物理教材编写要符合学生的认知规律，本文主要内容关键词为：认知论文,规律论文,物理论文,教材论文,学生论文，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。
自新课程在全国开展以来，全国各出版社组织编写了一批好的教材，初中物理教材更是突出体现了以学生为本的课程理念。教材编写者注重生活中的素材，从学生熟悉的情景引入，以求让学生从已有的生活经验出发，在熟悉的教学环境中达到利于学生自主建构知识的目的，这样的安排既符合学生的认知规律，又与物理学习的内涵一致，真正起到从生活中来、到生活中去的物理学的目的。
一、教材编写中素材的选取要贴近学生的前概念
中学物理教材是编写者以一定的方式（教材）来呈现的物理知识，它是学生、教师开展教学活动过程中的一个学习载体。
有人曾对大学物理系的学生进行过调查，让他们写出自己心目中的普通物理的力学知识结构。在对调查的90个学生问卷结果进行分析得出这样的结论：学生得出普通物理力学知识的结构有80多种，排除相似结果仍然有20多种差异大的结构。[1]可见不同的人对知识结构的认知是不一样的。
教材编写者也是如此，因此教材所呈现的中学物理知识结构也必然不一样。
不同的知识呈现方式对学生建构相应的认知结构的效果是不同的，也就是说不同的教材编写对学生学习的影响是明显存在的。
学生对物理知识的学习在很大程度上取决于教材和教学活动中教师所提供给学生的学习环境。因此教材编写质量的高低在很大程度上对学生物理知识的学习起着至关重要的作用。好的教材更有利于学生与教材所提供的物理环境相互作用，从而使学生有关的行为或行为潜力产生深刻、持久的变化——建立起学生头脑中的物理认知结构。
学生学习物理与科学家的研究既有相似之处也有不同之处。不同点主要是学生学习的情境是人为设置的，为了使学生在最短的时间内达到建构物理知识的目的，教材和教师在教学活动中提供给学生的素材和情境的指向性很明确。
笔者曾举过旅游者旅游的例子。将学生和教师比作旅游者和旅游的咨询者，无论咨询者水平有多高，但旅游者真正了解旅游的目的地还是他实地旅游回来后。也就是说无论教材编写有多好，仍然如同一张好的地图，学生头脑中的认识结构最终还得自己去建构，缺少了过程的学习对学生来说是不完整的或者说知识的学习是不全面的。我们不否认教材的编写和教师的教学对学生学习很重要，但教材内容的选取和教学过程的开展一定要使学生在学习过程中成为信息加工的主体、知识意义的主动建构者，这才符合学生的认知规律。
物理知识以两种形式存在：一种是有形的知识，在中学物理中就是我们通常所说的概念和规律；另一种是无形的知识，它是学生在经历物理知识学习过程与知识相关的东西，如生活中的实际情境、归纳总结的方法、探究实验的过程、思维的逻辑等。在课程标准中无形知识我们可以理解为过程与方法、技能和情感、态度与价值观，在某些时候也可称之为能力。无形知识的获得在各门学科的学习过程中均存在，物理与自然联系更为紧密，因此在物理学习中无形知识的获得尤为重要。在物理学习过程中，学生不经历自主建构知识的过程，在通常检验成果的考试中学生成绩差别并不大，但这样的学生只是考试的高手，最终不能达到其发展的最佳高度。
在国家制定了课程标准的前提下，教材中所呈现的物理知识基本已经确定，教材的编写实际上是如何呈现物理知识。从上面的思考我们认为在教材编写过程中有三点值得关注：一是教材中所提供的样例是否贴近学生的生活实际？如果物理现象与学生的生活贴近，那么学生就能在熟悉的情境中去学习，这有助于学生正确地建立物理概念。其二是这些物理现象是否与学生生活中的相关前概念密切相关？或者说这些现象是否能使得学生顺利地将现象与自己头脑中的相关概念建立联系？如果是，那么学生就很快能将这些现象用自己的认知结构的相关概念进行同化，更新自己的认知结构。如果不能，那么学生则需要经历顺应这个心理阶段来达到重建自己认知结构的过程。三是教材与教学的内容是否能让学生真正参与到活动的过程中来。
教材编写过程中，建立知识内容的素材选取必须与学生的认知过程相适应。
二、从初中物理知识“音调”概念谈教材的编写
下面就目前初中物理教材中“音调”知识点为例，谈一谈如何从学生的心理特征、思维能力发展水平和已有的前概念出发如何进行教材的编写。
（一）现实教学中的难点
在目前初中物理教材中，对于知识内容的处理有两种方式，一种是将音调这个知识点单独作为一节内容，另一种是将音响、音调和音色这三个知识合并为一节内容。
在初中物理教学过程中，教师和学生对本节难点的共同反映就是音调的教与学。
学生在生活中有音调这个概念，但对学生来说音调的概念是存在于音乐之中，但这个音调的“前概念”还不是一个真正意义上的物理概念。他们头脑中的音调是与音律相关的，音调的高低是与乐器的演奏相联系的，这是一种表象，是音调的一种外在的表现方式，他们没有掌握音调概念的内涵，也就是说音调的高低究竟与什么因素有关这个事物的本质特性，生活中的“前概念”与物理内涵间有较大的距离。
在本节教材中还有一个物理概念——响度。学生在生活中的响度前概念与物理知识中响度的概念内涵一致，在响度概念的建立过程中，学生的心理活动过程是同化。响度概念的学习对学生来说比较容易。
音调是声音的高低，音响是声音的大小。学生在学习过程中很难将声音的高低与声音的大小两者完全区分开。在学生头脑中，大小和高低是有区别的，但这两个概念只是与实际的事例相联系时学生才不会产生矛盾。高低与位置相关，大小与物体的尺度相联系时，两者之间才真正能区别，而抛开具体的事例，学生还无法真正将两者区分开来。
现实的教学中教师和学生通常是通过反复练习，让学生牢牢记住音调与频率的关系，将音调的概念强加于学生。
在本节的学习时，音调概念建立过程中还需要同时建立另一个物理概念——频率。学生在生活中频率的“前概念”同样也不明晰，这一概念学习过程中存在的困难对学生真正掌握音调这个物理概念产生一定的困难。教材编写如果不能让学生经历自主学习的过程，同样因此学生无法真正通过教材中的事例来达到自主建构音调概念的目的。
（二）目前教材的编写
在目前通过教育部审查的几种教材中，对音调这个知识点是如何呈现的呢？我们以四种版本的教材所呈现的情况看。四种教材采用了两种不同的呈现方式，人民教育出版社、上海科技出版社、上海科技出版社与广东教育出版社联合出版的这三种教材是利用学生实验探究，采用的是齿轮和直尺。教材中呈现的实验如图1：[2][3][4]
图1
这三种教材所提供的素材是学生生活中所见到的实际现象，选取的素材能引起学生的共鸣。其次这些实验学生都能亲自参与，也能引起学生的学习兴趣，实验意图也很明显，物理意义也清楚。
但这样的内容呈现及呈现方式有两点使得学生的学习产生困难，一是选取的素材与学生头脑中音调的“前概念”间无法建立好的联系，其次学习音调概念所必须掌握的周期或频率的概念不能通过上述素材完整形成相关的概念。
编写者选取上述素材试图在实验过程中同时让学生建立频率和音调两个概念。他们希望实验时在摇动齿轮的过程中让直尺发出声音，学生通过听觉来判断发出声音音调的高低不同，其次通过视觉来观察直尺振动快慢（或与齿轮间的撞击）来建立频率的概念。
但在实验中通过直尺振动过程中发出声音来建立音调概念存在两个问题。
一是实验时所发出声音的频率虽然有所区别，但声音的音调与学生头脑中音乐中的音调很难吻合，很难判断声音的高低。学生头脑中原有认知结构的音调前概念无法与实验现象相联系，也就无法利用前概念去看待实验现象，自然也就无法真正理解物理中的音调概念的内涵。如果实验过程中学生碰巧能发出接近生活中音调的前概念的一个声音，但也很难发出两个完全能区分开来的声音。
二是直尺振动的快慢与频率间不能建立很好的联系。频率的概念看似简单，但学生头脑中频率的前概念的清晰程度并不比音调的前概念强，这成为学生学习音调概念的难点。
在学生还没有建立起频率这个概念的前提下，让学生运用理解不完全的频率概念去理解音调有点差强人意。
江苏科技出版社出版的初中物理教材中，选取的素材是通过展示各种乐器实物和不同乐器发出声音的波形图，运用叙述方式来呈现。如图2所示。[5]
图2
这样的呈现方式同样是贴近学生的生活，教材引用乐器实物能引导学生将音乐中音调的前概念与物理概念相联系，这样的物理情境与学生头脑中的认知结构相似。如果在教学中能让学生亲自参与更能使学生自主建构音调的概念。应该说教材编写者作了很好的尝试。
这样选取的素材可操作性强，能引起学生的学习兴趣。
编写者没能继续这个编写思想，没有通过简单的方法达到目的，而是希望通过引入波形图的思想来让学生建构音调的概念。这种编写思想体现了时代的特点，进行实验时波形图随音乐变化的现象也能引起学生的学习兴趣，但在教学中真能让学生建立音调的概念吗？
对图象的理解需要较好的抽象思维能力，通过图象理解物理概念对高中学生的学习都是一个难点，初中学生的抽象思维能力还在不断完善之中，理解波形图的意义对初中学生而言比建立音调这个概念更加抽象，实验中学生对波形图随音乐而变化的现象比理解波形图的物理意义更感兴趣。这样的呈现方式忽略了学习的主次关系。将波形图引入教材应该在学生建立音调的概念之后，作为他们对音调概念的拓展，如果教材能以这样的思考对待波形图的作用，那么既能体现教材的时代特点，又能引起学生学习的兴趣，为学生进一步学习物理知识起到铺垫的作用，而不应该出现在学生建立概念的过程中。
不同的教材在编写过程中都有一个共同的特点，那就是让物理贴近生活，不仅体现了新课程的理念，也体现了以学生为本的思想；编写者在素材选取时也能引起学生的学习兴趣，让他们参与到学习活动过程中来，希望学生在活动中自主建构知识结构。这是一种好的编写思路。
但不同教材也都存在各自不同的缺陷，前者是呈现的物理现象不能与学生头脑中音调的前概念建立必要的联系，后者运用波形图来建立或理解相对简单的音调概念是将简单的问题复杂化。
（三）教材中音调概念素材的思考
如何能更有利于学生建立相关的概念呢？笔者认为可以采用下面的编写思路和素材的选取。
首先通过学生实验让学生在活动中建立频率的概念。
选取一段长约1米的橡皮筋，让两个学生分别握住橡皮筋的两端轻轻拉直，另一个同学用手拨动橡皮筋的中间，让它上下振动（如图3）。橡皮筋振动较慢，可以让学生测出橡皮筋上下振动30次所用的时间，进而让学生计算出橡皮筋振动一次所用的时间。再由教师给出周期或频率的概念。这样的实验可操作性强，在任何地方均可实现，每一个学生都能参与。橡皮筋实验直观、能全员参与，有利于学生很好地建立频率的概念。
图3
其次让学生选用不同长度的橡皮筋（实际上是握住橡皮筋的不同位置），重复上述活动过程，让学生亲身体验频率与振动橡皮筋长度的关系（当然橡皮筋的松紧程度也与振动快慢相关，但教学中教师要把握好主次关系），为进一步学习做好准备。
图4
第三个活动则是让学生在活动中将音乐音调与频率间建立关系。
这个活动可以让教师或学生完成。这个活动中首先让学生感受音乐中的音调高低，以唤起学生头脑中的前概念。其次让学生进一步分析不同乐器在发出不同音调的过程中弦振动的快慢。
通过上述两个实验活动，学生就能理解物体的振动快慢与音调高低间的关系，真正理解物理中音调概念的内涵。学生音乐的音调前概念得以顺利上升到物理知识的音调概念。
（四）对教材编写的反思
借用美国教育家布鲁姆的理论，我们认为：只要给予学生足够的时间，他们都能学好物理知识。
学生学习物理知识的快慢与他们头脑中原有的认知结构是有关联的，如果教材编写能有效地利用学生的前概念，将更有利于学生的物理学习。