物理概念形成的认知心理学基础初探

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1、 2. 逐渐积累, 形成序列 要注意将物理研究课题选择的开放性与 研究课题组织设计的序列化结合起来. 研究课 题的开放性为学生的主动探究、 自主参与和师 生合作探求新知识提供了广阔的空间. 序列化 则要求从学校实际出发, 注意做好课程资源开 发利用的积累工作, 在研究性学习展开的规 则、 设计上逐步形成一个不断深化的序列, 使 之与不同年级学生的发展水平及已有的经验 基础相适应, 使学生每年获得的体验和经验面 加宽、 力度加大. 3. 适应差异, 形成特色 不同地区、 不同类型学校、 不同学生开展 研究性学习活动是有层次差异和类型区别的, 因而在目标定位上可以各有侧重, 在研究课题 选择上也可

2、以各有特点. 我们应根据学校自身 的传统优势和校内外教育资源的状况, 构建有 地区特点和学校特色的研究性学习内容系列, 为学生根据自己的兴趣爱好和具体条件, 自主 选择研究课题留有足够的余地. 参考文献 1 胡兴宏. 关于学校实施研究性学习的构想. 上海教 育科研, 2000(1) 2 张大昌. 高中物理教学大纲中的课题研究. 课程 教材教法, 2000(2) (收期日期: 20010521) 第 30 卷 第 8 期 2001 年 8 月 中学物理教学参考 Physics Teaching in Middle School Vol. 30 No. 8 Aug. 2001 教育研究专论 物理概

3、念形成的认知心理学基础初探 谢 勤 ( 浙江省绍兴市职教中心 312000) 在物理教学过程中, 对物理概念的研究, 一般都是从教师如何“ 教” 的角度去讨论的, 对 物理概念教学的研究也不外乎是对物理概念 的教学过程、 物理概念教学的设计以及概念掌 握的标准等方面的研究. 从现代教育理论来 看, 对物理概念教学问题的研究, 不能只局限 于教师如何“ 教” , 还应着眼于学生如何“ 学” , 也就是说, 我们对物理概念的研究, 必须涉及 学生的学习心理, 即学生在学习物理概念过程 中, 是以怎样的方式形成物理概念. 因此对物 理概念形成的思考, 就有必要对物理概念形成 的心理基础作比较全面的认

4、识. 本文试图用认 知心理学的一些观点, 对物理概念形成的心理 机制及思维过程等作一初步探讨. 一、 认识心理的发生认知论观点 发生认识论的创始人、 世界著名心理学家 皮亚杰认为, 发生认识的发展涉及到图式、 同 化、 顺应和平衡四个方面, 其中图式是作为一 个核心的概念提出的. 图式就是动作的结构或 组织, 这些动作在相同或类似的环境中由于重 复而引起迁移或概括. 个体所以能对刺激作出 这样或那样的反应, 是由于个体具有能够同化 这种刺激的某种图式, 因而作出相应的反应. 图式最初来自先天遗传, 一经和外界接触, 在 适应环境的过程中, 图式不断变化、 丰富和发 展起来. 同化就是把环境因素

5、纳入机体已有的 图式或结构之中, 以加强和丰富主体的动作. 顺应就是改变主体动作以适应客观变化. 主体 通过同化和顺应两种形式达到机体与环境的 平衡, 产生新的图式. 可以看出图式、 同化、 顺 应和平衡之间的相互联系, 相互制约的关系, 而又是不断前进发展的, 图式正是经过了同 化、 顺应、 平衡而逐步构成新的水平. 如感觉动 作图式内化后就成为表象图式、 直觉思维图 4 式, 以至到一定阶段, 就构成运算思维图式, 等 等. 发生认识观点对概念及概念形成过程进 行了分析, 主要划分成四个阶段( 皮亚杰认识 形成的四段理论) : 感知运动阶段、 前运演阶 段、 具体运演阶段、 形式运演阶段.

6、 这四个阶段 在概念的形成过程中表现为: 隐概念、 前概念、 初概念和逻辑数学概念. 感知运动水平的活动是感知运动活动, 在 感知运动和概念化活动之间的活动是前运演 阶段的活动. 运演阶段( 包括具体运演和形式 运演) 的活动是“ 内化了或概念化了的活动” . 按照皮亚杰的“ 发生认识观点” , 概念形成不仅 与“ 感知运动” 、 “ 前运演” 、 “ 具体运演” 、 “ 形式 运演” 有关, 而且与“ 活动” 、 “ 图式” 、 “ 同化” 、 “ 顺应” 、 “ 平衡” 也是有关的. 可把它们表示成 如图 1 所示的框图. 图 1 概念形成发生认识模式框图 二、 物理概念形成的认知心理学基

7、础 物理概念形成显然是认知心理学中“ 概念 形成” 的一个实例. 因此, 物理概念的形成过程 可以用认知心理学的“ 四个过程” 进行分析, 即 前三个过程是物理概念的形成过程, 后一个过 程是物理概念的巩固和深化过程, 用框图表示 如图 2 所示. 图 2 物理概念认知心理学基础流程图 1. 图式积累 信息获取 物理思维概念 准备 发生认识论观点认为, 图式是形成概念的 基础, 是同化与顺应的工具 . 那么物理概念作 为概念的一个分支, 也必须具有丰富的物理图 式. 比如说, 有关物理概念就构成了最原始的 图式, 如“ 动” 、 “ 静” 的图式, “ 作用” 图式, “ 物 体” 图式等,

8、这些图式还能根据环境的各种活 动, 而不断运动、 丰富, 以逐渐向新图式转化. 环境的各种活动体现在物理概念形成中, 强调 物理实验和物理实例的准备. 物理概念是对物理现象、 物理过程的分 析、 综合、 概括而逐渐形成的. 因此, 概念的形 成必须通过感知活动、 观察实验、 经验事实等 的一系列准备, 即物理思维概念准备, 从认知 心理学角度来说是属于图式积累阶段. 物理思 维概念的准备还包括诸如数学中的“ 数” 、 “ 量” 准备. 这种图式一部分是当前所获得的, 但更 多部分是以前贮备的, 只是在外界环境的刺激 下, 隐存于人的意识中的概念( 隐概念) 被激 活, 作为进一步思维的活跃组织

9、. 这就是为什 么我们总是强调在概念教学中要以实验为基 础, 使学生获得必要的感性认识. 由认知心理学可知, 在物理概念形成的第 一阶段中, 教师的引导作用仍是十分重要的, 典型实验、 典型实例无疑是概念教学的基础与 前提. 2. 同化顺应 信息加工 寻找物理思维 规律 皮亚杰的发生认识观点认为, 在活动基础 上建立起认知图式. 学生也总是用已有的图式 去认识事物, 如果主体能把外界的刺激纳入已 有的图式, 这就是同化过程. 在物理概念的建 立过程中, 如果主体能将外界的物理现象纳入 原有的物理概念之中, 这种同化过程就丰富了 原有的物理概念, 促进了概念的发展. 反之, 如 果主体把已有的图

10、式中的信息作用于环境, 使 主体主动适应环境, 并根据环境又调节原有的 图式使之更加合理, 这就是顺应阶段. 物理概 5 念教学中的观察、 比较、 综合、 分析、 归纳、 抽象 等活动, 就是物理概念的同化与顺应. 通过同 化、 顺应过程, 物理概念就呈螺旋式的前进趋 势, 直到物理概念的形成. 3. 平衡重建 抽象本质 物理概念的形 成 皮亚杰的发生认识观点认为, 在图式的不 断发展过程中, 主体是不平衡的, 主体总是试 着向平衡方向发展, 即主体不断对自身图式调 整, 以适应环境, 然后达到较为稳定的平衡( 或 者是远离平衡) . 通过这一系列的活动而产生 了新的图式. 联系物理概念的形成

11、, 学生在一 系列的物理思维活动中, 通过自身原有的物理 思维概念不断与环境作用, 不断产生新的而又 较模糊的物理概念( 或者称为前科学概念) , 这 个模糊的物理概念再与外界的物理现象相互 作用后, 逐渐清晰, 当能够用这种较清晰的物 理概念又同化更多的物理现象时, 物理概念就 形成了. 4. 概念再同化 信息再比较 物理概念 的巩固与深化 发生认识的观点认为, 新图式的形成, 可 以同化更多的客体. 同样, 新的物理概念也只 有在同化了更多的物理现象以后才被检验, 这 是物理概念形成的关键所在. 由此可见, 物理概念只有在应用中才能得 到巩固、 深化与发展. 三、 物理概念形成的实例分析

12、在力学体系中, 力是最基本的物理概念, 对“ 力” 的概念有一个比较清晰的认识, 对于学 生构建整个力学体系具有十分重要的意义. 在学习“ 力” 的概念时, 在学生头脑中往往 已有关于“ 物质” 、 “ 相互” 、 “ 作用” 等概念的存 在, 这就是所谓的“ 力” 的概念存于意识中的图 式. 当教师引入“ 力” 的概念时, 一般先做“ 手推 桌子” 的实验, 这时的手、 桌子将被原有图式的 “ 物质” 同化, “ 推” 又能被“ 作用” 同化. 而手推 桌子, 桌子又有一个力反作用于手, 这种相互 的关系, 一般刚开始不能纳入已有的图式, 这 就得调整已有图式的“ 作用” , 转化为“ 相互

13、” 的. 这仍需要有实验支撑, 如用图钉的尖端作 用于手指, 手指就会感到痛, 这是因为图钉对 手有一个作用, 进而形成“ 相互作用” 的图式. 当做磁铁相互吸引的实验时, 这种作用对大多 数学生来说又不能纳入“ 相互作用” 的图式( 原 先学生认为作用应该是接触的) , 这样学生又 得调整图式, 相互作用“ 变” 的是可以接触, 也 可以是不接触的, 而这整个图式用“ 力” 这一词 来概括, 就有了与原有“ 力” 以为是“ 力气” 有进 步, 形成了正确的“ 力” 的概念, 这一发生认识 的观点对“ 力” 的概念形成可用如图 3 所示的 框图表示. 图 3 力概念形成的发生认知框图 发生认识

14、的观点在力概念形成中, 对力的 一系列的同化、 顺应与对力的物理现象的加 工, 而后建立力的概念都遵循力概念形成的三 个阶段. 总之, 依据认知心理学能有效地利用认知 规律对学生进行物理概念教学. 参考文献 1 美 罗伯特L索尔索著, 黄希庭等译. 认知心 理学. 北京: 教育科学出版社, 1990 2 英玛博登, 胡刚译 . 发生认识论创造人皮 亚杰. 长沙: 湖南人民出版社, 1988 3 朱智贤, 林崇德. 思维发展心理学. 北京师范大学出 版社 4 乔际平. 物理教学心理学. 北京: 高等教育出版社 5 查有梁等. 物理教学论. 南宁: 广西教育出版社 6 陈劲. 物理概念与层次教学. 物理教学探讨, 1998 ( 5) 7 陈金苗. 谈物理概念教学中的概念同化. 物理通报, 1998(3) (收稿日期: 2001- 03- 21) 6