物理概念圖的有效教學策略

　　摘 要： 概念圖是盛行于歐美國家的一種教學策略，是一種組織和表征知識的工具，在物理教學中通過概念圖的設計來引導學生進行認知的意義建構，可以改善學生的認知方式，讓學生學會自主學習。
　　關鍵詞： 概念圖 物理教學 有效教學策略
　　
　　當前，我國的基礎教育課程改革正在廣泛展開。新一輪的課程改革更加重視學生的主體地位，關注學生學習方式的變革，強調在傳授知識的同時重視學生對學習方法、學習策略的獲得。因而，教會學生如何學習，傳授有效的學習策略，已成為當前教育界提高學習效率的有效途徑。與機械學習相比，有意義學習能夠使學生更好地吸收和掌握所學的知識。奧蘇貝爾（Ausubel）假設，只有當新的信息與學習者認知結構中已經存在的相關概念發生聯系時，有意義學習才能夠發生。諾瓦克（J.Novak）等應用奧蘇貝爾（Ausubel）的有意義學習的理論結構發展出了概念圖，經過不斷完善和發展，概念圖技術逐漸成為一種非常有效的科學教學的工具，也是一種有效的促進有意義學習的教學策略。
　　《普通高中物理課程標準（實驗）》明確指出：在較系統地介紹物理學內容時，要進一步強調物理學的研究思想和方法；學習科學探究方法，發展自主學習能力，養成良好的思維習慣，能運用物理知識和科學探究方法解決一些問題；在科學探究的交流和表達時，應學會用包括文字、表格、圖像、公式、插圖等適當的形式。其目的就在于培養學生良好的學習方式和表達方式，使學生學會用圖表等方式來描述物理問題及其解決過程。并在學習過程中，體驗用圖表等表示物理問題及解決過程的優越性，進一步提高學生的抽象概括能力和邏輯思維能力，使學生用圖表等方式來清晰地表達和交流思想。因此，在物理教學中可通過概念圖的設計來引導學生進行認知的意義建構。
　　一、概念圖簡介
　　概念圖是由美國康奈兒大學諾瓦克（J.Novak）教授等人提出來的。概念圖又可稱為概念構圖（Concept Mapping）或概念地圖（Concept Maps）。前者是指概念圖制作的具體過程，后者則指概念圖制作的最后結果。
　　概念圖是用來組織與表征知識的工具，它通常是將有關某一主題不同級別的概念置于方框或yEwZRlMs60cbz8T3ekN58E0VOALLQAr/GKzTuBBFUc4=圓圈中，再以各種連線將相關的概念連接。這樣就形成了關于該主題的概念網絡，以此形象地說明概念之間的關系，從而表征學習者對于特定的概念是如何相關聯的。概念圖由三部分組成：節點、連線、連接語詞。節點表示概念；連線表示兩個概念之間的意義聯系，并用箭頭符號指示方向；連接語詞是用來標注連線的，描述兩個概念間的關系。連線被貼上了標簽，被貼上標簽的連線解釋了節點之間的關系，箭頭描繪出關系的方向，這樣讀起來就像一句話。
　　在Novak看來，概念圖是用視覺再現認知結構、外化概念和命題的一種方法。由于每個人感知事物及其規律存在差異，每個人制作的概念圖結構也各不相同。所以學習者制作的概念圖在很大程度上反映了學習者的認知結構，教師可以據此了解學生知識的掌握情況，獲得教學反饋。從某種意義上說，學習就是概念圖不斷完善的過程，教學者和學習者可以通過不斷地構建，尋求達成一致的機會。
　　二、概念圖對物理教學的啟示
　　概念圖是人的認知結構的外觀，是大腦內部所建構的知識網絡結構的外顯圖示。因此，作為意義學習的有效工具，概念圖策略有利于學習者建立起學科概念間的廣泛聯系，使學生學會學習，促進其陳述性知識向程序性知識轉化，增強教學效果。
　　在日常的教學過程中，我們經常會發現，許多學生的物理知識之間缺乏聯系、缺乏系統，知識掌握得不扎實。認為物理就是由許多數學符號和公式組成，解決物理問題主要是選擇數學公式聯接問題中的變量。其結果是，一道物理題目解完了，經常說不清用到了哪些物理知識，物理過程是怎樣的，它們之間有何聯系，往往造成了“一聽就懂，一看就會，一做就錯”現象的出現，究其原因就是忽視了物理知識即物理概念的教學。物理概念是物理學科知識的基礎，如果學生在學習過程中只重視模仿性地做題，忽視對基本概念的掌握，特別是不能夠形成概念網絡，不能夠了解概念間的聯系，也就缺乏對物理概念、物理規律的深刻理解，更不能把新的知識同化到已有的認知體系中去，造成了知識無法遷移。教師在教學中應當采取有效的方法，促使學生以理解的方式學習知識，促使知識結構化、系統化，這樣才能提高學生解決問題的技能。引導學生主動建構概念圖無疑是一種高效學習物理知識的途徑，使學生通過建立概念間的聯系，促進對知識的深入理解，使零散的知識結構化、條理化、系統化。這有利于學生長期有效地記憶知識，激發學生學習的主動性、創造性，使他們感受到學習成功的快樂。因此，在各個教學環節，教師要做好制作物理概念圖的示范與引導，通過示范—模仿—運用—熟練應用的由低層次到高層次的訓練，逐步提高制作概念圖的能力，促進知識的整合。同時，在制作概念圖的過程中，通過學生所畫的物理概念圖，教師可及時反思自己的教學過程，改進教學方式。學生則可以不斷反思自己學習的過程，提高自學能力和自我反思能力。
　　三、基于概念圖的物理教學策略
　　1.運用概念圖進行課堂教學設計，幫助學生構建知識網絡。
　　物理課堂教學設計中運用概念圖，能將原來顯現在教師頭腦中的教學內容、教學理論和教學經驗以可視化的形式表現出來，便于教師更有效地組織教學。如“功”的教學設計制作的概念圖（如圖1），在課堂教學中，教師通過幫助學生回顧初中學過的功的知識、引導學生協作探究或動手實驗等方式，用概念圖將“功”的有關知識的脈絡清晰地呈現出來。這樣，能有效改變學生的認知方式，便于學生理清概念間的關系，把握知識的整體結構，了解新舊知識間的聯系和區別。因此，教師在進行課堂教學設計時，首先要建立宏觀的整體物理概念圖，同時還要有小概念圖顯示某一章節具體教學環節的知識結構，從整個大概念圖的某一節點鏈接到小概念圖。從而理順各物理概念、知識間的聯系，形成知識的整體網絡結構。學生在物理學習中，往往不能較好地辨別和建構物理知識的有序結構，不善于找出各個概念間的關系，無法解決好具體的實際問題，只能死記硬背大量的原理和公式。其主要原因是學習中偏重于對知識體系的“肢解”，而缺乏對知識體系的“還原”。若教師善于把概念圖運用于教學設計，在課堂中作為一種教學策略，并且要求學生在學習過程中自己也去嘗試建立概念圖，就能使學生成功地把握概念的內涵與外延，從而對自己的學習進行調控。
　　2.運用概念圖診斷前概念，促成學生科學概念的形成。
　　概念圖是一種非常有效的了解學生先前知識的技術和工具。盡管Ausubel在理論中著重闡述了學生的先前知識在學習中的重要作用，但他并沒有提供簡單、有用的手段，來幫助教師了解學生的已有知識。繪制概念圖可以解決這個問題，它能夠深入每個學生的認知結構，并將其客觀化，使學生和老師都能弄清楚這個學生已經知道了什么，進而看出學生的錯誤概念，糾正概念之間的錯誤的連結。教學實踐表明，學生在學習物理之前，通過日常生活經驗的積累，對客觀世界中的各種物理現象已經形成了自己的一些看法，并在不知不覺中養成他們自身的思維方式。例如：人們在日常生活中很容易憑直覺印象或所謂的經驗，認為只要用力就做功了。為了克服這種憑直覺印象形成的前概念對建立科學概念產生的負面影響，教學中通常可以采用引發認知沖突的策略，即揭示新知識、新現象與學生原有認知結構中的前概念的矛盾，從而動搖其前概念，進而通過前概念與科學概念的反復比對，揭示前概念的局限性、表面性，逐步形成科學概念。為此就必須診斷與揭示學生的前概念。概念圖技術可以幫助教師有效地揭示學生在前概念方面的錯誤。例如：在功的教學時，可以設計學習預案，要求學生在預習時畫出“功”的概念圖，從而了解學生對“功”的概念的理解情況。有些學生極有可能制作出如圖2的概念圖，從圖中可以知道學生將功與力、“吃力”，功與能混為一談。只有當教師了解到隱藏在學生頭腦中的錯誤和模糊概念時，才能順利地開展有效教學。
　　
　　3.運用概念圖動態搭建認知“腳手架”，激活學生思維通道。
　　教學的目的并不是為了把現成的知識灌輸給學生，而是在學生學習的過程中向他們提供幫助，加以適時引導，以便使學生學會學習。建構主義學習理論認為，只有學生將新知識同化到已有概念框架中，有意義學習才會發生，教學就是要采取有效的方法促進學生有意義學習的發生。根據學生的“最近發展區”搭建腳手架，引導學生有效地自主建構知識掌握概念，就是一個促使學生有意義學習的好方法。這一策略就是把某一教學內容與學習者的認知結構聯系起來，幫助學習者組織所學習的材料，概念圖可以完成為學生的“最近發展區”搭建腳手架的使命。例如：講授平拋運動時，學生已經掌握了勻速直線運動、自由落體運動、力的合成與分解的知識，教師可在引導學生思考問題的過程中呈現概念圖（如圖3）。學生就可以在教師所給概念圖的啟發下，很自然地將分解的思想遷移到平拋運動上來，提出運動分解的假設，再結合實驗驗證，從而很快就能掌握平拋運動的規律了。
　　4.運用概念圖整合知識，促進學生自我評價和反思。
　　有研究表明，畫概念圖有利于人們對新舊知識的整合。因此，在幫助學生形成完整的認知結構時，教師善于引導學生抓住知識的內在聯系與要領，縱覽全局，對所學的知識進行整合，以形成良好的認知結構。并且，概念圖的制作沒有嚴格的程序規范，如果要學習制作一個好的概念圖，就需要在學習中不斷修改和完善。有了初步的概念圖以后，隨著學習的不斷深入，學生對原有知識的理解會得到加深和改變。所以，概念圖的制作是一個不斷循環的過程，諾瓦克認為好的概念圖一般要修改三次以上。學生在建構物理概念圖時，如果遇到了困難，就會自覺地聯想到自己在學習中還存在哪些不足。在構圖時遇到困難則說明自己的知識結構存在不足；構圖不完整則說明自己的知識儲備不夠；概念圖層次不清說明自己對這部分概念的理解尚未透徹。通過與同學或老師所畫的概念圖相比較，來發現自己的知識缺陷，激勵自己不斷去努力彌補不足。通過對比自己不同階段的概念圖，能夠顯現自己的概念理解過程，有利于總結并形成自己的學習經驗，享受學習成功的樂趣，增強自主學習、自我提高的信心。這些都將幫助學生客觀地評價自我，理智地深刻反思，有效地尋找對策。此外，學生在繪制物理概念圖的過程中，會情不自禁地流露出對認知的情感，會以各式各樣的圖形表現出來，反映學生自己對知識的理性認識程度。因此，教師在教學過程要做好制作課堂小結、單元知識總結及專題復習等概念圖的示范與引導，逐步提高學生制作概念圖的能力，促進知識的整合。例如學習電磁學知識后，教師及時輔導學生繪制概念圖（如圖4）以加強知識的整合。
　　總之，概念圖是外顯知識和內隱知識相互轉化的橋梁，是知識結構向學生認知結構過渡的腳手架。科學地運用它，能使學生有意識地利用已有知識來探索未知領域，并從探究的過程中檢驗和修正已有的知識結論，形成科學的學習方法，體驗成功的樂趣。物理概念圖在課堂教學中的運用，既有利于教師的教學，更有利于學生系統地掌握知識脈絡，實現知識的有效遷移。
　　
　　參考文獻：
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　　［3］袁維新.概念圖：一種促進知識建構的學習策略［J］.學科教育，2004，（2）.