基于丰富表象层次的高中物理教学研究

张家琪 吴伟

摘 要：表象是区别于命题的一种陈述性知识的重要表征形式，它存在的形式及层次对于中学生概念类题目的解答有着不可忽视的作用。从一道高考题出发，可以定义出物理表象应具备的三个具体层次，分别是形成知觉印象、获得性质特征和暗含物理规律这三个阶段性层次。基于表象的层次理论，物理教师应在新课教学中重视表象的生成和层次的初构，在复习课教学中通过多种教学手段促使学生丰富物理表象的层次。

关键词：物理概念；物理表象；物理教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）2-0004-3

信息加工理论认为，人的认知系统中，除命题外还有一种建立在对外部事物的知觉基础上的表征形式，那就是表象。表象与命题密不可分，却又是有别于命题的一种表征。理解表象的存在形式及层次，为解答中学物理中概念类试题提供了一把“钥匙”。

1 理论基础：表象与信息加工理论

表象是人曾经感知过的客观事物的形象在脑中的反映，是一种主要表现于记忆和想象活动中的感性形象[1]。生活处处有物理，留心观察皆学问，肯定表象的存在及价值便是学摘 要：表象是区别于命题的一种陈述性知识的重要表征形式，它存在的形式及层次对于中学生概念类题目的解答有着不可忽视的作用。从一道高考题出发，可以定义出物理表象应具备的三个具体层次，分别是形成知觉印象、获得性质特征和暗含物理规律这三个阶段性层次。基于表象的层次理论，物理教师应在新课教学中重视表象的生成和层次的初构，在复习课教学中通过多种教学手段促使学生丰富物理表象的层次。

关键词：物理概念；物理表象；物理教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）2-0004-3

习物理的一门学问。在没有特殊需要的情况下，表象的特征是模糊的、欠精确的，因此在认知心理学发展的初始阶段并未受到重视。随着眼动技术、认知神经科学技术等现代手段的发展，有关表象的研究不再受限制，对表象活动的研究也逐渐深入。

根据信息加工理论，表象有四个基本特征：第一，表象能够表征不断变化的刺激信息，包括客观对象的三维空间特征及各个维度上的细节特征；第二，表象能够承接各种施加于它们的心理操作，也就是说在人脑中可以对表象进行各种空间操作，比如表象旋转和表象扫视；第三，与直接知觉相比，表象更模糊、更概括、更欠精确；最后，对复杂图像形成的表象具有层次结构，每一部分代表整体结构的一個片断或组成部分，虽然这种层次结构可能会对心理表象造成某种歪曲，但在执行各种认知活动时，由于人脑工作记忆容量有限，表象仍然是一种十分经济的表征形式。

表象思维作为学习物理的最基础的思维层次，在教学中理应得到重视，它的发展将会影响思维向更高层次进化。而目前的现状却是大部分物理教师在教学中往往只注重抽象思维的培养[2]，而忽略了在表象的生成时培养学生的形象思维。

2 试题分析：形成物理表象的层次，助力问题解决

理解物理概念是探索物理知识海洋的理论基础。杠杆、浮力、平抛运动等物理概念都有着对应的物理表象。这些表象或源自生活体验，或来自于课堂习得[3]。也正因为表象生成过程中各种因素的存在，不同学生形成的表象往往存在着层次差异。学生对表象的理解处于不同层次，也影响着学生对物理概念的理解。在选拔性考试中，一部分学生与那些考查基础概念的送分题“失之交臂”，这不禁让任课教师扼腕叹息。因此，奠定物理学科的理论支架，需要将理解物理概念作为立足点。

物理表象的第一个层次是知觉印象，是指脑中形成的对事物最浅层次的直观印象，属于简单表象，是学生最容易形成的表象层次。“电场”是高中物理教学中兼具抽象与形象的概念。说它抽象，是因为电场看不见、摸不着，这给学生理解有关知识带来了阻力。说它形象，是因为借助电场线，我们可以让学生直观地“看见”电场，由此形成关于电场概念的表象。学生在脑海中就形成了一个用电场线描绘电场的表象，能用画出的一根根的电场线来描绘电场便是形成了知觉印象。表象停留在此层次的学生在遇到与电场有关的概念型考题时，只能辨别出这是电场，对解题没有太大的帮助。例如，2016年高考物理江苏卷第3题：

一金属容器置于绝缘板上，带电小球用绝缘细线悬挂于容器中，容器内的电场线分布如图1所示。容器内表面为等势面，A、B为容器内表面上的两点，下列说法正确的是（ ）

A.A点的电场强度比B点的大

B.小球表面的电势比容器内表面的低

C.B点的电场强度方向与该处内表面垂直

D.将检验电荷从A点沿不同路径移到B点，电场力所做的功不同

学生形成的知觉印象也存在差异。有些学生对电场的表象可能是形成了一些杂乱无章、没头没尾的电场线，有些学生的表象可能是记住了几幅典型的电场分布图，如正电荷的电场分布。解答此题，形成了类似正电荷电场分布表象的学生很快就能判断出中央小球带正电。然而，题目的4个选项中并没有看到这样的陈述。这说明仅仅停留在这个层次还不能解决问题，需要进一步丰富表象层次。

以“电场”概念教学为例，当获得了第一层对电场线的知觉印象后，如果学生的表象中还存在“电场线有疏有密，疏的地方电场强度小，密的地方电场强度大”“沿电场线方向电势是降低的”或“电场线与等势面处处垂直”这样的判断，那么学生此时就产生了第二层次的物理表象——获得性质特征。这个层次的表象相较于第一层次包含的信息更加丰富，可能包括此表象涉及的概念的一些性质、特征等，对学生来说获得的难度增大。这一层次的表象也是概念题考查的重点，如上题中的A、B、C选项都涉及到表象的这一层次。

而上题的D选项，考查电场力做功的情况，这对应了物理表象的第三个层次——暗含物理规律，这一层次的表象不仅包含了性质、特征这些概念性的判断，还包含了一些简单的过程性的规律，是表象的最高层次，与表象能够表征变化的信息这一特征是吻合的。将试探电荷从A点移动到B点，在分析过程中学生首先要通过表象的第二个层次判断电势是不变的，进而推断出电势未能发生变化，所以电场力做功为零。通过答题正确率的分析来看，约有百分之八十的学生能选出正确答案，错误的选项中又属D选项居多，这说明表象的第三个层次，并不是每一个学生都能达到并掌握的，它较之前两个层次更加复杂、抽象，是更高级的表象。

3 实践探索：在教学中丰富表象层次

人的记忆分短时记忆与长时记忆，短时记忆也就是工作记忆，长时记忆类似于人类大脑的“仓库”，以命题网络的形式贮存信息，可以说是最经济的。我们说物理来源于生活，那么对于有些物理知识，在习得的过程中，随着命题网络的建立，有可能就会有与之对应的表象生成。根据表象的三个层次各自的特点和形成、获取的难易程度不难看出，教师在教学时首先应有意识地统筹关注学生生成表象各个层次的过程，借助不同的教学手段，在第一个层次规范学生形成的简单知觉印象，重视学生第二、三个层次表象的建立和丰富，在第二个层次辅助学生明晰表象各部分包含的性质特征，在第三个层次引导学生将物理规律和表象相联结，升华表象的层次。

在新课教学中，物理教师应重视表象的生成和层次的初构。首先，要在实验和观察之中促进学生建立物理表象。其次，由于物理表象的建立有赖于生活实际，教师也要留心生活，从生活中选取真实有趣的实例帮助学生形成表象。除此之外，教师也要学会灵活运用多媒体视听材料，帮助学生在感觉与知觉的基础上建立物理表象。最后，利用抽象的简化图形结合物理概念和规律进行教学，循序渐进，初步构建不同层次的物理表象。

在复习课教学中，物理教师应丰富物理表象的层次。首先，教师在复习时尽量配合典型物理图示展开，而不是干讲概念。其次，在习题教学时注意引导学生先回忆所涉及的概念的物理表象，在表象的基础上提取各个层面的知识点[4]。最后，在复习时注意将概念和规律结合表象一起讲解，一方面深化表象的各个层次，另一方面化抽象为形象，能有效减轻学生的记忆负担，形成稳固、互相联结的知识网络。

参考文献：

[1]张霞，刘鸣.表象研究的进展与趋势[J].心理科学，2010，33（03）：651-653.

[2]郑文珍.加强形象思维培育 提高物理教学效率[J].四川教育学院学报，2007，23（08）：71-73.

[3]张俊.初中物理概念教学要注重表象的构建[J].中学物理，2015，33（10）：25.

[4]李梅，周向群.表象的物理认知功能[J].中学物理，2012，30（01）：2-4.

（栏目编辑 赵保钢）