用多種表征方式塑造“立體化”的初中物理概念

周桂蘭

(南京師范大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)學(xué)校 江蘇 南京 210023)

物理概念是物理學(xué)的基石與核心，初中物理的學(xué)習(xí)最重要的就是概念的學(xué)習(xí).教學(xué)實(shí)踐表明：物理概念是物理基礎(chǔ)中既不容易教也不容易學(xué)的內(nèi)容.筆者從很多物理學(xué)習(xí)效果不佳的學(xué)生的反饋中發(fā)現(xiàn)，其癥結(jié)在于物理概念未能有效內(nèi)化.他們認(rèn)為，概念和公式的學(xué)習(xí)主要依靠背誦的方式，能默寫出來就是掌握了.這樣的學(xué)習(xí)僅僅是“記得”概念，并不能真正深刻理解其物理內(nèi)涵，不能內(nèi)化成“自己的語言”，更不能以自己的獨(dú)特方式“輸出”，這樣的“記得”無法將知識有效遷移并靈活運(yùn)用，更談不上提升物理學(xué)科素養(yǎng).

1 學(xué)生記憶的物理概念未能為己所用

筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在運(yùn)用物理規(guī)律、公式等分析問題、解決問題時(shí)，若碰到困難無法順利進(jìn)行下去，大部分原因都是：物理概念并未真正內(nèi)化成“自己的語言”.記憶的物理概念未能真正吃透，沒有真正理解，所以不能靈活運(yùn)用.主要問題有如下兩種.

(1)概念的學(xué)習(xí)僅限于記憶，不能解決實(shí)際問題

筆者將以一案例說明.一天，筆者任教班級中一個(gè)特別好問的女生帶著問題來“質(zhì)疑”我，她說：“老師，你上次跟我們講繩子施加的力只能沿著繩子的方向，對嗎？”我答：“是啊，繩子能施加力是由于繩子被拉長，繩子為了恢復(fù)原狀而產(chǎn)生的，它屬于彈力啊.”她說：“你講的道理我懂，可是你看我這兒，這個(gè)繩子施加的力就不沿著繩子的方向.”只見，她拿出一段繩子，將兩端水平固定，然后用手指從中間往下壓繩子，繩子稍向下彎折.她理直氣壯地說：“這個(gè)繩子施加的力就是向下的.”這個(gè)案例中的女孩是一個(gè)學(xué)習(xí)成績不錯(cuò)，特別好問且敢于暴露自己不足的孩子，她當(dāng)年物理中考成績是98分.但就這段對話可以看出，她對于施力物體和受力物體沒有分辨清楚，她在用力的概念來解決實(shí)際問題時(shí)，邏輯關(guān)系有點(diǎn)亂.在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生在對生活中物體受力分析或分析具體事例時(shí)，出錯(cuò)率非常高，說明學(xué)生對力的概念并未真正內(nèi)化.力是一個(gè)特別抽象的概念，若要判斷物體是否受到力，力的方向指向哪里等，需要真正理解力的含義，理解“力是物體對物體的作用”這句話里“物體”與“物體”分別是指哪兩個(gè)物體，而“作用”又是什么含義？

(2)概念的理解僅限于字面，不能延伸概念外延

筆者將以一案例說明.蘇科版物理課本第十一章“簡單機(jī)械和功”中，將有用功與總功的比值叫作機(jī)械效率，第十二章“機(jī)械能和內(nèi)能”涉及到熱效率的計(jì)算，卻沒有給出定義.如果學(xué)生能將機(jī)械效率的概念真正內(nèi)化了，那么熱效率的概念確實(shí)是不用給出的，后面電學(xué)部分電熱效率及能量利用率等也不需要給出定義.但在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生對效率的理解僅僅停留在字面，只知道效率是有用功與總功的比值，用公式表示就是一個(gè)比例式子，而未能內(nèi)化成自己的概念，所以出現(xiàn)了有的學(xué)生學(xué)會(huì)了滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算，卻不會(huì)計(jì)算斜面的機(jī)械效率，好不容易幾種機(jī)械效率都會(huì)計(jì)算了，卻又不會(huì)算燃料的利用效率，也不會(huì)算電熱水器的效率.深入分析其原因，學(xué)生的癥結(jié)在于“有用功”和“總功”這兩個(gè)概念并沒有真正理解，何為“有用”？何為“總”？未能內(nèi)化.人類制造出各種各樣器械的目的是為人類服務(wù)的，人類在使用它們過程中為了獲得什么，獲得了多少，又付出了什么，付出了多少.效率是人們對人類發(fā)明創(chuàng)造出來的機(jī)械進(jìn)行評估衡量的指標(biāo)，若能提高此指標(biāo)就可以減少能源的浪費(fèi).若能理解到這個(gè)層面，“有用功”“總功”“效率”概念才算真正內(nèi)化，以后無論算什么效率，都能一通百通.

2 多種表征方式促進(jìn)物理概念的真正內(nèi)化

表征是事物在大腦中的呈現(xiàn)方式，也可稱為信息在大腦中的代碼.根據(jù)概念的相關(guān)理論和物理概念的特征，物理概念的表征方式分為：文字語言、學(xué)科專業(yè)符號、命題網(wǎng)絡(luò)、圖形、樣例、原型、言語7種，前3種歸屬語言符號類表征，后4種歸屬知覺符號類表征[1].

下面以“密度”為例，如表1所示，解釋一下這7種表征方式.

表1 以“密度”為例解釋物理概念的7種表征方式

有調(diào)查研究表明：學(xué)生在表征概念時(shí)，偏向于用文字語言、學(xué)科專業(yè)符號來表征，這是因?yàn)榻處熓谡n時(shí)偏向于使用這類表征，且這類表征方式與教材呈現(xiàn)概念的方式也一致.學(xué)業(yè)優(yōu)秀的學(xué)生會(huì)用更多的表征方式來表征概念，他們對概念的理解更加深刻[1].由此可見，用多種方式來表征物理概念可有效促進(jìn)物理概念的內(nèi)化.另有心理學(xué)研究表明：在人腦的記憶中，語言文字信息與形象信息在頭腦中儲存量的比例是1∶1 000.這說明形象記憶是最基礎(chǔ)最主要的記憶方式，跟其他記憶方式相比，形象記憶具有無可比擬的優(yōu)勢[2].因此，以上后4種知覺符號類表征方式的開發(fā)利用，不僅有利于物理概念的內(nèi)化，而且在頭腦中能存儲的概念會(huì)更多，保持的時(shí)間也更長久.

筆者發(fā)現(xiàn)：在概念的塑造上，我們對于小孩子似乎更有耐心些，我們常常很耐心地用多種表征方式來幫助他們建構(gòu)概念.總的來說，孩子在上小學(xué)之前接觸到的概念的表征方式還是比較多樣的.例如，學(xué)齡前的孩子常玩的一種親子游戲，事先準(zhǔn)備一些概念以文字或圖片呈現(xiàn)在卡片上，給孩子看過后，讓孩子比劃，父母來猜.在這個(gè)過程中孩子對概念的表征方式是豐富多樣的，說明孩子在接受概念時(shí)表征方式也是豐富多樣的.再如,幼兒園老師也會(huì)經(jīng)常給小朋友講了某一概念后，就會(huì)讓孩子畫出來，或者用積木拼搭出來，或者扮演出來……孩子們的表征方式是精彩紛呈，多種多樣的.但當(dāng)孩子進(jìn)入小學(xué)后，開始了系統(tǒng)地學(xué)習(xí)課本知識時(shí)，孩子表征概念的方式卻變得越來越單一.筆者大膽猜想：可能教師覺得孩子大一些了，理解力強(qiáng)一些了，不需要用多種表征方式了；還有可能是因?yàn)槭艿浇虒W(xué)進(jìn)度的限制，如果用多種方式表征，預(yù)定的計(jì)劃就不能完成.

物理概念大都抽象難懂，教師授課時(shí)若不以多種表征方式來幫助學(xué)生理解，學(xué)生很難將概念塑造成為“自己的概念”.例如，對于一個(gè)剛剛開始學(xué)講話的孩子，我們教授他“蘋果”和“摩擦力”這兩個(gè)詞語，對于孩子來說，“記住”這兩個(gè)詞的難度是一樣的，但是要理解并能用自己的獨(dú)特方式來解釋這兩個(gè)詞，“蘋果”顯然容易很多.學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念時(shí)，若以單一的一種表征方式來表征概念，由于受到前置概念、生活經(jīng)驗(yàn)及思維方式等因素的影響，學(xué)生對概念的理解會(huì)比較單一、不全面，甚至?xí)衅?若能以多種方式來表征概念，概念在腦海中就更具“立體感”，也就會(huì)變得更加鮮活生動(dòng).所以，多種表征方式可幫助學(xué)生多方位地塑造出“立體化”的物理概念.

3 重視概念教學(xué) 借助多種表征方式 促進(jìn)物理概念的“立體化”塑造

筆者參與聽課、教研時(shí)發(fā)現(xiàn)：物理教師在教授物理知識時(shí)，易忽視概念建立的重要性，更談不上多種表征方式.一節(jié)新課，物理概念的建立篇幅較短，常常是幾句話講完，而在探究此概念的影響因素和此概念的具體應(yīng)用上，幾乎占用所有課堂時(shí)間.由于概念未能完全建構(gòu)充分內(nèi)化，學(xué)生課后常常需要通過刷題，在試題中去慢慢摸索，逐漸真正建構(gòu)概念，效率極其低下且正確率不高.筆者舉一例說明：蘇科版初中物理“摩擦力”一課，主要分為“摩擦力的概念”“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”“生活中如何增大摩擦、如何減小摩擦”3個(gè)板塊，大多數(shù)教師在“摩擦力的概念”上花的時(shí)間很短，表征方式也簡單，大都以文字概念板書在黑板上或PPT上，大部分時(shí)間和精力都花在“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”及“生活中如何增大摩擦、如何減小摩擦”，課堂上動(dòng)手實(shí)踐搞得轟轟烈烈，看似非常注重與生活實(shí)際相聯(lián)系，但針對具體問題分析時(shí)，學(xué)生解答“物體間是否存在摩擦力？”和“摩擦力的方向指向哪里？”這兩類問題卻比“摩擦力的大小如何變化？”更容易出錯(cuò)，這是因?yàn)閷W(xué)生對摩擦力的概念理解內(nèi)化不到位，所以學(xué)生“卡”在了第一步.因此，這樣的教學(xué)反而不高效.試想：學(xué)生的概念內(nèi)化不到位，那么在習(xí)題反饋中就反復(fù)出錯(cuò)，教師就需要反復(fù)評講習(xí)題，也許反復(fù)評講所用的時(shí)間遠(yuǎn)多于前期建立概念的時(shí)間.

因此，筆者認(rèn)為教師在教學(xué)過程中要重視物理概念的教學(xué)，更要重視表征方式對概念學(xué)習(xí)的影響.前置概念、生活經(jīng)驗(yàn)及思維方式等因素都會(huì)影響學(xué)生對概念的理解，教師在教學(xué)過程中，若有意識地采用多種表征方式來詮釋概念，可以幫助學(xué)生更多方位地理解概念.為了促進(jìn)學(xué)生能塑造“立體化”的概念，教師還需要有意識地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)用多種方式來表征概念，教師可以給學(xué)生創(chuàng)設(shè)更多用多種表征方式描述概念的機(jī)會(huì)[3].例如，課堂上講完某一概念后，就讓學(xué)生用自己的理解來詮釋概念，鼓勵(lì)形式多樣.或者在習(xí)題檢查反饋概念時(shí)，提出一些表征的要求，例如，至少用3種方法來表示你心中的“摩擦力”等類似的要求.也許一開始會(huì)出現(xiàn)概念描述不精準(zhǔn)、不到位、少條件等漏洞，但是逐步完善的過程就是概念不斷內(nèi)化、理解的過程，只有真正成為學(xué)生“自己的概念”，才是有意義的概念.