統覺理論視域下的高中物理教學啟示

黃雪芳

摘? ?要：統覺過程是指在原有經驗的基礎上，引起學生的興趣與注意，從而形成新觀念的過程。以閉合電路歐姆定律教學為例，經過統覺明了、聯合、系統、方法四個階段闡述物理課堂教學，做到前概念與新物理觀念相融合，理論和實際統整應用。讓核心素養在統覺的過程中慢慢落實。

關鍵詞：統覺理論;核心素養;物理教學;DIS實驗

1? 統覺理論——教育心理學的理論基礎

教育必須以心理學為基礎。只有以心理學為基礎，教師才能了解學生，從學生的實際出發，按照學生的天性進行教育。

1.1? 統覺觀念

萊布尼茲提出統覺觀念，認為統覺是理解思考已有認知自發地完成更高的思維活動的過程。康德認為，統覺是基于外界經驗賦予的一種理智的心理活動。赫爾巴特在康德的基礎上提出興趣理論。赫爾巴特認為統覺是人腦感知當前情境內容與已有的經驗觀念、積極興趣相互作用的，舊的感知覺內容吸收新的感知覺內容進行同化，形成相互聯系的“統覺團”。任何經驗和觀念的獲得都是統覺的結果[ 1 ]。

1.2? 統覺條件

統覺條件主要就是理性興趣。根據赫爾巴特的觀點，興趣是指思維的積極活動狀態，是注意的集中警覺狀態，因此，興趣是統覺活動得以順利進行的前提。當舊觀念活動對新觀念的特性產生積極興趣時，思維就會處于高度的活躍狀態，注意力就會高度集中，更易喚起對前概念的回憶，并與新概念相融合。

1.3? 統覺過程

依據赫爾巴特的統覺理論，教學應該把新知識與學生原有的舊知識結合在一起，通過“統覺”把新知識同化，與舊知識相融合，完成知識構建，為學生所理解。

統覺過程是指在原有經驗的基礎上，引起學生的興趣與注意，從而形成新觀念的過程。因而教師首先必須弄清楚所教的知識與學生原有知識之間的聯系，然后才能使學生進一步獲得新的知識[ 2 ] 。當新的刺激發生作用時，如果刺激的強度足夠大，就會引起注意，進而與舊的知識相結合，從而獲得新知識。

統覺過程包括四個階段，即：①明了階段：這一階段的主要任務是使學生對前概念有個清晰的認識，為新舊知識、新舊概念的結合作準備，此階段通過實驗、奇特現象等引起學生的注意;②聯合階段：“聯合”的作用就在于通過統覺使新舊知識、新舊概念融合形成知識的整體，新奇的物理現象激發學生原有知識的活動，新舊知識將要融合的過程中，對形成新的知識的興趣表現出期待;③系統探索階段：學生興趣轉向探索新的知識的目標選擇，在經過聯合的階段后，知識、概念在更大的范圍內擴展，形成系統觀念;④方法階段：探索的付諸于行動，并對新的知識的應用。學生應通過實際的適當的練習，以檢驗是否正確理解了所學知識、概念，能否在各種關系中識別、應用所學知識，做到學以致用。

2? 核心素養——課程理念的統覺觀

物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任是物理核心素養的要素，是物理學科育人價值的集中體現。普通高中物理課程標準（2017版）指出：“引導學生經歷物理概念的建構過程和物理規律的形成過程，是發展科學思維的重要途徑。[ 3 ] ”只有不斷地追溯概念規律的形成過程才能慢慢領悟物理思想方法，逐步形成知識體系，形成終身發展的觀念。

物理概念的教學是基于實驗、觀察、邏輯分析，概括物質運動共同的相互的本質特征和規律。物理概念是客觀的物理規律在人腦中的反映，是學生進行簡約、概括的物理思維的基礎。物理學原理、規律、定律、定理都是基于物理概念的基礎上總結出來的，而物理學原理、規律、定律、定理會反過來加深對概念的進一步理解。物理概念的生成、規律的形成是辯證、抽象的過程，不能一蹴而就。

物理教學應該包含明了、聯合、系統、方法四個過程。通過生產、生活、實驗真實情境或話題引發學生興趣。聯合學生前概念形成新的物理觀念。創設體現物理觀念和規律的本真模型，引導學生基于理論證據或實驗證據進行科學推理。針對不同的觀點進行質疑、批判、檢驗、修正，從而形成解決問題的一般方法。體會科學思維的魅力，提升科學探究的好奇心。

3? 基于統覺理論的物理核心素養落實

教師可以利用統覺理論，選擇學生生活中已有的經驗或前概念，激發學生的興趣，通過明了、聯合、系統、方法等過程構建物理概念，形成物理規律。下面以魯科版2020年7月第1版必修三第4章第1節“閉合電路歐姆定律教學”為例，拋磚引玉。

3.1? 明了——提出問題，引起學生興趣

引起學生注意，激發學生興趣，激發學生內驅力，是落實學生核心素養第一步。學生課堂開始的情緒導向，將影響整個課堂效果。

如圖1所示，用新電池，讓學生根據初中知識判斷將開關逐個閉合燈泡亮度變化情況，答案“變暗”“不變”“猶豫”占比相當，實驗結果與初中預想差不多，說明學生對前概念還是有比較清楚的認識。將電源換一組電池，再演示，隨著開關逐個閉合，燈泡亮度變暗。

3.2? 聯合——矛盾沖突，形成新知期待

教學應當從情境興趣出發，當情境興趣碰到不同于自己所思所想的信息時，就會產生差異沖突就會引起心理失衡，為消除這種心理失衡就會想著探索新的信息。[ 4 ]實驗現象與學生前概念產生沖突，形成反差對比，引發學生進一步探索的欲望，新電池組實驗與初中所學基本一致，舊電池組實驗會有很明顯的差別。對比電路結構，分析問題存在，歸因電池導致。 引導學生進行全電路結構的認識，用電器、外電路、外電阻、外電壓（路端電壓），電源、內電路、內電阻、內電壓。內電阻與外電阻程串聯關系，那么內外電壓有什么關系。從整體的視角引導學生清晰認識電路，促進學生形成全電路物理觀念。

3.3? 系統——學科統整，實驗探究

學科統整說裝置，如圖2，原電池，槽內裝比重1.26 g/cm3稀硫酸，電源正（銅）負極（鋅）與稀硫酸組成的系統發生化學反應，方程式為：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，銅板附著氣泡為氫氣，化學反應釋放能量轉化為電能;正負極與電流表、電阻箱串聯形成閉合回路V3接在正負極兩端，測量外電阻的電壓;與正負極相鄰的有兩根探針與V4相連。電源里面是電解質，也是導體，也有相應的電阻為內電阻，兩探針之間不發生化學反應，電壓表測量對應的內電壓。

實驗探究找證據，外電阻變化，引起外電壓變化，而這個變化是不是跟內電壓有關，外電壓減少，內電壓是否會增加。

實驗準備講素養：電源配制溶液，取量96.15 mL濃硫酸稀釋至400 mL。電源使用前充電，新電池恒流充電電流100 mA，充電60 h，電壓可達2.1 V;舊電池，極板用清水清洗后充電36 h可用。數學字化信息系統實驗室（DIS），電腦軟件安裝，配備硬件實驗數據采集器，電壓傳感器2個、電流傳感器1個，其它電阻箱1個，開關1個。

實驗探索收證據：實驗過程進行DIS信息數據收集，培養學生應用工具進行數據收集，進行反思性思維，培養學生必備品格和關鍵能力。如2圖，V3測的電阻兩端的電壓（即外電壓），V4接在兩跟探棒之間，測量的是內電壓。連接電路后，通道2連接電流傳感器，通道3和4連接電壓傳感器分別測量內電壓U4和外電壓U3。使電阻箱電阻逐漸增加，采集相應數據如表1。

從采集數據分析可知，隨著外電阻增大，外電壓增大，內電壓減小，內外電壓基本保持不變。

3.4? 方法——科學思維，類比分析

在靜電場中，只有電場力做功的情況下，電場力做正功，動能Ek增加，電勢能EP減少，總能量E=Ek+EP不變。類比靜電場中電勢能跟動能的相互轉化，但總和保持恒定，由外電壓跟內電壓之和是一個常數，即E=U3+U4，引入電動勢的概念，這樣學生就不會感覺突然。在比如電場強度的概念等都是常數定義法引出的。最后在從能量的角度加以解釋，自然地引出：“電源電動勢，電源沒有接入用電器時電源兩端的電壓”，“電源電動勢，近似等于電壓表直接接到電源兩端時的電壓”。呼應引入實驗的感性興趣，發展學生理性興趣。讓學生應用辯證聯系的觀點看問題，理解全電路與部分電路的關系，真正理解閉合電路歐姆定律。普通高中物理課程標準（2017版）側重于理解閉合電路歐姆定律，從學習進階的角度單純理解電動勢有很大難度，在處理閉合電路歐姆定律的時候輕概念教學是合理的。

總之，統覺看作是由當前物理現象所引起的心理活動和過去知識、經驗的聯系，從而提高意識緊張度、清晰度的心理作用，激發學生理性興趣。做到舊觀念和新觀念相互融合，理論和實際統整應用。引導學生承認矛盾，分析矛盾，解決矛盾，注重過程發展，讓核心素養在統覺的過程中慢慢落實。

參考文獻：

[1] 赫爾巴特.普通教育學[M].北京： 人民教育出版社， 2019：111.

[2] 易忠兵.基于統覺理論的抽象概念激趣[J].中學物理，2008 （11） .

[3] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京： 人民教育出版社， 2018.

[4] 鐘啟泉.教學心理學十講[M].上海： 華東師范大學出版社， 2020：49.