概念圖在高中物理教學中的應用研究

齊學兵

摘 要：物理概念是物理學最重要的基礎，是學生建構物理學知識的核心組成部分，學生在學習物理概念的過程中經常出現科學物理感念不一致的概念，常被稱作迷思概念。研究表明，學生頭腦中的迷思概念是導致高中生物理學習困難的主要根源，學生頭腦中已有的迷思概念往往會引起新的更多的迷思概念（InisConCeption）。傳統的課堂教學在改變學生的迷思概念方面并沒有取得令人滿意的效果。在高中物理課堂教學中，利用概念圖輔助教學能夠將各種概念及其關系以類似于腦對知識存儲的層級結構形式排列，清晰地揭示了意義建構的實質，能有效促進教師的教和學生的學。

關鍵詞：概念教學；概念圖

一、問題的提出

新課標要求在高中物理教學中，鼓勵學生積極參與、樂于探究、勤于思考，提倡積極采用多樣化的教學方式，幫助學生學習物理知識與技能，培養其科學探究能力，使其逐步形成科學態度與科學精神。“學生用什么樣的手段和方法、通過什么樣的途徑獲得知識，直接關系到其收獲的大小，對學生終身發展的影響也就會明顯不同。”

在形成科學概念之前學生頭腦中的物理概念是不完整也是不科學的，有的甚至是錯誤的，這就是所謂的迷思概念。大量實踐證明，物理概念圖常被用來診斷和轉變學生的迷思概念，在物理教學中應用概念圖實施輔助教學可以有效轉化學生頭腦中的迷思概念，提升學生學習能力。概念圖輔助教學是對當前課堂教學模式的一種創新和發展，能夠有效解決教學實踐中遇到的實際問題，尤其是能夠解決學生在學習過程中頭腦中存在的偽科學概念。

二、概念圖及研究現狀

1.概念圖及其內涵

概念圖又被稱為概念地圖（concept maps）或概念構圖（concept mapping），它是一種通過網絡結構的形式來表征知識、檢查知識和完善知識的可視化的工具，能有效呈現學習者大腦的知識間聯系以及知識的建構過程。概念圖開始只是為了測定和評價學生對已有概念的學習的工具，后來逐步演變為知識建構的工具，知識修復與完善的工具，多媒體設計的工具以及課程和教學設計的策略等。大量研究表明：概念圖蘊含豐富的教育功能，已經廣泛用于歐美等西方發達國家的中小學教學中，并取得了良好的效果。

2.國內外研究現狀

概念圖（concept map）是美國康奈爾大學（Cornell university）教授、著名教育家諾瓦克（Novak）首先提出的，是諾瓦克教授及其同事在針對“學會學習”的理論和方法進行系統研究中用于呈現和表征知識間的聯系，后經過不斷地完善逐漸發展為一種新的教學工具和重要的教學策略。Novak教授分別在1983、1987、1993年分三次在不同的國家主持召開了具有深遠影響力的科學教育研究會議，對概念圖的應用和研究進行了有力的推廣和介紹，有關概念圖研究Novak教授的著作《學會學習》（Learning How to Learn），被翻譯成多國文字，收到了世界各國科學家的推崇和認可，在1990年美國的《Jounral of Research in ScienceTeaching》雜志曾專門為此出版了一期“Perspectives on Concept Mapping”（概念圖面面觀）。在西方國家的中小學教學中，概念圖作為一種較為普遍的的方法被用于教育教學的各個環節。隨著建構主義理論、腦科學理論的發展，概念圖的應用更加廣泛，人們逐漸發現概念圖與現代生活學習緊密聯系相關，隨著計算機技術、互聯網技術及現代生命科學技術的飛速發展概念圖研究被賦予了新的現實意義。

我國自1999年首次將概念圖引入大陸，從查閱的資料來看，我國港臺地區發展較早也較快。相對于國外和港臺地區而言，國內有關概念圖的研究才剛剛起步，通過CNKI以“概念圖”為主題查到相關論文1121個結果，以“概念圖”為關鍵詞檢索共有2107個結果，統計發現，2003年至今有關概念圖的論文數量呈逐年上升趨勢，此后保持一個高位的運行態勢，這說明隨著社會的進步和教育的發展，有關概念圖的理論和應用研究正日益成為教育研究的一個熱點。

2003年至2014年知網檢索“概念圖”結果如下：

調查發現，概念圖在實際教學上已經涉及很多學科領域，概念圖應用較多的有生物、物理、化學、網絡教育等，隨著概念圖應用的不斷推廣，已經有不少教育工作者和一線教師在積極探討概念圖的應用。更重要的是，學生也可以借助概念圖建構自己的知識體系，通過繪制概念圖對自己原有的概念體系進行必要的診斷和修正。隨著概念圖逐步在國內的推廣和發展，我國的部分中小學也在逐漸使用概念圖，尤其是隨著互聯網的快速發展和計算機繪制軟件不斷應用，如Inspiration和 MindManager等概念圖、思維導圖制作軟件逐步流行起來，為廣大一線教師和學生的學習交流及使用概念圖開展教學提供了方便。

三、概念圖用于課堂教學的研究

概念圖是一種對知識的圖式總結，它能準確顯示學生的先前知識，通過與科學概念對比發現學生頭腦中存在的不科學的概念甚至是錯誤概念，學生構筑概念圖的過程其實是學生對內隱知識的一個反映，不但可以暴露學生學習過程中存在的迷思，還能夠發現迷思概念的原因所在，同時還能使學生建立相對清晰的知識體系，為學生的學習提供了一種有效的反饋和檢驗學習效果的新模式。

1.概念圖的制作

諾瓦克（Novak）本人定義的概念圖有四個基本要素：節點（concepts）、連線（cross-ilnks）、命題（propositions）和層級結構（hierarchical frameworks）。節點用來表示概念，這些概念往往屬于統一體系或具有緊密的相關特性，能夠代表一類事物的本質屬性，一般用專業術語、特定的符號或科學名詞等進行標示；概念之間的連線沒有統一的形狀，長度可以根據概念圖中兩個相關概念的具體位置而定；概念之間的關系用命題進行陳述，命題說明概念的鮮明特征或相關概念之間的核心關系；層級結構表示的是概念體系中節點與節點之間的上下位關系。此外，隨著概念圖的不斷演繹和發展，概念圖的組織形式也在發生不斷變化，廣義的概念圖包括知識腦圖、知識結構圖、概念網絡、知識框圖、樹形圖等所有表示相關概念之間關系的復雜空間網絡結構圖。

2.概念圖教學功能研究

（1）利用概念圖組織概念教學，展示科學概念的內涵和外延

概念圖可作為教學工具，具有概念建構和轉化功能。概念圖是表征、整合、檢驗、修正、完善知識的認知工具，它把知識高度濃縮，將各種概念及其關系以層次結構的形式排列，清晰地展示了意義建構的實質。概念圖以組織和網絡化形式明確地給出了各概念的地位、層級和特點，清晰地標明了概念間的相互聯系，激活了學習者的知識結構和認知結構，促進了意義學習。教學上概念圖作為先行組織者，如果學生在學習新概念之前如果大腦中沒有或缺少同化新知識的上位概念，概念圖可以為學生呈現一個引導性材料，為學生在新舊知識間架起一座橋梁，便于學生聯系已有認知接受新概念。奧蘇貝爾的同化理論認為，任何一個新知識均可以通過針對學習者的上位、下位、并列關系尋找與其舊知識的關聯點，并據此來設計先行組織者。利用概念圖教學更容易理清知識的脈絡和體系結構，便于學生接受新概念形成科學概念，同時利用概念圖教學便于突出表征核心知識和概念的主題，每一節可重點圍繞一兩個重要的核心概念講解，便于學生把握重點和難點，提高課堂教學效率。

（2）概念圖用于章末總結

在課程與教學規劃設計（如編著教材、制定教學計劃、課堂教學設計）中，概念圖以其簡明扼要的層次化結構來展示概念的邏輯關系，使教師便于從整體上把握知識結構，掌握概念的來龍去脈和發展走向，清晰各概念所處的地位和概念間的相互關系，從而優質高效地完成教學預案。在教學設計時，可首先對課程中欲要呈現的主要概念進行排序，形成宏觀的大型概念圖；然后再對單元中各個中型概念進行分類匯總，形成中觀概念圖（或稱單元概念圖）。具體教學時，可根據教學的實際需要，適時地采編以生成我們所需要的課程計劃概念圖、學年計劃概念圖、學期計劃概念圖、章節或單元計劃概念圖、課時計劃概念圖等。可見，通過概念圖，教師便可從宏觀和微觀兩個角度把握教學內容，梳理各概念間的關系，實施科學教學規劃與設計。

（3）概念圖可用作學習導航，有利于學生知識的建構

概念圖用作學習導航，有利于學生開展有意義的學習，提升自我認知，從而使學生學會學習。概念圖作為一種導航設計工具，適合學生開展自主學習，幫助學生形成知識網絡，但是它的作用效果是依賴于所學的內容與學生原有的知識結構之間的聯系程度以及學生學習的主動性。皮亞杰認為，知識是以一定的層級結構在人的大腦中儲存和表征的，這種層級結構往往以顯性或隱性的圖式來儲存。現代心理學研究發現，專家頭腦中的知識常常呈現一定的網絡層次，而且網絡間的節點是牢固、有序并有意義地聯系的，而學生頭腦中的知識經常是無序和散亂的，即使各個知識點間有聯系，也是不牢固、不充分或沒有明確意義的。而概念圖就是一個有層次的意義網絡，學生自制的概念圖能幫助學生梳理概念的層次關系，并在它們之間建立有意義的聯系。從某種意義上來說，學生制作、生成概念圖的過程就相當于頭腦經歷頭腦風暴的過程，自制的概念圖能使他們從整體上把握知識結構，從而實現知識整合。

總之，概念圖對中學物理教學有強大的支持功能，本人在高中新課程教育理念的指引下，借鑒現代教育理念，堅持理論與實際相結合，將概念圖作為課堂教學活動組織的工具和學生學習的工具應用于教學實踐的若干環節，收到了較好的教學效果。概念圖輔助教學不僅能便于學生掌握物理概念的科學內涵與外延，培養學生對科學物理概念的理解和辨析能力，更重要的是將概念圖引入物理概念教學，能有效地診斷和轉變學生頭腦中已有的錯誤概念，能有效改善學生掌握物理學習的規律與方法，對學生的認知發展起到應有的促進作用，讓學生變學會為會學。

參考文獻：

1.李尚仁.高中物理課程標準教師讀本[M].武漢：華中師范大學出版社，2003：28.

2.希建華，趙國慶.“概念圖”解讀：背景、理論、實踐及發展——訪教育心理學國際著名專家約瑟夫D.諾瓦克教授[J].開放教育研究，2006（2）：6-8.