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1、皮亚杰理论对物理教学的启示,一、造成“物理难学、难教”的原因,造成“物理难学、难教”的原因有很多，其中主要原因之一可能是学生日常生活中由于自发“内化形成”了不少前概念，在这些前概念中存在着许多错误观念，而这些错误观念在教学中未得到纠正、清除，使正确认识难于形成和巩固。学生头脑，早已不是一张白纸，在上面已经不能随意写字，画画了。,关于中学生对物体在液体中所受浮力的前概念的调查,1.被调查的学生一致认为，一块长木头竖着放入水中比横着放入水中时受到的浮力小。理由是竖着放时底面积小，而横着放时底面积大，所以浮力大。有的学生还说，遭灭顶之灾的人是因为他们想在水中竖起身子，这样浮力小，漂浮不起来。如果他们
2、横躺在水面上就能漂浮起来，不致淹死了。,2.他们一致认为，大小一样的实心铁球和空心铁球放在水中时所受的浮力不同。空心铁球所受的浮力大，因为其中有空气；而实心铁球所受的浮力小（有的学生甚至说没有浮力），因为其中没有空气。,3.一块大的均匀物体沉没于水中，若将它分成大小两部分，这两部分是否像原来那样沉没于水中？大多数同学认为，大的部分因为重，所以依然沉没于水中；小的部分因为轻，所以能漂浮起来。,4.一物体浸没于水中所受的浮力与浸没的深浅有无关系？大多数学生认为，物体浸没越深所受的浮力越大，理由是他们往水中按物体时越深越费力。,5.沉没于盛有水的容器器低的物体受不受到浮力？大多数学生认为，不受浮力作
3、用，因为漂浮不起来。,6.所有的学生都认为，使同样大小的铁块和木块完全浸没于水中，则木块所受的浮力大，因为一松手它就能漂浮起来。,7.他们全都认为不用外力，木块不能自行沉没于液体(如，水、酒精、油等)中。他们说：“不会有这种事情！”有的学生特别强调，木块不能沉没于油中，因为油轻，浮力大。,8.他们全都认为，不施加外力，铁块不能漂浮于任何液体上，因为铁太重！,由调查可以得到以下几个结论,1.学生的前概念中错误观念很多； 2.所有这些错误观念都是在长期日常生活中形成的，有的（如1、2、6、7、8）甚至是根深蒂固的，学生深信不疑，认为有“事实”根据，能“解释”现象； 3.这些错误观念都是潜移默化形成
4、的，都是潜在的，平时并不表现在外。如果我们不调查研究，就无法知道。,皮亚杰理论对说明错误认识的意义和作用，为纠正和破除错误认识提供了正确、坚实的理论基础。皮亚杰理论正确地阐明了人类的认识发展的途径。动作产生认识，当然也会产生错误认识。“当动作可以重复和概括化时，我们就说这动作是具有一定图式的。”这就是说重复的动作也可以产生正确的和错误的图式。图式是指导人的思想和行动的“心理蓝图”，这就是说，错误图式也是指导人的思想和行动的“心理蓝图”，没有例外。因此，只重视正确认识的作用，而轻视错误认识的破坏作用是极其错误的。,错误认识既不能忽略，也不能以简单方式处理。例如有时教师三言两语指出错误认识，以为这
5、样它们就可以烟消云散了。因为按照皮亚杰理论，图式不能抛弃，图式既不是图书馆中的书籍，也不是计算机中的子程序，可以不费事地储存好的、排除坏的。我们只能改造、转换旧图式成为新图式，而不能抛弃旧图式建立新图式。,我们也不能置错误认识于不顾，只“正面”传授知识，形成正确认识。有这种教学观点的人自觉不自觉地认为只需要“正面”传授知识，学生就能接受。如果他们仍然不能理解，可以多讲几遍，就能达到目的。其实这是错误的。因为按照皮亚杰理论，人们认识什么和如何行动取决于他们所具有的图式，而不取决于别人所传达的信息。他们按他们所具有的图式吸收和排斥信息，在有错误认识存在的情形下，会在头脑中形成和别人传达的信息极不相
6、同的东西。也就是说，在此情形下，正确理解通常是不可能的。不管“正面”传授多少遍，都不大容易增进学生的理解，只能使他们机械地记住一些词句。他们有时看起来是“理解”了，但只要错误认识不破除，就仍然在某些预料不到的时间和地点，以人们“莫名其妙”的方式表现出来。,“正确认识建立了，错误认识也就自然解决了。”这种看法也是错误的。对于青少年，他们还没有这样的逻辑推理能力，还不能用推理来清除错误认识。他们还受到错误认识这种潜意识的支配。,总之，经验和理论都证明:先入之见、成见、误解等错误观念的产生有必然性，而且它们是潜在的，并不公开表现在外。这些错误认识又不容忽略或简单处理。一般地讲，不能只经过“正面”教学
7、来树立正确认识。即使正确认识建立了，错误认识一般不能自行消除。因此，有必要深入广泛地了解学生，并研究正确的教学方法，把一切“暗礁”、“地雷”找出来，纠正和清除它们。这一工作对于初学物理的学生特别重要。因为物理学特别难学，这是由其学科本身的性质决定的，而在初学时期，学生对物理错误认识又特别多。因此，为了是初学者能学好物理，我们必须做好这两种工作：找出一切“暗礁”、“地雷”并清除它们。,事实上，我们成年人，甚至科学家，也不是逻辑推理的机器，我们也受到成见和误解的支配。只有伟大的科学家，才有足够的逻辑勇气，摆脱成见和误解的支配，清除它们。,二、学生运算模式的鉴别,1、皮亚杰诊断法的发展,运算模式就是
8、图式，是“材”中最重要的东西。什么是“材”？用什么方法来了解和鉴别学生的“材”？对于这样的问题，每个人，每个不同学科的教师和研究工作者都可能有不同的理解和回答。,通过对皮亚杰智慧观的学习。我们知道，皮亚杰最重视的是学生所能运用的运算阶段和运算阶段的发展，因为运算阶段是指导人们思想和行为的“心理蓝图”。他认为学生的运算阶段是不断发展着的，而且在形式运算阶段达到最高发展阶段，掌握的运算模式也最为全面。,皮亚杰及其学派是如何理解“材”的呢？,1.1在理科教学中皮亚杰诊断法举例,以前我们介绍过，皮亚杰了解儿童所具有的运算阶段的方法是“诊断法”，这是对被试者个别的面谈、面试方法。这当然是及其有效的重要方
9、法。那么，这种方法在理科教学中具体应用呢？,我们可以利用美国戴维森影片公司1976年出版的一部35分钟的教学影片形式运算模式来简要说明。,影片中出现两位面试主持人。一位接受面试的中学生（有几个接受面试的中学生，但一次只允许一个学生出席）和一个皮亚杰作业（那次面试共有四个皮亚杰作业，但一次只提出一个作业）。两位面试主持人是丽塔彼得森博士和罗伯特卡普勒斯博士。他们用皮亚杰的探测诊断法，设法使学生表达他们的思想，但不教他如何完成这些作业。在几个中学生是加利福尼亚大学（伯克利）附中的学生。这些学生按照伯克利高潜力中学生教学计划学习。他们在某一领域（不仅仅是学业成绩）上智力超常。这是学生的表现在拍电影前
10、没有预演，他们事前完全不知道，因而谁也没有为面试做准备。尽管这些学习不是中学生随机抽样的代表，但电影表明形形色色的这样的中学生集体都可以表现出所有两种类型（具体型和形式型）运算阶段。,四个题目和简要的进行方法如下：,题目1：比例思维,比例问题由伊丽莎白卡普勒斯、罗伯特卡普勒斯和沃伦沃尔曼于1974年首先提出。,让学生看两位先生（高先生和矮先生）的画像，并用大号回形针做成的链条量两位先生的身高。然后给学生小号回形针做成的链条，但只让他量矮先生的身高，不允许他量高先生的身高。要求他用计算的方法，求高先生的身高为几个单位小号回形针。,由影片可以看出这几个学生的面试结果。有的学生运用了形式运算模式，用
11、比例来计算高先生的身高；有是则只会用具体运算模式，认为两位先生身高之差的小回形针书和大回形针数相等，这当然是错误的。,题目2：分离和控制变量,弹性棍，由巴伯尔英海尔德和皮亚杰与1958年首先提出。,在这一影片中所映出的作业是利用由五根水平夹紧的棍组成的装置。主持人让被试者在给棍上加重量（利用砝码和钩码），这是棍会产生弯曲。然后主持人问被试者：“棍的弯曲程度 与哪些变量有关？”,这一装置可以分离并控制四个变量：棍的长度、粗细、材料和所加砝码是重量。,面试结果表明，在分离变量和控制变量两方面完全正确者极少。这样的学生表现出具有分离和控制变量的形式运算模式。完全不能分离和控制变量的学生一个也没有，但
12、有的只能分离最简单的变量，如长度或重量。这只能算是具体运算模式。,分离和控制变量这种形式运算模式对于理解许多科学实验和教材是关键性的，因为大多数自然现象都取决于几个变量。时常看到有的教师认为学生当然具有这种运算能力，所以对尚不能应用这种运算模式的学生提供训练和讲解是不合适的。,题目3：组合思维,化学变化，由巴伯尔英海尔德和皮亚杰于1958年首先提出。,影片中映出的题目是给液体染色。有五个玻璃瓶，其中盛有不同的无色透明液体。瓶上的标号分别是1、2、3、4、G。从一瓶或几瓶中取出少量液体，与从G瓶中取出的少量液体相混合，可能产生化学作用，形成棕色液体。让学生看看这种颜色，并要求学生自己做实验，判断
13、哪一瓶或哪几瓶中的液体和G瓶中的液体混合，能发生化学作用，形成棕色液体，哪一瓶或哪几瓶中的液体与G瓶中的液体混合，不能形成棕色液体。,面试结果表明，有的学生运用了形式运算模式，能考虑到一切可能性，有的学生则不能系统完整地试验所有液体组合，只是偶然地组合几种液体。,题目4：比例思维和分离变量,等臂杠杆，由巴伯尔英海尔德和皮亚杰于1958年首先提出。,影片上的最后一个作业杠杆平衡，要求学生应用比例思维，同时也能分离重量和距离这两个变量。杠杆支点的两边分别有20个挂砝码的槽口，在第10个槽口上有一记号，但未标明数字。另备一些砝码和钩码，足够应用。,在面试开始时，让学生看到杠杆平衡状态：在每臂上第10
14、个槽口距离处分别挂上一个10单位的砝码。,然后提出下面四个要求：,用一个7单位砝码和一个3单位砝码，平衡一个放在离支点10单位出的10单位砝码； 用一个5单位砝码平衡一个离支点10单位距离处的10单位砝码； 用一个7单位砝码平衡一个离支点14单位距离处的10单位砝码。 用一个7单位砝码平衡一个离支点7单位距离处的5单位砝码。,能用比例思维处理以上各项要求的学生是具有形式运算模式的学生。在影片中可以看出这样的学生很少。使用具体运算模式的学生有一种普遍的认识：在一臂上增加的距离补偿在另一臂上增加的重量，反之亦然。除了最简单的2:1情况外，他们在其他一切情况下不会有比和比例，只能定性思维或用重量差和
15、距离差。,1.2了解学生运算模式的集体测验法,皮亚杰诊断法在学校教学中有时不能应用。例如新学年开始，大批学生到校；同时老生升级，也有可能换一批教师任教；或者一位新教师到校任教。在这个时候，教师需要在很短的时间内了解到每个学生的预算阶段，以便“因材施教”。很显然，在这个时候使用个别面谈诊断法是不行的。因为使用个别面谈法要用很长的时间才能对全班学生做到全面了解，这使教学质量受到损失，而且使用这样的方法，教师的负担是很重的。,此外，诊断法需要有经验的主持人（教师），不然谈话结果会因人（包括主持人和接受谈话的面试者）而异。不仅如此，在大量被试者等候面试时，不可避免地要“打听”测验题目和正确答案，互相“
16、交流经验”，这样测验结果的可靠性会产生相当大的问题。因此，快速而可靠地了解学生的运算模式是一个急需解决的重要问题 。,1965年开始出现了用集体笔试学生运算模式的方法。这种方法在形式上和通常的集体笔试方法完全相同，知识测验要求的不是测验知识，而是测验学生的运算模式，因此测验的目的和内容不同。这种方法不用实验设备，所需时间段，这是它的优点。但是许多理科教育家认为这种方法与皮亚杰个别面试诊断法相去太远，两种方法得出的结果很不一致。这种方法要求被试者有较强的读写能力。在没有实验时，学生理解题意也有困难，更不用说正确答题了。这就是相当多的被试者测验成绩不好，而这些被试者在有实验操作、生动语言和宽松的个别面谈情况下极有可能成功。,1975年，罗厄尔和霍夫曼提出了另一种集体测验形式。对以上方法有了改进。给每个被试者准备一份测试小册子和一套有关的实验仪器设备。测试小册子中除测试题外还有实验指导说明。这一测验形式在具有实验方面是个改进，但需要大量的仪器设备，教师准备很费时间；学生对实验说明的理解有困难，有不按要求实验和操作情形；测试时课堂秩序很乱，管理困难。效果很不好。
