高中生物理表象能力提高策略

隨著認知心理學的興起和發展，表象作為人的認知心理過程之一也得到了充分的研究。認知心理學認為，表象即意象，包括記憶表象和想象表象。表象可以看作是已經儲存的知覺象在人腦的再現或者是經過加工改造而形成的新的形象[1-3]。表象與專業結合的研究主要體現在藝術創作、體育訓練等方面[4-5]。至于表象在高中生的物理專業認知方面具有的特征和教學策略，國內外還缺乏深入的研究。實際上，物理教學論認為，物理教學過程是一個特殊的認知過程，學生作為認知的主體，要在教師的指導下完成對物理客體的主動建構[6]。而在建構的過程中，學生無論是經歷同化、順化還是平衡的過程，他們都要經歷感知、記憶、表象、思維等認知心理活動[7]。但是對于高中生來說，由于物理概念和規律本身具有高度的概括性和抽象性，物理教師都比較注重通過感知培養學生抽象的邏輯思維，因而學生會獲得比較多的感知活動和思維能力的訓練，但表象能力卻沒有得到充分的重視和培養。如果缺乏豐富的表象，學生通常感覺到看到過的物理事實，頭腦中卻印象不深刻，無法靈活掌握物理事實的本質以及復雜的運動現象，普遍感到高中物理學起來相當困難。根據認知心理學的觀點，表象對人的知覺、記憶、思維是有著一定的促進作用的[1]。那么，高中生的物理表象能力也將對物理學習起到應有的促進作用。本文將表象與高中物理專業學習結合起來，探討高中生的物理表象心理過程以及提高表象能力的策略。

一、高中生的物理表象心理

物理表象是發生在學生學習物理中的心理過程，這個心理過程首先發生在建立概念和規律的學習過程中。高中生在學習物理的過程中，要面對許多物理模型，即通常所說的理想化的研究客體及其理想化的運動過程，區別于初中生學習物理主要面對生活中真實的力、熱、電、光等物理情景。這樣，高中生在建立物理概念和規律的過程中，需要借助表象心理過程間接完成對許多與物理相關情景的認知。另外，高中學生還要學會利用所學習過的物理概念和規律去解釋生活中的一些物理現象，即新課程倡導的從物理走向生活[6]。在這個階段，學生也需要借助表象心理過程完成一次對物理世界的再認識。下面通過高中物理概念教學內容分析表象心理過程的發生機制。

1.建立物理概念和規律過程中的表象心理過程

物理概念的實質就是從大量的物理事實中抽象概括出來的共同本質屬性，物理規律則是關于物理概念之間的聯系[6]。高中生學習物理遇到的概念和規律比較多也很抽象。物理教師在教學過程中，通常利用實驗演示、課件輔助等直觀手段讓學生充分感知物理事實，以便能夠幫助學生完成第一次認識的飛躍，即達到對物理本質概念和規律的認識。但是，有一些現象是學生在日常生活中觀察或感受過的，只有他們自己印象最深刻，在課堂上把這類物理現象作為教學材料展示往往不方便，再者從教學過程的間接性特點考慮，也沒有必要把所有的物理現象都在有限的時間和空間里面展示。對于這些情況，教師在適當的時機喚起學生頭腦中的表象就顯得比較重要。例如，學生在學習電磁波知識中的橫波、波長、周期、干涉、衍射等概念時，由于電磁波本身是學生無法直接感受到的，更難以在頭腦中形成以上這些概念，所以教師需要引導學生對印象中的水波、繩波等形象進行再現并且做類比，才能把握電磁波的這些相關概念。再如，在力學的相對速度概念的學習中，學生很難通過老師的各種例子或視頻課件等理解這一概念及其與絕對速度之間的關系，他們如果有親身觀察實踐的經歷則會一目了然，教師只要在課堂上把學生平時印象中的運動情形再現出來，什么是相對速度以及什么是絕對速度就會比較清晰。以學生坐公交車時通?？吹讲ＡТ吧系挠甑蝿澾^的痕跡斜向后下方的現象作為例子就比較形象，可喚起他們以車子為參照物觀察雨滴運動的表象心理過程從而建立相對速度的概念。從以上分析舉例可以看出，物理表象心理不僅關注印象中的圖景，而且注重過去經歷過程的動態性，強調學生的心理參與和主動建構。相反，如果教學中只是羅列了一些生活資料，沒有讓學生經過充分的表象心理過程，就無法體現物理現象的形象生動性和過程性，增加了學生學習的負擔甚至會帶來錯誤細節對物理本質理解的干擾。

2.運用物理概念和規律過程中的表象心理過程

運用物理概念和規律解決一些實際問題是對高中生物理學習的基本要求，是學生完成對物理世界認識的第二次飛躍。然而在這個階段學生感到比較困難，即通常所說的學起來容易做起來非常難。導致學生解決問題困難的原因當然很多，其中一些似是而非的物理概念的外延和規律的適用范圍給學生的判斷造成一定難度。究其原因，主要是因為學生在運用概念和規律時，對當初建立的物理圖景比較模糊，不能清晰正確地再現還原這些概念和規律。如前所述學生在建立概念和規律階段，需要利用學生頭腦中已有的印象完成表象心理過程，那么在運用階段，是需要通過再現教師講解時表征概念和規律的相關要素進行表象心理過程的，包括再現物理概念和規律的原型、規則等。

（1）表象物理概念的原型。認知心理學有一種觀點認為，形成概念的諸多同類事物中，有一些事物是最佳實例即概念的原型，一旦提到某個概念時學生頭腦中最容易再現的是這些原型[1]。學生在運用某個物理概念時，頭腦中也容易表象出一些最能反映這個概念屬性的物理事物或現象，即距離這個概念最近的原型。當然由于受到教學條件的限制，建立物理概念時呈現的原型，不一定是某個實際的演示現象或事物，可以是教師通過其他手段呈現的輔助課件、示意圖、原理圖等。這些原型在頭腦中表象得越清晰，他們對概念的內涵和外延回憶得就會越準確，越有助于正確解決問題。下面舉例分析一個關于自感概念運用的教學案例。給學生一個線圈和燈泡串聯到電路中的電路圖，讓他們判斷開關突然斷開瞬間燈泡的亮度變化。有些學生很快得出錯誤結論燈泡會慢慢熄滅。分析其錯誤作答依據，主要有兩種情況，一種情況是學生認為這就是學習過的自感現象，由于自感燈泡當然就慢慢熄滅了，這種情況是直接套用自感概念根本沒有經過再現其原型。另一種情況是部分學生比較理直氣壯地說這種電路在學習自感時遇到過，在那里看到過由于自感會使燈泡慢慢熄滅。這表明這部分學生運用自感概念時頭腦中再現了新課學習時那種帶線圈的電路，這是對自感概念原型的表象過程，只是再現得不夠清晰而沒有與問題中的電路進行明顯的對照。而從那些做出正確解答的學生當中可以明顯地看出表象過程的發生，他們認為以前講解自感概念時的那個電路是并聯的，跟這個問題里的串聯電路不一樣了，這就反映了自感概念原型的再現過程。因此，概念的原型再現得越清晰準確，學生就越容易對照它做出正確的分析判斷。

（2）表象物理概念和規律的聯系規則。認知心理學有一種觀點認為，概念的表征離不開同類事物之間特定的規則，不同的規則限定了概念的不同方面[1]。物理概念體現了物理事物之間一定的規則或聯系，這些規則限定了物理概念的外延。物理規律更是反映了物理概念之間的密切聯系。學生在運用某個概念和規律解決問題時要遵守這些聯系和規則，通常要再現這些規則所限定的圖景，當問題的情境不符合概念的規則所限定的圖景時，就不能直接套用這個概念解決該問題。例如，運用磁通量概念時，學生頭腦中通常會再現兩幅示意圖：平面S與磁場方向垂直的示意圖以及平面S與磁場方向不垂直而有夾角θ的示意圖，兩幅示意圖分別對應著磁通量Φ的不同表達形式Φ=BS與Φ=BScosθ以及θ的規定，這樣就避免了亂套概念定義式的現象。類似地，在運用安培力這個概念時，學生頭腦中通常會再現通電導體在磁場中沿不同方向和角度θ放置的示意圖。因為這些示意圖分別對應著對安培力的不同計算形式F=BIL和F=BILsinθ以及θ的規定，通過這樣的表象過程，可以對照問題的情境與概念本身的規則之間的聯系與區別做出解答。概念的運用涉及面非常廣泛，不過概念的原型和規則卻比較簡單，只要在運用時充分經過表象心理過程，是能夠做到靈活運用、舉一反三的。

二、提高物理表象能力的策略

不同的學生個體，雖然有著同樣的感知經歷，但是能夠再現的物理表象卻存在著較大的差異。表象能力弱的學生，頭腦中的物理圖景比較模糊和零亂，在建立、運用物理概念和規律時難以對物理原型快速地做出相應的選擇。提高高中生的物理表象能力主要在于提高他們物理表象的清晰程度、連續性[8-9]、選擇性、轉換的敏捷性以及穩定性等幾個方面的能力。

1.突出科學要素策略

在進入高中物理學習之前，學生已經積累了一些與物理有關的生活現象，在頭腦中留下了比較深的印象，這些印象中的一些合理的科學因素正是物理概念和規律建立的源泉。在課堂上利用表象心理過程再現這些科學要素，有助于教師對物理概念和規律的歸納和總結。當然，如果僅僅把這些生活情景當作講課的例子泛泛提及，學生通常抓不住其中的關鍵因素，以至于表象的過程和結果都不夠清晰明確，也會影響表象能力的發揮。為了使學生能夠充分利用原有表象的科學成分，教師在舉例喚起學生表象時要能夠突出這些要素，相當于給表象里面突出部分一個“特寫”。講述法在啟發學生回憶方面有其不可替代的效果[10]。近年來，新課程改革倡導教師要少講多引導，把學習和思考的時間留給學生，這種教學方式針對傳統的灌輸式教學是一大進步。但是少講并非是對講述法的否定，講述法作為傳統教學方法運用在對一些現象的描述等教學的某些環節上仍然是科學的和必要的。例如，在光的折射定律的教學中涉及到海市蜃樓和沙漠綠洲的自然現象，在學生的印象中，網絡電視等媒體上報道過此類現象并附有奇妙的圖片。但是，即使他們回憶起來一些場景，也不一定能對其中的物理科學要素印象深刻。教師在講述中應該突出重點描述“在特殊天氣情況下”，“在海面或沙漠遙遠的另一邊地平線以下的地方”。這樣，讓學生仿佛能看到光密媒質與光疏媒質，也能抓住光路在不均勻媒質中改變的這個關鍵情景。生動形象的講述不但可以將學生印象中不那么鮮明的生活場景生動地再現出來，而且還包含了一定的“特寫”，從而提高學生的表象能力。

2.充分感知策略

為了讓學生能夠清晰快速地回憶起建立物理概念和規律時的客觀情景，教師在新課教學時，要盡量豐富教學手段讓學生能夠對這些物理情景留下深刻印象，以利于學生物理表象的清晰性、連續性和敏捷性的提高。

（1）使感知對象清晰。教師在演示實驗或者多媒體課件輔助教學中，采用擴大感知對象特征以及增加背景突出感知對象等手段，有意識地讓學生注意到需要感知的物理現象，不僅是歸納新的概念和規律的需要，也是確保學生此后順利完成表象心理的需要。

（2）使感知的目標明確。學生在運用物理概念和規律時，需要回憶起來的情景通常是突出物理因素的部分，這也是表象的選擇性要求的。這要求教師在新課教學展示物理情景時，必須讓學生明確觀察的目標。例如，演示平拋運動等效于豎直方向的自由落體運動和水平方向的勻速直線運動時，只有讓學生集中注意力觀察到做曲線運動的小球與另外兩個方向運動的小球同步，才能對運動的合成與分解留下深刻的印象，有助于在以后處理類似于水面上小船的運動情形時進行表象的連續變化。

（3）使感知對象豐富多樣。為了讓學生在今后解決物理問題時有足夠的物理情景可以回憶對照，在新課教學中，教師要盡可能多的展示物理情景，化抽象教學為形象教學，從新課程教學改革來說是為了讓學生容易理解教學內容，增強學習興趣等。例如，愣次定律是比較抽象的物理規律，為了讓學生對楞次定律的描述印象深刻，教師可以利用多媒體課件，將感應電流磁場的磁感應線的變化與原來磁場的磁感應線的通量變化關系形象表示出來并加以動畫展示，從認知心理學角度來說這些手段可以給學生留下豐富的表象材料。豐富物理情景的教學手段很多，通常采用的有掛圖、示意圖、多媒體課件、演示實驗等，在這些手段中演示實驗最具有真實性和新奇性，對學生認知心理矛盾的展開和心理懸念的激發具有特殊的效果，幫助學生使解決問題時的情景再現更加清晰也更加快捷，從而提高他們的表象能力[11]。

3.回歸物理本質策略

學生利用物理概念和規律解決問題的常見形式就是要解答一定量的物理習題，這也是高中生學習物理區別于初中生的一大特點。由于題量多難度大，學生經常來不及回顧已經學習的物理對象與所處理問題中的情景有什么聯系和區別，導致有時候隨便套用公式，弄不明白物理的本質內涵。這樣，學生處理問題時不再感覺到問題本身跟學習的情景有什么聯系，那么在學習新知識的時候也就不太在意感知的過程了，這樣很難養成良好的學習習慣。教師為了讓學生把曾經學習過的物理情景作為處理各種問題的根源，應該在習題教學中，經常引導學生運用表象心理回顧聯系已知的物理情景和物理模型，把回歸物理本質作為目的，而不是把做習題作為最終目的。通過這類鞏固練習，不但能使學生豐富表象的內容，而且能使原來的印象更加完整不受干擾，提高物理表象的穩定性。例如，讓學生利用楞次定律判斷感應電流方向，涉及到的問題情景比較復雜，既有關于動生電流的也有關于感生電流的，既有回路平動的也有線圈轉動的，既有線圈繞中軸轉動的也有繞邊框轉動的，但是，各種情景中所涉及的模型都等同于上面提到的學習新課時物理情景。那些反映物理本質的情景，只要在解決問題時引導學生保持其表象清晰，不斷深化豐富該表象的內容含義，學生的表象能力就會得到提高。

參考文獻

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[11] 高潔．物理演示實驗潛在功能探討．教學月刊（中學版），2009（6）.（責任編輯 郭振玲）