概念图在工科大学物理教学中的应用

谢亮 张进治 铁小匀 安艳伟

【摘要】概念图以图解的方式描述了多个概念知识之间的关系，对于知识的整合、概念的理解具有重要作用，是一种有效的学习工具。本文从四个方面介绍了概念图在工科大学物理教学中的应用，前认知的判定、知识的整合、高级思维的培养、备考知识的整理。根据分析，概念图是物理学习中一个很好的工具，值得推广。

【关键词】概念图  大学物理  知识整合

【课题项目】本论文为北方工业大学2015年度教育教学改革课题成果。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0130-01

1.概念图的概述

概念图是以图解的方式，直观地、结构化地描述两个或者多个概念之间关系的一种图。这里所谓的关系，包括概念之间可能有的学科逻辑关系、心理层级关系或者它们之间的某些意义联系。

概念图研究源于早起认知心理学的研究，最早提出时在20世纪60年代，由美国康奈尔大学Novak教授等人提出的。当时人们对于儿童能否理解诸如能量、细胞和进化等抽象概念时，产生了争论。Novak教授等人认为这取决于儿童在学校教学中获得的相关概念的质量和数量，而且他们通过实验证实一些低年级儿童可以独立画出概念图，并解释所画图的含义。Novak教授等人首次提出概念图的概念并运用于教学，取得了较好的效果。自此以后， 在西方国家概念图已被广泛用作教与学的有效工具[1]。概念图是由概念、概念间的连线及连接语、概念的例子组成的一个知识结构网络， 反映了学生头脑中已经形成的认知结构， 体现了学生对某一领域知识的理解。更具体地说， 概念图包括六个部分：概念、分支、水平层次、同一分支下概念间的连接线和连接语、不同分支下概念间的连接线和连接语、例子。

2.概念图在大学物理教学中的应用

2.1前认知的判定

学生在开始学习某个物理知识之前，对所研究的物理现象已形成了一定的理解和认识。这些理解和认识是学生通过日常生活的观察和学习积累而获得的，这就是前认知。前认知是经验性的，是在观察和思考的基础上自然形成的，没有经过严密的科学分析与实验验证，是肤浅的、缺乏科学根据的，因而往往是片面的、错误的，与科学认知不尽一致，甚至是相悖的。前认知一经形成，根深蒂固，很难改变。它对建立真正的物理科学认知有一定的冲突和影响。例如，根据中学的知识可知，一个速度大小不变的物体，其加速度应该为零。但由于速度是个矢量，其方向发生变化，同样可以产生加速度，而且称之为法向加速度。为了克服这种错误的认识，教师需要在教學中引入认知冲突，揭示新知识与原认知之间的矛盾，从而揭示前认知的片面性，局限性。概念图技术可以帮助教师有效揭示学生的前认知的错误[2]。

2.2促进知识的整合

图1 力学部分概念图

已有学者研究发现，画概念图有利于新旧知识的整合，有利于促进学生进行有意义的学习。通过画出概念图可以使得学生联想某一概念的上位概念、下位概念及组合关系的概念，找到某概念和其他概念间相似或者相同点，将整个的知识体系构建成为一个完整的框架[3]。例如，学习完成力学部分时，教师辅导学生绘制出概念图2。根据该概念图的框架，学生可以将力学部分进行很好的整合。对于知识的理解及掌握有重要的作用。在绘制概念图的过程中，教师可以发现学生对于该部分内容掌握的情况，对于后期的教学工作具有重要意义。

2.3高级思维的培养

学生要想绘制出某部分知识的概念图，要求学生对该部分内容必须非常熟练。必须清楚地知道哪些概念是已有概念、哪些概念之间是有联系的。概念之间关联到什么程度，哪些概念之间有相似的地方，这要求学生具有发散思维的能力，属于高级思维。知识只有通过学习者自己的深入理解才能成为具有构建性的、灵活性的、个人化的高级知识。绘制概念图实际上就包括资料整理，知识的整合，形成关于某主题的已有知识图。可见，绘制概念图实际上为培养学生的高级思维提供了一个很好的方式。例如，学生在教师的帮助下绘制的电磁场概念图，如图2所示。绘制这部分概念时，必须对电场和磁场的内容很熟悉，而且要联想电场和磁场的相似点和不同点，有助于学生发散思维的培养。

2.4备考知识的整理

现代大学生对于物理知识的学习，缺乏系统性，掌握不够扎实。平时也不注意总结，等到期末考试时，很是着急。教师要采取有效的方法使得学生理解并掌握这些知识，让学生以理解的方式复习知识，帮助学生构建完整的知识框架，使学生的知识系统化，结构化。学生通过建立概念图可以使得零散的知识结构化、系统化、条理化，有助于学生记忆并掌握这些基本的知识点。如果学生在考试备考时，能够顺利画出图1和2的概念图，学生就可以掌握基本的知识点，而且比较系统。

3.总结

概念图作为一种非常好的教学工具，对于知识的整合、概念的理解具有重要作用。工科大学物理作为一门基础学科，是学生务必要学好的课程，概念图可以为工科大学生学习工科大学物理，提供一个很好的帮助，值得进一步的推广。

参考文献：

[1]Novak J D， Gowin D B. Learning How to Learn .Cambridge， London ： Cambridge University Press.1984. 1-56

[2]王立君.概念图-物理教学的有效工具[J].物理教育，2004，（8） 614-618

[3]罗盛章， 陈彦忠.概念图在物理教学中的应用[J]. 牡丹江教育学院学报，2005（3）70-71

作者简介：

谢亮（1984-），男，山东淄博人，北方工业大学理学院讲师，博士学位，主要从事大学物理教学及磁性功能材料等方面的研究工作。