孫鷹淵 吳偉

摘 要：核心素養(yǎng)要求教師對學(xué)生的自主發(fā)展更加重視，提高學(xué)生“學(xué)會學(xué)習(xí)”的能力。在物理學(xué)習(xí)方面，建議教師培養(yǎng)學(xué)生使用概念圖作為學(xué)習(xí)物理的基本學(xué)習(xí)工具，同時利用信息技術(shù)實現(xiàn)構(gòu)圖和修改，以便在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)使用概念圖，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：學(xué)會學(xué)習(xí)；概念圖；物理；基本學(xué)習(xí)工具；信息技術(shù)

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）4-0014-5

1 “學(xué)會學(xué)習(xí)”理念對師生的要求

“學(xué)會學(xué)習(xí)”作為核心素養(yǎng)要求里的六大素養(yǎng)之一，首先需要明確其主體為學(xué)生。學(xué)習(xí)的主體既然是學(xué)生，那么教師在學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中就應(yīng)當(dāng)扮演配角。那么，如何讓學(xué)生“學(xué)會學(xué)習(xí)”便是教師需要思考的重要問題。授人以魚不如授人以漁，教師需要通過對自身學(xué)習(xí)經(jīng)驗的總結(jié)，結(jié)合對學(xué)生認知發(fā)展的思考，選擇合適的學(xué)習(xí)方法傳授給學(xué)生。對于物理學(xué)科而言，教師需要尋找合適的方法幫助學(xué)生學(xué)會物理學(xué)習(xí)，而學(xué)生需要在教師的培養(yǎng)和引導(dǎo)下學(xué)會物理學(xué)習(xí)。概念圖則是一個較好的結(jié)合點。

在教育心理學(xué)領(lǐng)域，概念圖（Concept Map或Concept Mapping）作為一種被眾多國際學(xué)者認可的意義學(xué)習(xí)（Meaningful Learning）工具，被廣泛用于國外的理科課堂。國內(nèi)近年來已有諸多學(xué)者結(jié)合概念圖和物理學(xué)科教學(xué)的特點，將概念圖引入物理學(xué)科教學(xué)中，并發(fā)現(xiàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理邏輯思維，提高學(xué)生的物理成績。但是，國內(nèi)的研究和實證周期都較短，且主要以教師為主體，用概念圖呈現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)或者利用概念圖評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況為主，這與“學(xué)會學(xué)習(xí)”要求強調(diào)學(xué)生的主體行為不符[1]。

意義學(xué)習(xí)由Ausubel提出，強調(diào)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中對知識的理解，不斷從外部同化新知識，從而促進大腦形成系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)[2]。概念圖作為意義學(xué)習(xí)的工具，是在認知主義學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上由Cornell大學(xué)的Novak教授提倡的學(xué)習(xí)工具。Novak教授在其著作《Learning how to Learn》中，論述了學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)的必要性以及利用概念圖輔助意義學(xué)習(xí)的高效性。概念圖主要呈現(xiàn)概念之間的邏輯關(guān)系，而概念圖的構(gòu)圖過程往往能反映出構(gòu)圖者的思維過程，也就是構(gòu)圖者對某些概念的認知過程[3]。

2 應(yīng)用概念圖幫助學(xué)生學(xué)會物理學(xué)習(xí)

2.1 教師在教學(xué)的過程中幫助學(xué)生學(xué)會應(yīng)用概念圖

學(xué)習(xí)行為中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，而最初學(xué)生對于概念圖不具有自發(fā)的使用意識，需要教師通過引導(dǎo)和演示的方式來幫助學(xué)生培養(yǎng)相關(guān)能力。教師通過演示構(gòu)圖過程，呈現(xiàn)圖的結(jié)構(gòu)和使用圖式的評價來促進學(xué)生對概念圖的學(xué)習(xí)，從而幫助學(xué)生掌握并使用概念圖進行物理學(xué)習(xí)的方法。

2.1.1 物理教師在課堂演示構(gòu)圖過程，幫助學(xué)生熟悉構(gòu)圖步驟

教師在設(shè)計教學(xué)內(nèi)容時，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以將部分適合進行概念圖式呈現(xiàn)的陳述性知識教學(xué)設(shè)計成具有探究性的課堂[4]。課堂上，教師設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生進行概念圖的構(gòu)建。同時，在培養(yǎng)階段的初期，教師可以利用概念圖演示問題解決的過程，起到示范作用。學(xué)生通過多次模仿，以及教師的指導(dǎo)和幫助，逐漸掌握利用概念圖進行科學(xué)探究。同時，教師可以設(shè)置相關(guān)的課后探究課題，幫助學(xué)有余力且善于思考的學(xué)生進一步熟練使用概念圖進行問題解決，提高學(xué)生的邏輯思維能力，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的能力。

2.1.2 物理教師在課堂呈現(xiàn)概念圖結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生把握認知結(jié)構(gòu)

對于課堂教學(xué)中講授的知識點，可以通過概念圖的方式進行整體呈現(xiàn)。物理知識的結(jié)構(gòu)具有很強的整體性，對于一節(jié)課的知識點概念，一般是基于相關(guān)前置章節(jié)的概念進行延伸和拓展，所以教師可以通過可視化的方式呈現(xiàn)概念圖中新概念、新鏈接的生成，來幫助學(xué)生回顧并明晰課堂內(nèi)容在整體知識結(jié)構(gòu)中的邏輯關(guān)系。由教師作為主體進行演示，旨在幫助學(xué)生明確物理學(xué)習(xí)的概念結(jié)構(gòu)。同時，教師可以請學(xué)生結(jié)合自身的經(jīng)驗，對物理已學(xué)的知識進行概念圖結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)。教師通過診斷和分析，幫助學(xué)生了解自身學(xué)習(xí)情況和知識建構(gòu)情況，從而幫助學(xué)生進一步提高。

2.1.3 物理教師可以利用概念圖進行過程性評價，幫助診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)情況

目前國內(nèi)的評價方式較為單一，主要以筆試與實驗的成績考核為主，缺少對學(xué)生的過程性評價。通過概念圖在學(xué)習(xí)行為中的工具性作用，教師可以嘗試將概念圖的評分作為學(xué)生過程性評價的一部分。概念圖能夠較好地可視化呈現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)體系，因為概念圖的諸多元素和特性又能反映出構(gòu)圖者思維的邏輯性與發(fā)散性，所以選擇概念圖作為評價的工具是有意義的。浙江師范大學(xué)的王立君教授對概念圖的評分以及效果做了較為深入的研究，認為利用概念圖進行評價可以較為有效地反映出學(xué)生的認知情況，并且?guī)椭處熂皶r進行診斷和輔導(dǎo)[5]。教師可以嘗試采用相關(guān)的概念圖評分方式進行粗略地認知診斷，幫助學(xué)生及時糾正錯誤認知。

2.2 學(xué)生在應(yīng)用概念圖的過程中學(xué)會學(xué)習(xí)

學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，在教師的演示和引導(dǎo)下，學(xué)生需要通過不斷地練習(xí)，熟悉概念圖的使用步驟。在物理學(xué)習(xí)的過程中，主要是觀察、思考和求解分析的過程，所以學(xué)生可以在這三個步驟中使用具體概念圖來提高物理學(xué)習(xí)的效率。

2.2.1 學(xué)生在現(xiàn)象觀察中提取中心概念

物理的現(xiàn)象是客觀的，而觀察是主觀的，觀察的質(zhì)量又往往影響現(xiàn)象帶來的思考。用物理角度觀察，應(yīng)該具有從具象中尋找抽象規(guī)律的特點。抽象規(guī)律的結(jié)構(gòu)主體是由抽象概念組成的，而其所對應(yīng)具象的主體應(yīng)該是現(xiàn)象本身中的實際物體。所以，觀察的過程要求學(xué)生能夠完成提取現(xiàn)象中需要研究的實際物體，并將其作為中心概念進行后續(xù)研究。

2.2.2 學(xué)生在發(fā)散思考中豐富中心概念

結(jié)合建構(gòu)主義中對記憶聯(lián)結(jié)模型的描述，在確定了中心概念后，便可以尋找相互間的聯(lián)結(jié)關(guān)系。在表象上，通過現(xiàn)象觀察到的聯(lián)結(jié)可以輕而易舉地得出，但是表象并不能從物理層面解釋現(xiàn)象的本質(zhì)，所以后續(xù)的思考需要由中心概念發(fā)散，從物質(zhì)屬性、所處狀態(tài)等中心概念的屬性出發(fā)，形成輻射網(wǎng)。輻射的廣度（二級鏈接數(shù)）說明了構(gòu)圖者思維的廣度（全面性），輻射的深度（次級鏈接層數(shù)）說明了構(gòu)圖者思維的深度（深入性）。由于此步驟思維的容量比較大，當(dāng)采用概念圖進行可視化時，可以避免關(guān)鍵結(jié)點的遺漏。

2.2.3 學(xué)生在求解分析中形成新的認知

中心概念的輻射網(wǎng)絡(luò)形成后，次級概念之間也可能建立聯(lián)結(jié)（也就是記憶模型中的激活），但是仍需要設(shè)計實驗，驗證是否此時建立的聯(lián)結(jié)是解釋現(xiàn)象的有效聯(lián)結(jié)，若不是，則要再次尋找聯(lián)結(jié)，循環(huán)該過程至最終確定有效聯(lián)結(jié)。若在已有認知經(jīng)驗條件下，無法建立有效聯(lián)結(jié)，那么就需要外界引導(dǎo)或者建立假設(shè)聯(lián)結(jié)，并驗證假設(shè)聯(lián)結(jié)的有效性。通過這一過程，學(xué)生完善了對自身認知結(jié)構(gòu)的豐富，建立了新的認知。

3 應(yīng)用概念圖幫助學(xué)生學(xué)會物理學(xué)習(xí)的策略

Sternberg認為，專家型教師會采取科學(xué)的策略幫助學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)[6]，而在核心素養(yǎng)的要求下，教師更應(yīng)該學(xué)會采取科學(xué)的學(xué)習(xí)工具來幫助學(xué)生學(xué)會物理學(xué)習(xí)。物理的學(xué)習(xí)中有一大部分內(nèi)容屬于問題解決，而概念圖又是物理問題解決中最合適的呈現(xiàn)認知過程的學(xué)習(xí)工具，這就要求教師在充分了解概念圖后，通過長期的培養(yǎng)，幫助學(xué)生養(yǎng)成利用概念圖進行物理學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

3.1 概念圖應(yīng)當(dāng)作為一種學(xué)生長期學(xué)習(xí)、使用的基本學(xué)習(xí)工具

在國內(nèi)，學(xué)生從初中二年級開始正式接受物理學(xué)科的學(xué)習(xí)，此時的學(xué)生發(fā)展正處于形式運算的起步階段。對于抽象的物理概念，學(xué)生仍需要在教師的引導(dǎo)下才會進行科學(xué)的思考和分析，所以該階段是學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)慣的重要階段。物理學(xué)習(xí)從現(xiàn)象出發(fā)，由問題串聯(lián)，概念圖作為問題解決環(huán)節(jié)中的輔助，發(fā)揮重要的思維框架作用。由于概念圖具有與記憶相似的結(jié)構(gòu)特征，所以對于初步嘗試抽象邏輯思維的學(xué)生而言是化抽象為具象的有效工具。科學(xué)探究一直是理科學(xué)習(xí)的最佳學(xué)習(xí)形式，同時又是學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)的體現(xiàn)，是課程標(biāo)準(zhǔn)下的物理學(xué)科學(xué)習(xí)提倡的學(xué)習(xí)方式。根據(jù)上文的論述，概念圖在實現(xiàn)探究的學(xué)習(xí)方式上具有明顯的優(yōu)勢，并能很好地落實學(xué)生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求，所以在學(xué)生學(xué)習(xí)物理的初期便教導(dǎo)和提倡使用概念圖幫助學(xué)生更快地適應(yīng)和熟悉物理學(xué)習(xí)的步驟。

當(dāng)學(xué)生通過學(xué)習(xí)，不斷地嘗試使用概念圖進行探究后，問題解決的能力將會隨之不斷提高。中學(xué)物理的課程學(xué)習(xí)只是學(xué)生物理學(xué)習(xí)過程的一小部分，更多的物理學(xué)習(xí)滲透在學(xué)生的生活中。當(dāng)學(xué)生掌握了概念圖這種有效的學(xué)習(xí)工具后，遇到的實際問題便可以通過同樣的探究過程，解析并探尋問題的答案，在生活中學(xué)習(xí)。專家型的教師對于學(xué)生的培養(yǎng)會更加注重學(xué)生學(xué)習(xí)技能的培養(yǎng)，因為當(dāng)學(xué)生掌握了學(xué)習(xí)的科學(xué)方法后，便可以根據(jù)自身需要進行更多的研究，這對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性是很有幫助的，同時也能夠幫助學(xué)生更好地實現(xiàn)自我知識需求。

3.2 概念圖配合信息技術(shù)使用將會事半功倍

最初由于科技條件的限制，概念圖只能用紙筆呈現(xiàn)。筆者發(fā)現(xiàn)早期的概念圖圖例中，構(gòu)圖者筆跡較為混亂，不利于后續(xù)進行分析。隨著近年來產(chǎn)業(yè)革命帶來的科技力量，學(xué)校開始更多地引進電子產(chǎn)品，教學(xué)條件不斷改善。學(xué)生在通過紙筆形式的訓(xùn)練后，掌握了概念圖的基本構(gòu)建方式，便可以在教師的帶領(lǐng)下嘗試使用電子設(shè)備進行構(gòu)圖。Novak教授與他的團隊近年來也圍繞概念圖展開了一系列研究和開發(fā)項目，并且研發(fā)了CMapsTools軟件以及創(chuàng)立ihmc組織，在云端成立了豐富的概念圖數(shù)據(jù)資源庫?？梢?，在概念圖的不斷發(fā)展中，云端這種交互性更強的平臺會是促進概念圖交流以及教師研究學(xué)生認知的更好途徑。

信息技術(shù)引入課堂，短期的試行往往是“霍桑效應(yīng)”的教學(xué)假象，也就是學(xué)生因為方式的改變而增加了專注程度使得教學(xué)效果得到提升[7]。而應(yīng)用概念圖的目的主要是通過概念圖學(xué)習(xí)方式的培養(yǎng)幫助學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，所以是借助信息技術(shù)來實現(xiàn)習(xí)慣培養(yǎng)，長期的技能訓(xùn)練，通過強化而形成對學(xué)生行為的鞏固。

經(jīng)過上文的分析可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生與教師在使用概念圖的過程中對于概念圖的修改和重組，以及知識結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)要求較高，教師對于概念圖的構(gòu)成過程監(jiān)控也時?？梢宰鳛榕袛鄬W(xué)生思考的過程性標(biāo)準(zhǔn)，所以對于構(gòu)圖的過程記錄以及匯總能力的要求較高。傳統(tǒng)的模式下，概念圖的存在往往是靜態(tài)的，而在計算機的記錄過程中，可以嘗試保留對概念圖生成的動態(tài)記錄，這對教師分析和研究學(xué)生的思維過程，進而對學(xué)生進行診斷是十分有幫助的。同時在評價階段，學(xué)生通過電子設(shè)備可以方便調(diào)用自身學(xué)習(xí)過程中的概念圖，并且進行疊加組合和豐富，通過自我診斷以及自我復(fù)習(xí)的方式提高自身的知識覺悟，這也是一種學(xué)會學(xué)習(xí)的表現(xiàn)。在核心素養(yǎng)下，學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)作為重要的指標(biāo)，對于教師而言，評價方式的改變也更加有利于評估學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。傳統(tǒng)的紙筆測試對于學(xué)生評價而言有較多弊端，嘗試進行概念圖式的評價方式已被學(xué)者證明有效，同時可以豐富現(xiàn)有的單一評價方式，并且更多地關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)能力，而不僅僅是學(xué)習(xí)結(jié)果。

3.3 概念圖在物理教學(xué)的諸多環(huán)節(jié)中都可以運用

在概念新授課上，教師可以提供引導(dǎo)并且與學(xué)生共同進行物理探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生使用概念圖的能力；在復(fù)習(xí)課上，教師可以呈現(xiàn)已學(xué)物理知識概念的整體概念圖，幫助學(xué)生把握物理知識的整體結(jié)構(gòu)；在教學(xué)評價階段，教師可以對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的概念圖進行提取和評價，發(fā)現(xiàn)學(xué)生認知的變化過程，更加科學(xué)地評價學(xué)生階段學(xué)習(xí)的情況。

現(xiàn)在例舉在概念新授課階段，教師與學(xué)生共同使用概念圖進行物理知識的探究學(xué)習(xí)：在楞次定律的教學(xué)中，使用楞次定律演示儀，學(xué)生觀察到的現(xiàn)象是當(dāng)條形磁鐵插入圓環(huán)時，圓環(huán)遠離磁鐵運動；當(dāng)條形磁鐵從圓環(huán)抽出時，圓環(huán)緊隨磁鐵運動。這時，學(xué)生可以在這個實驗現(xiàn)象中尋找物理具象概念——磁鐵、圓環(huán)，于是便可以在CMapTools中建立磁鐵與圓環(huán)兩個中心概念，如圖1所示。學(xué)生可以通過觀察發(fā)現(xiàn)，磁鐵使圓環(huán)運動，但是磁鐵與圓環(huán)并沒有直接接觸。為了分離兩種動作，這里研究磁鐵插入圓環(huán)時，圓環(huán)遠離磁鐵運動，所以磁鐵與圓環(huán)之間的具象聯(lián)結(jié)是非接觸地遠離。

圓環(huán)和磁鐵分別有大量的物理屬性，諸如質(zhì)量、導(dǎo)電性、電磁性等（如圖2、圖3所示）。學(xué)生可以竭盡所能地羅列出對應(yīng)的物理屬性，通過增加思維的廣度來培養(yǎng)發(fā)散思維能力。在課堂上多次采用發(fā)散思維來鍛煉學(xué)生思考的能力，對于學(xué)生而言是一種不斷嘗試科學(xué)探究的過程，學(xué)生在此過程中不但可以鍛煉思維，還可以通過不斷熟練概念圖的繪制來掌握這種有效的意義學(xué)習(xí)工具，對學(xué)生將來進行科學(xué)探究的問題解決大有裨益。而CMapTools的優(yōu)勢就體現(xiàn)在對于發(fā)散的繪圖以及概念的添加十分便捷，學(xué)生可以盡可能完整地羅列，同時又能保證概念圖不會因為繪制過于復(fù)雜而顯得整體混亂。

當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)僅有的基本物質(zhì)屬性不能解釋圓環(huán)的遠離現(xiàn)象后，就需要思考是否是另一種力的作用產(chǎn)生此種現(xiàn)象。這時，教師可以適當(dāng)進行引導(dǎo)，根據(jù)磁鐵的主要特點是磁性，學(xué)生會聯(lián)想到磁力，同時在回憶起磁力的作用特點時，會注意到磁力的作用是非接觸的，而此時現(xiàn)象也是非接觸的，教師便可以引導(dǎo)學(xué)生思考磁力是否存在。這時，圓環(huán)作為一個本身不帶電、不帶磁的物體，若是考慮磁極對圓環(huán)的磁化作用，又似乎會得到相反的現(xiàn)象，所以學(xué)生的認知便會產(chǎn)生沖突，如圖4所示。此時，學(xué)生已有的概念便不能及時解釋現(xiàn)象，所以需要建立新的認知結(jié)構(gòu)。在前一節(jié)中學(xué)習(xí)了在磁通量變化的前提下，導(dǎo)體會產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以圓環(huán)具有了電流，如果學(xué)生在之前的概念圖繪制中次級概念只停留在了圓環(huán)有電流，未能進一步構(gòu)出電流附近具有磁場的物理屬性，便不能及時完成解釋現(xiàn)象的概念聯(lián)結(jié)，如圖5所示?？梢?，概念的廣度可以提高思維的發(fā)散性，而概念的深度也同樣值得重視。當(dāng)學(xué)生的概念圖構(gòu)造中同時注意了深度和廣度，那么學(xué)生對概念的結(jié)構(gòu)把握將更為完善，對于具象概念的解釋也將更加高效。同時，學(xué)生進行物理學(xué)習(xí)的過程在概念圖的幫助下也變得邏輯清晰，思維也十分活躍。

綜上所述，學(xué)生學(xué)會物理學(xué)習(xí)需要教師與學(xué)生共同的努力，同時也需要采用科學(xué)的學(xué)習(xí)工具。概念圖作為國外普遍采用的學(xué)習(xí)工具，適合各種教學(xué)環(huán)節(jié)，所以在國內(nèi)的教學(xué)中可以進行推廣。教師需要通過演示和引導(dǎo)，幫助學(xué)生逐漸養(yǎng)成利用概念圖進行物理學(xué)習(xí)的習(xí)慣，使概念圖成為學(xué)生進行物理學(xué)習(xí)的基本學(xué)習(xí)工具，同時通過概念圖得到對學(xué)生更加科學(xué)的評價；學(xué)生需要通過教師的幫助逐漸學(xué)會在物理觀察、思考和分析的過程中使用概念圖進行探究學(xué)習(xí)，逐漸提高自身解決物理問題的能力。同時，在信息技術(shù)發(fā)達的時代背景下，教師可以采用平板教學(xué)等方式，提高概念圖的構(gòu)圖效率和良好性，幫助學(xué)生更好地構(gòu)建和修改概念圖，同時也方便教師對學(xué)生的認知過程及時進行診斷和把控。

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