高中生物理表象能力提高策略，本文主要内容关键词为：表象论文,物理论文,策略论文,能力论文,高中生论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
随着认知心理学的兴起和发展，表象作为人的认知心理过程之一也得到了充分的研究。认知心理学认为，表象即意象，包括记忆表象和想象表象。表象可以看作是已经储存的知觉象在人脑的再现或者是经过加工改造而形成的新的形象[1-3]。表象与专业结合的研究主要体现在艺术创作、体育训练等方面[4-5]。至于表象在高中生的物理专业认知方面具有的特征和教学策略，国内外还缺乏深入的研究。实际上，物理教学论认为，物理教学过程是一个特殊的认知过程，学生作为认知的主体，要在教师的指导下完成对物理客体的主动建构[6]。而在建构的过程中，学生无论是经历同化、顺应还是平衡的过程，他们都要经历感知、记忆、表象、思维等认知心理活动[7]。但是对于高中生来说，由于物理概念和规律本身具有高度的概括性和抽象性，物理教师都比较注重通过感知培养学生抽象的逻辑思维，因而学生会获得比较多的感知活动和思维能力的训练，但表象能力却没有得到充分的重视和培养。如果缺乏丰富的表象，学生通常感觉到看到过的物理事实，头脑中却印象不深刻，无法灵活掌握物理事实的本质以及复杂的运动现象，普遍感到高中物理学起来相当困难。根据认知心理学的观点，表象对人的知觉、记忆、思维是有着一定的促进作用的[1]。那么，高中生的物理表象能力也将对物理学习起到应有的促进作用。本文将表象与高中物理专业学习结合起来，探讨高中生的物理表象心理过程以及提高表象能力的策略。
一、高中生的物理表象心理
物理表象是发生在学生学习物理中的心理过程，这个心理过程首先发生在建立概念和规律的学习过程中。高中生在学习物理的过程中，要面对许多物理模型，即通常所说的理想化的研究客体及其理想化的运动过程，区别于初中生学习物理主要面对生活中真实的力、热、电、光等物理情景。这样，高中生在建立物理概念和规律的过程中，需要借助表象心理过程间接完成对许多与物理相关情景的认知。另外，高中学生还要学会利用所学习过的物理概念和规律去解释生活中的一些物理现象，即新课程倡导的从物理走向生活[6]。在这个阶段，学生也需要借助表象心理过程完成一次对物理世界的再认识。下面通过高中物理概念教学内容分析表象心理过程的发生机制。
1.建立物理概念和规律过程中的表象心理过程
物理概念的实质就是从大量的物理事实中抽象概括出来的共同本质属性，物理规律则是关于物理概念之间的联系[6]。高中生学习物理遇到的概念和规律比较多，也很抽象。物理教师在教学过程中，通常利用实验演示、课件辅助等直观手段让学生充分感知物理事实，以便能够帮助学生完成第一次认识的飞跃，即达到对物理本质概念和规律的认识。但是，有一些现象是学生在日常生活中观察或感受过的，只有他们自己印象最深刻，在课堂上把这类物理现象作为教学材料展示往往不方便，再者从教学过程的间接性特点考虑，也没有必要把所有的物理现象都在有限的时间和空间里面展示。对于这些情况，教师在适当的时机唤起学生头脑中的表象就显得比较重要。例如，学生在学习电磁波知识中的横波、波长、周期、干涉、衍射等概念时，由于电磁波本身是学生无法直接感受到的，更难以在头脑中形成以上这些概念，所以教师需要引导学生对印象中的水波、绳波等形象进行再现并且做类比，才能把握电磁波的这些相关概念。再如，在力学的相对速度概念的学习中，学生很难通过老师的各种例子或视频课件等理解这一概念及其与绝对速度之间的关系，他们如果有亲身观察实践的经历则会一目了然，教师只要在课堂上把学生平时印象中的运动情形再现出来，什么是相对速度以及什么是绝对速度就会比较清晰。以学生坐公交车时通常看到玻璃窗上的雨滴划过的痕迹斜向后下方的现象作为例子就比较形象，可唤起他们以车子为参照物观察雨滴运动的表象心理过程从而建立相对速度的概念。从以上分析举例可以看出，物理表象心理不仅关注印象中的图景，而且注重过去经历过程的动态性，强调学生的心理参与和主动建构。相反，如果教学中只是罗列了一些生活资料，没有让学生经过充分的表象心理过程，就无法体现物理现象的形象生动性和过程性，增加了学生学习的负担甚至会带来错误细节对物理本质理解的干扰。
2.运用物理概念和规律过程中的表象心理过程
运用物理概念和规律解决一些实际问题是对高中生物理学习的基本要求，是学生完成对物理世界认识的第二次飞跃。然而在这个阶段学生感到比较困难，即通常所说的学起来容易做起来非常难。导致学生解决问题困难的原因当然很多，其中一些似是而非的物理概念的外延和规律的适用范围给学生的判断造成一定难度。究其原因，主要是因为学生在运用概念和规律时，对当初建立的物理图景比较模糊，不能清晰正确地再现还原这些概念和规律。如前所述学生在建立概念和规律阶段，需要利用学生头脑中已有的印象完成表象心理过程，那么在运用阶段，是需要通过再现教师讲解时表征概念和规律的相关要素进行表象心理过程的，包括再现物理概念和规律的原型、规则等。
（1）表象物理概念的原型。认知心理学有一种观点认为，形成概念的诸多同类事物中，有一些事物罡最佳实例即概念的原型，一旦提到某个概念时学生头脑中最容易再现的是这些原型[1]。学生在运用某个物理概念时，头脑中也容易表象出一些最能反映这个概念属性的物理事物或巩象，即距离这个概念最近的原型。当然由于受到教学条件的限制，建立物理概念时呈现的原型，不一定是某个实际的演示现象或事物，可以是教师通过其他手段呈现的辅助课件、示意图、原理图等。这些原型在头脑中表象得越清晰，他们对概念的内涵和外延回忆得就会越准确，越有助于正确解决问题。下面举例分析一个关于自感概念运用的教学案例。给学生一个线圈和灯泡串联到电路中的电路图，让他们判断开关突然断开瞬间灯泡的亮度变化。有些学生很快得出错误结论灯泡会慢慢熄灭。分析其错误作答依据，主要有两种情况，一种情况是学生认为这就是学习过的自感现象，由于自感灯泡当然就慢慢熄灭了，这种情况是直接套用自感概念根本没有经过再现其原型。另一种情况是部分学生比较理直气壮地说这种电路在学习自感时遇到过，在那里看到过由于自感会使灯泡慢慢熄灭。这表明这部分学生运用自感概念时头脑中再现了新课学习时那种带线圈的电路，这是对自感概念原型的表象过程，只是再现得不够清晰而没有与问题中的电路进行明显的对照。而从那些做出正确解答的学生当中可以明显地看出表象过程的发生，他们认为以前讲解自感概念时的那个电路是并联的，跟这个问题里的串联电路不一样了，这就反映了自感概念原型的再现过程。因此，概念的原型再现得越清晰准确，学生就越容易对照它做出正确的分析判断。
（2）表象物理概念和规律的联系规则。认知心理学有一种观点认为，概念的表征离不开同类事物之间特定的规则，不同的规则限定了概念的不同方面[1]。物理概念体现了物理事物之间一定的规则或联系，这些规则限定了物理概念的外延。物理规律更是反映了物理概念之间的密切联系。学生 在运用某个概念和规律解决问题时要遵守这些联系和规则，通常要再现这些规则所限定的图景，当问题的情境不符合概念的规则所限定的图景时，就不能直接套用这个概念解决该问题。例如，运用磁通量概念时，学生头脑中通常会再现两幅示意图：平面S与磁场方向垂直的示意图以及平面S与磁场方向不垂直而有夹角θ的示意图，两幅示意图分别对应着磁通量φ的不同表达形式φ=BS与φ=BScosθ以及θ的规定，这样就避免了乱套概念定义式的现象。类似地，在运用安培力这个概念时，学生头脑中通常会再现通电导体在磁场中沿不同方向和角度θ放置的示意图。因为这些示意图分别对应着对安培力的不同计算形式F=BIL和F=BILsinθ以及θ的规定，通过这样的表象过程，可以对照问题的情境与概念本身的规则之间的联系与区别做出解答。概念的运用涉及面非常广泛，不过概念的原型和规则却比较简单，只要在运用时充分经过表象心理过程，是能够做到灵活运用、举一反三的。
二、提高物理表象能力的策略
不同的学生个体，虽然有着同样的感知经历，但是能够再现的物理表象却存在着较大的差异。表象能力弱的学生，头脑中的物理图景比较模糊和零乱，在建立、运用物理概念和规律时难以对物理原型快速地做出相应的选择。提高高中生的物理表象能力主要在于提高他们物理表象的清晰程度、连续性[8-9]、选择性、转换的敏捷性以及稳定性等几个方面的能力。
1.突出科学要素策略
在进入高中物理学习之前，学生已经积累了一些与物理有关的生活现象，在头脑中留下了比较深的印象，这些印象中的一些合理的科学因素正是物理概念和规律建立的源泉。在课堂上利用表象心理过程再现这些科学要素，有助于教师对物理概念和规律的归纳和总结。当然，如果仅仅把这些生活情景当作讲课的例子泛泛提及，学生通常抓不住其中的关键因素，以至于表象的过程和结果都不够清晰明确，也会影响表象能力的发挥。为了使学生能够充分利用原有表象的科学成分，教师在举例唤起学生表象时要能够突出这些要素，相当于给表象里面突出部分一个“特写”。讲述法在启发学生回忆方面有其不可替代的效果[10]。近年来，新课程改革倡导教师要少讲多引导，把学习和思考的时间留给学生，这种教学方式针对传统的灌输式教学是一大进步。但是少讲并非是对讲述法的否定，讲述法作为传统教学方法运用在对一些现象的描述等教学的某些环节上仍然是科学的和必要的。例如，在光的折射定律的教学中涉及海市蜃楼和沙漠绿洲的自然现象，在学生的印象中，网络电视等媒体上报道过此类现象并附有奇妙的图片。但是，即使他们回忆起来一些场景，也不一定能对其中的物理科学要素印象深刻。教师在讲述中应该突出重点描述“在特殊天气情况下”，“在海面或沙漠遥远的另一边地平线以下的地方”。这样，让学生仿佛能看到光密媒质与光疏媒质，也能抓住光路在不均匀媒质中改变的这个关键情景。生动形象的讲述不但可以将学生印象中不那么鲜明的生活场景生动地再现出来，而且还包含了一定的“特写”，从而提高学生的表象能力。
2.充分感知策略
为了让学生能够清晰快速地回忆起建立物理概念和规律时的客观情景，教师在新课教学时，要尽量丰富教学手段让学生能够对这些物理情景留下深刻印象，以利于学生物理表象的清晰性、连续性和敏捷性的提高。
（1）使感知对象清晰。教师在演示实验或者多媒体课件辅助教学中，采用扩大感知对象特征以及增加背景突出感知对象等手段，有意识地让学生注意到需要感知的物理现象，不仅是归纳新的概念和规律的需要，也是确保学生此后顺利完成表象心理的需要。
（2）使感知的目标明确。学生在运用物理概念和规律时，需要回忆起来的情景通常是突出物理因素的部分，这也是表象的选择性要求的。这要求教师在新课教学展示物理情景时，必须让学生明确观察的目标。例如，演示平抛运动等效于竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速直线运动时，只有让学生集中注意力观察到做曲线运动的小球与另外两个方向运动的小球同步，才能对运动的合成与分解留下深刻的印象，有助于在以后处理类似于水面上小船的运动情形时进行表象的连续变化。
（3）使感知对象丰富多样。为了让学生在今后解决物理问题时有足够的物理情景可以回忆对照，在新课教学中，教师要尽可能多地展示物理情景，化抽象教学为形象教学，从新课程教学改革来说是为了让学生容易理解教学内容，增强学习兴趣等。例如，楞次定律是比较抽象的物理规律，为了让学生对楞次定律的描述印象深刻，教师可以利用多媒体课件，将感应电流磁场的磁感应线的变化与原来磁场的磁感应线的通量变化关系形象表示出来并加以动画展示，从认知心理学角度来说这些手段可以给学生留下丰富的表象材料。丰富物理情景的教学手段很多，通常采用的有挂图、示意图、多媒体课件、演示实验等，在这些手段中演示实验最具有真实性和新奇性，对学生认知心理矛盾的展开和心理悬念的激发具有特殊的效果，帮助学生使解决问题时的情景再现更加清晰也更加快捷，从而提高他们的表象能力[11]。
3.回归物理本质策略
学生利用物理概念和规律解决问题的常见形式就是要解答一定量的物理习题，这也是高中生学习物理区别于初中生的一大特点。由于题量多难度大，学生经常来不及回顾已经学习的物理对象与所处理问题中的情景有什么联系和区别，导致有时候随便套用公式，弄不明白物理的本质内涵。这样，学生处理问题时不再感觉到问题本身跟学习的情景有什么联系，那么在学习新知识的时候也就不太在意感知的过程了，这样很难养成良好的学习习惯。教师为了让学生把曾经学习过的物理情景作为处理各种问题的根源，应该在习题教学中，经常引导学生运用表象心理回顾联系已知的物理情景和物理模型，把回归物理本质作为目的，而不是把做习题作为最终目的。通过这类巩固练习，不但能使学生丰富表象的内容，而且能使原来的印象更加完整不受干扰，提高物理表象的稳定性。例如，让学生利用楞次定律判断感应电流方向，涉及的问题情景比较复杂，既有关于动生电流的也有关于感生电流的，既有回路平动的也有线圈转动的，既有线圈绕中轴转动的也有绕边框转动的，但是，各种情景中所涉及的模型都等同于上面提到的学习新课时物理情景。那些反映物理本质的情景，只要在解决问题时引导学生保持其表象清晰，不断深化丰富该表象的内容含义，学生的表象能力就会得到提高。