淺談大學物理與高中物理知識銜接
——基于皮亞杰建構論

胡立濤 王光輝 范化喜 劉 緒 管從森

（中國人民解放軍海軍潛艇學院 山東·青島 266199）

物理學是研究物質的基本結構、基本運動形式以及相互作用規律的科學，是自然科學的基礎，與其他學科有著密切的關系。大學物理與高中物理相比學習的范圍更加廣，內容更加深，學時比較短，再加上物理學本身難度比較大，學生學習起來比較困難。而高中物理的內容學生印象深刻，通過皮亞杰認識的建構過程，利用高中物理內容，有利于提高大學物理的教學效果。

1 皮亞杰建構論的基本內容

認識過程的建構是皮亞杰研究人類認識發生與發展的著眼點，所謂建構，就是結構的不斷改變和更新的進化過程，即認識發展的過程。皮亞杰把認識的發生和發展歸結為兩個主要方面，即認識結構與知識發展過程中新知識形成的機制。他認為智慧的本質就是適應，而每一個智慧活動都含有一定的認知結構，這種認知結構包括圖式、同化、順應和平衡四個方面。

所謂圖式，指動作的結構或組織，是人類認識事件的基礎，從發展的角度來看，最初的圖式是遺傳所帶來的一些本能反應行為，在認識周圍世界的過程中，圖式不斷改變和復雜化。同化是指在有機體面對一個新的刺激情景時，把刺激整合到已有的圖式或認知結構中，通過這一過程，主體才能對新刺激做出反應，原有知識經驗也得以豐富和加強。順應是指當有機體不能利用原有圖式接受和解釋新刺激時，其認知結構發生改變來適應刺激的影響。平衡是指同化作用與順應作用兩種機能的協調、平衡，在認識過程中總是試圖用原有圖式去同化，也就是用現有的經驗去理解新事件。如獲得成功，便得到暫時的認識上的平衡。反之，如果原有的圖式或經驗在這里不能奏效，便作出順應調整原有圖式或創立新圖式去同化新事物直至達到認識上的新的平衡。

所以建構論可以理解為“平衡——不平衡——平衡”的過程，在原有圖式的基礎上通過同化和順應過程來達到另一種新圖式。主體原有的認知結構，在與客體相互作用過程中發生沖突，即由原來的平衡到不平衡的階段；接下來主體會對這種沖突進行同化或者順應來化解沖突，即再次達到平衡狀態。這種平衡狀態與原先的平衡狀態是不一樣的，通常來說隨著主體的發展，后者會比前者具有更好的認知能力，也就是認識的發生發展是通過不斷地建構形成的。

2 建構論在大學物理教學中的應用

2.1 基本方法

物理學在中學和大學內容編排上采用的是螺旋上升的結構，像力學、熱學、電磁學、光學、原子物理等物理內容在高中學習時學生都進行過初步學習，所以大學物理非常適合采用皮亞杰的建構論進行教學，可以把學生高中學習的物理知識看做原有的圖式，大學物理學習的內容看做新的刺激，學生通過同化、順應、平衡過程達到更好的認知，從而促進大學物理知識的掌握。在大學物理教學過程中，內容或方法與高中相同或相似的部分，通過課前回顧，有利于學生進行同化過程，從而快速的掌握知識；內容或方法與高中不同的部分，通過創設問題情境，學生將意識到無法用原有的圖式也就是原有的知識和方法去解決問題，從而激發學生的學習興趣，明確接下來學習內容的意義，其原有的認知結構更容易發生改變從而有利于掌握新的方法和內容。也就是通過人的認識規律，把高中物理知識和大學物理知識進行比較，使學生明確學習的目的，理清知識結構，這樣學生更容易理解大學物理知識，從而促進大學物理教學。

2.2 應用條件以及注意問題

皮亞杰建構論在大學物理教學中應用是有條件的，其中最重要的就是充分的了解學生。尤其是了解學生高中學習的內容，也就是了解學生原有的知識經驗，這是學生進行認識建構的基礎。大部分高校的學生都來自全國不同的地區，學習內容廣度和深度是不同，如果沒有充分了解學生原有的知識水平，不僅不會提高教學效果，部分學生可能沒有參與感，還會影響學生學習的積極性，例如有的省市或者學校的學生沒有學習振動和波動這部分內容，如果剛開始就復習高中這部分內容，高中沒有學過的學生聽起來就會非常吃力，還沒有開始學習這部分內容就想放棄，這樣就和我們應用建構論促進學生認知結構形成的初衷相違背了。所以充分了解學生在高中物理所學的內容是非常重要的，只有對高中內容深度把控，才更有利于大學物理與高中物理知識的銜接。

如何了解學生高中物理學習內容的廣度和深度，方法有很多，調查問卷是一個非常便捷高效的方法，開課前可以對學生經行問卷調查，內容可以包括生源地、學校、列舉物理各個模塊內容等，來了解學生高中物理學習內容。開課前對學生經行測驗也是一個不錯的方法，通過測驗結果可以更好的反映所教學生掌握高中知識的實際情況，針對性更強。個別談話可以給其他方法提供補充，通過與學生交流，不僅可以了解學生高中學習的內容還可以了解他們的理解情況，這種方法簡單方便易于操作。有條件的還可以加強與高中老師的聯系，可以在教學改革過程中實時把握學生的學習動向，與時俱進，知道他們的成長過程，拉近與學生之間的距離。方法還有查閱高中的課程標準，閱讀高中教材等，可以根據實際情況采用適合的辦法來了解學生高中學習的內容，弄清學生原有的認知水平。

在具體的實施過程中還需要注意一些問題，首先是回顧引入的時間不能過長，因為上課的目的還是完成大學的教學任務，是為學生學習大學物理的內容做鋪墊；其次，回顧的內容針對性要強，在結合本節課的內容精心設計，尤其是要突出利用原有知識經驗無法解決從而引出大學物理知識的這部分內容；最后，應用皮亞杰建構論開展教學時不能脫離學生實際，必須要結合學生實際開展，要注意到學生每年情況可能都在變化，前期工作一定要做充分，如果需要的高中知識只有個別學生沒有學過，可以在課前進行個別輔導，如果需要的高中內容在教授的班級中，部分或者大部分學生都沒有涉及，就不能采用皮亞杰建構論開展教學。

2.3 具體實例

2.3.1 圓周運動舉例

高中物理已經學習了圓周運動，包括線速度、角速度、向心力以及向心加速度。

圖1：曲線運動的角速度

而變速率圓周運動這部分知識高中沒有涉及，那么就可以把這部分內容看做一個新的刺激，通過回顧勻速率圓周運動速度大小不變，提出速度大小變化，物體將會做什么運動這個問題，引發學生思考，從而引出變速率圓周運動的概念。在這個過程中學生不能運用高中知識也就是原有的圖式接收和解釋新的刺激，通過學習變速率圓周運動的概念，學生原有的認知結構將發生改變，從而適應新的刺激，也就是通過順應過程適應新的刺激達到新的平衡。

2.3.2 功舉例

功是物理學中一個重要的物理量。高中物理講到，一個物體受到力的作用，并在力的方向上發生了一段位移，這個力就對物體做了功。如果力和位移不在一條直線上，夾角為，力對物體所做的功，等于力的大小、位移的大小、力與位移夾角的余弦這三者的乘積，公式W=FlCOS，這就是學生的原有知識經驗，但是這種知識經驗只適用于恒力做功的情況，接著引導學生思考變力或者物體做曲線運動時做功的情況，變力或者物體做曲線運動時做功的情況就是一個新的刺激，學生不能利用原有的圖式接受和解釋新刺激，從而激發學生的求知欲。接著講解大學物理中如何求解變力做功，使用微分思想引入元功，并運用積分求解出變力做的功，在這個過程中，學生的認知結構發生了改變來適應新刺激的影響，達到認識上的新平衡。在舊平衡達到新平衡的過程中，使學生意識到微積分是學習大學物理的必要工具和基礎。

2.3.3 熱力學第一定律舉例

高中物理是這樣描述熱力學第一定律：“一個熱學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和”。公式：U=Q+W，并規定外界對系統做功時，W取正值，而系統對外界做功時，W取負值，這是學生原有的圖式。大學物理中對熱力學第一定律的描述是：系統從外界吸收的熱量，一部分用于系統對外做功，另一部分用來增加系統的內能。式：Q=W+E，并規定外界對系統做功時，W取負值，而系統對外界做功時，W取正值。這里高中和大學對W正負的規定是相反的，那么學生原有的認知結構，在與大學這部分內容作用過程中就會發生沖突，然后通過比較兩種定義方式以及公式，學生會發現它們定義的角度不同，公式變形后W前邊正負號發生改變，所以正負取值的規則也發生改變。從而加深學生對熱力學第一定律理解，使原有的知識經驗得以豐富和加強。

3 結語

皮亞杰認識的建構過程強調的是以人為本的思想，它是一種認識規律，在大學物理教學實踐中應用突出了以學生為中心的理念。把高中物理知識作為原有圖式，通過建構過程學習大學物理的內容不僅實現物理內容的整合，使學生在原有的認知結構基礎上更容易形成新的認知結構，也就是更容易理解大學物理的內容，從而提高教學效果。