浅谈物理教学中的“理解”，本文主要内容关键词为：浅谈论文,物理论文,教学中论文，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。
教育心理学认为，感觉到了的东西，我们不一定能立刻理解它，只有理解了的东西才能更深刻地感觉它。学习的过程，首先是感性认识的过程，即通过观察、感知，了解知识的基本内容，获得感性认识。但这仅仅是一种初步的，不全面、不深刻的认识，然后再通过比较、抽象、分析、推理等思维过程，认识事物的本质和规律，把感性认识上升到理性认识，再把它巩固在记忆中，需要时提取出来，形成对其所面临的问题的认识与解决问题的策略，这个过程需要“理解”的介入。所以，理解是一个逐步深入的思维活动，是习得知识、形成能力的中心环节。“理解”是学习活动中为实现一定的目标所作的智力上的努力或尝试。只有“理解”的东西，才能内化为自身的东西，才能掌握得牢固，并且能够灵活运用它解决实际问题。
在物理教学中，从操作层面上讲，理解包括：领会物理概念、规律的确切含义，知道它是根据哪些物理事实，经过怎样的分析思考得来的；对同一概念和规律的各种表述形式，包括文字表述和数学表达，有正确、清楚和深刻的认识；能鉴别关于概念和规律的似是而非的说法，认识相关知识的区别和联系，对于物理规律，弄清它的来龙去脉及适用范围。本文拟就中学物理教学中“理解”的问题谈几点认识。
一、基于物理教学中的对“理解”的认识
1.理解辩考
《普通高中物理课程标准（实验）》将认知水平的行为动词分为“了解、认识、理解和应用”四个层面，其中对理解的认知状态界定为“把握理解逻辑联系；与已有知识建立联系；进行解释、推断、区分、扩展；提供证据；收集、整理信息等”，理解是新课标内容标准中一个重要的关键词。课程标准把“理解”界定为对物理知识的掌握程度层面上的操作性概述，在教学过程中把握“理解”具有可操作性。从物理课程标准层面上来讲，“理解”是知识掌握的一个环节，而本文中理解的含义要比“课标”中的理解更要宽泛一点，它是学习活动中为实现一定的目标所作的智力上的努力或尝试。
高考也把对“理解”的要求放在重要的位置上。据《2010年普通高校招生全国统一考试·物理科考试大纲》介绍，对考生的能力要求表述为：理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用，能够清楚地认识概念和规律的表达形式（包括文字表述和数学表达），能够鉴别关于概念和规律的似是而非的说法，理解相关知识的区别与联系。
2.建构主义与理解性习得
我们不妨将重视教学过程中“理解”的教育称之为理解性习得，体现了一种以学生为本和以学生的发展为本的人文情怀。它与新课程的精神是一脉相承的，也与新课程的支撑理论——建构主义理论有着密切的联系。
建构主义学习理论认为，知识不仅仅是通过教师传授获得的，而且是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助于其他人（包括教师和学习伙伴），利用必要的学习资源，通过意义建构的方式获得的。学习者的学习或知识建构是一个积极、主动参与的过程，其基本模式或流程就是：面对外界的各种刺激→学习者产生困惑、问题或兴趣→学习者调用自己已有知识结构→学习者强化与他人、社会、整个世界的相互作用→学习者建构起有意义的知识和经验。
从建构主义指导下的学习流程中不难看出其四个基本要素：“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”。在学习过程中帮助学生建构意义就是要帮助学生对当前学习内容所反映的事物的性质、规律以及该事物与其他事物之间的内在联系达到较深刻的理解。这种理解在大脑中的长期存储形式就是前面提到的“图式”，也就是关于当前所学内容的认知结构。上述要素中，“情境”是理解的平台；“协作”、“会话”是理解的途径；“意义建构”是理解的核心，也是整个学习过程的终极追求和目标。在新课程背景下，教师的备课活动由原来的备教材、备学生、备方法，向备情境、备问题和备活动三个方面转变。
理想的学习过程是学生对知识意义自主建构的过程，在这种方式下学习的人，要求能够通过将新经验与已经理解的事物进行综合比较，从比较中抽象出新的东西来，从而为这个世界赋予意义。知识的建构并不像在一个空旷的平地上建筑一幢高楼。在学习任何知识之前，学生的头脑里都已有一些前概念，由于这些前概念对新的学习会产生种种影响，所以，科学概念建构的本质是转化，即教师应当促成学生将原有的前概念转化为科学概念。教学过程中运用建构方式帮助学生将自己对客观世界已有的认识与教学过程构建的“情境”在“协作”、“会话”过程中产生思维冲突，从而实现“意义建构”，由此来进行理解学习。
建构的过程，就是将外部的事物赋予意义的过程，就是理解的过程。可以毫不夸张地说，理解力是一个重要的学习能力，没能理解就不会有真正的学习过程发生。培养学生的能力可能是多方面的，但教师的教学活动的设计，必须围绕着理解能力的培养来展开，其教学活动的有效度才会得到极大地提高，也就能够避免生吞活剥。只有理解了的知识才能成为自己的知识，才能内化、固化在自己的认知结构上，解决问题时能够激活，才能成为能力的一部分。
二、物理教学过程中的“理解性习得”策略举要
“理解”是物理教学的中心环节，是我们的主张和观点。那么，如何在中学物理教学过程加强理解教育呢？我们通过几个具体方案来描述理解教育策略。
1.稚化思维策略
所谓稚化思维就是在备课或讲课时，将教师自己的思维稚化、降格，倒退到学生原有的思维水平上去。在面对一个问题时，有意识地造成一种陌生感、新鲜感，多从学生的思维角度、思维习惯和思维方法去体验，学生是怎么想这个问题的？可能会遇到什么思维障碍？等等。力求师生思维活动和谐相容，同步协调地进行，以帮助学生逾越认知中的障碍，有效地促进知识的同化和顺应。
教师应当跟学生一起去学习，要预见到学生可能存在的问题，把学生的困难当作自己的困难，故意弱化、稚化自己，像初学者一样甚至在经历错误中进行学习，把学生的发现当作自己的发现，把学生的快乐当作自己的快乐，这就是所谓的“蹲下来看学生”的教学理念。
例如，一个半径为r的小圆与半径为R=4r的大圆相外切，则小圆在大圆上转过一圈时，小圆转了几圈？
很多学生对这个问题会不假思索的解答为4圈，其解决问题的经验基础是大圆周长是小圆周长的4倍。如何帮助学生解决认识过程理解偏差呢？运用图1方式的实验，将大圆展开为直线，让小圆在大圆对应的直线上，从左端走向右端时，要转过4圈，然后将直线再弯折成圆，这时小圆又转过了一圈。实际上是4+1=5圈。这个问题有点像儒勒·凡尔纳的著名科幻小说《八十天环球旅行》中留下的悬念一样。
图1
上述理解问题的方式也可以运用到图2所示的问题上来。求一根表面均匀镀有很薄的发热电阻膜的长陶瓷管上电阻膜的厚度。若是将圆筒展开后近似地看成长方体，则薄膜变成了截面积为πdD、长为L的长方形导体。虽然展开后的膜不是标准的长方体，但题目中的条件“很薄”允许我们可以作这样的近似处理。当然，如果死抱着“薄膜怎么可能等效为长方体”的僵化思想不肯解放，该问题是断然无法解决的。
图2
2.类比和比喻策略
类比推理是根据两个（或两类）对象在某些属性上相似而推出它们在另一个属性上也可能相似的一种推理形式。具体的过程是：通过对两个不同的对象进行比较，找出它们的相似点，然后以此为依据，把其中某一个对象的有关知识或推论推移到另一个对象中去。类比推理的动态结构简图见下页图3。
教学过程中的类比及比喻手法的应用能有效地帮助学生接受新知识，理解和解决问题。正如德国哲学家康德所说：“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往能指引我们前进。”
图3 类比推理结构动态结构简图
典型的实例是，在讲了电场力后，因为静电力的表达式与万有引力的表达式相似，这样就不难看出在电场中移动电荷时，电场力做功的特点与重力做功的特点一样，与路径无关。正是这样，才可以引入电势能、电势以及电势差的概念。
再如，用如图4(b)所示的图来类比（比喻）闭合电路（图4(a)）的内外电路的电势变化特点，则理解原电池内部的电势变化情况一目了然。
3.揭示缄默知识策略
缄默知识有时也叫做默会知识，具体到物理教学过程中是指那些在乎时的物理教学中，我们意识不到但却深刻影响我们行为的知识，相当于我国古人所说的“只可意会不可言传”的知识，也可以称之为“日用而不知”的知识。将隐性的知识外显，让那些缄默知识“显山露水”，是帮助学生理解物理知识的又一重要途径。
在使缄默知识显性化的过程中，教师应努力帮助学生把缄默知识通过恰当的方式表述出来。教师和学生能够在这个不完整的表象面前，共同探讨，经过仔细思考和逐步的、反复的修正，最终能获得比较满意的表象。解答因学生个体而产生的缄默知识，关键在于暴露学生的思维，让学生把自己的认识立场、观点或模式用语言、符号、图形等表示出来。
表1列出了力学中几个容易混淆的概念模型的比较，在解决实际问题中学生常常会犯这样或那样的错误，究其原因是对这些模型的内因知识没能明晰。比较有助于学生认清这些物理模型的本质，为解决问题扫清障碍。
表1
例如，如图5所示的半径R=10m光滑凹球面容器固定在水平地面上，球面中心O正下方有一个刚性挡板A，在容器内离挡板10cm的B处有一可视为质点的小球由静止无摩擦地滑下，向着挡板运动，与挡板碰撞时间极短，那么小球自开始滑下到第二次与挡板碰撞所经历的时间是多少？
图5
对于这个问题的解决，首先要分析小球的受力状态，然后可将小球所受的容器的支持力（弹力）理解为小球用轻绳悬后所受的拉力（弹力），它们都是沿半径方向指向球心（运动平面内是圆心）O的，始终与运动方向垂直，再仔细研究发现，弹力与竖直方向的夹角较小（小于5°），那么可以将这个模型转化为单摆模型来进行解决，至此，解题深藏在思想深处的相关理念通过模型的转换表现出来，使一个比较复杂的物理问题通过缄默知识的揭示而得到有效解决。
4.引导学生正确的表征策略
认知心理学家将信息在头脑中的呈现方式统称为表征，认为表征是影响问题解决的重要因素，表征分为内隐表征和外显表征。问题表征策略是理解物理问题实质的过程，也是推动问题由起始状态向目标状态前进的过程。因为表征不当而不能真实地反映出问题的特征、结构以及物理事物之间的关系、以至于被某些现象所迷惑；因为表征不当而不能对物理现象或物理过程建立起一幅清晰的物理图景；因为不能选择合适方式来表征问题，导致在解决物理问题的过程中，生搬硬套有关结论或盲目代公式等现象。既是由对问题不能正确理解引起，也是学习者对物理规律理解存在缺陷的表现。
问题的表征体现出了物理学习者对物理问题的理解程度的高低。解决问题的基本策略有3种，即双向推理、发散思维和集中思维。从解决问题的具体过程来看，形象思维也是形成表征的一种重要思维方式，由于形象思维的形象性和整体性，使主体容易对问题的实质和解题的关键产生直感，从而触发出创造性解决问题的方案。例如，在教学实践中，我们往往看到，对物理学习感到困难的学生往往不习惯于画出简明的图解或直观的图像来表征问题，以通过提供视觉形象帮助理解问题的场景，以至于学生思维受阻，常常使得这些学生输在解决问题的起点。对于求解以下的问题：
某地强风的风速为v，设空气的密度为ρ，如果将通过横截面积为S的风的动能全部转化为电能，则其电功率多大？
图6
从问题目标来看，可以将问题翻译（转换）成求单位时间内通过横截面S上风的动能，这种转换一般学生是能够想到的，但如何求风的动能是关键。求风的动能的关键是求风的质量。从问题表征角度来看，运用形象化手段建立如图6所示的柱体微元模型。对于速度为v定向流动的密度为ρ的连续流体，可在v方向选取一横截面积为S的柱体微元，则在Δt时间内通过S截面的流体质量即为以vΔt为高、以S为底的柱体微元的质量，柱体微元质量表达式为Δm=ρSvΔt，至此形象化地表现物理模型的方法成为解决这个问题的突破口。学生从单个质点牛顿力学的学习，到连续介质（流体、电荷等）问题的求解过程中，研究的对象从一个质量点跃迁到无数质点组成的连续介质，学生解决问题时的思维也同时需要上升一个台阶。通过运用微元柱体建立物理模型的方法表征问题，可以化解学生解决这类问题的困难。
5.情境创设策略
教师如何将教材、生活中实例、参考资料、课程标准等课程资源通过自己的理解，恰当地编译成适于学生认知的问题情境，是帮助学生深刻理解物理现象、过程与方法的一种有效途径。在课堂教学中，合理创设和运用情境，能激发学生的学习兴趣，帮助学生理解教学内容，提高教学效率。在情境教学环境中，教师的作用由知识的传授者变为学生理解的辅导者和促进者，设计真实的任务、真实的活动是学习环境的重要的特征，格林菲尔德称之为“教学支架”。物理教学过程中，“支架”要尽可能地从学习者自己管理学习的需要出发，支持并简化任务，使得教学活动更加有效地指向学生的“最近发展区”。情境创设策略要从语言情境、实验情境、问题解决情境等方面入手。
例如，关于“作用力和反作用力”的学习，由于学生对力的作用过程即力的发生情境不清，或是应用了错误的情境，因而导致对作用力与反作用力认识上的错误理解。教学过程中可以通过先设计问题情境：“发射火箭时，是什么力使火箭加速升空的？”然后设计实验情境：“水轮冲击机”，最后再用DIS实验中力传感器等设计，从三个层次上逐渐将学生的认识引入深处，但每一次引发过程又是在学生可以认知的范围内（最近发展区内），学生就会在教师的引导之下逐步对“作用力与反作用力”的“等大、反向、共线、异体，同时、同性质”理解深化，由经验性认识上升为理性认识。
6.引导学生进行试误和反省策略
美国心理学家桑代克以“刺激—反应联结”和“试误”为主要特色的学习理论认为，学习就是形成一定的“刺激—反应联结”。而这种联结主要又是通过试误建立的，即在重复的尝试中，错误的反应逐渐被摈弃，正确的反应则不断得到加强，直至最后形成固定的“刺激—反应联结”。因而，学习是一种试误的过程，是一种行为不断修正的过程。
“犯错误是儿童迈向理解的必经阶段（［美］拉宾诺威克兹Labinowicz，E.语）。”在物理教学中企图让学生完全避免错误是不可能的，也是没有必要的。相反，在某些情况下却需要有意识地让学生专门进行“尝试错误”的活动，在这种“尝试错误”的过程中，充分暴露学生思维的薄弱环节，有利于对症下药；另一方面，错误是正确的先导，有时错误比正确更具有教育价值。正如当代科学家、哲学家波普尔所说：“错误中往往孕育着比正确更丰富的发现和创造因素，发现的方法就是试错方法”。因此，在教学中通过暴露学生学习过程中的错误，为学生提供以错误为源泉的学习反应和刺激，通过学生“尝试错误”的过程，可使学生从中审视、体验和反思，加深对物理现象和物理原理的理解。
例如，有以下典型的追及问题：
甲乙两物体在一条直线上前进，甲在前，做速度为v的匀速运动，乙在后做加速度大小为a的匀减速运动，某时刻起，甲乙相距为s，问要使得甲乙不相撞，乙的初速度
不能超过多少？
要使得甲乙两物体不至于相撞，则应有乙物体刚停下来时，刚好与甲车接触，实际上如果用倒推法则不难发现，两物体已经“相撞”了一次。
教学过程中如果采用以下的方法设置台阶，则会有助于对上述问题的反思，会产生意想不到的效果：
(1)手竖直上抛一个球，要使得球与天花板不相碰，应该满足什么条件？
(2)在匀速竖直上升的电梯里，要使得球与天花板不相碰，以电梯为参照物应该满足什么条件？以地面为参照物应该满足什么条件？
(3)以12m/s的速度行驶的汽车，紧急刹车后的加速度的大小是5m/
，求刹车后6s内的位移。
对于(1)学生易知，小球到达天花板时的速度刚好为零。
对于(2)学生仿照(1)知道在小球到达电梯顶部时，小球相对电梯的速度为零；以地面为参考系时，小球到达电梯顶部时相对地面速度与电梯速度相等。
对于(3)，有些学生据已知条件，得：
位移为负值表示汽车倒退，这是不合理的。原因是汽车从刹车开始经过时间
后就停下来了，即在6s的时间内，汽车并不是一直在做匀减速直线运动，从2.4s就处于静止状态了。通过本题引起的认知冲突，可以加深对匀变速直线运动位移公式中各个物理量意义以及使用条件的理解。
然后，再提出前面甲、乙两车追及的问题，学生就会从刚才一系列的“尝试”过程获得成功体验，解决问题的指向性可能就会更明确一些。当然，“尝试错误”不是鼓励和诱导学生重蹈覆辙，而是力图通过“尝试错误”这种“催化剂”来增强学生对错误的“免疫力”，以进一步提高学生的自辨能力，提高学生素质。
总之，学生的学习是一种在教师指导下的特殊学习，教师有责任引导学生为理解而学。而教师自身的理解水平在很大程度上制约着学生对问题的理解。教师必须在自己深刻理解的基础上，帮助学生对问题进行深刻理解，使学生在更广阔的背景下，从更多的角度，用更恰当的物理思想去看待、理解和领悟物理问题的实质，这样才能真正提高学生的物理学科的科学素养和解决物理问题的能力。最终，理解应该成为物理课堂教学的主旋律。