第四章 物理概念、規(guī)律學(xué)習(xí)的

第四章物理概念、規(guī)律學(xué)習(xí)的心理研究

物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映，是物理事實(shí)的抽象。物理規(guī)律（包括定律、定理、原則、法則、公式等）反映了物理現(xiàn)象、物理過程在一定條件下必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律，它反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化的各個(gè)因素之間的本質(zhì)聯(lián)系，揭示了事物本身屬性之間的內(nèi)在聯(lián)系。整個(gè)中學(xué)物理是以為數(shù)不多的基本概念和規(guī)律為主干而構(gòu)成的一個(gè)完整的體系，也是學(xué)好物理的基礎(chǔ)。實(shí)踐證明：物理教學(xué)的成功必須以學(xué)生的心理活動(dòng)為基礎(chǔ)。因此，研究學(xué)生學(xué)習(xí)物理的心理特點(diǎn)和規(guī)律已成為一個(gè)重要的課題，成為中學(xué)物理教學(xué)研究的新內(nèi)容。那么物理概念、規(guī)律的心理研究就顯得特別重要。第一節(jié)建立物理概念、形成物理規(guī)律的心理特征傳統(tǒng)的教學(xué)認(rèn)識(shí)論并沒有深入的探討認(rèn)識(shí)的發(fā)生、發(fā)展問題，而只是借用哲學(xué)認(rèn)識(shí)論的分析，主要抓住實(shí)踐與認(rèn)識(shí)的矛盾運(yùn)動(dòng)，或者借用心理學(xué)關(guān)于學(xué)習(xí)的理論。皮亞杰另辟蹊徑，它通過引進(jìn)生物發(fā)生學(xué)的方法，深刻地分析了個(gè)體認(rèn)識(shí)思維的結(jié)構(gòu)和功能，把認(rèn)識(shí)看作是認(rèn)識(shí)主體通過圖式進(jìn)行同化、順應(yīng)，使主體結(jié)構(gòu)適應(yīng)客體環(huán)境并使認(rèn)識(shí)最終達(dá)到平衡的過程，是認(rèn)識(shí)主體的認(rèn)識(shí)過程從宏觀進(jìn)入到微觀，從形式進(jìn)入到實(shí)質(zhì)，從而深化了個(gè)體認(rèn)識(shí)的發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律。本節(jié)重點(diǎn)介紹皮亞杰的認(rèn)知理論。從學(xué)習(xí)心理機(jī)制的角度來看，學(xué)習(xí)就是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成。下面詳細(xì)闡述皮亞杰認(rèn)知理論中圖式、同化、順應(yīng)、平衡、組織五個(gè)概念。圖式圖式是一個(gè)有組織的，可重復(fù)和概括的東西，我們稱之為圖式。

圖式具有以下三個(gè)特點(diǎn)

（1）并不是所有的圖式都是天生的。

（2）圖式不是簡(jiǎn)單的攝影，因?yàn)閯倓偦謴?fù)視力的先天盲人并不能區(qū)別不同的物體。

（3）人們要到已具備能感知事物的圖式時(shí)才能感知事物?，F(xiàn)代圖式理論認(rèn)為，圖式的特征還可以進(jìn)一步概括為以下幾個(gè)方面：（1）圖式是有變量或槽道（slot)構(gòu)成的.(2)圖式的加工過程是對(duì)加工的資料進(jìn)行擬合優(yōu)度評(píng)價(jià)。(3)圖式是一種主動(dòng)計(jì)算裝置。（4)圖式具有等級(jí)結(jié)構(gòu)。例如，初中生學(xué)習(xí)功的概念時(shí)，通過許多的事例和規(guī)定、公式而形成了關(guān)于功的圖式為：事例→力→Fs→W距離

這一圖式就像索引卡片一樣保存在人的大腦中。學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)越多，圖式就越多，然后經(jīng)過分類、整理，形成較大、較復(fù)雜的圖式組織（或知識(shí)結(jié)構(gòu)）。

圖式的分類

（1）動(dòng)作圖式

動(dòng)作圖式表示人對(duì)自己的身體動(dòng)態(tài)經(jīng)驗(yàn)的感覺和理解

（2）形象圖式

形象圖式是一些信息單位的表象。

（3）運(yùn)算圖式

運(yùn)算圖式是把一個(gè)形象圖式改變或轉(zhuǎn)換成為另一個(gè)形象圖式。

（4）執(zhí)行圖式

在解決多種多樣問題或任務(wù)時(shí)所形成的總策略屬于執(zhí)行圖式。

圖式通常是有層次結(jié)構(gòu)的。圖式由子圖式構(gòu)成，同時(shí)它又是一個(gè)更大的母圖式的一部分，形成一個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)。圖式的獨(dú)立作用圖式還有獨(dú)立自主的作用，不受我們意識(shí)的支配。例如：動(dòng)作圖式就屬于這一類。我們并不考慮吃飯、騎自行車，但我們都能順利地做到，這就證明了圖式的獨(dú)立自主作用。除了動(dòng)作圖式之外，別的圖式似乎也有這種獨(dú)立自主作用。圖式之間的相互作用

圖式之間的相互作用表現(xiàn)為圖式之間的相互合作、相互支持或相互斗爭(zhēng)、相互抑制，有時(shí)也表現(xiàn)為彼此之間互不干擾、互相獨(dú)立。

（1）圖式之間的相互配合、相互支持是圖式之間相互作用的最主要、最基本的形式。（2）圖式之間可能有矛盾和斗爭(zhēng)。

（3）圖式之間也可能相互抑制。

（4）圖式之間也可能沒有相互作用而各自獨(dú)立起作用，互不干擾。

4圖式的“生物”本質(zhì)圖式還具有生物機(jī)體的某些特征。如圖式很活躍，似乎具有生命，能存活、生長(zhǎng)和死亡；圖式之間可能相互斗爭(zhēng)，相互抑制或相互協(xié)調(diào)，形成集體；圖式也可能分化而產(chǎn)生子圖式。同化

如果新的刺激物能夠納入到原有的圖式之中，這個(gè)認(rèn)知過程就叫做同化。例如，學(xué)生在高一學(xué)習(xí)功的概念時(shí)，與初中學(xué)習(xí)的不同情境在于力與位移的方向成任意角度，要把這一新情境下做功的刺激納入到原有圖式中，就必須把原有的圖式擴(kuò)展為：力新情景→位移→Fscosa→W

角度

經(jīng)過同化擴(kuò)大了圖式的范圍，或者說擴(kuò)大了概念、規(guī)律的外延。但是它們的內(nèi)涵并未改變，也就是說只發(fā)生了量上的變化

三順應(yīng)如果新的刺激物不能與原有的圖式同化，或者說在原有圖式中找不到同類的圖式，學(xué)習(xí)者必須兩者擇一：一是修改原有圖式，以符合新的刺激物：二是創(chuàng)造一個(gè)能容納新刺激物的新圖式，這叫做順應(yīng)。例如，關(guān)于電場(chǎng)力的做功圖式，就不能為機(jī)械做功的圖式所包容，于是通過改造，構(gòu)建如下新的圖式：電場(chǎng)與電荷→力

→qE→qEd→qU→W位移在這里，W=qU與W=Fscosa是截然不同的兩個(gè)新圖式。因此，順應(yīng)也是一個(gè)認(rèn)知過程。經(jīng)過順應(yīng)修改舊圖式或創(chuàng)造新圖式，使認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)的變化。四平衡

五組織這種一個(gè)運(yùn)算模式的改造而引起的與其它運(yùn)算模式的協(xié)調(diào)和重組，也是一個(gè)平衡作用過程，為了區(qū)別起見，我們稱之為組織。個(gè)體每當(dāng)遇到新的刺激，總是試圖用原有的圖式去同化，若獲得成功，便得到暫時(shí)的平衡。如果用原有的圖式無法同化新的環(huán)境刺激，個(gè)體便會(huì)做出順應(yīng)，即調(diào)節(jié)原有圖式或重建新圖式，直至達(dá)到認(rèn)識(shí)上的新平衡。第二節(jié)建立物理概念、形成物理規(guī)律的認(rèn)知過程物理概念是物理現(xiàn)象、物理過程的概括化和抽象化的思維形式，是物理學(xué)習(xí)或物理思維的基本單位，是物理基礎(chǔ)知識(shí)最重要的內(nèi)容。在物理教學(xué)中，使學(xué)生正確、牢固的形成物理概念，具有特別重要的意義。傳統(tǒng)的物理概念學(xué)習(xí)過程是按照感覺→知覺→表象→概念的順序而建立的。皮亞杰不同意關(guān)于概念的內(nèi)容和形式都來源于知覺的主張，他認(rèn)為概念產(chǎn)生于從感知運(yùn)動(dòng)階段就在主客體之間積極發(fā)揮效用的活動(dòng)（學(xué)生在日常生活中所觀察到的物理現(xiàn)象以及教師在課堂上所作的演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生親自操作實(shí)驗(yàn)等）以及有活動(dòng)建構(gòu)起來的圖式（包括感知運(yùn)算圖式，前運(yùn)算圖式、具體運(yùn)算圖式、形式運(yùn)算圖式），并由活動(dòng)和結(jié)構(gòu)提供的非感知因素來加以豐富和發(fā)展。所以，概念是運(yùn)算的基本成分，因而概念屬于認(rèn)識(shí)的運(yùn)算方面，而不再與感覺、知覺、表象等思維的形象方面為伍，即思維的形象結(jié)構(gòu)和形式結(jié)構(gòu)以活動(dòng)（動(dòng)作）為基礎(chǔ)而形成了兩種平行進(jìn)展而又截然不同質(zhì)的結(jié)構(gòu)體系。一學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念的心理研究

活動(dòng)（觀察、實(shí)驗(yàn)、操作等）感知運(yùn)算圖式→前運(yùn)算圖式→具體運(yùn)算圖式→形式運(yùn)算圖式→概念感覺→知覺→表象→概念是由結(jié)構(gòu)（2）產(chǎn)生的，而不是由結(jié)構(gòu)（1）產(chǎn)生的。當(dāng)然，直覺與表象并不是可有可無的。學(xué)生要通過圖式產(chǎn)生物理概念，首先要從形象上了解物理現(xiàn)象的造型和特征。因此，物理概念的產(chǎn)生在形式上需要圖式的不斷發(fā)展和生長(zhǎng)：在內(nèi)容上，需要直覺在圖式的參與下發(fā)展為表象。二學(xué)生掌握物理規(guī)律的心理研究物理規(guī)律（包括定律、定理、原則、法則、公式等）反映了物理現(xiàn)象、物理過程在一定條件下必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律，它反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化的各個(gè)因素之間的本質(zhì)聯(lián)系，揭示了事物本身屬性之間的內(nèi)在聯(lián)系。學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律如同學(xué)習(xí)物理概念一樣，其出發(fā)點(diǎn)是學(xué)生的觀察活動(dòng)。學(xué)生建立物理規(guī)律的認(rèn)知過程可以表示如下：

活動(dòng)（觀察、演示、操作）物理感覺→物理知覺→物理表象感知運(yùn)算圖式→前運(yùn)算圖式→具體運(yùn)算圖式→形式運(yùn)算圖式→物理規(guī)律→皮亞杰認(rèn)為，人的認(rèn)識(shí)分為認(rèn)識(shí)或思維的形象方面（知覺、表象、記憶等）和認(rèn)識(shí)或思維的形式（運(yùn)算）方面（思維形式或圖式）。思維的形象方面和形式方面都來源于感知運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)，形象結(jié)構(gòu)和形式結(jié)構(gòu)以活動(dòng)為基礎(chǔ)形成了兩種平行進(jìn)展而又截然不同質(zhì)的結(jié)構(gòu)體系。三物理概念教學(xué)中的前科學(xué)概念

兒童在學(xué)習(xí)物理課程以前的生活實(shí)際中，對(duì)各種物理現(xiàn)象和過程也有了自己的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，并形成一些比較固定的看法，這就是前科學(xué)概念。前科學(xué)概念具有以下特點(diǎn)1．廣泛性2．自發(fā)性3．頑固性4．隱蔽性前科學(xué)概念的分類一類是學(xué)生在學(xué)習(xí)物理課程以前的生活實(shí)際中，對(duì)有關(guān)物理現(xiàn)象獲得的一定經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，他們與科學(xué)的物理概念基本一致，學(xué)習(xí)中很容易加以引導(dǎo)形成正確的概念。例如從有關(guān)擺動(dòng)的觀察（鐘擺、秋千等）經(jīng)驗(yàn)形成振動(dòng)的概念就屬于這一類。還有些雖然與科學(xué)的概念不一致，但在給學(xué)生一定的預(yù)備知識(shí)，授予適當(dāng)?shù)姆椒ú⒗糜嘘P(guān)的實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)后，；也不難使學(xué)生形成正確的物理概念。例如，從對(duì)物體的輕重體驗(yàn)到密度的概念。另一類是在學(xué)生原有的經(jīng)驗(yàn)中，這些概念在他們的頭腦中已經(jīng)有了相當(dāng)長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)間，在學(xué)生頭腦中經(jīng)過反復(fù)建構(gòu)已經(jīng)形成了系統(tǒng)的但非科學(xué)的概念。例如，學(xué)生在日常生活中觀察到大量鐵塊沉入到水中的現(xiàn)象后，于是就在頭腦中形成了鐵塊可以沉沒于任何液體中的前科學(xué)概念。在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生必須對(duì)自己頭腦中這類前科學(xué)概念有清醒的認(rèn)識(shí)。還有另一類概念（電磁感應(yīng)、自感等），它們?cè)趯W(xué)生的頭腦中沒有任何前科學(xué)概念，必須從觀察物理現(xiàn)象開始，到逐步形成感覺、知覺、再到表象，最后形成物理概念。四學(xué)生形成物理概念、掌握物理規(guī)律的認(rèn)知過程知道了學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念和物理規(guī)律的心理研究，我們?cè)賮碛懻撘幌聦W(xué)生是怎樣認(rèn)知物理概念和物理規(guī)律的。