初中物理概念建构思维可视化策略

摘   要

由于缺少认知的必要性激发、建构的充分性论证及确证的真实性“证实”或“证伪”，物理概念教学往往沦为“伪建构”;再加上初中学生抽象思维不强，建构时的思路不清、思考中断又进一步使概念教学沦为重灾区。利用思维可视策略立足于个体最近发展区，能记录思维表象，支持心理扫描，完成概念激发;建立思维链条，推动概念建构;进行反思回溯，完成概念建模确证，真正实现概念建模;同时又可将“因材施教、因材施助、因材施学”有机结合起来，培养深度学习能力和物理理性精神，进而将核心素养落到实处。

关键词

思维可视化   伪建构  激发  建构  确证   核心素养

初中物理概念教学往往出现“伪建构”的现象。这种“伪建构”表现在三个方面：概念激发缺乏认知的切入，概念建构缺少充实的论证，而概念确认缺少必要的反思确证。很显然，这种“伪建构”是一种假教学，它破坏了个体物理学习的基础——命题学习，与学科核心素养背道而驰。因此，如何破除这种概念的“伪建构”，培养出个体概念的激发、建构和确证能力是核心素养时代每位物理教师必须面对的问题。

本人认为，通过思维可视化策略可以有效地培养个体物理概念的激发、建构及确证能力，培养命题学习力，提高自己的学科核心素养。

所谓的物理概念激发、建构及确证的思维可视化策略，就是运用可视化手段（本文是以流程图为例），画下概念激发、建构及确证时思考的内容、方法与途径，以图促思，使“思维能在上一步的基础上自然向下延伸”[1]，直至最终形成概念的一种方式。

在此过程中，个体一边思考，一边以流程图的形式进行记录，使概念激發、建构及确认的内容、方法呈现在自己面前，能够清楚地“看见”。这是一种介于具体形象与抽象符号之间的认知形象，构成了认知心理学所谓的“视觉表象”。在这里，所画的图形扮演“视觉组织者”[2]的角色，与知觉具有等价机能[3]，能够“同时发挥形象思维与抽象思维之长”[4]，能够帮助初中生对思维进行不断的激发、提取、整合和反思，直到完成最后的概念建模。

现以液体浮力（以下简称浮力）概念建构为例进行说明。

一般说来，浮力概念的建构可用流程图（图1）表示。从图中可以看出，浮力概念的建构经过了6个思维节点，5个推进层次。属于所谓的“思维过程较长的”概念建构，可分成以下几个阶段。

图1

一、记录思维痕迹，形成思维表象，建立可视化的激发点

概念教学之所以会沦于“伪建构”，其首要原因就是教师违背了认知的基本规律，忽略概念“引入”的价值，即没有追问“为什么要引入此概念”。这样，不仅会使学生误以为概念都是凭空而来或是物理学家的天才想象，而且无法在源头上激发概念学习的动力，建构就成了无源之水，其合法性也容易受到质疑。

因此，概念陷于为建构而建构的“伪教学”，看似在意料之外，实在情理之中。只有大力在概念的激发点上做足文章，才能真正开启学生的概念建构之旅。

1.记录所见所思，保留思维痕迹，支持概念从情境激发

如图1所画的6个节点，要么是所看到的情景，如①、②;要么是所联想到的知识，如③、④;要么是所建构的结果，如⑤、⑥。每个节点，都是与其他情景、经验、知识相联系的连接点，记下这些点，就在纸面上留下了概念的激发点，激发个体将此与其他的知识、经验和情境发生联系。

2.提炼关键词语，实现“脱域”，形成概念抽象性激发点

如把液体浮力产生的条件“浸入水中（煤油）”，用关键词概括为“浸入液体”，而抛开具体某种液体（水、煤油等）;又如忽略物体的具体形状、浸入的深度等具体的“浸入情景”，而用关键词概括为“所处位置：上浅下深”等。这样通过关键词抽象的方式，让思维从具体现象进行初步概括，实现情景“脱域”[5]而初步具有“普遍意义”而进入概念局部抽象阶段。这种抽象，进一步对输入信息进行加工使原来的情境能够“准确地储存在视像记忆当中”，而“不会迅速消失”[6]，进而为概念的建构提供视觉基础。

3.画下可视图符，建立视觉表象，形成概念可视化激发点

用方框图把已抽象出来的关键词框起来，便形成了一个个图符。这一个个图符，形成了一个个相对完整的思维节点，这些既相互联系又相对独立的思维节点衔接起来便形成完整的建构链条。这些图符的价值就在于及时建起视觉表象，“弥合了主观性和客观性之间的裂缝”[7]，帮助个体进行“心理扫描”，使之与个体知识结构中原有的情境、经验、知识联系起来，进行“分类”或“编码”（布卢纳），进而推动概念建构的产生。这些图符作为“看得见”的视觉表象，介于布卢纳的“肖像表征”与“符号表征”两大表征系统之间，促进“初步分类”和“线索搜寻”，开启了概念建构至关重要的触发阶段[8]。在这里，可视化的激发点，提高了建构的指向性，减少了心理扫描时间，为概念的后续建构腾出足够的心理资源。

二、寻找突破关联，形成建构链条，完成概念可视化建构

概念的“伪建构”的第二成因便是违反了逻辑学的充分性原理，没有充分挖掘各思维点的本质要素，在各思维节点的连结上缺少可靠的逻辑联系，而停留在“一例一论”的简单枚举法上，其“充分性”受到质疑。

这样既不能实现概念的真正论证，也不能培养起真正的科学论证意识和能力，同样背离核心素养的要求。

1.围绕激发点，进行心理扫描，寻找突破性逻辑关联

从图1可以看出，在浮力概念的建构过程中，需要6个思维节点（概念激发点）和5个思维环节。如何从第一个视觉表象“浸入液体”与最后节点“浮力”联系起来？关键在于发现各激发点（思维节点）之间的逻辑关系。很显然，从节点3“压强不同”到节点4“压力不同”，节点4“压力不同”到节点5的“压力差”，及从节点5的“向上压力差”跟最后节点6“浮力向上”，都有学过的明确的物理知识作为支持，连接较为自然;而从节点1“浸入”跟节点3“液体压强”的逻辑关联则非常困难（从教学实践上看，这是浮力概念建构的最大难点）。

是啊，“浸入”为什么要与“液体压强”联系起来？这不仅是令初学者费解的问题，也是令老师费解的问题。实际上，如果没有参考书的指引，教师也很难找到这个连接点！

用认知心理学来解释则容易些：根据格式塔原理，这是个典型的“顿悟”[8]学习，也就是说“浸入”与“深度”是通过“顿悟”突然获得联系的！我们可以尝试来分析这个过程：个体盯着“浸入”这个图符，联想到将物体诸如球、木块等较大物体逐渐压入水中的情境，突然发现压入深度越大，越费劲，受到向上托举的力越大。于是灵光一闪：浮力是不是与深度有关呢？这样，“深度”这个关键词就赫然跳出，成为连接情境（浸入）、已知知识（液体压强）及待构概念（浮力）的逻辑连接桥梁。节点1的“浸入”与节点3的“液体压强”，也同样突然贯串起来，进而一下子打开了建构之门！很显然，这是一个漫长而艰难的“线索搜寻”[8]过程。在这种不确定的过程中，视觉表象（图符），有如军用地图一般，给个体提供支持，思维绵绵不绝。个体不断地凝视、分析图符，心理扫描持续展开，在“建构目标、生活情境、碰到问题”和“已知场景”之间不断转化，犹如主帅突然找到作战方案一样，找到“深度”这个关键的连接点，进而快速建立起整条思维线索！不言而喻，对于抽象思维能力较弱的初中学生，没有图符这视觉表象的支持，要发现如此隐蔽的逻辑关联其难度可想而知。

2.连接思维节点，建立可视链条，完成整体性概念建构

有了思维节点间的关键逻辑关联，便能建立起可靠的逻辑联系，建构顺利展开，直到完成概念最后建构。

有了“深度”这个关键的逻辑关联，看似无关的“浸入”与“液体压强”之间的本质关联便赫然跳出！而浮力概念的建构有如风行水面，顺理成章！一条完整的概念建构实现链一览无余：浸入液体→受到液体压强→受到液体压力→形成压力差→产生浮力。通过流程图，建构从一个节点到一个节点，步步为营，环环相扣，联想的指向清晰明确，思维的推进井然有序，概念生成则水到渠成！

在这里，我们可以清楚地看出通过箭头的连接，流程图实际上提供了“一套一般的思维技巧或思维策略”支持个体“进行有计划和有谋略地思维”[9]。在这里，还清楚地看到，学生通过画流程图，激发了自己的建构能力，流程图也成为教学中可贵的“支架”。教师因此有了“要充分相信学生”的理由，进而去“真正充分发挥每位学生的最大潜能，促进学生自由、健康、全面发展”[10]。

三、建立可视反思支架，展开元认知，完成概念建模确认

概念之所以会陷于“伪建构”，其第三个原因是因为缺少“确证”的意识，没有对概念的建构过程进行必要的“证实”或“证伪”，使概念处于建完即过的境地，其真实性受到质疑。

对于个体而言，为了能真正正确、深入地建构起一个个复杂概念，还必须展开元认知，对概念建构的每一个环节进行反思确认，以保证某一建模环节的准确性。对此，流程图发挥了不可替代的功能。

1.再现思维链条，建立反思节点，针对性地展开元认知

进一步洞察可以发现，流程图的价值不仅在于能够克服由于思路过长而造成中断、混乱、遗忘等问题，而且能给个体提供了反思再判断的对象。即能够使个体有充分的时间对已建构的内容、途径和策略逐一进行再次或多次判断，以确认其正确与否。这是一种元认知，是深度学习的重要特征，却是概念教学中最容易被人忽略的部分。

这种反思的美妙之处还在于，有了流程图的支持，不会出现思路中断或灵感遗失（因为这些都已被记录下来），个体的元认知可从任一个节点随机切入对（更常见的是对疑问之处）不断展开反思，以确保建构的正确性。

如视觉可以停留在“所处位置”（第2节点），可以停留在“压力差”（这5节点）;可以从第2节点“所处位置”，顺向而到第3节点“压强：上小下大”，也可以从第3节点“压强：上小下大”，逆向而上第2节点“所处位置：上浅下深”，还可以其中的任两点间跳跃，比如可以从最后一个节点，直接跳到“压强”这一点上，而不至于乱了方寸。

这样，通過反思节点，个体的思维就得到极大的解放，发散程度和灵活程度大为增加，就能不断对信息进行整合、重组，促进建构的最终完成。

2.建立回溯支架，进行元认知确证，完成概念建模确认

流程图最为可贵的一个功能便是建立了回溯支架，即通过视觉链条建起了反思回路，让个体能够顺着这个支架，往上回溯，从建构结果来反思建构过程中所调动的知识、方法与途径，进而准确判断建构正确与否及优劣程度，为个体进一步决策提供依据。

实际上，这不是一个单纯的记忆过程，而是“包括了监控与联系、调用与存储、试验对照与表征建构”等交互过程。在此过程中，“个体在各种现象与知识间建立起联通的关系”，是一种深度学习[11]。

在浮力概念的建构中，从最后一个节点向前，可得到几种回溯。

【回溯链1】节点6→节点5

反思内容：“浮力”→“压力差”

元认知展开：浮力与向上压力差有何关系？如何确认？

建模确认：向上压力差表现的结果是使物体浮起来，这是用效果命名力，是力的一种命名方式。

【回溯链2】节点5→节点4

内容反思：“压力差向上”→“压力上小下大”

元认知展开：压力上小下大一定导致压力差向上吗？

建模确认：根据同一直线上力合成，此为必然结论。

【回溯链3】节点4→节点3

反思内容：“压力上小下大”→“压强上小下大”

元认知展开：压力上小下大一定是由于压强上小下大引起的吗？

建模确认：根据压强的定义，这种联系是必然的、本质的。

【回溯链4】节点3→节点2

反思内容：“压强上小下大”→位置“上浅下深”

元认知展开：压强上小下大”一定是位置“上浅下深”引起的吗？

建模确认：是的。根据液体压强规律，这是肯定的。

【回溯链5】节点2→节点1

反思内容：位置“上浅下深”→“浸入液体”

元认知展开：位置“上浅下深”是由于“浸入液体”造成的吗？

建模确认：是的。这是事实，只要浸入，一定造成上浅下深。

可以看出，通过回溯，个体能够对建构的每个环节展开反思，对建构的每一个环节进行建模确认，让个体看到这种概念的建构基于内在的因果关系，是一种本质的逻辑关联：概念的激发是基于事实，是有依据的;推理的过程是合乎逻辑的、准确的;概念的内涵是客观的、确定的;整个概念的建构因而是科学而且可以确证的！而这正体现了物理学科的理性精神，是学科核心素养的重要特征！

尤为可贵的是，这种回溯完全由个体实施，是完全基于个体的学力基础和风格特点，立足于本身的最近发展区，因而是一种真正的主体性建构，个体如果能够藉此进行“刻意练习”，培养一种所谓的专家型学习方式[12]，对提升自己的批判思考能力，形成个体学科核心素养无疑具有极大好处。

应该指出，这种对思维准确的揭示，不仅利于学，也利于教。因为这个建构过程，既是学生揭示自己思维、发现自己特长的过程，也是暴露自己思维缺陷、知识漏洞并及时纠偏的过程。如在回溯链3中：个体理解液体“压强上小下大”而不理解“压力上小下大”，暴露出的问题是：个体不理解或忘了压强的定义，特别是公式及变形计算没有掌握。那么个体建构的对策是：补压强的定义及相关计算，并做简单训练。这种揭示，是对基于最近发展区的揭示，便于自己诊断、教师指点和同伴互助。而这种补救由个体自己完成，则是一种“因材施学”的行为;由同伴帮助完成，则是一种“因材施助”的行为;而由教师完成，则是一种典型的“因材施教”行为——能够帮助教师“根据学习者的个性特征及需求，提供个性化的精准教学”[13]，“为每个学生提供适合的教育”[14]。

很显然，通过思维显化的方式，能够把“因材施学”“因材施教”和“因材施助”有机地结合起来，大大提高课堂效益。在大班化学习条件下，意义尤为重大。

参考文献

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[13] 王会军.互联网思维下教师教学理念与行动的重构[J].课程·教材·教法，2017（08）.

[14] 马健生，李洋.为每个学生提供适合的教育：何以不可能或何以可能[J].北京师范大学学报：社会学科版，2016（06）.

【责任编辑  孙晓雯】