王嬌++李文婷++張紅洋

摘要：心智模型是一種存在潛意識(shí)中的思維定勢(shì)，對(duì)我們的思維和行動(dòng)有很大影響，了解學(xué)生的心智模型可以深入理解隱藏在學(xué)生頭腦中的思維結(jié)構(gòu)，在了解學(xué)生心理特點(diǎn)和規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)可以提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量.動(dòng)能定理是高中物理中一節(jié)重要的規(guī)律課，應(yīng)用范圍比較廣，是高考?？嫉膬?nèi)容之一，具有重要的研究意義.本文采用二段診斷法和非結(jié)構(gòu)訪談法研究了高一年級(jí)學(xué)生關(guān)于動(dòng)能定理的心智模型.結(jié)果表明，學(xué)生的心智模型具有多樣性、情境依賴性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，并根據(jù)研究結(jié)果提出了相關(guān)教學(xué)建議

關(guān)鍵詞：動(dòng)能定理；心智模型；二段診斷法；非結(jié)構(gòu)訪談法

作者簡(jiǎn)介：王嬌（1991-），女，研究生，研究方向課程與教學(xué)論；李文婷（1991-），女，研究生，研究方向課程與教學(xué)論；

張紅洋（1973-），男，副教授，博士，研究方向物理教育研究.

學(xué)生的個(gè)體差異對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響是教育研究中的一個(gè)重要的課題.建構(gòu)主義認(rèn)為，對(duì)事物的理解不是簡(jiǎn)單由事物自己決定的，事物信息要被人理解，這依賴于個(gè)體原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，不同人的理解常常會(huì)因此有所不同.心智模型是外部世界在個(gè)體頭腦內(nèi)部的表征，用來(lái)解釋人們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)事物和現(xiàn)象的理解.學(xué)生受環(huán)境、已有知識(shí)、思維習(xí)慣等的影響，學(xué)習(xí)過(guò)程中構(gòu)建出不同的心智模型，學(xué)生構(gòu)建的心智模型代表他們?nèi)绾卫斫饽骋恢R(shí)，不同的心智模型代表了他們不同的理解，學(xué)生們表現(xiàn)出來(lái)的學(xué)習(xí)效果也因此而不同.近年來(lái)心智模型在各個(gè)領(lǐng)域引起了人們的重視，2012年美國(guó)頒布的《K-12科學(xué)教育的框架：實(shí)踐，跨學(xué)科概念與核心概念》也將心智模型寫入課程文件，對(duì)心智模型的研究具有重大意義.

動(dòng)能定理是高中物理中一節(jié)重要的規(guī)律課，是功能關(guān)系的重要體現(xiàn)，應(yīng)用范圍比較廣，是高考常考的內(nèi)容之一，具有研究意義.本文通過(guò)對(duì)高一年級(jí)學(xué)生關(guān)于動(dòng)能定理心智模型的研究主要完成兩個(gè)任務(wù)：（1）挖掘?qū)W生關(guān)于動(dòng)能定理的心智模型；（2）提出相關(guān)的教學(xué)建議.

1心智模型簡(jiǎn)介

心智模型最早是由蘇格蘭心理學(xué)家克雷克（Craik）1943年在《The Nature of Explanation》中提出的，他認(rèn)為心智模型是心智將現(xiàn)實(shí)構(gòu)建成“小型的模型”，并用它來(lái)對(duì)事件進(jìn)行預(yù)測(cè)、歸因以及做出解釋.之后這一術(shù)語(yǔ)被認(rèn)知心理學(xué)家和認(rèn)知科學(xué)家所采用，普利斯頓的約翰遜·萊爾德（Johnson·laird）教授認(rèn)為心智模型是用來(lái)解釋人們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)事物和現(xiàn)象的理解.美國(guó)麻省理工學(xué)院心理學(xué)家彼得·圣吉在他的著作《第五項(xiàng)修煉》中指出心智模型是一種深植于人們心中對(duì)周圍及世界的看法和采取的行動(dòng).心智模型就像一個(gè)濾鏡一樣會(huì)限制我們的注意力，不同的人在觀察同一件事情時(shí)關(guān)注的細(xì)節(jié)不一樣，所以對(duì)事情的描述也不一樣，正所謂“一千個(gè)觀眾眼里就有一千哈姆雷特”.心智模型不僅決定我們看到的東西，還決定我們的行動(dòng).本文以高中生關(guān)于動(dòng)能定理的心智模型為例進(jìn)行研究.

2研究方法

21樣本選取

樣本選自陜西省洛南中學(xué)高一年級(jí)，在高一年級(jí)普通班中隨機(jī)抽取兩個(gè)班進(jìn)行調(diào)查，普通班的學(xué)生學(xué)習(xí)層次分明，調(diào)查更有代表性.樣本總?cè)萘渴?6人，女生40人，男生46人，學(xué)生所用物理教材是人教版必修2，動(dòng)能定理分布在第七章第2節(jié)，本研究是在學(xué)生學(xué)習(xí)完動(dòng)能定理課程并完成課后及配套練習(xí)之后開展的.

22研究方法

研究方法采用二段診斷法和非結(jié)構(gòu)訪談法.二段診斷法（Two-stage test）指學(xué)生在作答后還要給出作答的解釋和過(guò)程，使內(nèi)隱于學(xué)生頭腦內(nèi)部的心智模型顯化.二段診斷法是通過(guò)學(xué)生的書面表達(dá)形式了解學(xué)生的心智模型，用非結(jié)構(gòu)訪談法來(lái)補(bǔ)充學(xué)生不能用二段診斷法表達(dá)清楚的項(xiàng)目，更準(zhǔn)確地了解學(xué)生的心智模型.試題包括7道選擇題和2道計(jì)算題，分為三個(gè)主題：（1）功能關(guān)系的理解；（2）對(duì)動(dòng)能定理定義的理解；（3）對(duì)動(dòng)能定理的應(yīng)用.調(diào)查結(jié)果如表1所示.

3結(jié)果分析

3.1功能關(guān)系心智模型

動(dòng)能定理是功能關(guān)系的一種具體表現(xiàn)，學(xué)生理解功能關(guān)系是理解動(dòng)能定理的基礎(chǔ)，如表2所示，學(xué)生功能關(guān)系的心智模型主要有4種：（1）功是能量轉(zhuǎn)化的量度；（2）功是物體能量的量度；（3）功可以轉(zhuǎn)化為能量；（4）功和能一樣.在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于功和能這兩個(gè)概念的理解偏差影響了學(xué)生對(duì)功能關(guān)系心智模型的構(gòu)建，對(duì)功和能概念，學(xué)生更不容易理解能量，學(xué)生對(duì)能量的理解僅限于對(duì)教材上定義的字面意思，沒(méi)有理解其本質(zhì).

3.2動(dòng)能定理定義理解的心智模型

動(dòng)能定理描述了合外力做的功與動(dòng)能改變量之間的關(guān)系.如表3所示，學(xué)生關(guān)于動(dòng)能定理定義理解的心智模型主要有：（1）合力做的功為零，合力一定為零；（2）合外力為做的功為零，動(dòng)能改變量為零，合力不一定為零；（3）合外力做的功為零，單個(gè)力做的功不一定為零，物體的動(dòng)能可能改變；（4）如果物體做變速運(yùn)動(dòng)，物體的動(dòng)能一定改變，合外力做的功一定不為零.心智模型為（1）、（3）、（4）的學(xué)生對(duì)動(dòng)能定理的定義理解錯(cuò)誤或片面，他們形成這樣的心智模型的主要原因是對(duì)功、速度等概念理解片面.對(duì)于心智模型為類型（1）的學(xué)生，潛意識(shí)里“力”是影響做功大小的主要因素，忽略了功的大小還受位移、力和位移所成角度的影響；心智模型為類型（3）的學(xué)生認(rèn)為只要有力做功物體的動(dòng)能就會(huì)改變，這源于教材中對(duì)動(dòng)能定理的定義，且教材是以一個(gè)力做功為例來(lái)推導(dǎo)動(dòng)能定理的，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中偏重記憶公式造成了學(xué)習(xí)的負(fù)遷移；心智模型為類型（4）的學(xué)生對(duì)速度的理解比較片面，潛意識(shí)里認(rèn)為速度的改變只有速度大小的改變，忽略了速度的改變還包括方向的改變.

3.3動(dòng)能定理應(yīng)用的心智模型

物理是一門與實(shí)踐接觸特別緊密的學(xué)科，學(xué)生不僅要理解動(dòng)能定理的定義，還要能夠在具體的情景中應(yīng)用動(dòng)能定理，用動(dòng)能定理解釋生活和生產(chǎn)中的現(xiàn)象.動(dòng)能定理的適用范圍比較廣，表4統(tǒng)計(jì)了學(xué)生在運(yùn)用動(dòng)能定理解決直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題、曲面問(wèn)題、圖象問(wèn)題滑塊滑板模型時(shí)的作答情況.表4結(jié)果表明，同樣的情景，不同學(xué)生有不同的理解，每道題學(xué)生都給出多種作答情況，可見學(xué)生在運(yùn)用動(dòng)能定理時(shí)的心智模型具有多樣性.針對(duì)學(xué)生作答比較多的5題、7題和9題為例對(duì)學(xué)生動(dòng)能定理應(yīng)用的心智模型進(jìn)行分析.

第5題要求學(xué)生運(yùn)用動(dòng)能定理解決圖象問(wèn)題，學(xué)生需要正確解讀圖象的物理意義并結(jié)合動(dòng)能定理來(lái)解決問(wèn)題.導(dǎo)致該題作答具有多樣性主要有兩種心智模型：（1）v-t圖象面積表示是合外力做的功；（2）根據(jù)圖象判斷物體在整個(gè)過(guò)程中受恒力作用情況.在訪談過(guò)程中，脫離第5題題目情景問(wèn)學(xué)生v-t圖象面積的物理含義時(shí)，學(xué)生能立刻回答“物體的位移”，可見物理情景對(duì)學(xué)生的心智模型有較大的影響；第7題是一道滑板滑塊模型的題目，導(dǎo)致第7題作答多樣性的主要心智模型是在求解合外力做功時(shí)，學(xué)生所用的位移是滑塊和木板之間的相對(duì)位移而不是物體的對(duì)地位移，學(xué)生在解決物理問(wèn)題時(shí)習(xí)慣套用做題技巧，分析問(wèn)題的心智技巧較差，學(xué)生對(duì)物理規(guī)律應(yīng)用的靈活性較差；第9題是一道綜合計(jì)算題問(wèn)題，在這道題目的作答中，只有10%的人能夠正確作答.在訪談中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生能夠以“定義”的形式理解動(dòng)能定理，但對(duì)于具體的、復(fù)雜的物理情境卻不知該如何入手，需要在教師的引導(dǎo)和幫助渡過(guò)從形象思維到抽象思維過(guò)渡的“思維斷乳期”.

4結(jié)論與建議

4.1結(jié)論

通過(guò)對(duì)高一年級(jí)學(xué)生動(dòng)能定理心智模型的調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn)：（1）學(xué)生的心智模型具有多樣性，同一知識(shí)在學(xué)生頭腦內(nèi)部的表現(xiàn)存在差異，不同學(xué)生構(gòu)建了不同的心智模型；（2）學(xué)生對(duì)物理概念的理解是片面的，例如對(duì)于速度的改變的理解是速度大小的改變，認(rèn)為力是影響做功大小的主要因素；（3）學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中重結(jié)果輕過(guò)程，重記憶輕理解，學(xué)習(xí)態(tài)度比較功利；（4）學(xué)生的心智模型具有情境依賴性，同樣的概念，學(xué)生在不同的情境中構(gòu)建的心智模型不同.

4.2建議

421引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的物理學(xué)習(xí)態(tài)度

在應(yīng)試教育的大環(huán)境下，學(xué)校僅以學(xué)生的考試成績(jī)對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中追求以分?jǐn)?shù)為目標(biāo)的高效學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)態(tài)度功利性較強(qiáng)，忽略了對(duì)物理概念本質(zhì)的理解和物理核心能力的提升，將大量的時(shí)間花在練習(xí)做物理題上.教師在教學(xué)過(guò)程中起主導(dǎo)作用，在教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的學(xué)習(xí)態(tài)度，在傳授知識(shí)的同時(shí)提升學(xué)生的物理核心能力和物理學(xué)科品質(zhì).

422教師在教學(xué)過(guò)程中要挖掘?qū)W生的心智模型

傳統(tǒng)的教學(xué)中重視宏觀經(jīng)驗(yàn)，傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)只能觀察學(xué)生宏觀的外部表現(xiàn)，不能挖掘?qū)W生微觀的心理特點(diǎn)和規(guī)律.心智模型可以反映學(xué)生的心理特點(diǎn)和規(guī)律，在了解學(xué)生心理特點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)，有利于因材施教的實(shí)施，提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量.教師在教學(xué)過(guò)程要多與學(xué)生進(jìn)行交流并結(jié)合相關(guān)測(cè)驗(yàn)可以很好地了解學(xué)生的心智模型.

423教學(xué)中引入原始物理問(wèn)題

原始物理問(wèn)題是自然界及社會(huì)生活生產(chǎn)中客觀存在且尚未加工的問(wèn)題.原始物理問(wèn)題只有對(duì)物理情境的描述而沒(méi)有設(shè)置已知量和未知量，可以讓學(xué)生感受到物理的實(shí)用價(jià)值和激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建正確的心智模型.

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