“学会学习”理念下的物理教学

孙鹰渊 吴伟

摘 要：核心素养要求教师对学生的自主发展更加重视，提高学生“学会学习”的能力。在物理学习方面，建议教师培养学生使用概念图作为学习物理的基本学习工具，同时利用信息技术实现构图和修改，以便在教学的各个环节使用概念图，提高学生的学习能力。

关键词：学会学习；概念图；物理；基本学习工具；信息技术

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）4-0014-5

1 “学会学习”理念对师生的要求

“学会学习”作为核心素养要求里的六大素养之一，首先需要明确其主体为学生。学习的主体既然是学生，那么教师在学生学习的过程中就应当扮演配角。那么，如何让学生“学会学习”便是教师需要思考的重要问题。授人以鱼不如授人以渔，教师需要通过对自身学习经验的总结，结合对学生认知发展的思考，选择合适的学习方法传授给学生。对于物理学科而言，教师需要寻找合适的方法帮助学生学会物理学习，而学生需要在教师的培养和引导下学会物理学习。概念图则是一个较好的结合点。

在教育心理学领域，概念图（Concept Map或Concept Mapping）作为一种被众多国际学者认可的意义学习（Meaningful Learning）工具，被广泛用于国外的理科课堂。国内近年来已有诸多学者结合概念图和物理学科教学的特点，将概念图引入物理学科教学中，并发现有利于培养学生的物理逻辑思维，提高学生的物理成绩。但是，国内的研究和实证周期都较短，且主要以教师为主体，用概念图呈现知识结构或者利用概念图评价学生的学习情况为主，这与“学会学习”要求强调学生的主体行为不符[1]。

意义学习由Ausubel提出，强调学习者在学习过程中对知识的理解，不断从外部同化新知识，从而促进大脑形成系统的知识结构[2]。概念图作为意义学习的工具，是在认知主义学习理论的基础上由Cornell大学的Novak教授提倡的学习工具。Novak教授在其著作《Learning how to Learn》中，论述了学生学会学习的必要性以及利用概念图辅助意义学习的高效性。概念图主要呈现概念之间的逻辑关系，而概念图的构图过程往往能反映出构图者的思维过程，也就是构图者对某些概念的认知过程[3]。

2 应用概念图帮助学生学会物理学习

2.1 教师在教学的过程中帮助学生学会应用概念图

学习行为中，学生是学习的主体，而最初学生对于概念图不具有自发的使用意识，需要教师通过引导和演示的方式来帮助学生培养相关能力。教师通过演示构图过程，呈现图的结构和使用圖式的评价来促进学生对概念图的学习，从而帮助学生掌握并使用概念图进行物理学习的方法。

2.1.1 物理教师在课堂演示构图过程，帮助学生熟悉构图步骤

教师在设计教学内容时，根据课程标准的要求，可以将部分适合进行概念图式呈现的陈述性知识教学设计成具有探究性的课堂[4]。课堂上，教师设置问题，引导学生进行概念图的构建。同时，在培养阶段的初期，教师可以利用概念图演示问题解决的过程，起到示范作用。学生通过多次模仿，以及教师的指导和帮助，逐渐掌握利用概念图进行科学探究。同时，教师可以设置相关的课后探究课题，帮助学有余力且善于思考的学生进一步熟练使用概念图进行问题解决，提高学生的逻辑思维能力，培养学生物理学习的能力。

2.1.2 物理教师在课堂呈现概念图结构，帮助学生把握认知结构

对于课堂教学中讲授的知识点，可以通过概念图的方式进行整体呈现。物理知识的结构具有很强的整体性，对于一节课的知识点概念，一般是基于相关前置章节的概念进行延伸和拓展，所以教师可以通过可视化的方式呈现概念图中新概念、新链接的生成，来帮助学生回顾并明晰课堂内容在整体知识结构中的逻辑关系。由教师作为主体进行演示，旨在帮助学生明确物理学习的概念结构。同时，教师可以请学生结合自身的经验，对物理已学的知识进行概念图结构呈现。教师通过诊断和分析，帮助学生了解自身学习情况和知识建构情况，从而帮助学生进一步提高。

2.1.3 物理教师可以利用概念图进行过程性评价，帮助诊断学生的学习情况

目前国内的评价方式较为单一，主要以笔试与实验的成绩考核为主，缺少对学生的过程性评价。通过概念图在学习行为中的工具性作用，教师可以尝试将概念图的评分作为学生过程性评价的一部分。概念图能够较好地可视化呈现知识结构体系，因为概念图的诸多元素和特性又能反映出构图者思维的逻辑性与发散性，所以选择概念图作为评价的工具是有意义的。浙江师范大学的王立君教授对概念图的评分以及效果做了较为深入的研究，认为利用概念图进行评价可以较为有效地反映出学生的认知情况，并且帮助教师及时进行诊断和辅导[5]。教师可以尝试采用相关的概念图评分方式进行粗略地认知诊断，帮助学生及时纠正错误认知。

2.2 学生在应用概念图的过程中学会学习

学习的主体是学生，在教师的演示和引导下，学生需要通过不断地练习，熟悉概念图的使用步骤。在物理学习的过程中，主要是观察、思考和求解分析的过程，所以学生可以在这三个步骤中使用具体概念图来提高物理学习的效率。

2.2.1 学生在现象观察中提取中心概念

物理的现象是客观的，而观察是主观的，观察的质量又往往影响现象带来的思考。用物理角度观察，应该具有从具象中寻找抽象规律的特点。抽象规律的结构主体是由抽象概念组成的，而其所对应具象的主体应该是现象本身中的实际物体。所以，观察的过程要求学生能够完成提取现象中需要研究的实际物体，并将其作为中心概念进行后续研究。

2.2.2 学生在发散思考中丰富中心概念

结合建构主义中对记忆联结模型的描述，在确定了中心概念后，便可以寻找相互间的联结关系。在表象上，通过现象观察到的联结可以轻而易举地得出，但是表象并不能从物理层面解释现象的本质，所以后续的思考需要由中心概念发散，从物质属性、所处状态等中心概念的属性出发，形成辐射网。辐射的广度（二级链接数）说明了构图者思维的广度（全面性），辐射的深度（次级链接层数）说明了构图者思维的深度（深入性）。由于此步骤思维的容量比较大，当采用概念图进行可视化时，可以避免关键结点的遗漏。

2.2.3 学生在求解分析中形成新的认知

中心概念的辐射网络形成后，次级概念之间也可能建立联结（也就是记忆模型中的激活），但是仍需要设计实验，验证是否此时建立的联结是解释现象的有效联结，若不是，则要再次寻找联结，循环该过程至最终确定有效联结。若在已有认知经验条件下，无法建立有效联结，那么就需要外界引导或者建立假设联结，并验证假设联结的有效性。通过这一过程，学生完善了对自身认知结构的丰富，建立了新的认知。

3 应用概念图帮助学生学会物理学习的策略

Sternberg认为，专家型教师会采取科学的策略帮助学生学会学习[6]，而在核心素养的要求下，教师更应该学会采取科学的学习工具来帮助学生学会物理学习。物理的学习中有一大部分内容属于问题解决，而概念图又是物理问题解决中最合适的呈现认知过程的学习工具，这就要求教师在充分了解概念图后，通过长期的培养，帮助学生养成利用概念图进行物理学习的习惯。

3.1 概念图应当作为一种学生长期学习、使用的基本学习工具

在国内，学生从初中二年级开始正式接受物理学科的学习，此时的学生发展正处于形式运算的起步阶段。对于抽象的物理概念，学生仍需要在教师的引导下才会进行科学的思考和分析，所以该阶段是学生养成科学学习习惯的重要阶段。物理学习从现象出发，由问题串联，概念图作为问题解决环节中的辅助，发挥重要的思维框架作用。由于概念图具有与记忆相似的结构特征，所以对于初步尝试抽象逻辑思维的学生而言是化抽象为具象的有效工具。科学探究一直是理科学习的最佳学习形式，同时又是学生学会学习的体现，是课程标准下的物理学科学习提倡的学习方式。根据上文的论述，概念图在实现探究的学习方式上具有明显的优势，并能很好地落实学生的核心素养培养要求，所以在学生学习物理的初期便教导和提倡使用概念图帮助学生更快地适应和熟悉物理学习的步骤。

当学生通过学习，不断地尝试使用概念图进行探究后，问题解决的能力将会随之不断提高。中学物理的课程学习只是学生物理学习过程的一小部分，更多的物理学习渗透在学生的生活中。当学生掌握了概念图这种有效的学习工具后，遇到的实际问题便可以通过同样的探究过程，解析并探寻问题的答案，在生活中学习。专家型的教师对于学生的培养会更加注重学生学习技能的培养，因为当学生掌握了学习的科学方法后，便可以根据自身需要进行更多的研究，这对于提高学生的学习主动性是很有帮助的，同时也能够帮助学生更好地实现自我知识需求。

3.2 概念图配合信息技术使用将会事半功倍

最初由于科技条件的限制，概念图只能用纸笔呈现。笔者发现早期的概念图图例中，构图者笔迹较为混乱，不利于后续进行分析。随着近年来产业革命带来的科技力量，学校开始更多地引进电子产品，教学条件不断改善。学生在通过纸笔形式的训练后，掌握了概念图的基本构建方式，便可以在教师的带领下尝试使用电子设备进行构图。Novak教授与他的团队近年来也围绕概念图展开了一系列研究和开发项目，并且研发了CMapsTools软件以及创立ihmc组织，在云端成立了丰富的概念图数据资源库。可见，在概念图的不断发展中，云端这种交互性更强的平台会是促进概念图交流以及教师研究学生认知的更好途径。

信息技术引入课堂，短期的试行往往是“霍桑效应”的教学假象，也就是学生因为方式的改变而增加了专注程度使得教学效果得到提升[7]。而应用概念图的目的主要是通过概念图学习方式的培养帮助学生形成良好的学习习惯，所以是借助信息技术来实现习惯培养，长期的技能训练，通过强化而形成对学生行为的巩固。

经过上文的分析可以发现，学生与教师在使用概念图的过程中对于概念图的修改和重组，以及知识结构的呈现要求较高，教师对于概念图的构成过程监控也时常可以作为判断学生思考的过程性标准，所以对于构图的过程记录以及汇总能力的要求较高。传统的模式下，概念图的存在往往是静态的，而在计算机的记录过程中，可以尝试保留对概念图生成的动态记录，这对教师分析和研究学生的思维过程，进而对学生进行诊断是十分有帮助的。同时在评价阶段，学生通过电子设备可以方便调用自身学习过程中的概念图，并且进行叠加组合和丰富，通过自我诊断以及自我复习的方式提高自身的知识觉悟，这也是一种学会学习的表现。在核心素养下，学生学会学习作为重要的指标，对于教师而言，评价方式的改变也更加有利于评估学生的学习能力。传统的纸笔测试对于学生评价而言有较多弊端，尝试进行概念图式的评价方式已被学者证明有效，同时可以丰富现有的单一评价方式，并且更多地关注学生的学习过程和学习能力，而不仅仅是学习结果。

3.3 概念图在物理教学的诸多环节中都可以运用

在概念新授课上，教师可以提供引导并且与学生共同进行物理探究学习，培养学生使用概念图的能力；在复习课上，教师可以呈现已学物理知识概念的整体概念图，帮助学生把握物理知识的整体结构；在教学评价阶段，教师可以对学生学习过程中的概念图进行提取和评价，发现学生认知的变化过程，更加科学地评价学生阶段学习的情况。

现在例举在概念新授课阶段，教师与学生共同使用概念图进行物理知识的探究学习：在楞次定律的教学中，使用楞次定律演示仪，学生观察到的现象是当条形磁铁插入圆环时，圆环远离磁铁运动；当条形磁铁从圆环抽出时，圆环紧随磁铁运动。这时，学生可以在这个实验现象中寻找物理具象概念——磁铁、圆环，于是便可以在CMapTools中建立磁铁与圆环两个中心概念，如图1所示。学生可以通过观察发现，磁铁使圆环运动，但是磁铁与圆环并没有直接接触。为了分离两种动作，这里研究磁铁插入圆环时，圆环远离磁铁运动，所以磁铁与圆环之间的具象联结是非接触地远离。

圆环和磁铁分别有大量的物理属性，诸如质量、导电性、电磁性等（如图2、图3所示）。学生可以竭尽所能地羅列出对应的物理属性，通过增加思维的广度来培养发散思维能力。在课堂上多次采用发散思维来锻炼学生思考的能力，对于学生而言是一种不断尝试科学探究的过程，学生在此过程中不但可以锻炼思维，还可以通过不断熟练概念图的绘制来掌握这种有效的意义学习工具，对学生将来进行科学探究的问题解决大有裨益。而CMapTools的优势就体现在对于发散的绘图以及概念的添加十分便捷，学生可以尽可能完整地罗列，同时又能保证概念图不会因为绘制过于复杂而显得整体混乱。

当学生发现仅有的基本物质属性不能解释圆环的远离现象后，就需要思考是否是另一种力的作用产生此种现象。这时，教师可以适当进行引导，根据磁铁的主要特点是磁性，学生会联想到磁力，同时在回忆起磁力的作用特点时，会注意到磁力的作用是非接触的，而此时现象也是非接触的，教师便可以引导学生思考磁力是否存在。这时，圆环作为一个本身不带电、不带磁的物体，若是考虑磁极对圆环的磁化作用，又似乎会得到相反的现象，所以学生的认知便會产生冲突，如图4所示。此时，学生已有的概念便不能及时解释现象，所以需要建立新的认知结构。在前一节中学习了在磁通量变化的前提下，导体会产生感应电流，所以圆环具有了电流，如果学生在之前的概念图绘制中次级概念只停留在了圆环有电流，未能进一步构出电流附近具有磁场的物理属性，便不能及时完成解释现象的概念联结，如图5所示。可见，概念的广度可以提高思维的发散性，而概念的深度也同样值得重视。当学生的概念图构造中同时注意了深度和广度，那么学生对概念的结构把握将更为完善，对于具象概念的解释也将更加高效。同时，学生进行物理学习的过程在概念图的帮助下也变得逻辑清晰，思维也十分活跃。

综上所述，学生学会物理学习需要教师与学生共同的努力，同时也需要采用科学的学习工具。概念图作为国外普遍采用的学习工具，适合各种教学环节，所以在国内的教学中可以进行推广。教师需要通过演示和引导，帮助学生逐渐养成利用概念图进行物理学习的习惯，使概念图成为学生进行物理学习的基本学习工具，同时通过概念图得到对学生更加科学的评价；学生需要通过教师的帮助逐渐学会在物理观察、思考和分析的过程中使用概念图进行探究学习，逐渐提高自身解决物理问题的能力。同时，在信息技术发达的时代背景下，教师可以采用平板教学等方式，提高概念图的构图效率和良好性，帮助学生更好地构建和修改概念图，同时也方便教师对学生的认知过程及时进行诊断和把控。

参考文献：

[1]马孝忠， 张红洋， 马兰花. 概念图在物理学习认知障碍中的教学策略探析[J]. 课程教学研究， 2016（5）：66-70.

[2]Cook H， Ausubel D P. Educational Psychology： A Cognitive View[J]. American Journal of Psychology， 1968， 83（2）：303.

[3]Novak J D， Gowin D B. Learning how to learn[M]. CAMBRIDGE UNIV. PR， 1984： 416-428.

[4]李远航. 概念图在高中物理陈述性知识教学中的应用研究[D].保定：河北大学硕士学位论文， 2006.

[5]王立君. 概念图在促进认知和评估知识结构方面的理论与实证研究[D].上海：上海师范大学博士学位论文，2008.

[6]Robertj.Sternberg， Wendym.Williams， 威廉姆斯， et al. 教育心理学[M].北京：中国轻工业出版社， 2003.

[7]Hwang G J， Shi Y R， Chu H C. A concept map approach to developing collaborative Mindtools for context‐aware ubiquitous learning[J]. British Journal of Educational Technology， 2011， 42（5）： 778-789.