簡述物理概念心理表征的方式

游娜

摘 要：物理概念是物理教學中的重點和難點，了解物理概念表征是以命題、表象、產生式、圖式等表征形式有助于更好的進行物理概念教學。

關鍵詞：物理概念；表征；教學

物理概念是一些物理現象和物理過程的共同性質和本質特征在人們頭腦中的反映，同時也是一種抽象化的思維形式。物理概念是物理教學的基礎，也是研究的熱點，取得了豐碩的研究成果。但已有的研究中，從物理概念表征角度進行的研究還是非常少。概念表征的研究主要在數學學科中做的較深入，如研究“角”、“垂直”、“等腰三角形”、“函數”等概念的表征。然而，物理概念和數學、化學概念一樣是較為抽象的，要正確的理解和應用一個物理概念，也要在頭腦中建立正確的概念表征，只有了解了概念是如何在學生頭腦表征的才能更好的進行物理概念教學。因此，有必要對物理概念表征進行更為細致的研究。從理論層面上探討學生在在物理概念學習中如何進行概念表征，這對提高學習效率以及教學質量具有較深遠的意義。

現代認知心理學認為知識表征是指“信息在人腦記載和呈現方式。”而表征的內容就是指在人腦的長時記憶中的信息。物理概念是特殊的知識表征，它指物理概念在人頭腦中的記載和呈現方式，其中物理概念就是表征的內容。關于知識是如何進行表征，這個問題有許多不同的觀點和看法，但總歸離不開是命題表征、表象表征、產生式表征、圖式表征 [1 ]。本文將依據現代認知心理學中知識表征的理論，對物理概念表征進行分析和探討。

1 命題表征

學習物理概念關鍵是需要理解物理概念的本質意義。一個概念的定義是以詞語組成的句子來反應，典型表現為教材中對某一概念的具體定義。認知心理學的研究表明，人腦的長時記憶是存儲對詞句的意義，而不是教材中標準定義的措辭 [2 ]。所以，學生對物理概念的定義的存儲并不是以詞語句子的形式來記載和呈現，而是其所表達的涵義。

認知心理學認為，概念的意義在人腦中是以命題和命題網絡的方式表征的。命題指語詞表達意義的最小單元，它由兩個成分構成：一個成分是關系，另一個成分是論題。論題多是由名詞、代詞表示（有時也可以用動詞和形容詞表示） [3 ] 例如，“物體做平拋運動”中的論題是“物體”和“平拋運動”，關系是“做”。而關系中大多是以動詞、形容詞、副詞表示，其對論題起到限制作用。一個命題就代表一種含義，一個簡單的句子中含有一個命題，也就表示一層意思。但用課本中物理概念的定義一般都是多個命題組成，這種就稱為一個命題網絡。例如：“初速度是水平方向的，如果物體只受重力的作用，這時物體做平拋運動。”表達了3個含義，包含有3個命題。即“物體做平拋運動”“物體只受重力的作用”“物體初速度是水平方向的”。這3個命題可以分別表示如圖1：

圖中一個圓圈表示一個命題，P1、P2、P3分別表示命題1、命題2、命題3。命題是組成概念的最小單位，其中用連線或箭頭表示命題中的論題及關系，節點表示每個命題單元，通過將多個命題連接起來就可以構建一個命題網絡，最后形成了具有一定涵義的復雜句子。所以，上述例子中3個命題也可以構成一個命題網絡，如圖2。

另外，人腦中存儲的知識信息并不是孤立的，而是聯系其他被存儲的信息形成特定的關系，并圍繞某一主題展開使得命題與命題之間發生相互聯系。在講解平拋運動這個概念時，會聯系到重力，速度兩個概念，所以這兩個概念會在學生頭腦中受到刺激，這種作用后學生會將與之相關的已存儲的原命題和剛剛學到的新命題同時存儲，便形成了網絡聯系。這種聯系也構成了學生推理和解決問題的基礎。

2 表象表征

對概念不僅可以用語言來描述，還可以在頭腦中用相關的具體形象來呈現。許多心理學家認為在人的長時記憶中有大量的想象知識是以表象形式來表征。雙編碼理論認為，陳述性知識是以言語系統和表象系統來存儲信息，表象是記憶中事物的形象[ 3 ]。概念則是在表象基礎上產生的，每一個具體概念幾乎都有一個相對穩定的感性形象，稱為概念的表象原型，否則概念就是空洞的。的確如此，物理概念中有很多概念用命題表征會比較繁瑣，而是更多的利用概念的實例或概念的情景來描述概念。如，慣性、力的圖示、光的折射、電場線、溫度等。那么這些概念的表征比較容易用表象來表征。表象是外界事物的空間的連續的信息在人腦中的表征的貯存。如，慣性指物體保持原有運動狀態不變的一種性質，與物體是否受力、受力的大小無關。用命題表征話則由“慣性是物體的固有屬性”“慣性具有保持原有運動狀態的性質”“慣性與物體受力無關”等主要的幾個命題構成。如果用表象表征則在學生頭腦中會有很多生活中慣性的場景，如汽車剎車、被絆倒向前傾、快跑一下很難停下來等場景。可見，對于同一概念會有多種表象表征。

對于物理概念的學習來說，表象不僅可以捕捉真實物理對象，還能夠對一些較為抽象的概念的特性進行感知。猶如，對電場、磁感概念的認知，通過做實驗模擬電場線和磁感線的分布規律，使得學生在頭腦中形成電場和磁場概念的表象。表象與命題相比有簡約性和便于記憶的特點，但表象表征更模糊、更概括，所以誤差較大。

3 產生式表征

當我們要判斷某一運動是否為平拋運動時，光有平拋運動的定義命題表征是不能直接解決該問題的。這時認為該概念是程序性知識，需要在頭腦中對其進行分析判斷，這就是認知心理學家所說的產生式表征系統。產生式指由于人經過學習，其頭腦中儲存了一系列以如果/那么的形式表示的規則[ 3 ]。“判斷水平拋出的鉛球是否做平拋運動？”產生式系統表示如下表1：

由表1 可見， 第一個產生式的活動結果〔“激活”（回憶）判斷平拋運動的知識〕已成為第二個產生式的條件之一， 第二個產生式的活動結果（鉛球受力情況，看是否只受重力作用）又稱為第三個產生式的條件之一。同理，第三個產生式的結果為第四個產生式的條件之一。

產生式系統的形成是以相應的知識為基礎的。如在第一個產生式 P1 中，條件是要激發判斷是否為平拋運動的知識，判斷平拋運動知識也是一個簡單的產生式，如表2。

如果學生沒能夠激發這些知識則不能將表中其他的產生式表述出來，也就不能判斷該物體是否做平拋運動。

從上述分析可以看出，概念的例子和非例子的判斷所用到的知識，概念應用的條件化知識是以產生式（系統）表征的。物理概念的產生式的內容，既可以借助于命題網絡組成，也可以由命題網絡和表征共同完成。如對于操作過平拋運動演示儀的人來判斷某一物體是否做平拋運動或平拋運動中的規律，那么這時用到的產生式系統中就有表象表征。練習是產生產生式系統的不可缺少的條件，所以在物理概念表征中少不了練習加以鞏固。

4 圖式表征

在現代心理學中認為圖式是關于一類知識的信息組塊。它是認知活動的基本構件， 是經過組織的知識，是最靈活的概念表征形式[ 3 ]。當看到“慣性”這兩個字和遇到與“慣性”相關的現象時，就會對人腦中的記憶產生刺激，處于長時記憶中的一些東西就會受到激發。激活的是“慣性”概念的表象、命題網絡、產生式系統和與概念相關信息的表征，如概念的習得過程及相關的知識經驗。頭腦中閃現公交車剎車時乘客身體向前傾的情景，想起了“慣性”是什么命題網絡，判斷某一現象產生能否歸屬于慣性的產生式系統，再現概念的習得過程和命題網絡等。

上述有關以“慣性”為主題的表象、產生式系統、命題網絡表征和各表征間關系的集合，就是“慣性”概念的圖式。所以，圖式是概念各種表征的一種有組織的整合。現代圖式理論的代表人物魯墨哈特提出了圖示的四個主要特點有：（1）圖式含有變量值；（2）圖式可以互相嵌套，按層級組織；（3）圖式能夠表征不同抽象水平的知識；（4）圖式表征的知識而不是定義[ 3 ]。例如，“平拋運動”概念的圖示，含有速度方向、受力情況的變量值，同時這個概念又有分層，平拋運動屬于拋體運動中，并囊嵌在“曲線運動”的圖示之中，另外還有助于推理，判斷什么是類平拋運動。

綜上所述，物理概念在人腦的表征方式有命題、表象、產生式、圖式等；物理概念在人腦中的表征內容并非僅是相應的標準定義的措辭， 而是一種由多種成分組成的復合物。任何單一的簡單的表征，無法支撐起人們對概念的真正理解。因此，在進行概念教學或學習中應該盡量多種表征相結合，而不應該只注重概念的標準意義，這樣不僅不利于記憶，還不得甚解。

參考文獻：

[1]張承芬.教育心理學[M].濟南：山東人民教育出版社，2000：121-156.

[2]瑞珍.教育心理學[M].上海：上海教育出版社，1997：64.

[3]韓仁生，李專銀.教育心理學[M].濟南：山東人民教育出版社，2008：115.