概念图教学提升物理思维品质的策略研究

陈栋梁

(吴江盛泽中学,江苏 苏州 215200)

美国康奈儿大学教育系诺瓦克(Joseph D.Novak)教授根据奥苏贝尔的理论而开发出的概念图,在实际教学、帮助学习和教育研究中获得了相当大的成功．

概念图是指以图解的方式,直观地、结构化地描述概念、规律等相关内容之间相互关系的一种图．概念、命题、交叉连接和层级结构是概念图的4个图表特征．[1]概念图的图表结构包括节点、连线和连接词三个部分．节点就是置于圆圈或方框中的概念．连线表示两个概念之间的意义联系,连接可以没有方向,也可以单向或双向．位于上层的概念通常可以引出好几个知识分支,不同知识领域或分支间概念的连线就是交叉连接,交叉连接常常形成方向性意义,也是产生创造性思维的关键之处．连接词是置于连线上的两个概念之间形成命题的联系词,如“是”、“包括”、“表示”等．

思维的深刻性、灵活性、独创性、批判性、敏捷性是完整的思维品质的组成因素．思维的深刻性是一切思维品质的基础．思维的深刻性是指思维活动的广度、深度和难度,集中表现在善于深入思考问题,抓住事物的规律与本质,预见事物的发展进程．因此,思维深刻性的指标集中在概括能力和逻辑推理能力等思维能力方面．[2]

基于此,本文重点讨论应用概念图促进思维深刻性品质提升的教学策略．

概念图能促进学生思维能力的发展．[1]国内的许多研究者也认为，概念图能促进学生的抽象思维、创新思维等高级思维能力的发展．

研究发现,物理思维深刻性品质可以体现在以下6个方面[3].

(1) 能深入地、逻辑地思考物理问题,善于把握物理事物的本质与规律;

(2) 能较为正确地利用物理规律和物理概念去解释和解决物理问题,不被表面的现象所迷惑;

(3) 善于从整体上用联系的观点认识物理问题,可以利用掌握的物理知识严密地进行论证;

(4) 注意物理公式成立的条件、能够排除物理表面现象无关的因素;

(5) 能够挖掘物理问题中的隐蔽条件,用充分的条件去解决物理问题;

(6) 能够从不同侧面理解和系统掌握物理知识．

概念图的建构能够有效引导和帮助学生较为全面地理解概念的物理属性、内涵与外延、层次逻辑结构关系等;而建构概念图的过程,又能够帮助学生对概念进行深层次的、具有主动性的思考,极大地促进学生物理思维水平和数学逻辑思维水平的提升;概念图网络结构的直观形式,能够帮助学生知识结构的内化．概念图的网状思维结构形式,决定了概念图教学在促进学生物理思维深刻性品质提升方面,具有得天独厚的优势．

下面以“静电场”的概念图教学为例,阐述高中物理概念图教学促进思维深刻性品质提升的策略．

1 展现概念与属性的关系,引导学生深入思考物理概念

概念图以图解方式直观地、结构化地描述概念,所以展现概念的属性是运用概念图最直接的优点．

图1 几个重要概念的属性功能截图

教学中引导学生模仿这些方式建立概念以及概念属性之间的关联关系,学生必然首先需要深入思考和理解属性对于表达概念的意义,并且要深入思考不同属性与概念本身的关联关系,然后才有可能正确构建概念图．

2 展现概念图的结构信息,引导学生发现不同物理概念之间的类属性质

“电容器的电容”是静电场中一个比较抽象的概念,学生不易理解和掌握．教学中常采用类比讲解,但无法从多方面进行可视性的比较,可采用如图2所示概念图进行对比教学．情境1中,容器1的横截面积为S,水量加倍后,水的高度差h加倍,即水量Q与水的高度差成正比,比值为定值;情境2中,容器2的横截面积为2S,水的高度差为h时,水量为2Q;水量加倍后,水的高度差也加倍,即比值仍为定值,但与情境1的比值不同,从而与情境1合并得出结论,同一容器,比值相同,不同容器,比值不同,比值反映容器储水的本领;然后,对比到电容器,情境3中,电容器1用一节干电池充电,电荷量为Q,但由于两板交错,两板间正对的有效电荷量为Q/2,电势差设为U,此时,引导学生得出:用两节干电池充电后,电荷量为2Q,由于板交错,两板间正对的有效电荷量为Q,电势差为2U,即电容器1两板间的有效电荷量与电容器1两板间的电势差成正比,比值为定值;最后看情境4,用一节干电池给电容器2充电,电荷量为Q,电势差为U,此时,引导学生得出:用两节干电池给电容器2充电,电荷量为2Q,电势差为2U,即电容器2两板间的有效电荷量与电容器2两板间的电势差也成正比,比值也为定值,但与情境3的比值不同,从而引导学生与情境3合并得出结论,同一电容器,比值相同,不同电容器,比值不同,比值反映电容器储存电荷的本领,从而定义该比值为“电容”．

图2 “电容器的电容”概念图

(图中仅标注了两板间相对的近似匀强电场，边缘的未标注)

利用概念图中的结构信息,引导学生发现两类概念多层次类同的结构．对抽象概念做出多方面的类比,不但容易被学生接受,而且能更全面地理解两类对象的异同性质．

3 展现概念图的层级结构特征,引导学生归纳总结物理概念和规律

复习课是高中物理教学中的常见形式之一,而用概念图来进行复习课教学,可以有效培养学生归纳总结物理概念和规律的能力．

对概念的全面理解还需要对概念以及下属概念关系的建构,层级结构能够充分展现概念与下属概念的层级关系．如图3所示为“电容器”概念的层级结构关系．由核心概念出发,按不同维度,不同层次逐步归纳下属概念,继而引导学生进行概念图复习教学,不但使学生以思维形式同化物理概念,逐步建构完整的物理知识体系,还极大提高了学生归纳总结物理概念、规律的能力．

4 展现章节概念网状全图,引导学生提升全面整合概念的能力

“静电场”章节复习时,可以采用如图4所示概念图逐步展开教学．“静电场”是核心概念,为第1层次;将其下属概念归纳为“3个2”:2个定律(电荷守恒定律和库仑定律),2个性质(电场强度和电势、电势差),2个应用(电容器和带电粒子在电场中运动),为第2层次;其后,“电场强度”等有下属概念为第3层次和第4层次,每一层次又可以进行概念和规律的归纳总结．

图4所示概念图,利用各层次结构,展示了“静电场”中各层次核心概念、规律所包含的具体内容,而各概念、规律之间的交叉连接,则可以显示各个核心概念、规律之间的联系,可以使学生更加深入地理解物理概念、规律之间的内在逻辑关系．例如,图4所示概念图中,“电场强度”和“电势差”两个核心概念的交叉连接,表明电场的两个性质通过公式UAB=Ed(即通过做功)联系在一起;“电场线”和“等势面”也有交叉连接,即电场线和等势面相互垂直,并且由高的等势面指向低的等势面等等．电场的两大性质交叉连接,可以使学生们认识到,电场的两大性质并不是独立的,而是相互关联的,同时更加揭示了静电场各层次的物理概念、规律也不是独立的,而是相互关联的一个有机整体．在静电场学习中,充分利用概念图的概念、命题、交叉连接和层级结构的图表特征进行教学,可以有效提升学生的物理思维品质．

新一轮高中课程改革以“核心素养”统领高中课程方案、课程标准和课程实施,而高中物理核心素养4个维度之一就是“科学思维”．概念图教学能够有效提升学生的物理科学思维能力,从而使学生各方面能力得到提高．