利用認(rèn)知心理學(xué)理論指導(dǎo)物理概念教學(xué)

1、.利用認(rèn)知心理學(xué)理論指導(dǎo)物理概念教學(xué)前言概念是構(gòu)成物理知識(shí)的根底，正確地理解、掌握物理概念是學(xué)好物理的根底，因此，在物理教學(xué)中，概念的教學(xué)占有極其重要的地位。目前，在概念的教學(xué)中存在的主要問(wèn)題是：對(duì)概念教學(xué)應(yīng)到達(dá)的目的不明確；無(wú)視概念建立的條件和背景，斷頭去尾，取其表而略其質(zhì)；無(wú)視概念間的互相聯(lián)絡(luò)，把概念孤立起來(lái)。這種教法的結(jié)果，使學(xué)生對(duì)概念只會(huì)死記硬背，不能正確理解和靈敏運(yùn)用。假如我們的教學(xué)中能根據(jù)物理概念的特點(diǎn)，以及學(xué)生的認(rèn)知才能，運(yùn)用認(rèn)知心理學(xué)理論設(shè)計(jì)概念教學(xué)過(guò)程，必將有利于學(xué)生對(duì)概念的習(xí)得。根據(jù)現(xiàn)代認(rèn)知理論，知識(shí)的習(xí)得可分為三個(gè)階段：知識(shí)的領(lǐng)會(huì)、知識(shí)的穩(wěn)固、知識(shí)的應(yīng)用。結(jié)合物理概念的特

2、點(diǎn)，其教學(xué)的過(guò)程也可分為三個(gè)階段：概念的領(lǐng)會(huì)、概念的理解和概念的應(yīng)用。第一階段：概念的領(lǐng)會(huì)在這一階段的教學(xué)中，老師主要通過(guò)選取適當(dāng)?shù)姆椒?，激活學(xué)生頭腦中的原有知識(shí)，同化新概念并選擇信息的呈現(xiàn)方式，促進(jìn)學(xué)生選擇性知覺(jué)，使抽象的概念詳細(xì)化，復(fù)雜的概念簡(jiǎn)單化，親密新概念與原有知識(shí)的聯(lián)絡(luò)，降低學(xué)生在對(duì)概念的知覺(jué)與認(rèn)同上的難度。在物理教學(xué)中較為常用的方法有：1、實(shí)驗(yàn)方法描繪概念的特征，刺激學(xué)生的知覺(jué)選擇。心理學(xué)的研究說(shuō)明：語(yǔ)言、文字、圖像及不同的呈現(xiàn)信號(hào)，對(duì)學(xué)生的選擇性知覺(jué)大腦中存儲(chǔ)的時(shí)間的長(zhǎng)短及提取的速度都不同。一個(gè)新穎的、明顯的信號(hào)比常規(guī)的信號(hào)將更宜于記憶和提取。如簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖象是余弦或正弦曲線，得

3、出這一概念的特征，可通過(guò)理論推導(dǎo)得出振動(dòng)方程或，這一推導(dǎo)過(guò)程，對(duì)高中學(xué)生來(lái)說(shuō)要求太高，不易理解，要使得學(xué)生通過(guò)理解這一過(guò)程進(jìn)而理解這一概念，顯然不能實(shí)現(xiàn)，學(xué)生最終還是通過(guò)簡(jiǎn)單的記憶習(xí)得，從學(xué)習(xí)效果上看，這一教法與直接告訴學(xué)生簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖線是余弦或正弦曲線并無(wú)多大差異。假如用一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，直觀地描繪出一振動(dòng)物體的振動(dòng)隨時(shí)間的變化在空間展開(kāi)的軌跡，展現(xiàn)給學(xué)生的不僅是一條直觀的曲線，而且能讓學(xué)生感知“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，實(shí)驗(yàn)將圖線與概念有機(jī)地聯(lián)絡(luò)起來(lái)，圖線突出了新概念的關(guān)鍵特征，與文字的呈現(xiàn)相比較，更能引起學(xué)生的選擇性知覺(jué)，并能使概念在運(yùn)用中更易被激活。2、利用生活中的親身體驗(yàn)，尋找概念理解的捷徑。每

4、個(gè)人在日常生活中，常通過(guò)人體的觸覺(jué)所得到一些體驗(yàn)，在大腦中留下深化的記憶。在學(xué)習(xí)時(shí)一旦被激活，會(huì)對(duì)新概念的理解和新知識(shí)的學(xué)習(xí)帶來(lái)正效應(yīng)。如物體的慣性，通過(guò)人乘車(chē)時(shí)，車(chē)于突然啟動(dòng)和緊急剎車(chē)時(shí)的感受，來(lái)說(shuō)明“物體保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的含義，使學(xué)生對(duì)慣性的理解更為確切。還有一類(lèi)體驗(yàn)，能使抽象的、理論的描繪，轉(zhuǎn)化為詳細(xì)的、實(shí)際的情景與直接的感知。如摩擦力的概念，學(xué)生對(duì)摩擦力的方向“與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反的認(rèn)識(shí)最為困難，假設(shè)讓學(xué)生用手在桌面上滑動(dòng)，并根據(jù)手用力的程度和方向的不同，感受滑動(dòng)摩擦力的大小和方向的相關(guān)因素。同樣假設(shè)讓手在桌面上有滑動(dòng)的趨勢(shì)，可感知靜摩擦力的方向。通過(guò)觸覺(jué)的親身感受，不僅使

5、學(xué)生對(duì)概念有了詳細(xì)的認(rèn)識(shí)，而且從中體會(huì)到將概念詳細(xì)化的一種方法，使之在今后的學(xué)習(xí)中能適時(shí)適當(dāng)?shù)貞?yīng)用生活中的體驗(yàn)。3、設(shè)計(jì)先行組織者，促進(jìn)新知識(shí)的同化。根據(jù)奧蘇貝爾的同化理論，認(rèn)為任何一個(gè)新知識(shí)均可以通過(guò)上位概念、下位概念和先行組織者，尋找它與舊知識(shí)的聯(lián)絡(luò)作為新概念的增長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)新知識(shí)的學(xué)習(xí)。因此學(xué)生頭腦中原有知識(shí)的本質(zhì)內(nèi)容及其組織形式，是影響新知識(shí)學(xué)習(xí)的重要因素。在教學(xué)過(guò)程中，在分析學(xué)生已有知識(shí)的根底上，尋找新概念的懸掛點(diǎn)，使新概念在新知識(shí)與舊知識(shí)的比較和聯(lián)絡(luò)中逐步習(xí)得。例如在電場(chǎng)概念的教學(xué)中，為了說(shuō)明電場(chǎng)強(qiáng)度與放入其中的檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，可設(shè)計(jì)一個(gè)理想電流表在電路中的作用作為先行組織者。一個(gè)由用

6、電器、開(kāi)關(guān)、電源和導(dǎo)線連接而成的簡(jiǎn)單閉合電路中，接入一只電阻不計(jì)的電流表，那么根據(jù)電流表指針偏轉(zhuǎn)可知電路中電流的大小，但電路中電流的大小與電流表是否接入無(wú)關(guān)，電流表只作為一個(gè)檢測(cè)工具。對(duì)帶電體形成的電場(chǎng)中，檢驗(yàn)電荷的特點(diǎn)及其作用，就可運(yùn)用理想電流表的特點(diǎn)及其在電路中的作用進(jìn)展同化。有利于理解檢驗(yàn)電荷的概念及在電場(chǎng)中的作用。并能在學(xué)習(xí)小磁針在磁場(chǎng)中的作用、理解BFIl的含義時(shí)產(chǎn)生遷移。又如：在高一物理中學(xué)習(xí)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度時(shí)，通過(guò)詳細(xì)問(wèn)題的分析可知它是速度的下位概念，具有速度的一般特性，與其并列的概念勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度和平均速度相比較，瞬時(shí)速度解決了如何描繪做變速運(yùn)動(dòng)的物體在某一時(shí)刻的運(yùn)

7、動(dòng)快慢和方向問(wèn)題，使速度的內(nèi)涵進(jìn)一步擴(kuò)大。第二階段：概念的穩(wěn)固這一階段的主要任務(wù)是通過(guò)概念的組織和辯別，使概念的多維度屬性在概念內(nèi)和概念間建立多種聯(lián)絡(luò)，防止概念的混淆和遺忘。在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，這一階段往往沒(méi)有被引起重視誤以為讓學(xué)生多背幾遍定義、多做一些練習(xí)就能到達(dá)目的。穩(wěn)固的過(guò)程不應(yīng)通過(guò)機(jī)械的重復(fù)和強(qiáng)化訓(xùn)練來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是要通過(guò)概念的變式，重組學(xué)生認(rèn)知構(gòu)造，簡(jiǎn)約和減輕記憶負(fù)擔(dān)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。1、運(yùn)用概念的變式，使新概念立體化。學(xué)生對(duì)概念的認(rèn)識(shí)往往是機(jī)械的、孤立的記憶，不能全方位的理解一個(gè)概念，這就要求在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)概念的變式，對(duì)同一個(gè)概念從多角度進(jìn)展分析，提醒不同的描繪方式間的內(nèi)在聯(lián)絡(luò)，使學(xué)生

8、從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)所學(xué)的概念。如在理想變壓器的教學(xué)中，一般都是根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象和理想變壓器的條件得出變壓器的作用以及變壓器原副線圈的匝數(shù)和電流、電壓的關(guān)系。概念的變式練習(xí)可從原副線圈的磁通量變化關(guān)系、能量關(guān)系以及描繪交流的周期、頻率關(guān)系來(lái)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)理想變壓器。又如磁場(chǎng)方向的表述，可運(yùn)用概念的變式加以認(rèn)識(shí)，“磁感線的切線方向表示磁場(chǎng)的方向，與“磁場(chǎng)的方向是小磁針靜止時(shí)N極的指向的說(shuō)法其本質(zhì)的一致性，它們都是根據(jù)磁場(chǎng)的根本特性得出。2、比較概念的異同，促進(jìn)新舊概念互相作用。在物理學(xué)中假設(shè)干物理量的比值定義式。如：壓強(qiáng)pFS、加速度aFm、速度Vst、密度pmV、電阻RUI，假設(shè)干形式相似而反映不同關(guān)系的

9、表達(dá)式很容易使學(xué)消費(fèi)生混淆，必須加以區(qū)分、分類(lèi)。當(dāng)我們要進(jìn)展新概念的學(xué)習(xí)時(shí)，首先對(duì)所學(xué)的概念進(jìn)展分類(lèi)，看它歸屬于哪一類(lèi)，如學(xué)習(xí)電場(chǎng)強(qiáng)度EFq時(shí)，對(duì)電場(chǎng)中的某一點(diǎn)：F與q的比值為恒量。F、q的變化并不改變E的值，E是由產(chǎn)生電場(chǎng)的電荷決定，因此電場(chǎng)強(qiáng)度EFq也是操作定義式，與密度、電阻歸屬于同一類(lèi)。Fq比值確定某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小，但不能反映影響場(chǎng)強(qiáng)大小的因素。在復(fù)習(xí)階段一般可通過(guò)列表比較各相關(guān)概念的異同。如：力學(xué)中“平衡力與“作用力與反作用力、“萬(wàn)有引力定律與“庫(kù)侖定律、“振動(dòng)圖象與“波動(dòng)圖象等的異同比較。通過(guò)兩個(gè)或幾個(gè)相似但相異的概念的比照區(qū)分，而到達(dá)確切區(qū)分其異同的目的。3、組建概念的網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)新

10、舊概念的綜合貫穿。概念的網(wǎng)絡(luò)分布反映了學(xué)生對(duì)這一概念的認(rèn)識(shí)深度與廣度，物理學(xué)中的概念均可根據(jù)自己的特征以及與其它概念之間的互相聯(lián)絡(luò)形成完好的知識(shí)構(gòu)造。教學(xué)過(guò)程中老師在幫助學(xué)生構(gòu)建概念網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，要努力尋找描繪與這一概念相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，使得學(xué)生的知識(shí)構(gòu)造中的已有概念網(wǎng)絡(luò)得以延伸和擴(kuò)展，形成較為完好的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，便于知識(shí)在運(yùn)用時(shí)提取所需的信息。例如學(xué)習(xí)電勢(shì)能的概念時(shí)，首先要激活電荷、電勢(shì)、電勢(shì)差、電場(chǎng)線等概念，同時(shí)把重力做功與重力勢(shì)能的變化作為先行組織者，比較重力做功和電荷在電場(chǎng)中電場(chǎng)力做功的情況，得出電荷電勢(shì)能的變化關(guān)系，其各相關(guān)概念可形成如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)。在知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中激活任意一個(gè)網(wǎng)點(diǎn)，都將引出相關(guān)

11、的聯(lián)想，隨著知識(shí)的積累，網(wǎng)絡(luò)的編織將更加完好、擴(kuò)大，更有利于知識(shí)的穩(wěn)固。第三階段：概念的應(yīng)用概念的應(yīng)用是概念學(xué)習(xí)的高級(jí)階段，一般可分為兩個(gè)層次，一是指學(xué)習(xí)者在掌握領(lǐng)會(huì)教材內(nèi)容的根底上，將習(xí)得的概念知識(shí)用于解決同類(lèi)問(wèn)題。二是學(xué)習(xí)者對(duì)所學(xué)概念的融匯貫穿，運(yùn)用所學(xué)的概念解決情景新穎的實(shí)際問(wèn)題。老師可結(jié)合物理概念在生活、消費(fèi)及科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用編制針對(duì)性的問(wèn)題，檢查學(xué)生對(duì)概念應(yīng)用的靈敏程度，看其能否純熟地將實(shí)際問(wèn)題概化為物理模型，并運(yùn)用已學(xué)的物理知識(shí)解決問(wèn)題。通過(guò)概念的應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)概念的理解到達(dá)一定的深度和廣度，同時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)概念理解的局限性，以及知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的缺陷，及時(shí)調(diào)整教學(xué)過(guò)程。概念教學(xué)課例位移的

12、教學(xué)學(xué)習(xí)目的：根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)理論制定的目的，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)可以到達(dá)的程度可進(jìn)展相應(yīng)的測(cè)驗(yàn)，老師根據(jù)目的選擇教學(xué)策略、設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，使教學(xué)過(guò)程與學(xué)生的認(rèn)知程度相適應(yīng)。使“教什么？怎么教？教得怎么樣？變得更具操作性。1陳述位移的定義。2在給定的情景中能根據(jù)物體位置的變化畫(huà)出位移矢量。3在給定的情景中，能分別表示出路程。間隔 和位移，并作出比較。4根據(jù)給出的問(wèn)題，進(jìn)展計(jì)算位移的大小、標(biāo)出位移的方向。概念的引入：設(shè)計(jì)情景引入概念利用媒體、掛圖、實(shí)例等刺激學(xué)生的知覺(jué)選擇。通過(guò)情景的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生從詳細(xì)的問(wèn)題的比較中得出位移的概念。同時(shí)也使學(xué)生明確為什么要引入位移，同時(shí)能區(qū)別位移和路程。情景1播放幾個(gè)學(xué)生上學(xué)的

13、情景錄像課件，比較：他們的起點(diǎn)和終點(diǎn)，行走的途徑，位置的變化。情景2在掛圖上畫(huà)出杭州到達(dá)北京的鐵道路和航線，比較其異同。情景3請(qǐng)教室中最后一排的左邊M學(xué)生的位置從A移到第一排的右邊的位置A如圖2a所示，讓學(xué)生考慮M同學(xué)可通過(guò)哪些途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)位置的變化。學(xué)生討論請(qǐng)學(xué)生在黑板上的示意圖中1畫(huà)出M學(xué)生走過(guò)的一些可能途徑如圖2b所示。2看圖，想一想途徑，在反映不同過(guò)程的同時(shí)，是否也存在某些共同的特性？讓學(xué)生提出可能的特性，歸納得出與本課題相關(guān)的結(jié)論結(jié)論1：沿不同道路，M同學(xué)走過(guò)的路程不同。結(jié)論2：無(wú)論沿哪條途徑，兩位置間的間隔 一樣。通過(guò)詳細(xì)問(wèn)題的分析推斷，在給位移下定義的同時(shí)，使學(xué)生對(duì)位移的空間因示在

14、頭腦中形成表象。激活路程、間隔 、矢量等原有概念，使其與新的概念之間形成新的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。由情景1、2、3的分析比較得出只有將間隔 和方向連結(jié)在一起才能準(zhǔn)確地描繪物體位置的變化，從而引出位移的概念。概念的表述：略。概念的穩(wěn)固：1利用通過(guò)位移、路程、間隔 的比較，分析三者的異同，建立新的網(wǎng)點(diǎn)，并使新舊知識(shí)形成網(wǎng)絡(luò)比較相似概念的異同，使得新概念的含義更加明晰，也是教學(xué)常用的方法。2概念的變式：位移的辨識(shí)例1在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上正在進(jìn)展200m比賽，這里的200m指的是位移還是路程？例2對(duì)“某人走了1km的路，甲認(rèn)為這1km指的是位移，乙那么認(rèn)為這1km指的是路程，請(qǐng)你對(duì)甲、乙的說(shuō)法作一評(píng)述。只有在特定

15、的情景中才能確定位移還是路程。位移的圖示和表述例3一質(zhì)點(diǎn)靜止在xoy的程度坐標(biāo)平面上的2，10位置上，在某一時(shí)刻開(kāi)場(chǎng)以V4ms的速度向y的正方向運(yùn)動(dòng)2s后，又以同樣大小的速度朝x負(fù)方向運(yùn)動(dòng)2S，求質(zhì)點(diǎn)在4s內(nèi)的位移。在求得位移大小的同時(shí)，并正確的表述位移的方向。矢量方向確實(shí)切表述用建立合理的參照系。概念的應(yīng)用：概念的應(yīng)用的本質(zhì)是通過(guò)給定的實(shí)際問(wèn)題強(qiáng)化學(xué)生對(duì)位移概念的理解，并檢測(cè)學(xué)生對(duì)位移這一概念的掌握程度和廣度，一般可根據(jù)目的設(shè)計(jì)問(wèn)題?？勺鳛閷W(xué)生的課外作業(yè)。你從早上起床到晚上睡覺(jué)，在一天的活動(dòng)中經(jīng)歷的位移和路程情況如何？考慮早晚在同一地，早晚在異地以及線路情況一艘輪船向東行駛300m后又改變航向向北駛400m后到達(dá)目的地，求輪船的位移和行駛的路程并畫(huà)出示意圖。請(qǐng)兩位學(xué)生在黑板上解答后，由學(xué)生討論確定正確答案一跳水運(yùn)發(fā)動(dòng)從離水面10m的平臺(tái)上向上躍起，舉雙臂直體分開(kāi)臺(tái)面。此時(shí)重心位于從手到腳全長(zhǎng)的中心，躍起后重心能升高045m到達(dá)最高點(diǎn)。落水時(shí)身體豎直，手先入水。求運(yùn)發(fā)動(dòng)從分