初中物理概念建構(gòu)思維可視化策略

摘 ? 要

由于缺少認(rèn)知的必要性激發(fā)、建構(gòu)的充分性論證及確證的真實性“證實”或“證偽”，物理概念教學(xué)往往淪為“偽建構(gòu)”;再加上初中學(xué)生抽象思維不強(qiáng)，建構(gòu)時的思路不清、思考中斷又進(jìn)一步使概念教學(xué)淪為重災(zāi)區(qū)。利用思維可視策略立足于個體最近發(fā)展區(qū)，能記錄思維表象，支持心理掃描，完成概念激發(fā);建立思維鏈條，推動概念建構(gòu);進(jìn)行反思回溯，完成概念建模確證，真正實現(xiàn)概念建模;同時又可將“因材施教、因材施助、因材施學(xué)”有機(jī)結(jié)合起來，培養(yǎng)深度學(xué)習(xí)能力和物理理性精神，進(jìn)而將核心素養(yǎng)落到實處。

關(guān)鍵詞

思維可視化 ? 偽建構(gòu) ?激發(fā) ?建構(gòu) ?確證 ? 核心素養(yǎng)

初中物理概念教學(xué)往往出現(xiàn)“偽建構(gòu)”的現(xiàn)象。這種“偽建構(gòu)”表現(xiàn)在三個方面：概念激發(fā)缺乏認(rèn)知的切入，概念建構(gòu)缺少充實的論證，而概念確認(rèn)缺少必要的反思確證。很顯然，這種“偽建構(gòu)”是一種假教學(xué)，它破壞了個體物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)——命題學(xué)習(xí)，與學(xué)科核心素養(yǎng)背道而馳。因此，如何破除這種概念的“偽建構(gòu)”，培養(yǎng)出個體概念的激發(fā)、建構(gòu)和確證能力是核心素養(yǎng)時代每位物理教師必須面對的問題。

本人認(rèn)為，通過思維可視化策略可以有效地培養(yǎng)個體物理概念的激發(fā)、建構(gòu)及確證能力，培養(yǎng)命題學(xué)習(xí)力，提高自己的學(xué)科核心素養(yǎng)。

所謂的物理概念激發(fā)、建構(gòu)及確證的思維可視化策略，就是運用可視化手段（本文是以流程圖為例），畫下概念激發(fā)、建構(gòu)及確證時思考的內(nèi)容、方法與途徑，以圖促思，使“思維能在上一步的基礎(chǔ)上自然向下延伸”[1]，直至最終形成概念的一種方式。

在此過程中，個體一邊思考，一邊以流程圖的形式進(jìn)行記錄，使概念激發(fā)、建構(gòu)及確認(rèn)的內(nèi)容、方法呈現(xiàn)在自己面前，能夠清楚地“看見”。這是一種介于具體形象與抽象符號之間的認(rèn)知形象，構(gòu)成了認(rèn)知心理學(xué)所謂的“視覺表象”。在這里，所畫的圖形扮演“視覺組織者”[2]的角色，與知覺具有等價機(jī)能[3]，能夠“同時發(fā)揮形象思維與抽象思維之長”[4]，能夠幫助初中生對思維進(jìn)行不斷的激發(fā)、提取、整合和反思，直到完成最后的概念建模。

現(xiàn)以液體浮力（以下簡稱浮力）概念建構(gòu)為例進(jìn)行說明。

一般說來，浮力概念的建構(gòu)可用流程圖（圖1）表示。從圖中可以看出，浮力概念的建構(gòu)經(jīng)過了6個思維節(jié)點，5個推進(jìn)層次。屬于所謂的“思維過程較長的”概念建構(gòu)，可分成以下幾個階段。

圖1

一、記錄思維痕跡，形成思維表象，建立可視化的激發(fā)點

概念教學(xué)之所以會淪于“偽建構(gòu)”，其首要原因就是教師違背了認(rèn)知的基本規(guī)律，忽略概念“引入”的價值，即沒有追問“為什么要引入此概念”。這樣，不僅會使學(xué)生誤以為概念都是憑空而來或是物理學(xué)家的天才想象，而且無法在源頭上激發(fā)概念學(xué)習(xí)的動力，建構(gòu)就成了無源之水，其合法性也容易受到質(zhì)疑。

因此，概念陷于為建構(gòu)而建構(gòu)的“偽教學(xué)”，看似在意料之外，實在情理之中。只有大力在概念的激發(fā)點上做足文章，才能真正開啟學(xué)生的概念建構(gòu)之旅。

1.記錄所見所思，保留思維痕跡，支持概念從情境激發(fā)

如圖1所畫的6個節(jié)點，要么是所看到的情景，如①、②;要么是所聯(lián)想到的知識，如③、④;要么是所建構(gòu)的結(jié)果，如⑤、⑥。每個節(jié)點，都是與其他情景、經(jīng)驗、知識相聯(lián)系的連接點，記下這些點，就在紙面上留下了概念的激發(fā)點，激發(fā)個體將此與其他的知識、經(jīng)驗和情境發(fā)生聯(lián)系。

2.提煉關(guān)鍵詞語，實現(xiàn)“脫域”，形成概念抽象性激發(fā)點

如把液體浮力產(chǎn)生的條件“浸入水中（煤油）”，用關(guān)鍵詞概括為“浸入液體”，而拋開具體某種液體（水、煤油等）;又如忽略物體的具體形狀、浸入的深度等具體的“浸入情景”，而用關(guān)鍵詞概括為“所處位置：上淺下深”等。這樣通過關(guān)鍵詞抽象的方式，讓思維從具體現(xiàn)象進(jìn)行初步概括，實現(xiàn)情景“脫域”[5]而初步具有“普遍意義”而進(jìn)入概念局部抽象階段。這種抽象，進(jìn)一步對輸入信息進(jìn)行加工使原來的情境能夠“準(zhǔn)確地儲存在視像記憶當(dāng)中”，而“不會迅速消失”[6]，進(jìn)而為概念的建構(gòu)提供視覺基礎(chǔ)。

3.畫下可視圖符，建立視覺表象，形成概念可視化激發(fā)點

用方框圖把已抽象出來的關(guān)鍵詞框起來，便形成了一個個圖符。這一個個圖符，形成了一個個相對完整的思維節(jié)點，這些既相互聯(lián)系又相對獨立的思維節(jié)點銜接起來便形成完整的建構(gòu)鏈條。這些圖符的價值就在于及時建起視覺表象，“彌合了主觀性和客觀性之間的裂縫”[7]，幫助個體進(jìn)行“心理掃描”，使之與個體知識結(jié)構(gòu)中原有的情境、經(jīng)驗、知識聯(lián)系起來，進(jìn)行“分類”或“編碼”（布盧納），進(jìn)而推動概念建構(gòu)的產(chǎn)生。這些圖符作為“看得見”的視覺表象，介于布盧納的“肖像表征”與“符號表征”兩大表征系統(tǒng)之間，促進(jìn)“初步分類”和“線索搜尋”，開啟了概念建構(gòu)至關(guān)重要的觸發(fā)階段[8]。在這里，可視化的激發(fā)點，提高了建構(gòu)的指向性，減少了心理掃描時間，為概念的后續(xù)建構(gòu)騰出足夠的心理資源。

二、尋找突破關(guān)聯(lián)，形成建構(gòu)鏈條，完成概念可視化建構(gòu)

概念的“偽建構(gòu)”的第二成因便是違反了邏輯學(xué)的充分性原理，沒有充分挖掘各思維點的本質(zhì)要素，在各思維節(jié)點的連結(jié)上缺少可靠的邏輯聯(lián)系，而停留在“一例一論”的簡單枚舉法上，其“充分性”受到質(zhì)疑。

這樣既不能實現(xiàn)概念的真正論證，也不能培養(yǎng)起真正的科學(xué)論證意識和能力，同樣背離核心素養(yǎng)的要求。

1.圍繞激發(fā)點，進(jìn)行心理掃描，尋找突破性邏輯關(guān)聯(lián)

從圖1可以看出，在浮力概念的建構(gòu)過程中，需要6個思維節(jié)點（概念激發(fā)點）和5個思維環(huán)節(jié)。如何從第一個視覺表象“浸入液體”與最后節(jié)點“浮力”聯(lián)系起來？關(guān)鍵在于發(fā)現(xiàn)各激發(fā)點（思維節(jié)點）之間的邏輯關(guān)系。很顯然，從節(jié)點3“壓強(qiáng)不同”到節(jié)點4“壓力不同”，節(jié)點4“壓力不同”到節(jié)點5的“壓力差”，及從節(jié)點5的“向上壓力差”跟最后節(jié)點6“浮力向上”，都有學(xué)過的明確的物理知識作為支持，連接較為自然;而從節(jié)點1“浸入”跟節(jié)點3“液體壓強(qiáng)”的邏輯關(guān)聯(lián)則非常困難（從教學(xué)實踐上看，這是浮力概念建構(gòu)的最大難點）。

是啊，“浸入”為什么要與“液體壓強(qiáng)”聯(lián)系起來？這不僅是令初學(xué)者費解的問題，也是令老師費解的問題。實際上，如果沒有參考書的指引，教師也很難找到這個連接點！

用認(rèn)知心理學(xué)來解釋則容易些：根據(jù)格式塔原理，這是個典型的“頓悟”[8]學(xué)習(xí)，也就是說“浸入”與“深度”是通過“頓悟”突然獲得聯(lián)系的！我們可以嘗試來分析這個過程：個體盯著“浸入”這個圖符，聯(lián)想到將物體諸如球、木塊等較大物體逐漸壓入水中的情境，突然發(fā)現(xiàn)壓入深度越大，越費勁，受到向上托舉的力越大。于是靈光一閃：浮力是不是與深度有關(guān)呢？這樣，“深度”這個關(guān)鍵詞就赫然跳出，成為連接情境（浸入）、已知知識（液體壓強(qiáng)）及待構(gòu)概念（浮力）的邏輯連接橋梁。節(jié)點1的“浸入”與節(jié)點3的“液體壓強(qiáng)”，也同樣突然貫串起來，進(jìn)而一下子打開了建構(gòu)之門！很顯然，這是一個漫長而艱難的“線索搜尋”[8]過程。在這種不確定的過程中，視覺表象（圖符），有如軍用地圖一般，給個體提供支持，思維綿綿不絕。個體不斷地凝視、分析圖符，心理掃描持續(xù)展開，在“建構(gòu)目標(biāo)、生活情境、碰到問題”和“已知場景”之間不斷轉(zhuǎn)化，猶如主帥突然找到作戰(zhàn)方案一樣，找到“深度”這個關(guān)鍵的連接點，進(jìn)而快速建立起整條思維線索！不言而喻，對于抽象思維能力較弱的初中學(xué)生，沒有圖符這視覺表象的支持，要發(fā)現(xiàn)如此隱蔽的邏輯關(guān)聯(lián)其難度可想而知。

2.連接思維節(jié)點，建立可視鏈條，完成整體性概念建構(gòu)

有了思維節(jié)點間的關(guān)鍵邏輯關(guān)聯(lián)，便能建立起可靠的邏輯聯(lián)系，建構(gòu)順利展開，直到完成概念最后建構(gòu)。

有了“深度”這個關(guān)鍵的邏輯關(guān)聯(lián)，看似無關(guān)的“浸入”與“液體壓強(qiáng)”之間的本質(zhì)關(guān)聯(lián)便赫然跳出！而浮力概念的建構(gòu)有如風(fēng)行水面，順理成章！一條完整的概念建構(gòu)實現(xiàn)鏈一覽無余：浸入液體→受到液體壓強(qiáng)→受到液體壓力→形成壓力差→產(chǎn)生浮力。通過流程圖，建構(gòu)從一個節(jié)點到一個節(jié)點，步步為營，環(huán)環(huán)相扣，聯(lián)想的指向清晰明確，思維的推進(jìn)井然有序，概念生成則水到渠成！

在這里，我們可以清楚地看出通過箭頭的連接，流程圖實際上提供了“一套一般的思維技巧或思維策略”支持個體“進(jìn)行有計劃和有謀略地思維”[9]。在這里，還清楚地看到，學(xué)生通過畫流程圖，激發(fā)了自己的建構(gòu)能力，流程圖也成為教學(xué)中可貴的“支架”。教師因此有了“要充分相信學(xué)生”的理由，進(jìn)而去“真正充分發(fā)揮每位學(xué)生的最大潛能，促進(jìn)學(xué)生自由、健康、全面發(fā)展”[10]。

三、建立可視反思支架，展開元認(rèn)知，完成概念建模確認(rèn)

概念之所以會陷于“偽建構(gòu)”，其第三個原因是因為缺少“確證”的意識，沒有對概念的建構(gòu)過程進(jìn)行必要的“證實”或“證偽”，使概念處于建完即過的境地，其真實性受到質(zhì)疑。

對于個體而言，為了能真正正確、深入地建構(gòu)起一個個復(fù)雜概念，還必須展開元認(rèn)知，對概念建構(gòu)的每一個環(huán)節(jié)進(jìn)行反思確認(rèn)，以保證某一建模環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性。對此，流程圖發(fā)揮了不可替代的功能。

1.再現(xiàn)思維鏈條，建立反思節(jié)點，針對性地展開元認(rèn)知

進(jìn)一步洞察可以發(fā)現(xiàn)，流程圖的價值不僅在于能夠克服由于思路過長而造成中斷、混亂、遺忘等問題，而且能給個體提供了反思再判斷的對象。即能夠使個體有充分的時間對已建構(gòu)的內(nèi)容、途徑和策略逐一進(jìn)行再次或多次判斷，以確認(rèn)其正確與否。這是一種元認(rèn)知，是深度學(xué)習(xí)的重要特征，卻是概念教學(xué)中最容易被人忽略的部分。

這種反思的美妙之處還在于，有了流程圖的支持，不會出現(xiàn)思路中斷或靈感遺失（因為這些都已被記錄下來），個體的元認(rèn)知可從任一個節(jié)點隨機(jī)切入對（更常見的是對疑問之處）不斷展開反思，以確保建構(gòu)的正確性。

如視覺可以停留在“所處位置”（第2節(jié)點），可以停留在“壓力差”（這5節(jié)點）;可以從第2節(jié)點“所處位置”，順向而到第3節(jié)點“壓強(qiáng)：上小下大”，也可以從第3節(jié)點“壓強(qiáng)：上小下大”，逆向而上第2節(jié)點“所處位置：上淺下深”，還可以其中的任兩點間跳躍，比如可以從最后一個節(jié)點，直接跳到“壓強(qiáng)”這一點上，而不至于亂了方寸。

這樣，通過反思節(jié)點，個體的思維就得到極大的解放，發(fā)散程度和靈活程度大為增加，就能不斷對信息進(jìn)行整合、重組，促進(jìn)建構(gòu)的最終完成。

2.建立回溯支架，進(jìn)行元認(rèn)知確證，完成概念建模確認(rèn)

流程圖最為可貴的一個功能便是建立了回溯支架，即通過視覺鏈條建起了反思回路，讓個體能夠順著這個支架，往上回溯，從建構(gòu)結(jié)果來反思建構(gòu)過程中所調(diào)動的知識、方法與途徑，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷建構(gòu)正確與否及優(yōu)劣程度，為個體進(jìn)一步?jīng)Q策提供依據(jù)。

實際上，這不是一個單純的記憶過程，而是“包括了監(jiān)控與聯(lián)系、調(diào)用與存儲、試驗對照與表征建構(gòu)”等交互過程。在此過程中，“個體在各種現(xiàn)象與知識間建立起聯(lián)通的關(guān)系”，是一種深度學(xué)習(xí)[11]。

在浮力概念的建構(gòu)中，從最后一個節(jié)點向前，可得到幾種回溯。

【回溯鏈1】節(jié)點6→節(jié)點5

反思內(nèi)容：“浮力”→“壓力差”

元認(rèn)知展開：浮力與向上壓力差有何關(guān)系？如何確認(rèn)？

建模確認(rèn)：向上壓力差表現(xiàn)的結(jié)果是使物體浮起來，這是用效果命名力，是力的一種命名方式。

【回溯鏈2】節(jié)點5→節(jié)點4

內(nèi)容反思：“壓力差向上”→“壓力上小下大”

元認(rèn)知展開：壓力上小下大一定導(dǎo)致壓力差向上嗎？

建模確認(rèn)：根據(jù)同一直線上力合成，此為必然結(jié)論。

【回溯鏈3】節(jié)點4→節(jié)點3

反思內(nèi)容：“壓力上小下大”→“壓強(qiáng)上小下大”

元認(rèn)知展開：壓力上小下大一定是由于壓強(qiáng)上小下大引起的嗎？

建模確認(rèn)：根據(jù)壓強(qiáng)的定義，這種聯(lián)系是必然的、本質(zhì)的。

【回溯鏈4】節(jié)點3→節(jié)點2

反思內(nèi)容：“壓強(qiáng)上小下大”→位置“上淺下深”

元認(rèn)知展開：壓強(qiáng)上小下大”一定是位置“上淺下深”引起的嗎？

建模確認(rèn)：是的。根據(jù)液體壓強(qiáng)規(guī)律，這是肯定的。

【回溯鏈5】節(jié)點2→節(jié)點1

反思內(nèi)容：位置“上淺下深”→“浸入液體”

元認(rèn)知展開：位置“上淺下深”是由于“浸入液體”造成的嗎？

建模確認(rèn)：是的。這是事實，只要浸入，一定造成上淺下深。

可以看出，通過回溯，個體能夠?qū)?gòu)的每個環(huán)節(jié)展開反思，對建構(gòu)的每一個環(huán)節(jié)進(jìn)行建模確認(rèn)，讓個體看到這種概念的建構(gòu)基于內(nèi)在的因果關(guān)系，是一種本質(zhì)的邏輯關(guān)聯(lián)：概念的激發(fā)是基于事實，是有依據(jù)的;推理的過程是合乎邏輯的、準(zhǔn)確的;概念的內(nèi)涵是客觀的、確定的;整個概念的建構(gòu)因而是科學(xué)而且可以確證的！而這正體現(xiàn)了物理學(xué)科的理性精神，是學(xué)科核心素養(yǎng)的重要特征！

尤為可貴的是，這種回溯完全由個體實施，是完全基于個體的學(xué)力基礎(chǔ)和風(fēng)格特點，立足于本身的最近發(fā)展區(qū)，因而是一種真正的主體性建構(gòu)，個體如果能夠藉此進(jìn)行“刻意練習(xí)”，培養(yǎng)一種所謂的專家型學(xué)習(xí)方式[12]，對提升自己的批判思考能力，形成個體學(xué)科核心素養(yǎng)無疑具有極大好處。

應(yīng)該指出，這種對思維準(zhǔn)確的揭示，不僅利于學(xué)，也利于教。因為這個建構(gòu)過程，既是學(xué)生揭示自己思維、發(fā)現(xiàn)自己特長的過程，也是暴露自己思維缺陷、知識漏洞并及時糾偏的過程。如在回溯鏈3中：個體理解液體“壓強(qiáng)上小下大”而不理解“壓力上小下大”，暴露出的問題是：個體不理解或忘了壓強(qiáng)的定義，特別是公式及變形計算沒有掌握。那么個體建構(gòu)的對策是：補壓強(qiáng)的定義及相關(guān)計算，并做簡單訓(xùn)練。這種揭示，是對基于最近發(fā)展區(qū)的揭示，便于自己診斷、教師指點和同伴互助。而這種補救由個體自己完成，則是一種“因材施學(xué)”的行為;由同伴幫助完成，則是一種“因材施助”的行為;而由教師完成，則是一種典型的“因材施教”行為——能夠幫助教師“根據(jù)學(xué)習(xí)者的個性特征及需求，提供個性化的精準(zhǔn)教學(xué)”[13]，“為每個學(xué)生提供適合的教育”[14]。

很顯然，通過思維顯化的方式，能夠把“因材施學(xué)”“因材施教”和“因材施助”有機(jī)地結(jié)合起來，大大提高課堂效益。在大班化學(xué)習(xí)條件下，意義尤為重大。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳宗成.思維地圖與初中物理概念生成的可視化表征[J].中學(xué)物理教與學(xué)，2015（03）.

[2] 索莎.腦與學(xué)習(xí)[M].“認(rèn)知神經(jīng)學(xué)與學(xué)習(xí)”國家重點實驗室腦與教育應(yīng)用研究中心，譯.北京：中國輕工業(yè)出版社，2005.

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

[4] 陳宗成.論思維地圖與初中物理概念生成的可視化表征[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014（12）.

[5] 王晉.論“脫域”視野下的教育[J].教育理論與實踐，2008（05）.

[6] 羅伯特·L.索爾所，等.認(rèn)知心理學(xué)（第7版）[M].邵志芳，等，譯.上海：上海人民出版社，2008（07）.

[7] Michael Polanyi.Personal Knowledge：Toward aPost—critical Philosophy[M].London and Henley：Routledge&Kegan Paul，1958.

[8] 施良方.學(xué)習(xí)論[M].北京：人民教育出版社，2001.

[9]布蘭思福特，等.人是如何學(xué)習(xí)[M].程可拉，等，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2002.

[10] 殷玉新，王德曉.優(yōu)秀教師的基本特質(zhì)——透視美國“年度教師”的秘密[J].比較教育研究，2016（01）.

[11] 付亦寧.深度學(xué)習(xí)的教學(xué)范式[J].全球教育展望，2017（07）.

[12] 胡誼，吳慶麟.專家型學(xué)習(xí)的特征及其培養(yǎng)[J].北京師范大學(xué)學(xué)報：社會學(xué)科版，2004（05）.

[13] 王會軍.互聯(lián)網(wǎng)思維下教師教學(xué)理念與行動的重構(gòu)[J].課程·教材·教法，2017（08）.

[14] 馬健生，李洋.為每個學(xué)生提供適合的教育：何以不可能或何以可能[J].北京師范大學(xué)學(xué)報：社會學(xué)科版，2016（06）.

【責(zé)任編輯 ?孫曉雯】