运动之间关系的错误观点：力是产生运动的原因；恒定的力产生恒定的速度；力和速度之间是一种线性关系；等量的速度和等量的力相对应；增大的力是产生加速度的原因；在不受力时，物体要么静止，要么减速；运动就意味着受力。	基于日常经验的直接概括形成的运动学中的 “自发”推理：不恰当地使用因果模型(例如，假想力或者其它引起运动的原因）。
		不同的内容中（如运动和静止）都存在着力的相异概念：只考虑到了作用在物体运动方向上的力；在学生中普遍存在着静止的物体不受力的错误观点。	倾向于按照问题的表面特征进行分类。
电学	电  流	认为电池和灯泡之间有一种力量在流动，这种力量就叫做电或电流。电流在灯泡中被消耗。	局部推理：学生只把注意力集中在了电路中的某一点，而忽视了其它地方的变化。 顺序推理：认为电路的“始端”发生变化会影响后面的部分，而“末端”的变化不影响其前面的部分。
		存在“正”、“负”两种电流。有的学生认为两种电流碰撞导致电灯发光；一部分学生认为灯泡里发生了化学反应。
	电  压	很难理解“电压”和“电势差”。认为电压是“电池的力量”或“电流的强度或力度”；认为电压和电流具有相似的性质；不能很好地区分电流和电压。

 

 

初中生的物理前认知

光学：

对光的直线传播的认识：大约30%的学生认为光在任何情况下都沿直线传播；有近半数的学生知道或观察过光线发生偏折的现象，认为光从空气射入水中时，不沿直线传播。

对平面镜成像的认识：只有不到50%的学生认为物像等大，而有约35%的人认为像比物小，另外还有少部分学生认为像比物大，或者三种可能都存在。对于像物变化关系（如物靠近平面镜，像大小的变化），只有约10%的学生认为像的大小一直不变，而82%的学生认为像越来越大，少部分学生认为像越变越小；对于像的位置，大多数学生认为像在平面镜上或在平面镜里。

力学：

学生对于密度的概念有一定的认识，例如，他们大多数知道体积不同的不同物质，质量并不相同，并且能够判断常见物质的质量大小。但是，对于质量相同的不同物质，质量与体积的关系不能正确把握。

学生对于惯性概念的理解是经验性的，与物理学中的概念有很大的差别。比如，76%的学生认为物体的速度越大，惯性越大；有近44%的学生认为静止的物体没有惯性；或者认为物体有力的作用时没有惯性（36%）；或者体积越大，惯性越大（36%）。

学生所理解的“力”与物理学中的“力”有一定的差别。从他们所举的例子看，一些学生提到风力、电力、阻力等，说明学生所理解的“力”，不完全是物理上的力。从学生对概念的描述也可以看出，大部分学生并不能将“力”与“物体对物体的作用”联系起来，很多学生往往把力看作一个过程、一种变化、一个物理量，更多的学生用生活化的“劲”或“力气”来定义。

此外，他们还将力的概念与惯性、能量等概念相混淆。认为质量大的物体施加的力大；速度大的物体施加力大；主动的物体施加力大。学生能够将力和变化联系起来，用力的效果来说明是否受到了力。但是，学生不能正确理解力的作用是相互的。

电学：

对于电路构成，大部分学生认为两根导线才能使灯泡发光，但是，只有约22%的学生能够给出正确的解释，即认为两根导线是为了形成闭合回路；约有24%的学生认为电池有正负极，所以需要两根导线连接，但没有明确指出为什么。学生存在的主要错误观点包括：用一根导线就可以使灯泡发亮，使用两根导线只是为了给灯泡提供更多的电流；所有与电有关的元件都有正负极，如灯泡、电池、导线等。

学生对于“能量”的观念并不明确，很多学生存在钨丝消耗的观念，即认为在灯泡发光过程中，钨丝因升华被消耗；还有些学生认为发光过程中，电流或电被消耗，不存在明确的电能观念。

学生存在顺序推理和局部推理的思维方式。在电学中，如果让学生分析，当一个电路元件（如电阻）发生变化则整个电路或其他电路元件将如何变化时，学生往往使用电流流过“前”、“后”的概念来分析电路，认为电流开始的变化影响后面的元件，而在后面的变化并不影响前面的元件。或者说，这种变化的信息是通过电流来传递的。一项研究发现，大约有21%的学生存在着顺序推理的思维方式，10.5%的学生存在局部推理的思维方式。

高中生的物理前认知

力学：

有学生认为在脱离施力物的情况下，内力（或者原动力）维持物体的运动。27%的学生认为施力者消失后，作用力还继续存在，力有传递性；36.5%的学生认为做圆周运动的物体受到一个圆周原动力；19%的学生认为体积大、质量大的物体产生的力大。

学生在初中学过力对改变物体运动状态的作用，对结论的记忆比较熟。大约87%的学生能够准确地知道“力是物体运动状态改变的原因”，但是当面对具体的问题情境时，学生却往往使用错误的前概念进行分析和解决问题。研究发现大约有50%的学生持有这样的观点：失去力的作用，物体就会静止下来；必须有力作用在物体上，物体才能运动，即“力是维持物体运动的原因”。但是当问到摩擦力时，一部分学生又意识到摩擦力的作用，说明学生的概念还是不够稳固。33%的学生认为运动速度与作用力成正比；35%的学生认为运动方向决定于受力方向。

电学：

高一学生关于电流所存在的错误概念主要包括：①电流消耗观念；②学生对电流的形成原因没有建立正确的理解，他们往往把电流简单类比为水流，而没有注意区别电流与水流的差异；③认为无论是串联电路还是并联电路，电流都处处相等，这可能是由于学生认为电源提供的是恒定电流的缘故；④学生采用什么样的观念与要解决的问题情境有很大关系。对于简单的问题，学生能够使用所学的科学概念，对于较复杂的问题或陌生的情境，学生往往会使用自己的原有认识。如，对于简单电路问题，存在电流消耗观念的只占0.9%，对于复杂电路问题却占12.4%。