高中物理概念圖教學(xué)提升思維深刻性品質(zhì)的研究

陳棟梁

（江蘇省蘇州市吳江盛澤中學(xué)，江蘇蘇州 215228）

引言

概念圖的應(yīng)用是美國康奈爾大學(xué)諾瓦克教授在奧蘇貝爾所提出理論的基礎(chǔ)上開發(fā)出的。概念圖是一種知識(shí)以及知識(shí)之間的關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)圖形化表征，也是思維可視化的表征[1]。諸多研究證明，概念圖能有效促進(jìn)學(xué)習(xí)者的抽象及創(chuàng)新等高級(jí)思維能力的形成。

一、概念圖和物理思維品質(zhì)的特征

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。諾瓦克指出，概念、命題、交叉連接和層級(jí)結(jié)構(gòu)是概念圖的四個(gè)圖表特征。

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)在善于深入思考問題、抓住事物的規(guī)律與本質(zhì)、預(yù)見事物的發(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上。基于此，本文重點(diǎn)討論以高中物理概念圖教學(xué)提升思維深刻性品質(zhì)的策略。

二、高中物理概念圖教學(xué)促進(jìn)思維深刻性品質(zhì)的策略

大量教學(xué)實(shí)踐研究表明，教師應(yīng)用概念圖教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生善于抽象概括、深入思考、邏輯推理、歸納總結(jié)、預(yù)測和判斷等能力。

（一）應(yīng)用概念圖教學(xué)，使學(xué)生學(xué)會(huì)抽象概括物理概念和物理規(guī)律

“加速度”是高一學(xué)生進(jìn)入高中后，第一個(gè)需要掌握的非常抽象的概念，也是必修1 物理中一個(gè)非常重要的概念。但是由于其抽象性特征，大部分學(xué)生難以全面、深刻地理解其概念。教師采用如圖1所示概念圖逐步展開教學(xué)，可以幫助學(xué)生概括和總結(jié)“加速度”的概念、公式及物理意義。首先，教師可以通過圖片展示從“北京”到“重慶”的路線圖，說明沿不同路徑，初位置和末位置相同，即位置改變相同，但時(shí)間不同，從而引出用“單位時(shí)間內(nèi)位置的改變量”來描述物體位置變化的快慢，即運(yùn)動(dòng)的快慢，就是“速度”概念的內(nèi)涵。其次，教師可以利用圖片展示三輛賽車啟動(dòng)的畫面。啟動(dòng)后，三輛賽車的速度都發(fā)生改變，但相同時(shí)間內(nèi)，速度變化不同，說明三輛賽車的啟動(dòng)性能不同。這時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考“用什么辦法來比較三輛賽車的啟動(dòng)性”，從而引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)概括“加速度”的公式、內(nèi)涵及物理意義。

圖1 “加速度”概念圖

（二）應(yīng)用概念圖教學(xué)，使學(xué)生學(xué)會(huì)深入思考物理問題

在學(xué)習(xí)“機(jī)械能守恒定律”時(shí)，學(xué)生往往難以理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)涵及條件，歸根結(jié)底是因?yàn)闆]有從本質(zhì)上理解牛頓第二定律、勢能、動(dòng)能、機(jī)械能及功能關(guān)系的內(nèi)涵及內(nèi)在聯(lián)系。所以，在進(jìn)行本課教學(xué)時(shí)，教師可以采用“機(jī)械能守恒定律”概念圖，用流程圖來展示思維的邏輯過程。

由牛頓第二定律出發(fā)，對時(shí)間積分就是動(dòng)量定理，對空間位移積分就是動(dòng)能定理，然后引入勢能和機(jī)械能的概念圖，從而使動(dòng)能定律轉(zhuǎn)化為功能關(guān)系，并由此得出機(jī)械能守恒定律。如此，學(xué)生便能理解各功能關(guān)系之間的內(nèi)在聯(lián)系，并掌握知識(shí)的來龍去脈，從而深入理解相關(guān)概念。

（三）應(yīng)用概念圖教學(xué)，使學(xué)生學(xué)會(huì)邏輯思維推理物理規(guī)律

在教學(xué)時(shí)，教師采用類比的方法，往往能培養(yǎng)學(xué)生類比推理的能力，從而使學(xué)生逐步學(xué)會(huì)運(yùn)用邏輯思維推理物理概念和物理規(guī)律[2]。例如，在“電場強(qiáng)度”教學(xué)中，教師可以應(yīng)用概念圖進(jìn)行類比教學(xué)，通過水的“密度”的比值定義，類比遷移到電場的力學(xué)性質(zhì)、“電場強(qiáng)度”的比值定義，從具體到抽象，逐步提高學(xué)生的邏輯推理能力。

（四）應(yīng)用概念圖教學(xué)，使學(xué)生學(xué)會(huì)歸納總結(jié)物理概念和規(guī)律

作為當(dāng)前高中物理課堂教學(xué)的常見課型之一，復(fù)習(xí)課若能應(yīng)用概念圖，即可實(shí)現(xiàn)學(xué)生對于學(xué)科概念及規(guī)律的有效把握。

例如，在復(fù)習(xí)“電場”這一章節(jié)內(nèi)容時(shí)，教師可引入復(fù)習(xí)歸納概念圖進(jìn)行課堂教學(xué)：電場的核心內(nèi)容囊括三個(gè)“二”，也就是二定律（電荷守恒與庫侖定律）、二性質(zhì)（電場的力學(xué)與能的性質(zhì)）、二應(yīng)用（電容器和帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)）。教師用概念圖對這些規(guī)律加以歸類，有利于學(xué)生迅速掌握相關(guān)知識(shí)。

又如，在復(fù)習(xí)“電磁感應(yīng)”這一章節(jié)內(nèi)容時(shí)，教師可將整章節(jié)內(nèi)容用概念圖做如下歸納：“三大基礎(chǔ)”與“三大應(yīng)用”。其中，“三大基礎(chǔ)”為產(chǎn)生電子感應(yīng)現(xiàn)象的條件、感應(yīng)電動(dòng)勢（或感應(yīng)電流）方向與大小。基于以上所形成的五個(gè)方面的應(yīng)用為等效電路、動(dòng)力學(xué)分析、圖像分析、能量問題、自感和互感。這種歸納能使看起來顯得凌亂的概念與規(guī)律形成一個(gè)有機(jī)整體。學(xué)生也能借此搭建完善的知識(shí)框架。

由此可見，通過類似的章節(jié)復(fù)習(xí)中的歸納總結(jié)訓(xùn)練，教師可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力。

（五）應(yīng)用概念圖教學(xué)，使學(xué)生學(xué)會(huì)預(yù)測和判斷物理問題的發(fā)展

“電勢”是在電場中通過比值定義，明確提出的概念；但“引力勢”并沒有在書本中明確提出。教師通過“電勢、引力勢”的概念圖進(jìn)行類比教學(xué)，可以使學(xué)生在已知熟練“電勢”定義的基礎(chǔ)上，進(jìn)行邏輯推理和判斷，理解“引力勢”的比值定義。用已知的物理知識(shí)去預(yù)測和推斷未知的物理知識(shí)，是解決物理問題的高層次階段[3]。而教師應(yīng)用概念圖教學(xué)，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生預(yù)測和判斷的能力。

結(jié)語

概念圖教學(xué)的研究已經(jīng)深入各個(gè)學(xué)科教學(xué)領(lǐng)域，同時(shí)，概念圖教學(xué)在促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)提升方面具有重要作用。新一輪課程改革提出的核心素養(yǎng)的核心要素之一，就是“科學(xué)思維”，所以概念圖教學(xué)必將煥發(fā)出新的生命力。