免費教育文稿網(wǎng) 無需注冊，免費下載，關注課件、試題、教案的打包下載和參考高中物理論文概念圖在物理概念教學中的應用溫嶺中學 江麗芳摘要：概念圖是表示概念和概念之間相互關系的空間網(wǎng)絡結構圖，是用來組織和表征知識的工具。概念、命題、交叉連接和層級結構是概念圖的四個基本要素。目前出版的教育心理學著作中都把概念圖作為促進概念形成的一種策略進行了專題介紹。新課程的基本理念提倡教學方式多樣化，在課程評價上強調更新觀念，關注過程性評價，注意學生的個體差異。遵循新課程理念，筆者在高中物理教學中向學生介紹概念圖的制作和應用，將概念圖作為一種教與學的技能和策略，應用于高中物理概念教學實踐中，以幫助展示學生的前概念、促進概念學習的結構性形成、實現(xiàn)概念教學效果的評價和自測、提升應用物理知識分析解決問題的能力。關鍵詞：概念圖，物理概念，教學實踐一、什么是概念圖概念圖是由美國康乃爾大學的Novak教授首先提出來的。概念圖是某個主題的相關概念及其關系的圖形化表示，是用來組織和表征知識的工具。它通常將某一主題的有關概念置于圓圈或方框之中，然后用連線將相關的概念和命題連接，連線上標明兩個概念之間的意義關系。概念圖以直觀形象的方式進行表達和思考，非常接近人的自然思維過程。從概念圖中可以非常直觀地從圖中看出各個概念要素之間的聯(lián)系。它們的聯(lián)系不是隨意的，而是有著非常清楚的層級；它們的聯(lián)系也不是單線的，而是縱橫交錯的，這樣的聯(lián)系是全面的而不是孤立的。概念、命題、交叉連接和層級結構是概念圖的四個基本要素。王立君. 概念圖在促進認知和評估知識結構方面的理論與實證研究M.四川:四川大學出版社,2008:18圖1和圖2就清楚地顯示了概念圖的四個基本要素。可以看出概念圖是表示概念和概念之間相互關系的空間網(wǎng)絡結構圖。圖1 “力”概念圖 圖2 “運動”概念圖二、概念圖作為概念教學的策略Novak和他的同事們在1970年早期發(fā)明的概念圖，就是用于研究兒童對科學概念的學習。至今概念圖越來越受到教育心理學領域的關注，對于概念圖在概念教學中的應用，目前出版的教育心理學著作中都進行了專題介紹。桑切克 （美）桑切克（Santrock, J. W.）著；周冠英，王學成譯.教育心理學.北京:世界圖書出版公司，2007 在其著作教育心理學“復雜的認知過程”一章中，將概念圖作為促進概念形成的一種策略，“讓學生對某個概念的層次結構進行圖示有助于他們掌握這個概念。層次劃分可用于幫助學生從了解概念的一般特點到了解其具體特點。層次結構也有利于記憶。”陳琦和劉儒德陳琦，劉儒德.當代教育心理學M.北京：北京師范大學出版社,2007 在其著作當代教育心理學“知識的學習”一章中，將概念圖作為掌握概念的一種策略，“概念教學不僅僅止于讓學生準確了解所教的概念聯(lián)系起來，這就涉及概念關系圖策略。”“概念關系圖在教學中主要有兩方面的功能，它既可以作為一個教學工具，建構概念圖的過程中，學生能對概念之間的關系進行梳理，有利于理解的深入。同時它也可以作為評價工具，一個學生如果在做概念關系圖時遺忘了某些概念或某些連線就表明學生對這一概念缺乏足夠的理解，以此來發(fā)現(xiàn)學生對概念，特別是概念之間關系理解的疏漏”。三、概念圖在高中物理概念教學實踐中的應用全日制普通高中物理新課程標準中提出物理新課程的基本理念是“以提高全體學生的科學素養(yǎng)為目標, 在課程實施上注重自主學習，提倡教學方式多樣化，在課程評價上強調更新觀念，關注過程性評價，注意學生的個體差異，幫助學生認識自我、建立自信，促進學生在原有水平上發(fā)展。”遵循新課程理念，筆者認為在高中物理教學中向學生介紹概念圖的制作和應用，在促進學生的自主學習、實現(xiàn)過程性評價、關注學生個體差異等方面能起到一定的輔助作用。（以下所給出的概念圖均為學生手工繪制，筆者應用Inspiration軟件加工整理而成。）作為一種科學教與學的技能和策略，筆者將概念圖應用于高中物理概念教學實踐中的以下幾個方面：1、用概念圖幫助展示學生的前概念物理是一門精密的科學，物理概念從實際中抽象而來，界定比較嚴格。物理學中許多概念與人們在日常生活里形成的直覺或潛意識（所謂“前概念”）相左，這對學生是不能繞過的障礙。如果不了解學生的前概念而進行單純的新概念的教學，往往會導致學生在課堂上“暫時”接受了新概念，而在獨立解決問題時又按照自己原有的理解來思考。制作概念圖可以展示出學生的前概念，根據(jù)概念圖展示出的前概念，學生就可以有重點地引發(fā)自己的思維沖突，從而進行有效的新概念的學習。學生頭腦中的前概念有時是何等的頑固，相信大多物理教師絕對是深有體會、心有同感的。下面舉一個例子說明。“一對相互作用力，大小一定相等” ，在進行力學中“相互作用力”這一概念的教學時，教師一定采取了很多的教學手段來幫助學生理解。比如用比較的方法讓學生區(qū)別“一對相互作用力”和“一對平衡力”的不同，用實驗的方法來驗證或研究一對相互作用力之間的大小關系等。可是大小考試下來，學生頭腦中對于“一對相互作用力”和“一對平衡力”的概念混淆總是無法杜絕。在07學年第一學期高一年級臺州地區(qū)聯(lián)考卷中有一道選擇題：一個大人跟一個小孩面對面站在水平地面上推手比力氣，結果大人把小孩子推過去了。對這個過程中作用于雙方的力的關系，下列說法正確的是（ ）A 大人推小孩的力比小孩推大人的力大B 大人與小孩間的推力是一對平衡力C 大人推小孩的力與小孩推大人的力大小一定相等D 只有在大人把小孩推動的過程中，大人的力才比小孩的力大，在可能出現(xiàn)的短暫相持過程中，兩人的推力一樣大。 該題考查作用力、反作用力和平衡力關系，是一道在具體情景中的概念辨識題。對該題的分析數(shù)據(jù)顯示：總體得分中等。抽樣分析結果是：選A的4人(0.4%)，選b的47人(4.8%)，選C的604人(61.3%)，選D的305人(30.9%)。主要的錯誤是選擇了D, 說明學生對作用力、反作用力在具體物理過程中還不大清楚。其實造成錯誤答題的學生并不一定是無心讀書者，而是他的頭腦中的錯誤前概念在作祟。為了能進行有效地教學，教師必須要及時了解學生頭腦中的前概念。課堂上的討論可以了解學生的前概念，可是有些學生會保持沉默或人云亦云。通過畫概念圖，可以讓學生的前概念無處遁逃。還有些學生頭腦中的前概念可能是憑老師的經(jīng)驗無法想到的，可能也是學生在沒有畫概念圖時自己不易察覺的，而這很有可能是會在教師的講課中被暫時掩蓋而實際仍深深根植于學生頭腦中的。在力學模塊會考復習前，筆者給出下列關鍵詞要求學生畫一個相關的概念圖：力、加速度、質量、物體的運動、慣性、加速、減速、勻速。下面是部分學生的概念圖及對應的分析。圖3是一位女生甲所作的概念圖，她的成績曾經(jīng)在班里屬于中上水平，可是后來由于思想不穩(wěn)定，成績明顯下滑。圖3 女生甲的概念圖從圖3中可以看出，這位學生對于“慣性”的理解很有問題。首先是她認為物體只有在“不受力”的時候才有“慣性”，其次在圖中她把“質量”和“慣性”的位置放得較遠，顯然她還沒有意識到“質量”和“慣性”之間存在的關系。借助學生概念圖的制作，教師和學生都能面對學生的錯誤概念進行更有針對性地教學和復習。2、用概念圖促進概念學習的結構性形成 物理概念形成的最終表現(xiàn)，就是建立結構。布魯納在認識論中說：知識是我們經(jīng)驗中的規(guī)律性以意義和結構而組成的一個模式。知識體系的組織意味著經(jīng)驗的簡約與聯(lián)系的構造。對于學科結構的作用，布魯納認為：第一、掌握了學科結構，就可以更容易地理解學科的內容和本質；第二、有助于對知識的記憶和再生，以聯(lián)系去把握知識；第三、有助于知識的遷移；第四、有助于激起興趣和思維。物理概念形成的不同階段，教師要有目的、有計劃地幫助學生建立起物理的“知識結構”，以便充分發(fā)揮知識系統(tǒng)功能，有效實現(xiàn)知識和能力的轉化。比如在萬有引力一章的學習中，學生往往會覺得在公轉和自轉中分辨重力、萬有引力、向心力等概念有些困惑，此時適時引導學生先個人制作概念圖，再由小組討論改進，等一張合格的概念圖制作完成后，學生對于這三個概念就不再是困惑了，同時，本章的所有運動規(guī)律也一并在聯(lián)結詞中盡顯彰彰。下面所選的是經(jīng)過小組合作后所畫的萬有引力的概念圖，如圖4所示。 圖4 小組合作的“萬有引力”概念圖從圖4可以看出，這個小組的學生在進行充分的討論和思考后，他們對于萬有引力這一章內容的理解已基本到位。在整個思考討論和構圖中，相信這一組同學對于這部分知識的掌握都會有很大的提升。通過學生自己制作概念圖來檢查對本章內容的掌握情況,同時把本章的內容進行鞏固、整理,最終將它變成結構化的知識。同時，筆者還引導學生用概念圖對每節(jié)課的內容加以“整理歸圖”，以達到復習和記憶的效果。3、用概念圖作為概念教學效果的評價和自測傳統(tǒng)的試題無法檢測學生的知識結構，而學生在制作概念圖后，教師可以根據(jù)學生概念圖中結點的多少、連線的多少、連接詞是否準確，來比較全面、完整地了解學生對知識的掌握和理解情況。學生也可以把它與專家的概念圖進行比對，實現(xiàn)學生自我檢測的效果。不過筆者下面所提到的評價主要是概念圖所突出表現(xiàn)的定性的、更適合進行有針對性地個別交流的一方面。至于概念圖的有關定量的評價，由于所涉及的評價標準和反饋都是比較煩瑣的，所以這里不作分析。讓學生用以下給出的關鍵詞畫一個概念圖：力、加速度、質量、物體的運動、慣性、加速、減速、勻速。學生乙的概念圖如圖5所示。 圖5 學生乙的概念圖從這個學生所作的概念圖中可看出，他頭腦中的有關概念是不能構成網(wǎng)絡的，顯得亂而散，這樣的概念圖一定也反應了他的學習狀態(tài)也是盲目無序的。這確實也與性格有關，他平常的表現(xiàn)就是大大冽冽、不拘小節(jié)，聽課時經(jīng)常漫不經(jīng)心。筆者在解答他提出的問題時也總發(fā)現(xiàn)他概念混亂、基礎不扎實。還有一個學生丙的概念圖如圖6所示。 圖6 學生丙的概念圖 這個學生的概念圖顯得有點單薄，如圖中關于“加速度”與“物體的運動”之間缺少了聯(lián)系。可是從該圖中顯示出她的創(chuàng)造性成分。比如，她用了“物體的初始狀態(tài)”這個連接詞，這至少反應出她的知識中有“力和物體的初始狀態(tài)共同決定物體的運動”這一個較全面的理解，這在其他同學的概念圖中是少有的，屬于有創(chuàng)造性的一點。不過，圖中關于“力”“決定”“質量”和“力”“決定”“加速度”這點，反映了她理解上的不確切。其實每個學生所作的概念圖都是很具個性的，都是獨特的。有些學生的概念圖構圖就很合理，可以稱得上漂亮，而有的學生作出的概念圖則是構圖太過簡單，甚至是粗糙的。通過筆者以上所選用和分析的概念圖，我們不難發(fā)現(xiàn)，概念圖確實是反映學生個別學習信息的一個很好工具，在這里反映出了學生頭腦中真實的知識結構和潛概念。教師可以有針對性地分析學生的概念圖，給予有針對性的指導，學生自己也可以面對自己的概念圖，找出自己學習中存在的問題，有時候，這樣的分析很具實踐意義。4、用概念圖幫助提升應用物理知識分析解決問題的能力物理概念形成的目的，是運用它分析、解決有關的實際問題。根據(jù)布魯納認知結構學習理論：領會基本原理和觀念，是通向適當?shù)摹坝柧氝w移”的大道，能進一步激發(fā)智慧。簡單地說，他認為結構性知識是問題解決的基礎。所以，概念圖所形成的結構性知識，可以用來幫助學生提升應用物理概念分析解決問題的能力，教師在教學中可以嘗試引導。例1、如圖所示，空間有一水平勻強電場，在豎直平面內有一初速度為V0的帶電微粒，沿圖中虛線由A運動到B，其能量變化情況是（ ） A、 動能減少，重力勢能增加，電勢能減少 B、 動能減少，重力勢能增加，電勢能增加 C、 動能不變，重力勢能增加，電勢能減少 D、 動能增加，重力勢能增加，電勢能減少 這道題應屬于一道稍難的綜合題，所考查到的是電場甚至于整個高中物理的重要知識點，題中涉及動能、重力勢能及電勢能的變化分析。實際考查下來看，學生對于這一題的答錯率相當?shù)母摺５共皇钦f學生頭腦中沒能建立這幾種能量的變化與相應的力做功之間的關系，其實對于這些功和能的聯(lián)系并不是大部分學生的最大難點。學生的問題往往是初拿到這道題時找不到解題思路，無從下手。如圖7所示，筆者給出這樣一個解題時必需的“審題概念圖”，使學生目標明確，達到快速而準確地審題，培養(yǎng)良好的審題習慣是學生成功解題的關鍵。圖7 審題概念圖a本題中的已知條件“直線運動”是很容易被忽略的，如果按照上述審題思路，學生就會主動去尋找用于解題的已知條件，則不難找到圖8所示的關系：圖8 審題概念圖b盡管已經(jīng)找到了已知條件和問題，但顯然兩者之間沒有很顯性的聯(lián)系，這時就需要展開各自聯(lián)系的知識來達到解題。所以能構建一張相關的概念圖就很有必要。本題中用到的相關知識之間的聯(lián)系可用的圖9來表示。圖9 審題概念圖c通過上面的概念圖所展示的由“已知條件”與“求解問題”之間的聯(lián)系網(wǎng)絡，這道題的解題思路已經(jīng)非常清晰。這種分析的思路是物理學科所要求的目標之一，所有的物理教師都會重視學生審題習慣的培養(yǎng)。但是不管教師如何強調，學生總是更習慣于用直接的“感覺”去解題。所以，筆者希望能夠借助概念圖，給學生一個可以用筆來畫一畫、理一理思路的模式，讓他們能堅持下去，達到培養(yǎng)和提高分析問題、解決問題的能力。當然，由于是用于分析解決問題，所以我們不必要求學生的概念圖構圖有多么漂亮，能展示出其中的知識結構才是首要的，追求的是借助概念圖這一形式能更有目標、更迅速地找到各項聯(lián)系。這在解決一些較為綜合的、聯(lián)系實際的問題上就更為需要了。例2、如右圖所示為測定電動機輸出功率的裝置，在電動機的轉軸上有一半徑r02m的轉輪，在轉輪上套有一條皮帶，皮帶一端掛一重力G = 50N的物體，皮帶的另一端掛一個彈簧秤，當電動機以 = 100rad/s的角速度轉動時，彈簧秤的示數(shù)為F = 850N，彈簧秤自重不計，則電動機的輸出功率為多少瓦?在恒定電流一章的學習中，學生接觸較多的是關于電動機的三個功率的區(qū)別，如電動機消耗的總功率是指P=UI，而電動機產(chǎn)生的熱功率是指P=I2R，而電動機的輸出功率是指P=UI-I2R，這里U指輸入電動機的電壓大小，I指通過電動機的電流大小，R指電動機繞線的電阻大小。當然解決電動機的問題時這些知識是必備的，但也正是由于學生對這方面的知識的熟知，在解決這道題時反而成了他們解題的思維障礙。因為根據(jù)心理學中的前攝作用，學生看到電動機本想用P=UI- I2R來解決的，可是題中卻沒有這方面的條件，所以導致學生一下子理