1 研究目的

大学物理是每个高等学校理工科生的必修课，其中力学作为高中和大学的衔接部分，显得格外重要。刚体转动是力学中最重要的部分之一，学生在学习刚体转动的过程中存在着很多学习困难。本次研究的主要目的就是研究学生在学习刚体转动过程中存在的前概念，并基于学生的前概念提出教学上的改进建议。

国内外对于刚体转动教育已有一些前期研究。例如Demirci等人通过对100名主修数学的学生进行了研究，发现滚动和转动是学生最难以理解的概念[1]。Rimoldini与Singh对学物理的学生进行的研究显示，无论学生的数学水平如何，都会遇到诸如扭矩、惯性矩、旋转能量、滚动以及相关摩擦作用等基本概念的困难[2]。Pol等人发现高中物理学生对于力与力矩的概念也会感到困惑[3]。

国内目前对于刚体转动概念的研究重点大多集中在具体的教学方法上。例如，吴隆才指出刚体教学中存在组合定义式教授的顺序，重力势能计算的补充等问题[4]。吴彦斌通过对刚体动力学概念，物理规律，数学推理的3个方面的类比研究，提出了教学改进方案[5]。李栋玉将刚体的平动和转动的物理量进行横向的对比研究，也提出了新的刚体教学方案[6]。

目前国内外在刚体转动的教学研究中，较少关注学生在学习之前就已经存在的前概念。本研究希望通过测试与访谈，发现学生学习刚体转动过程中的前概念及其背后的原因，继而帮助学生更好地学习相应内容。

结合以上对国内外文献的研读，我们采用了Think-aloud访谈的方式，来研究学生对于刚体转动概念的学习困难。

Think-aloud是由Someren等人于1994年提出的一种访谈方式，目前在心理认知和教育领域被广泛应用[7]。这种访谈形式着重于探索人思考问题的过程，而非简单的结果。在访谈的过程中，研究者要尽可能地让学生表达自己的想法，当学生无法继续表达观点时，研究者酌情选择继续引导，或结束访谈。Think-aloud访谈法往往能使研究者更清楚地了解学生思考的方式，从而找出影响问题解决的因素，即学生存在的前概念[8]。

本次访谈的内容是一个关于刚体转动的物理实验，如图1所示。

图1 实验1示意图(a) 俯视; (b) 右侧视; (c) 左侧视

在访谈前，我们利用两个圆柱体和斜面设计了实验1。如图1中所示，我们将两个圆柱体放置在倾斜的木板上。一个为黑色，另一个为白色，两圆柱体底面半径R的关系为R黑