概念圖教學(xué)提升物理思維品質(zhì)的策略研究

陳棟梁

(吳江盛澤中學(xué),江蘇 蘇州 215200)

美國(guó)康奈兒大學(xué)教育系諾瓦克(Joseph D.Novak)教授根據(jù)奧蘇貝爾的理論而開(kāi)發(fā)出的概念圖,在實(shí)際教學(xué)、幫助學(xué)習(xí)和教育研究中獲得了相當(dāng)大的成功．

概念圖是指以圖解的方式,直觀地、結(jié)構(gòu)化地描述概念、規(guī)律等相關(guān)內(nèi)容之間相互關(guān)系的一種圖．概念、命題、交叉連接和層級(jí)結(jié)構(gòu)是概念圖的4個(gè)圖表特征．[1]概念圖的圖表結(jié)構(gòu)包括節(jié)點(diǎn)、連線和連接詞三個(gè)部分．節(jié)點(diǎn)就是置于圓圈或方框中的概念．連線表示兩個(gè)概念之間的意義聯(lián)系,連接可以沒(méi)有方向,也可以單向或雙向．位于上層的概念通常可以引出好幾個(gè)知識(shí)分支,不同知識(shí)領(lǐng)域或分支間概念的連線就是交叉連接,交叉連接常常形成方向性意義,也是產(chǎn)生創(chuàng)造性思維的關(guān)鍵之處．連接詞是置于連線上的兩個(gè)概念之間形成命題的聯(lián)系詞,如“是”、“包括”、“表示”等．

思維的深刻性、靈活性、獨(dú)創(chuàng)性、批判性、敏捷性是完整的思維品質(zhì)的組成因素．思維的深刻性是一切思維品質(zhì)的基礎(chǔ)．思維的深刻性是指思維活動(dòng)的廣度、深度和難度,集中表現(xiàn)在善于深入思考問(wèn)題,抓住事物的規(guī)律與本質(zhì),預(yù)見(jiàn)事物的發(fā)展進(jìn)程．因此,思維深刻性的指標(biāo)集中在概括能力和邏輯推理能力等思維能力方面．[2]

基于此,本文重點(diǎn)討論應(yīng)用概念圖促進(jìn)思維深刻性品質(zhì)提升的教學(xué)策略．

概念圖能促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展．[1]國(guó)內(nèi)的許多研究者也認(rèn)為，概念圖能促進(jìn)學(xué)生的抽象思維、創(chuàng)新思維等高級(jí)思維能力的發(fā)展．

研究發(fā)現(xiàn),物理思維深刻性品質(zhì)可以體現(xiàn)在以下6個(gè)方面[3].

(1) 能深入地、邏輯地思考物理問(wèn)題,善于把握物理事物的本質(zhì)與規(guī)律;

(2) 能較為正確地利用物理規(guī)律和物理概念去解釋和解決物理問(wèn)題,不被表面的現(xiàn)象所迷惑;

(3) 善于從整體上用聯(lián)系的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)物理問(wèn)題,可以利用掌握的物理知識(shí)嚴(yán)密地進(jìn)行論證;

(4) 注意物理公式成立的條件、能夠排除物理表面現(xiàn)象無(wú)關(guān)的因素;

(5) 能夠挖掘物理問(wèn)題中的隱蔽條件,用充分的條件去解決物理問(wèn)題;

(6) 能夠從不同側(cè)面理解和系統(tǒng)掌握物理知識(shí)．

概念圖的建構(gòu)能夠有效引導(dǎo)和幫助學(xué)生較為全面地理解概念的物理屬性、內(nèi)涵與外延、層次邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系等;而建構(gòu)概念圖的過(guò)程,又能夠幫助學(xué)生對(duì)概念進(jìn)行深層次的、具有主動(dòng)性的思考,極大地促進(jìn)學(xué)生物理思維水平和數(shù)學(xué)邏輯思維水平的提升;概念圖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的直觀形式,能夠幫助學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)化．概念圖的網(wǎng)狀思維結(jié)構(gòu)形式,決定了概念圖教學(xué)在促進(jìn)學(xué)生物理思維深刻性品質(zhì)提升方面,具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)．

下面以“靜電場(chǎng)”的概念圖教學(xué)為例,闡述高中物理概念圖教學(xué)促進(jìn)思維深刻性品質(zhì)提升的策略．

1 展現(xiàn)概念與屬性的關(guān)系,引導(dǎo)學(xué)生深入思考物理概念

概念圖以圖解方式直觀地、結(jié)構(gòu)化地描述概念,所以展現(xiàn)概念的屬性是運(yùn)用概念圖最直接的優(yōu)點(diǎn)．

圖1 幾個(gè)重要概念的屬性功能截圖

教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生模仿這些方式建立概念以及概念屬性之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,學(xué)生必然首先需要深入思考和理解屬性對(duì)于表達(dá)概念的意義,并且要深入思考不同屬性與概念本身的關(guān)聯(lián)關(guān)系,然后才有可能正確構(gòu)建概念圖．

2 展現(xiàn)概念圖的結(jié)構(gòu)信息,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同物理概念之間的類(lèi)屬性質(zhì)

“電容器的電容”是靜電場(chǎng)中一個(gè)比較抽象的概念,學(xué)生不易理解和掌握．教學(xué)中常采用類(lèi)比講解,但無(wú)法從多方面進(jìn)行可視性的比較,可采用如圖2所示概念圖進(jìn)行對(duì)比教學(xué)．情境1中,容器1的橫截面積為S,水量加倍后,水的高度差h加倍,即水量Q與水的高度差成正比,比值為定值;情境2中,容器2的橫截面積為2S,水的高度差為h時(shí),水量為2Q;水量加倍后,水的高度差也加倍,即比值仍為定值,但與情境1的比值不同,從而與情境1合并得出結(jié)論,同一容器,比值相同,不同容器,比值不同,比值反映容器儲(chǔ)水的本領(lǐng);然后,對(duì)比到電容器,情境3中,電容器1用一節(jié)干電池充電,電荷量為Q,但由于兩板交錯(cuò),兩板間正對(duì)的有效電荷量為Q/2,電勢(shì)差設(shè)為U,此時(shí),引導(dǎo)學(xué)生得出:用兩節(jié)干電池充電后,電荷量為2Q,由于板交錯(cuò),兩板間正對(duì)的有效電荷量為Q,電勢(shì)差為2U,即電容器1兩板間的有效電荷量與電容器1兩板間的電勢(shì)差成正比,比值為定值;最后看情境4,用一節(jié)干電池給電容器2充電,電荷量為Q,電勢(shì)差為U,此時(shí),引導(dǎo)學(xué)生得出:用兩節(jié)干電池給電容器2充電,電荷量為2Q,電勢(shì)差為2U,即電容器2兩板間的有效電荷量與電容器2兩板間的電勢(shì)差也成正比,比值也為定值,但與情境3的比值不同,從而引導(dǎo)學(xué)生與情境3合并得出結(jié)論,同一電容器,比值相同,不同電容器,比值不同,比值反映電容器儲(chǔ)存電荷的本領(lǐng),從而定義該比值為“電容”．

圖2 “電容器的電容”概念圖

(圖中僅標(biāo)注了兩板間相對(duì)的近似勻強(qiáng)電場(chǎng)，邊緣的未標(biāo)注)

利用概念圖中的結(jié)構(gòu)信息,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)兩類(lèi)概念多層次類(lèi)同的結(jié)構(gòu)．對(duì)抽象概念做出多方面的類(lèi)比,不但容易被學(xué)生接受,而且能更全面地理解兩類(lèi)對(duì)象的異同性質(zhì)．

3 展現(xiàn)概念圖的層級(jí)結(jié)構(gòu)特征,引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)物理概念和規(guī)律

復(fù)習(xí)課是高中物理教學(xué)中的常見(jiàn)形式之一,而用概念圖來(lái)進(jìn)行復(fù)習(xí)課教學(xué),可以有效培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)物理概念和規(guī)律的能力．

對(duì)概念的全面理解還需要對(duì)概念以及下屬概念關(guān)系的建構(gòu),層級(jí)結(jié)構(gòu)能夠充分展現(xiàn)概念與下屬概念的層級(jí)關(guān)系．如圖3所示為“電容器”概念的層級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系．由核心概念出發(fā),按不同維度,不同層次逐步歸納下屬概念,繼而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行概念圖復(fù)習(xí)教學(xué),不但使學(xué)生以思維形式同化物理概念,逐步建構(gòu)完整的物理知識(shí)體系,還極大提高了學(xué)生歸納總結(jié)物理概念、規(guī)律的能力．

4 展現(xiàn)章節(jié)概念網(wǎng)狀全圖,引導(dǎo)學(xué)生提升全面整合概念的能力

“靜電場(chǎng)”章節(jié)復(fù)習(xí)時(shí),可以采用如圖4所示概念圖逐步展開(kāi)教學(xué)．“靜電場(chǎng)”是核心概念,為第1層次;將其下屬概念歸納為“3個(gè)2”:2個(gè)定律(電荷守恒定律和庫(kù)侖定律),2個(gè)性質(zhì)(電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)、電勢(shì)差),2個(gè)應(yīng)用(電容器和帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)),為第2層次;其后,“電場(chǎng)強(qiáng)度”等有下屬概念為第3層次和第4層次,每一層次又可以進(jìn)行概念和規(guī)律的歸納總結(jié)．

圖4所示概念圖,利用各層次結(jié)構(gòu),展示了“靜電場(chǎng)”中各層次核心概念、規(guī)律所包含的具體內(nèi)容,而各概念、規(guī)律之間的交叉連接,則可以顯示各個(gè)核心概念、規(guī)律之間的聯(lián)系,可以使學(xué)生更加深入地理解物理概念、規(guī)律之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系．例如,圖4所示概念圖中,“電場(chǎng)強(qiáng)度”和“電勢(shì)差”兩個(gè)核心概念的交叉連接,表明電場(chǎng)的兩個(gè)性質(zhì)通過(guò)公式UAB=Ed(即通過(guò)做功)聯(lián)系在一起;“電場(chǎng)線”和“等勢(shì)面”也有交叉連接,即電場(chǎng)線和等勢(shì)面相互垂直,并且由高的等勢(shì)面指向低的等勢(shì)面等等．電場(chǎng)的兩大性質(zhì)交叉連接,可以使學(xué)生們認(rèn)識(shí)到,電場(chǎng)的兩大性質(zhì)并不是獨(dú)立的,而是相互關(guān)聯(lián)的,同時(shí)更加揭示了靜電場(chǎng)各層次的物理概念、規(guī)律也不是獨(dú)立的,而是相互關(guān)聯(lián)的一個(gè)有機(jī)整體．在靜電場(chǎng)學(xué)習(xí)中,充分利用概念圖的概念、命題、交叉連接和層級(jí)結(jié)構(gòu)的圖表特征進(jìn)行教學(xué),可以有效提升學(xué)生的物理思維品質(zhì)．

新一輪高中課程改革以“核心素養(yǎng)”統(tǒng)領(lǐng)高中課程方案、課程標(biāo)準(zhǔn)和課程實(shí)施,而高中物理核心素養(yǎng)4個(gè)維度之一就是“科學(xué)思維”．概念圖教學(xué)能夠有效提升學(xué)生的物理科學(xué)思維能力,從而使學(xué)生各方面能力得到提高．