思維地圖與初中物理概念生成的可視化表征

陳宗成

一、問(wèn)題提出：為何要用思維地圖進(jìn)行概念生成的可視化表征

1.兩大滯后制約概念生成

（1）抽象思維能力發(fā)展滯后于概念生成需要。皮亞杰認(rèn)為，初中兒童，思維從具體運(yùn)演階段向形式運(yùn)演階段發(fā)展，且以形象思維為主[1]。初中物理的概念比較抽象、嚴(yán)謹(jǐn)、深刻。個(gè)體的思維發(fā)展滯后于概念生成所需的思維能力層次。

（2）物理概念教學(xué)方式滯后于個(gè)體學(xué)習(xí)方式改變。隨著動(dòng)漫、視頻的日益普及，學(xué)習(xí)進(jìn)入讀圖時(shí)代，個(gè)體側(cè)重于通過(guò)圖形、圖像等形象的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)和思考。而目前的概念教學(xué)，依然停留于“使詞語(yǔ)脫離材料”[2]的傳統(tǒng)抽象歸納方式，滯后于學(xué)習(xí)方式的改變。

兩大滯后，給概念生成帶來(lái)困難。

2.思維地圖對(duì)兩大滯后的克服

思維地圖通過(guò)圖形顯示，在形象思維與抽象思維間形成可視化的思維鏈條，既提供了形象支持以調(diào)出有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，又進(jìn)一步推動(dòng)經(jīng)驗(yàn)的抽象歸納，有助于“理解感性知覺(jué)材料之間的關(guān)系……建立起一種邏輯結(jié)構(gòu)”[3]，將“個(gè)體的經(jīng)驗(yàn)”和“純粹的邏輯”緊緊連接起來(lái)，充分發(fā)揮兩種思維長(zhǎng)處，使概念生成“從經(jīng)驗(yàn)開(kāi)始，又終結(jié)于經(jīng)驗(yàn)”[3]，大大降低建構(gòu)難度。

二、何為思維地圖的概念生成的可視化表征

思維地圖（Thinking Maps）由美國(guó)的David Hyerle于上世紀(jì)八十年代提出，是繼概念圖和思維導(dǎo)圖后出現(xiàn)的又一種可視化學(xué)習(xí)輔助工具。用思維地圖進(jìn)行物理概念生成的可視化表征，是根據(jù)語(yǔ)義學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)的原理，按照人天然的思維習(xí)慣，用圖形的形式，直接畫(huà)出概念建構(gòu)的思考過(guò)程，促進(jìn)對(duì)概念的建構(gòu)理解和直觀把握。在這里，所畫(huà)的圖形扮演“視覺(jué)組織者”[4]的角色，提供視覺(jué)支撐，推動(dòng)思維逐步深入。常見(jiàn)的思維地圖有：圓圈圖、起泡圖、雙起泡圖、樹(shù)型圖、括號(hào)圖、流程圖、復(fù)流程圖和橋型圖等八種類(lèi)型（見(jiàn)表1[5]），對(duì)應(yīng)于物理概念的八種基本建構(gòu)過(guò)程。

三、如何用思維地圖進(jìn)行概念生成的可視化表征

1.流程圖與概念指向性生成的可視化表征

物理概念越抽象，所需思維指向性越強(qiáng)。思路混亂，無(wú)法沿著需要的方向推進(jìn)，是造成生成困難的主要原因。用流程圖，把思考過(guò)程一步一步畫(huà)下，思維能在上一步的基礎(chǔ)上自然向下延伸，步步推進(jìn)，可提高思維指向性，形成完整生成鏈條。

如浮力的產(chǎn)生，可畫(huà)出流程圖（圖1），從浸入液體的位置著手，把思維歸束到“壓強(qiáng)、壓力、壓力差”這一指向路徑，步步向前，最后生成“浮力”是向上的“壓力之差”[6]，水到渠成。

2.橋型圖與概念形象性、類(lèi)比性生成的可視化表征

（1）類(lèi)比性生成表征。類(lèi)比是概念建構(gòu)的重要方法?？档抡f(shuō)：“每當(dāng)理智缺乏可靠論證的思路時(shí)，類(lèi)比這個(gè)方法往往指引我們前進(jìn)。”概念教學(xué)中，類(lèi)比往往流于表面，停在一事一物上，如用“水壓”類(lèi)比“電壓”、用“水路”類(lèi)比“電路”等。深層次類(lèi)比應(yīng)是方法的類(lèi)比：通過(guò)類(lèi)比掌握方法的“相似性”，賦予個(gè)體建構(gòu)概念的新途徑，去跨越“從特殊到一般的歸納法和從一般到特殊的演繹法”的“中介途徑”，直接產(chǎn)生“更為簡(jiǎn)捷的推理”[7]，如圖2關(guān)于浮力是“向上的托力”，可用“手向上托”來(lái)類(lèi)比“水向上托”。把兩者畫(huà)在橋的兩邊，相似性赫然突顯，立即為人洞察：水能產(chǎn)生托力，其大小可等效于手的托力，可用間接測(cè)量。這樣不但透徹地把握“水托力”的內(nèi)涵，且能從方法的層面理解類(lèi)比本質(zhì)（本案例涉及的是等效替代法的遷移），個(gè)體經(jīng)歷了一場(chǎng)“視覺(jué)思維”，直觀快捷，豁然開(kāi)朗，產(chǎn)生“巔峰體驗(yàn)”（馬斯洛）。

（2）形象性生成表征。以看得見(jiàn)的“手向上托”類(lèi)比看不見(jiàn)的“水向上托”，突出了“形象性”；以“手上托”的過(guò)程類(lèi)比“水的上托”的過(guò)程，具有動(dòng)態(tài)性；以“手上托彈簧示數(shù)減小”類(lèi)比“水上托彈簧示數(shù)也減小”，具有錢(qián)學(xué)森所謂的“具象（托）——抽象（彈力減?。毕嗳诤系摹岸S性”。此三者，正是物理形象思維的顯著特征[8]。用橋型圖類(lèi)比，訓(xùn)練了形象思維。有意突出這點(diǎn)，能使抽象與形象思維互動(dòng)交融，激發(fā)創(chuàng)造性的產(chǎn)生。

3.起泡圖與概念完整性、抽象性和反思性生成的可視化表征

（1）完整性生成表征。物理概念往往包含眾多要素，構(gòu)成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)，遺漏某一要素，便無(wú)法完整生成。教材對(duì)浮力概念教學(xué)，整整編排了兩節(jié)課，要素繁多且抽象性高，需要調(diào)動(dòng)記憶和思維的方方面面，初學(xué)者要完整建構(gòu)，難度很大。用起泡圖（圖3）把其要素——定義、描述、本質(zhì)、測(cè)量，完全展現(xiàn)出來(lái)，可快速掌握其完整構(gòu)成。一目了然，而且落在最佳的記憶范疇（7±2個(gè)組塊[9]）。

（2）抽象性生成表征。填寫(xiě)起泡圖，采用“關(guān)鍵詞”法，是“在一定精度范圍內(nèi)足夠真實(shí)但又近似地反映出”[8]概念的本質(zhì)，是種抽象的再歸納。

（3）反思性表征。如一概念需用4個(gè)氣泡才能完整表征，若這回想出3個(gè)方面，便提醒著去重構(gòu)遺落的要素?？梢暬膱D式起了“線索”的喚醒作用[10]，喚醒“與學(xué)習(xí)匹配時(shí)”[10]的“有效記憶提取”[10]，表現(xiàn)出思維的反思性特征。

4.圓圈圖和概念鑒別性、根源性生成的可視化表征

（1）鑒別性生成表征。愛(ài)因斯坦認(rèn)為物理概念的內(nèi)涵是“失去了普通語(yǔ)言中所含有的含糊性質(zhì)，從而獲得了嚴(yán)格的定義”[11]。沒(méi)有提取出這種“本質(zhì)的特征”，便難以分離出核心要素，造成相近概念的混淆。

如“飄浮”和“懸浮”這兩個(gè)概念，用語(yǔ)言不易區(qū)分。用圓圈圖將各自核心要素——“浸入”與“浸沒(méi)”圈出，從外圍要素——“物體”、“停在液體”分離開(kāi)來(lái)，可一眼看出本質(zhì)的區(qū)別，問(wèn)題迎刃而解。圓圈圖發(fā)揮了鑒別功能。

（2）根源性生成表征。值得思考的是，“飄浮”與“懸浮”是兩個(gè)不同的概念，為何卻造成巨大的困擾？進(jìn)一步圈劃“浸沒(méi)”發(fā)現(xiàn)，其核心是“浸入”！“浸沒(méi)”總是跟“浸入”緊緊連接，密不可分！這便是原因。把重點(diǎn)放在浸沒(méi)與浸入的區(qū)分上，便突破了整個(gè)教學(xué)。

圓圈圖界定出概念邊界，揭示了深層聯(lián)系，具有“脫離語(yǔ)境條件的結(jié)構(gòu)組合”和“意義組合”[12]，是其他語(yǔ)用學(xué)（哈貝馬斯）表征（符號(hào)、詞、句子）無(wú)法代替的，同時(shí)還指明教學(xué)的關(guān)鍵所在，因此具有根源性的意義。

5.雙起泡圖與概念辨析性生成的可視化表征

“飄浮”與“懸浮”，還可用雙起泡圖加以辨析（圖5）：先用畫(huà)出懸浮與飄浮氣泡圖，再把2個(gè)相同點(diǎn)畫(huà)在兩者之間，來(lái)強(qiáng)化共性特征；把3個(gè)不同點(diǎn)畫(huà)在兩邊，進(jìn)行差異化突顯，符合信息加工論原理，在“環(huán)境中的新事物或新變化”進(jìn)行“選擇性知覺(jué)”重組，去“打破”“心智的瓶頸”[13]，產(chǎn)生了深刻的辨析行為，是一種認(rèn)知的精加工，有利于形成長(zhǎng)期記憶。

6.樹(shù)型圖與概念同化性、順應(yīng)性、并列性生成的可視化表征

奧蘇伯爾把概念學(xué)習(xí)分成為上位概念、下位概念和并列概念學(xué)習(xí)。樹(shù)型圖通過(guò)位置排列，將概念放入不同“層次”，準(zhǔn)確表達(dá)出位次關(guān)系。通過(guò)位次傳遞，可直觀掌握概念遷移脈絡(luò)，提高生成的效益。

（1）同化性生成表征。下位概念學(xué)習(xí)。在力概念系里，浮力從屬于彈力，居于第四位次。通過(guò)樹(shù)型圖的位次傳遞，可把第一位次“力”的性質(zhì)直接遷移給第四位次的“浮力”（圖6）。如力是“物體對(duì)物體的作用”，需用三要素才能完整描述，那么“浮力”也是“物體對(duì)物體的作用”，需用三要素才能完整描述。遷移起來(lái)直觀快速，毫不費(fèi)力。

（2）順應(yīng)性生成表征。上位概念學(xué)習(xí)。用樹(shù)型圖抽取下位概念的共同特征，可實(shí)現(xiàn)向上遷移。如“浮力等于排開(kāi)液體的重力”便可如此進(jìn)行向上遷移?！安煌矬w在同種液體中，受到浮力等于排開(kāi)液體的重力”、“同一物體在不同液體里，受到浮力等于排開(kāi)液體的重力”，抽出的共同特征是——“浮力等于排開(kāi)液體的重力”。這歸納出“處于結(jié)構(gòu)中的較高水平”[14]的上位概念（圖7）。用樹(shù)型圖顯化出具體的抽取行為，個(gè)體經(jīng)歷了遷移過(guò)程，擺脫“浮力”的各種具體常見(jiàn)時(shí)空范疇（康德），也就“擺脫常見(jiàn)的時(shí)間和空間形式的規(guī)約”[15]，概念的生成就有了更深的“脫域”理解。

（3）并列性生成表征。并列概念學(xué)習(xí)。并列概念是“是包含了很多共同標(biāo)準(zhǔn)屬性的相似觀念”[14]。用樹(shù)型圖把兩者“共同標(biāo)準(zhǔn)屬性”表征出來(lái)，能快速進(jìn)行并列遷移。如“液體的浮力”與“氣體的浮力”，是兩個(gè)并列概念，浮力的方向，可用樹(shù)型圖能直接進(jìn)行相應(yīng)的并列遷移（圖8）。

7.括號(hào)圖與概念體系結(jié)構(gòu)性生成的可視化表征

布魯納認(rèn)為學(xué)習(xí)最重要的任務(wù)是建起學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)。初學(xué)者難以自覺(jué)應(yīng)用浮力的知識(shí)解決相關(guān)問(wèn)題，就是沒(méi)有建立起良好的學(xué)科結(jié)構(gòu)。原因是教材相關(guān)的內(nèi)容照章節(jié)編排，較為松散，內(nèi)在的邏輯不易發(fā)現(xiàn)，個(gè)體難以把概念之間的聯(lián)系貫串起來(lái)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體化，以致形成建構(gòu)主義所謂的“結(jié)構(gòu)不良問(wèn)題”（I11-Struetured Problem）[16]。

用括號(hào)圖（圖9）進(jìn)行兩級(jí)梳理，通過(guò)“浮力的產(chǎn)生原因”把前兩節(jié)（《認(rèn)識(shí)浮力》[6]、《阿基米德原理》[6]）聯(lián)系起來(lái)，再通過(guò)“浮力的大小”把后兩節(jié)（《阿基米德原理》、《物體的浮與沉》[6]）聯(lián)結(jié)起來(lái)，概念間的內(nèi)在聯(lián)系便突出顯示出來(lái)，形成邏輯性強(qiáng)、聯(lián)系緊密、結(jié)構(gòu)良好的概念體系。

可見(jiàn)，用括號(hào)圖對(duì)章節(jié)內(nèi)概念進(jìn)行梳理（一級(jí)或多級(jí)），實(shí)際上是搭起“手腳架”，通過(guò)“在處理復(fù)雜問(wèn)題中提供必要的支持，從而支持學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)場(chǎng)中的學(xué)習(xí)”[17]，來(lái)揭示概念間的邏輯關(guān)系，把相關(guān)的內(nèi)容整合到同一認(rèn)知范疇，建構(gòu)出一體化的“良結(jié)構(gòu)”（建構(gòu)主義），避免形成詹姆遜所謂的“碎片化”的“拼貼”[18]式的“殘余零散的東西”[19]，提高了學(xué)科結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)成水平。

8.復(fù)流程圖與概念因果性、創(chuàng)造性生成的可視化表征

（1）因果性生成表征。揭示因果性是物理學(xué)的根本任務(wù)。牛頓說(shuō)：“自然哲學(xué)的內(nèi)涵是去發(fā)現(xiàn)大自然的架構(gòu)及其運(yùn)作……因而推導(dǎo)出事物的因果”[20]，愛(ài)因斯坦拒絕量子力學(xué)的原因，是因?yàn)樗J(rèn)為這理論“把因果律完全廢除了”[20]。物理概念生成的過(guò)程就是揭示因果關(guān)系的過(guò)程，面臨較大的困難是，因果關(guān)系難以厘清，特別是一果多因時(shí)，對(duì)應(yīng)關(guān)系往往不夠明朗。用復(fù)流程圖進(jìn)行分析，可借助圖形，逐一揭示出對(duì)應(yīng)的因果關(guān)系，抽取出內(nèi)在的普遍性，為概念建構(gòu)掃平障礙。同時(shí)，個(gè)體親歷因果性的揭示與再現(xiàn)，更直接切入到概念的深層內(nèi)涵，把握到問(wèn)題的本質(zhì)。

如浮力與什么因素有關(guān)便可通過(guò)復(fù)式流程圖（圖10），直接看出因果關(guān)系，直觀生成——浮力跟浸入液體的密度、排開(kāi)液體體積有關(guān)，跟浸沒(méi)深度無(wú)關(guān)。

（2）創(chuàng)造性生成表征。用復(fù)流程圖進(jìn)行因果性分析，結(jié)果不斷得以呈現(xiàn)，內(nèi)在的原因得以不斷揭示，思維也不斷得以拓展，顯示出發(fā)散型的特征。概念生成的過(guò)程是一種不斷探索的過(guò)程，是一種發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)（布魯納），是有意義的學(xué)習(xí)（奧蘇貝爾），而教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行這種“呈現(xiàn)性”、“發(fā)現(xiàn)性”、“發(fā)散性”和“創(chuàng)造性”個(gè)體學(xué)習(xí)，正是實(shí)施了“創(chuàng)造性教育”[21]。在新課程改革的背景下，意義尤為重大。

參考文獻(xiàn)

[1] 皮亞杰.發(fā)生認(rèn)識(shí)論原理.王憲鈿，等，譯.北京：商務(wù)印書(shū)館，1987.

[2] 維果斯基.維果斯基教育論著.余震球，選譯.北京：人民教育出版社，2005.

[3] 愛(ài)因斯坦.愛(ài)因斯坦文集（第一卷）.許良英，李寶恒，趙中立，等，編譯.北京：商務(wù)印書(shū)館，1977.

[4] 索莎.腦與學(xué)習(xí).“認(rèn)知神經(jīng)學(xué)與學(xué)習(xí)”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室腦與教育應(yīng)用研究中心，譯.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2005.

[5] 王世存，王后雄.使用思維地圖優(yōu)化化學(xué)教學(xué).教學(xué)與管理，2012（6）.

[6] 義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)編寫(xiě)組.物理（八年級(jí)）.上海：上海科技出版社，2012.

[7] 王溢然，張耀久.類(lèi)比.鄭州：河南教育出版社，1993.

[8] 田世昆，胡衛(wèi)平.物理思維論.南寧：廣西教育出版社，1996.

[9] 王甦，汪安圣.認(rèn)知心理學(xué).北京：北京大學(xué)出版社，1992.

[10] 朱瀅.實(shí)驗(yàn)心理學(xué).北京：北京大學(xué)出版社，2000.

[11] 愛(ài)因斯坦，英費(fèi)爾德.物理學(xué)的進(jìn)化.周肇威，譯.長(zhǎng)沙：湖南教育出版社，2009.

[12] 冉永平.語(yǔ)用學(xué)：現(xiàn)象與分析.北京：北京大學(xué)出版社，2006.

[13] 喬納森.學(xué)習(xí)環(huán)境的理論基礎(chǔ).鄭太年，任友群，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2002.

[14] 德里思科爾.學(xué)習(xí)心理學(xué).王小明，等，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2008.

[15] 王晉.論“脫域”視野下的教育.教育理論與實(shí)踐，2008（5）.

[16] Namsoo Shin，David H. Jonassen，Steven Me Gee. Predietors of Well-Struetuxed And I11-Struetured Problem Solving in an Astronomy Simulation.Joumal of Research in Science Teaching，2003（l）.

[17] 喬納森.學(xué)習(xí)環(huán)境的理論基礎(chǔ).鄭太年，任友群，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2002.

[18] 陳莉.碎片化與意識(shí)形態(tài)批評(píng).阜陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2007（2）.

[19] 弗雷德里克·詹姆遜.快感：文化與政治.王逢振，等，譯.北京：中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社，1998.

[20] 柯?tīng)?物理與頭腦相遇的地方.丘宏義，譯.長(zhǎng)春：長(zhǎng)春出版社，2002.

[21] 林崇德.教育與發(fā)展.北京：北京師范大學(xué)出版社，2002.

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