自组织表征理论下原始物理问题的深度解答

摘 要：为了深入了解学生在解决原始物理问题中存在的困难，以及对原始物理问题的深度解答，本文以邢红军教授提出的解决原始物理问题的自组织表征理论为基础，以表征理论的现实意义为切入口，通过正反两方对“曹冲称象”中水位变化为原始物理问题，通过多种思维方式深度解答水位变化的原始物理问题.

关键词：自组织表征理论;原始问题;水位变化

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）04-0014-03

作者简介：李娜（1974-），女，山东德州人，本科，中学高级教师，研究方向：生成性学习

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原始物理问题（Primitive physics problem），又称为实际问题，是指自然界及现实生产、生活中客观存在的，未被抽象加工的典型现象而形成的物理问题，本质是对问题的描述而非抽象加工，这种物理问题往往是高度原生态的问题，学生无需进行复杂的科学思维，如建模、推理、论证等，只需要根据原始问题的已知条件直接解答，不能体会到隐藏在物理问题背后的原理及应用价值[1].为此，将原始物理问题进行深度解答，不仅可以掌握物理知识与技能，而且还可以培养科学思维、科学方法，为核心素养的提升作出贡献.

为了促进原始物理问题的深度解答，本文以邢红军教授提出的解决原始物理问题的自组织表征理论为基础，以表征理论的现实意义为切入口，通过正反两方对“曹冲称象”中水位变化为原始物理问题，通过多种思维方式深度解答水位变化的原始物理问题.

1 自组织表征理论的内涵及现实意义

对于原始问题的深度研究，国内最具代表学者北京师范大学邢红军教授提出自组织表征理论，自组织表征理论认为问题表征是学习者解决原始物理问题的关键，是贯彻整个原始问题的始终，这里需要学习者根据问题所处情境，以自己认知水平为基础，对问题进行简化，使研究问题清晰明朗.

1.1 表征理论的内涵

自组织表征理论下问题表征解决原始问题包含六个表征层次，即定向表征、抽象表征、图像表征、方法表征、物理表征以及数学表征，这六个表征层次的内涵表现如下[2].

定向表征：对原始问题进行筛选，判断出是哪个板块问题的表征层次，由于是对原始问题进行筛选过程，这一过程通常表现为不严密、不完整的逻辑或非逻辑过程.

抽象表征：抓住原始问题中与物理有关的主要因素，忽略次要因素，将原始问题转化成物理问题，并抽象成物理模型.

图像表征：由于图像具有形象、生动的特点，因此，原始问题所特有的表征是图像表征，用图像表示物理模型，并简单画出解题的大致过程.

方法表征：解决原始问题需要选择正确的科学思维来探究物理问题，这里包括物理方法与思维方法，如推理论证、质疑创新等.

物理表征：解决原始问题用到的物理规律及概念等，此时需要将原始问题与已有知识进行有效建构，促进问题正确解答.

数学表征：解决原始问题用到的数学方法、步骤等，因此，数学表征是解决原始问题的必要桥梁.

1.2 表征理论的现实意义

自组织表征理论下解决原始问题的六个表征层次中每个表征层次都对应一种思维方式，每种表征层次在解决问题中发挥的作用互不相同，且又相互联系，都依赖于解决原始问题的操作表现[3].因此，自组織表征理论在现实中的意义可用图1来反映，这样解决了学生在原始物理问题解决时的困惑与思维障碍.

2 自组织表征理论下解决原始物理问题的案例分析

学生解决原始物理问题的学习观念、思维方式及探究能力有赖于教师的教学方式及授课内容，从而影响学生核心素养的提升.针对原始物理问题的解决有赖于思维方式的转变，目前初中学生的思维方式正处于形象思维向抽象思维的过渡阶段，如何连接形象思维与抽象思维是摆在教师面前的首要任务，进而突破解决原始问题的思维障碍，结合自组织表征理论下解决原始问题的六个表征层次，以“曹冲称象”中水位变化为例，深度解决水位变化问题.

原始物理问题：“曹冲称象”在中国几乎是妇孺皆知的故事，假如当时年仅六岁的曹冲不将船上的大大小小的石头取出，而是将所有石头都投入水中，水位会（填升高、下降还是不变）.

这是一道原始而又生活化的问题，是物体的浮沉条件在生活中的典型应用，现有正方和反方分别对水位是否升高谈出自己的观点.

正方：将石头投入水中后，石头会占据水的体积，进而导致水位会升高.

反方：将石头投入水中后，船会相比之前向上浮起，导致船排出水的体积会减小，进而导致水位会下降.

到底是正方观点对，还是反方观点对呢？将问题还原成原始物理问题，即冰块（或冰块中含有固体、液体）漂浮在水面上，冰块全部熔化成水后，对水位升降问题的讨论，这里应用二力平衡、浮力以及物体的浮沉条件等知识分析并比较冰排开水的体积V排与冰全部熔化成水后体积V水之间的大小关系，进而比较水位升降问题，在分析过程中将自组织表征理论的六个表征层次逐渐渗透在深度解答过程中，提高解答原始物理问题的能力.为此，下面分三种情况对水位升降问题进行讨论.

2.1 原始物理问题讨论

2.1.1 冰块漂浮在水面上，当冰全部熔化成水后，水位如何变化

3 结束语

水位的升降问题，归根到底是自组织表征理论的一个典型缩影，让学生明白解答原始物理问题不仅仅是让学生获得知识，更重要的是深化自组织表征理论的六个表征层次在解决原始问题中的应用，提升“自我生长”的核心素养能力，引导学生根据生活现象提炼知识，将知识落实在解决实际生活中，再利用自己聪明智慧解释现象，最后再回到物理教学的往复循环过程[4]，这就是物理教学的价值所在，充分体现物理课程源于生活、服务社会的基本理念.

参考文献：

[1]邢红军.原始问题教学：物理教育改革的新领域[J].课程·教材·教法，2007，27（05）：51-57.

[2]邢红军.自组织表征理论： 一种物理问题解决的新理论[J].课程·教材·教法，2009，29（04）：60-64.

[3]侯新杰，李冬青.初中生解决原始物理问题的思维障碍及改善策略[J].教学月刊（中学版），2019（11）：48-52.

[4]印晓明，陈坤.中美高中主流物理教材在"光学"部分内容呈现的差异与启示──基于培养学生科学领域内"核心素养"的视角[J].物理教师，2016（02）：74-77.

（收稿日期：2020-10-22）