高中生物理表象能力提高策略

隨著認(rèn)知心理學(xué)的興起和發(fā)展，表象作為人的認(rèn)知心理過(guò)程之一也得到了充分的研究。認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，表象即意象，包括記憶表象和想象表象。表象可以看作是已經(jīng)儲(chǔ)存的知覺(jué)象在人腦的再現(xiàn)或者是經(jīng)過(guò)加工改造而形成的新的形象[1-3]。表象與專(zhuān)業(yè)結(jié)合的研究主要體現(xiàn)在藝術(shù)創(chuàng)作、體育訓(xùn)練等方面[4-5]。至于表象在高中生的物理專(zhuān)業(yè)認(rèn)知方面具有的特征和教學(xué)策略，國(guó)內(nèi)外還缺乏深入的研究。實(shí)際上，物理教學(xué)論認(rèn)為，物理教學(xué)過(guò)程是一個(gè)特殊的認(rèn)知過(guò)程，學(xué)生作為認(rèn)知的主體，要在教師的指導(dǎo)下完成對(duì)物理客體的主動(dòng)建構(gòu)[6]。而在建構(gòu)的過(guò)程中，學(xué)生無(wú)論是經(jīng)歷同化、順化還是平衡的過(guò)程，他們都要經(jīng)歷感知、記憶、表象、思維等認(rèn)知心理活動(dòng)[7]。但是對(duì)于高中生來(lái)說(shuō)，由于物理概念和規(guī)律本身具有高度的概括性和抽象性，物理教師都比較注重通過(guò)感知培養(yǎng)學(xué)生抽象的邏輯思維，因而學(xué)生會(huì)獲得比較多的感知活動(dòng)和思維能力的訓(xùn)練，但表象能力卻沒(méi)有得到充分的重視和培養(yǎng)。如果缺乏豐富的表象，學(xué)生通常感覺(jué)到看到過(guò)的物理事實(shí)，頭腦中卻印象不深刻，無(wú)法靈活掌握物理事實(shí)的本質(zhì)以及復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，普遍感到高中物理學(xué)起來(lái)相當(dāng)困難。根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)的觀點(diǎn)，表象對(duì)人的知覺(jué)、記憶、思維是有著一定的促進(jìn)作用的[1]。那么，高中生的物理表象能力也將對(duì)物理學(xué)習(xí)起到應(yīng)有的促進(jìn)作用。本文將表象與高中物理專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)結(jié)合起來(lái)，探討高中生的物理表象心理過(guò)程以及提高表象能力的策略。

一、高中生的物理表象心理

物理表象是發(fā)生在學(xué)生學(xué)習(xí)物理中的心理過(guò)程，這個(gè)心理過(guò)程首先發(fā)生在建立概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)過(guò)程中。高中生在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中，要面對(duì)許多物理模型，即通常所說(shuō)的理想化的研究客體及其理想化的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，區(qū)別于初中生學(xué)習(xí)物理主要面對(duì)生活中真實(shí)的力、熱、電、光等物理情景。這樣，高中生在建立物理概念和規(guī)律的過(guò)程中，需要借助表象心理過(guò)程間接完成對(duì)許多與物理相關(guān)情景的認(rèn)知。另外，高中學(xué)生還要學(xué)會(huì)利用所學(xué)習(xí)過(guò)的物理概念和規(guī)律去解釋生活中的一些物理現(xiàn)象，即新課程倡導(dǎo)的從物理走向生活[6]。在這個(gè)階段，學(xué)生也需要借助表象心理過(guò)程完成一次對(duì)物理世界的再認(rèn)識(shí)。下面通過(guò)高中物理概念教學(xué)內(nèi)容分析表象心理過(guò)程的發(fā)生機(jī)制。

1.建立物理概念和規(guī)律過(guò)程中的表象心理過(guò)程

物理概念的實(shí)質(zhì)就是從大量的物理事實(shí)中抽象概括出來(lái)的共同本質(zhì)屬性，物理規(guī)律則是關(guān)于物理概念之間的聯(lián)系[6]。高中生學(xué)習(xí)物理遇到的概念和規(guī)律比較多也很抽象。物理教師在教學(xué)過(guò)程中，通常利用實(shí)驗(yàn)演示、課件輔助等直觀手段讓學(xué)生充分感知物理事實(shí)，以便能夠幫助學(xué)生完成第一次認(rèn)識(shí)的飛躍，即達(dá)到對(duì)物理本質(zhì)概念和規(guī)律的認(rèn)識(shí)。但是，有一些現(xiàn)象是學(xué)生在日常生活中觀察或感受過(guò)的，只有他們自己印象最深刻，在課堂上把這類(lèi)物理現(xiàn)象作為教學(xué)材料展示往往不方便，再者從教學(xué)過(guò)程的間接性特點(diǎn)考慮，也沒(méi)有必要把所有的物理現(xiàn)象都在有限的時(shí)間和空間里面展示。對(duì)于這些情況，教師在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)喚起學(xué)生頭腦中的表象就顯得比較重要。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)電磁波知識(shí)中的橫波、波長(zhǎng)、周期、干涉、衍射等概念時(shí)，由于電磁波本身是學(xué)生無(wú)法直接感受到的，更難以在頭腦中形成以上這些概念，所以教師需要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)印象中的水波、繩波等形象進(jìn)行再現(xiàn)并且做類(lèi)比，才能把握電磁波的這些相關(guān)概念。再如，在力學(xué)的相對(duì)速度概念的學(xué)習(xí)中，學(xué)生很難通過(guò)老師的各種例子或視頻課件等理解這一概念及其與絕對(duì)速度之間的關(guān)系，他們?nèi)绻杏H身觀察實(shí)踐的經(jīng)歷則會(huì)一目了然，教師只要在課堂上把學(xué)生平時(shí)印象中的運(yùn)動(dòng)情形再現(xiàn)出來(lái)，什么是相對(duì)速度以及什么是絕對(duì)速度就會(huì)比較清晰。以學(xué)生坐公交車(chē)時(shí)通常看到玻璃窗上的雨滴劃過(guò)的痕跡斜向后下方的現(xiàn)象作為例子就比較形象，可喚起他們以車(chē)子為參照物觀察雨滴運(yùn)動(dòng)的表象心理過(guò)程從而建立相對(duì)速度的概念。從以上分析舉例可以看出，物理表象心理不僅關(guān)注印象中的圖景，而且注重過(guò)去經(jīng)歷過(guò)程的動(dòng)態(tài)性，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的心理參與和主動(dòng)建構(gòu)。相反，如果教學(xué)中只是羅列了一些生活資料，沒(méi)有讓學(xué)生經(jīng)過(guò)充分的表象心理過(guò)程，就無(wú)法體現(xiàn)物理現(xiàn)象的形象生動(dòng)性和過(guò)程性，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)甚至?xí)?lái)錯(cuò)誤細(xì)節(jié)對(duì)物理本質(zhì)理解的干擾。

2.運(yùn)用物理概念和規(guī)律過(guò)程中的表象心理過(guò)程

運(yùn)用物理概念和規(guī)律解決一些實(shí)際問(wèn)題是對(duì)高中生物理學(xué)習(xí)的基本要求，是學(xué)生完成對(duì)物理世界認(rèn)識(shí)的第二次飛躍。然而在這個(gè)階段學(xué)生感到比較困難，即通常所說(shuō)的學(xué)起來(lái)容易做起來(lái)非常難。導(dǎo)致學(xué)生解決問(wèn)題困難的原因當(dāng)然很多，其中一些似是而非的物理概念的外延和規(guī)律的適用范圍給學(xué)生的判斷造成一定難度。究其原因，主要是因?yàn)閷W(xué)生在運(yùn)用概念和規(guī)律時(shí)，對(duì)當(dāng)初建立的物理圖景比較模糊，不能清晰正確地再現(xiàn)還原這些概念和規(guī)律。如前所述學(xué)生在建立概念和規(guī)律階段，需要利用學(xué)生頭腦中已有的印象完成表象心理過(guò)程，那么在運(yùn)用階段，是需要通過(guò)再現(xiàn)教師講解時(shí)表征概念和規(guī)律的相關(guān)要素進(jìn)行表象心理過(guò)程的，包括再現(xiàn)物理概念和規(guī)律的原型、規(guī)則等。

（1）表象物理概念的原型。認(rèn)知心理學(xué)有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，形成概念的諸多同類(lèi)事物中，有一些事物是最佳實(shí)例即概念的原型，一旦提到某個(gè)概念時(shí)學(xué)生頭腦中最容易再現(xiàn)的是這些原型[1]。學(xué)生在運(yùn)用某個(gè)物理概念時(shí)，頭腦中也容易表象出一些最能反映這個(gè)概念屬性的物理事物或現(xiàn)象，即距離這個(gè)概念最近的原型。當(dāng)然由于受到教學(xué)條件的限制，建立物理概念時(shí)呈現(xiàn)的原型，不一定是某個(gè)實(shí)際的演示現(xiàn)象或事物，可以是教師通過(guò)其他手段呈現(xiàn)的輔助課件、示意圖、原理圖等。這些原型在頭腦中表象得越清晰，他們對(duì)概念的內(nèi)涵和外延回憶得就會(huì)越準(zhǔn)確，越有助于正確解決問(wèn)題。下面舉例分析一個(gè)關(guān)于自感概念運(yùn)用的教學(xué)案例。給學(xué)生一個(gè)線(xiàn)圈和燈泡串聯(lián)到電路中的電路圖，讓他們判斷開(kāi)關(guān)突然斷開(kāi)瞬間燈泡的亮度變化。有些學(xué)生很快得出錯(cuò)誤結(jié)論燈泡會(huì)慢慢熄滅。分析其錯(cuò)誤作答依據(jù)，主要有兩種情況，一種情況是學(xué)生認(rèn)為這就是學(xué)習(xí)過(guò)的自感現(xiàn)象，由于自感燈泡當(dāng)然就慢慢熄滅了，這種情況是直接套用自感概念根本沒(méi)有經(jīng)過(guò)再現(xiàn)其原型。另一種情況是部分學(xué)生比較理直氣壯地說(shuō)這種電路在學(xué)習(xí)自感時(shí)遇到過(guò)，在那里看到過(guò)由于自感會(huì)使燈泡慢慢熄滅。這表明這部分學(xué)生運(yùn)用自感概念時(shí)頭腦中再現(xiàn)了新課學(xué)習(xí)時(shí)那種帶線(xiàn)圈的電路，這是對(duì)自感概念原型的表象過(guò)程，只是再現(xiàn)得不夠清晰而沒(méi)有與問(wèn)題中的電路進(jìn)行明顯的對(duì)照。而從那些做出正確解答的學(xué)生當(dāng)中可以明顯地看出表象過(guò)程的發(fā)生，他們認(rèn)為以前講解自感概念時(shí)的那個(gè)電路是并聯(lián)的，跟這個(gè)問(wèn)題里的串聯(lián)電路不一樣了，這就反映了自感概念原型的再現(xiàn)過(guò)程。因此，概念的原型再現(xiàn)得越清晰準(zhǔn)確，學(xué)生就越容易對(duì)照它做出正確的分析判斷。

（2）表象物理概念和規(guī)律的聯(lián)系規(guī)則。認(rèn)知心理學(xué)有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，概念的表征離不開(kāi)同類(lèi)事物之間特定的規(guī)則，不同的規(guī)則限定了概念的不同方面[1]。物理概念體現(xiàn)了物理事物之間一定的規(guī)則或聯(lián)系，這些規(guī)則限定了物理概念的外延。物理規(guī)律更是反映了物理概念之間的密切聯(lián)系。學(xué)生在運(yùn)用某個(gè)概念和規(guī)律解決問(wèn)題時(shí)要遵守這些聯(lián)系和規(guī)則，通常要再現(xiàn)這些規(guī)則所限定的圖景，當(dāng)問(wèn)題的情境不符合概念的規(guī)則所限定的圖景時(shí)，就不能直接套用這個(gè)概念解決該問(wèn)題。例如，運(yùn)用磁通量概念時(shí)，學(xué)生頭腦中通常會(huì)再現(xiàn)兩幅示意圖：平面S與磁場(chǎng)方向垂直的示意圖以及平面S與磁場(chǎng)方向不垂直而有夾角θ的示意圖，兩幅示意圖分別對(duì)應(yīng)著磁通量Φ的不同表達(dá)形式Φ=BS與Φ=BScosθ以及θ的規(guī)定，這樣就避免了亂套概念定義式的現(xiàn)象。類(lèi)似地，在運(yùn)用安培力這個(gè)概念時(shí)，學(xué)生頭腦中通常會(huì)再現(xiàn)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中沿不同方向和角度θ放置的示意圖。因?yàn)檫@些示意圖分別對(duì)應(yīng)著對(duì)安培力的不同計(jì)算形式F=BIL和F=BILsinθ以及θ的規(guī)定，通過(guò)這樣的表象過(guò)程，可以對(duì)照問(wèn)題的情境與概念本身的規(guī)則之間的聯(lián)系與區(qū)別做出解答。概念的運(yùn)用涉及面非常廣泛，不過(guò)概念的原型和規(guī)則卻比較簡(jiǎn)單，只要在運(yùn)用時(shí)充分經(jīng)過(guò)表象心理過(guò)程，是能夠做到靈活運(yùn)用、舉一反三的。

二、提高物理表象能力的策略

不同的學(xué)生個(gè)體，雖然有著同樣的感知經(jīng)歷，但是能夠再現(xiàn)的物理表象卻存在著較大的差異。表象能力弱的學(xué)生，頭腦中的物理圖景比較模糊和零亂，在建立、運(yùn)用物理概念和規(guī)律時(shí)難以對(duì)物理原型快速地做出相應(yīng)的選擇。提高高中生的物理表象能力主要在于提高他們物理表象的清晰程度、連續(xù)性[8-9]、選擇性、轉(zhuǎn)換的敏捷性以及穩(wěn)定性等幾個(gè)方面的能力。

1.突出科學(xué)要素策略

在進(jìn)入高中物理學(xué)習(xí)之前，學(xué)生已經(jīng)積累了一些與物理有關(guān)的生活現(xiàn)象，在頭腦中留下了比較深的印象，這些印象中的一些合理的科學(xué)因素正是物理概念和規(guī)律建立的源泉。在課堂上利用表象心理過(guò)程再現(xiàn)這些科學(xué)要素，有助于教師對(duì)物理概念和規(guī)律的歸納和總結(jié)。當(dāng)然，如果僅僅把這些生活情景當(dāng)作講課的例子泛泛提及，學(xué)生通常抓不住其中的關(guān)鍵因素，以至于表象的過(guò)程和結(jié)果都不夠清晰明確，也會(huì)影響表象能力的發(fā)揮。為了使學(xué)生能夠充分利用原有表象的科學(xué)成分，教師在舉例喚起學(xué)生表象時(shí)要能夠突出這些要素，相當(dāng)于給表象里面突出部分一個(gè)“特寫(xiě)”。講述法在啟發(fā)學(xué)生回憶方面有其不可替代的效果[10]。近年來(lái)，新課程改革倡導(dǎo)教師要少講多引導(dǎo)，把學(xué)習(xí)和思考的時(shí)間留給學(xué)生，這種教學(xué)方式針對(duì)傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)是一大進(jìn)步。但是少講并非是對(duì)講述法的否定，講述法作為傳統(tǒng)教學(xué)方法運(yùn)用在對(duì)一些現(xiàn)象的描述等教學(xué)的某些環(huán)節(jié)上仍然是科學(xué)的和必要的。例如，在光的折射定律的教學(xué)中涉及到海市蜃樓和沙漠綠洲的自然現(xiàn)象，在學(xué)生的印象中，網(wǎng)絡(luò)電視等媒體上報(bào)道過(guò)此類(lèi)現(xiàn)象并附有奇妙的圖片。但是，即使他們回憶起來(lái)一些場(chǎng)景，也不一定能對(duì)其中的物理科學(xué)要素印象深刻。教師在講述中應(yīng)該突出重點(diǎn)描述“在特殊天氣情況下”，“在海面或沙漠遙遠(yuǎn)的另一邊地平線(xiàn)以下的地方”。這樣，讓學(xué)生仿佛能看到光密媒質(zhì)與光疏媒質(zhì)，也能抓住光路在不均勻媒質(zhì)中改變的這個(gè)關(guān)鍵情景。生動(dòng)形象的講述不但可以將學(xué)生印象中不那么鮮明的生活場(chǎng)景生動(dòng)地再現(xiàn)出來(lái)，而且還包含了一定的“特寫(xiě)”，從而提高學(xué)生的表象能力。

2.充分感知策略

為了讓學(xué)生能夠清晰快速地回憶起建立物理概念和規(guī)律時(shí)的客觀情景，教師在新課教學(xué)時(shí)，要盡量豐富教學(xué)手段讓學(xué)生能夠?qū)@些物理情景留下深刻印象，以利于學(xué)生物理表象的清晰性、連續(xù)性和敏捷性的提高。

（1）使感知對(duì)象清晰。教師在演示實(shí)驗(yàn)或者多媒體課件輔助教學(xué)中，采用擴(kuò)大感知對(duì)象特征以及增加背景突出感知對(duì)象等手段，有意識(shí)地讓學(xué)生注意到需要感知的物理現(xiàn)象，不僅是歸納新的概念和規(guī)律的需要，也是確保學(xué)生此后順利完成表象心理的需要。

（2）使感知的目標(biāo)明確。學(xué)生在運(yùn)用物理概念和規(guī)律時(shí)，需要回憶起來(lái)的情景通常是突出物理因素的部分，這也是表象的選擇性要求的。這要求教師在新課教學(xué)展示物理情景時(shí)，必須讓學(xué)生明確觀察的目標(biāo)。例如，演示平拋運(yùn)動(dòng)等效于豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)和水平方向的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有讓學(xué)生集中注意力觀察到做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的小球與另外兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的小球同步，才能對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成與分解留下深刻的印象，有助于在以后處理類(lèi)似于水面上小船的運(yùn)動(dòng)情形時(shí)進(jìn)行表象的連續(xù)變化。

（3）使感知對(duì)象豐富多樣。為了讓學(xué)生在今后解決物理問(wèn)題時(shí)有足夠的物理情景可以回憶對(duì)照，在新課教學(xué)中，教師要盡可能多的展示物理情景，化抽象教學(xué)為形象教學(xué)，從新課程教學(xué)改革來(lái)說(shuō)是為了讓學(xué)生容易理解教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣等。例如，愣次定律是比較抽象的物理規(guī)律，為了讓學(xué)生對(duì)楞次定律的描述印象深刻，教師可以利用多媒體課件，將感應(yīng)電流磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線(xiàn)的變化與原來(lái)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線(xiàn)的通量變化關(guān)系形象表示出來(lái)并加以動(dòng)畫(huà)展示，從認(rèn)知心理學(xué)角度來(lái)說(shuō)這些手段可以給學(xué)生留下豐富的表象材料。豐富物理情景的教學(xué)手段很多，通常采用的有掛圖、示意圖、多媒體課件、演示實(shí)驗(yàn)等，在這些手段中演示實(shí)驗(yàn)最具有真實(shí)性和新奇性，對(duì)學(xué)生認(rèn)知心理矛盾的展開(kāi)和心理懸念的激發(fā)具有特殊的效果，幫助學(xué)生使解決問(wèn)題時(shí)的情景再現(xiàn)更加清晰也更加快捷，從而提高他們的表象能力[11]。

3.回歸物理本質(zhì)策略

學(xué)生利用物理概念和規(guī)律解決問(wèn)題的常見(jiàn)形式就是要解答一定量的物理習(xí)題，這也是高中生學(xué)習(xí)物理區(qū)別于初中生的一大特點(diǎn)。由于題量多難度大，學(xué)生經(jīng)常來(lái)不及回顧已經(jīng)學(xué)習(xí)的物理對(duì)象與所處理問(wèn)題中的情景有什么聯(lián)系和區(qū)別，導(dǎo)致有時(shí)候隨便套用公式，弄不明白物理的本質(zhì)內(nèi)涵。這樣，學(xué)生處理問(wèn)題時(shí)不再感覺(jué)到問(wèn)題本身跟學(xué)習(xí)的情景有什么聯(lián)系，那么在學(xué)習(xí)新知識(shí)的時(shí)候也就不太在意感知的過(guò)程了，這樣很難養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。教師為了讓學(xué)生把曾經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的物理情景作為處理各種問(wèn)題的根源，應(yīng)該在習(xí)題教學(xué)中，經(jīng)常引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用表象心理回顧聯(lián)系已知的物理情景和物理模型，把回歸物理本質(zhì)作為目的，而不是把做習(xí)題作為最終目的。通過(guò)這類(lèi)鞏固練習(xí)，不但能使學(xué)生豐富表象的內(nèi)容，而且能使原來(lái)的印象更加完整不受干擾，提高物理表象的穩(wěn)定性。例如，讓學(xué)生利用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向，涉及到的問(wèn)題情景比較復(fù)雜，既有關(guān)于動(dòng)生電流的也有關(guān)于感生電流的，既有回路平動(dòng)的也有線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的，既有線(xiàn)圈繞中軸轉(zhuǎn)動(dòng)的也有繞邊框轉(zhuǎn)動(dòng)的，但是，各種情景中所涉及的模型都等同于上面提到的學(xué)習(xí)新課時(shí)物理情景。那些反映物理本質(zhì)的情景，只要在解決問(wèn)題時(shí)引導(dǎo)學(xué)生保持其表象清晰，不斷深化豐富該表象的內(nèi)容含義，學(xué)生的表象能力就會(huì)得到提高。

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