（课程与教学论专业论文）中学生对分子运动论理解的调查研究.pdf

中学生对分子运动论理解的调查研究 姓名：柳祸提导师：赵光平副教授、罗星凯教授 专业：课程与教学论方向：物理学科教学论 年级：2 0 0 2 级 论文摘要 随着对教学过程认识的不断深入，人们逐渐地开始重视学生已有的认识经验。在教学中 要充分了解学生的想法，利用他们的已有经验，采取合理的方式来发展学生的原有概念。调 查学生对自然现象的观念对于科学教育很有必要。人类对热的认识经历了一个漫k 的历史过 程，尤其是要从“热质”转变到“热动”存在很大困难，学生对热的认识发展过程与人类认识发 展历史过程是相似的，通过调查我w 发现分子运动论是中学物理教学难点之一，针对难点进 行深入调查研究有助于改进教学。 本论文共九个部分，先就有关研究背景和研究意义及一些相关概念、论文理论基础及相 关的研究文献进行阐述；然后对中学生关于分子运动论的理解进行研究调查，分析学生认知 策略与理解水平；针对分子运动论这个内容在中学进行探究式教学实验，检验教学效果是否 有区别：根据调查结果分析学生存在困难的原因并提出一些教学要求，最后对论文进行反思。 本研究主要以气体温度变化问题的解决来研究学生对分子运动论理解的水平，选取湖南 武冈市第二中学( 初二到高二) 的学生为调查对象，采用问卷和访谈的方法，主要调查；中 学生理解分子运动论的水平及影响他们理解的主要因素；随着科学学习的增加对分子运动论 的理解的发展变化趋势怎样：研究结果对教学实践的有何价值。 在所选取的样本中，学生在解决气体温度变化问题时主要使用了以下几种策略：压强策 略、拟人化的类比策略、密度策略、宏观能量转化策略、摩擦生热及发生热传递策略、温度 是强度物理最策略、分子碰撞策略、热胀冷缩策略等。根据学生所使用的认知策略和在解决 问题是所信奉或隐含的观点，把学生们的理解水平划分为四个层次：感觉经验水平、多个策 略并用水平、一个策略统摄水平、科学理解水平，初二、三和高一大部分同学处于第一、二 水平，高二火部分同学处于第三水平。研究发现：经传统的教学之后能真正运用分子运动论 米解释气体温度变化问题的同学很少，很大一部分同学对热的认识还是持“热质”的观点。随 着年级的升高，理解水平逐渐的加深，尤其从初二到初三有明显的提高差异显著。通过采 用简易气体内能变化演示仪进行探究式教学，发现该工具能很好的帮助学生建构分子运动论 模型。归纳了学生有关分子运动论的几种相异构想，并分析其产生的原因。根据研究结论对 中学物理教学提出了相关的教学建议。 关键词：分子运动论理解认知策略科学探究 i n v e s t i g a t em i d d l es c h o o ls t u d e n t su n d e r s t a n d i n go ft h e m o l e c u l a rm o t i o nt h e o r y n b r a e ：l i u f u - t i t u t o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rz h a og u a n g p i n g ，p r o f e s s o rl u ox i n g - k a i m a j o r ：c o u r s ea n dt e a c h i n gt h e o r y d i r e c t i o n ：p h y s i c sp e d a g o g y e n r o l l m e n t - y e a r ：2 0 0 2 a b s t r a c t w i mt h ef u r t h e ra c q u a i n t a n c eo f t e a c h i n gc o u r s e p e o p l eb e g i nt op a ya t t e n t i o nt o w h a ts t u d e n t 。sh a v ek n o w n w em u s tk n o wf u l l ya b o u ti d e a so fs t u d e n t s ，a n du t i l i z e t h e i re x i s t e de x p e r i e n c e ，t a k es u i t a b l ew a yt od e v e l o ps t u d e n t s o r i g i n a lc o n c e p t d u r i n gt e a c h i n gc o u r s e i ti sv e r yn e c e s s a r yf o rt h es c i e n c ee d u c a t i o nt oi n v e s t i g a t e s t u d e n t s i d e ao ft h en a t u r a lp h e n o m e n a i tj sal o n gw a yf o rt h em a n k i n dt o u n d e r s t a n dt h e r m a lp h e n o m e n a ，a tt h es a m et i m e ，t h e r ea r ed i m c u l t i e sf o rm i d d l e s c h o o ls t u d e n t st ou n d e r s t a n d l c r l n a lp h e n o m e n a w ef i n dt h a tt h em o l e c u l a rm o t i o n t h e o r yi so n eo f t h et e a c h i n gd i f f i c u l tp o i n t so f m i d d l es c h 0 0 1 i ti sv e r yi n s t r u c t i v ef o r i m p r o v i n gt e a c h i n gt om a k ei n v e s t i g a t i o n sd e e p l yt ot h i sd i f f i c u l tp o i n t t h i st h e s i si n c l u d e sn i n ep a r t s 。a tf i r s t ，w ee x p l a i n e dr e s e a r c hb a c k g r o u n d ，t h e r e s e a r c hm e a n i n g ，s o m er e l e v a n tc o n e e p t s ，t h e s i st h e o r e t i c a lf o u n d a t i o n sa n d r e s e a r c hd o c u m e n t sw i t hw h i c ht h i ss t u d yc o r r e l a t e d ；t h e n ，w ei n v e s t i g a t ew h a tt h e s t u d e n t sk n o wa b o u tm o l e c u l a rm o t i o nt h e o r y a n d a n a l y z es t u d e n t s l e v e lo f u n d e r s t a n d i n g ；w ec a r r yo u tt h es c i e n c ei n q u i r et e a c h i n go nt h i sc o n t e n ti nt h em i d d l e s c h o o li no r d e rt os e e kw h e t h e rt h e r ea r ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h e s et w ow a yo f t e a c h i n g ；a c c o r d i n gt ot h er e s u l t s ，w ee x p l a i nt h er e a s o no fd i f f i c u l t i e sa n dp u t f o r w a r ds o m et e a c h i n ga d v i c e f i n a l l y ，w er e f l e c t e dt h i sp a p e r w eu s et h ep r o b l e m sc o r r e l a t e dw i t ht h ec h a n g eo fg a st e m p e r a t u r e ，c h o o s et h e m i d d l es c h o o l ( 8 一1 1 9 r a d e ) s t u d e n t sa st h e s u b j e c t s ，a d o p tt h em e t h o d so ft h e q u e s t i o n n a i r ea n di n t e r v i e w , t oe x a m i n et h el e v e lo fm i d d l es c h o o ls t u d e n t s u n d e r s t a n d i n ga b o u tm o l e c u l a rm o t i o nt h e o r ya n dm a i nf a c t o ri n f l u e n c i n gt h e i r u n d e r s t a n d i n g ；t h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fu n d e r s t a n d i n gt h et h e o r yw i t hs c i e n c e s t u d i e s ；s u g g e s ts o m ea d v i c eo f t e a c h i n gi nt e r m so f t h er e s u l to f s t u d y a c c o r d i n gt os t u d e n t ss t r a t e g i e su s e di ns o l v i n gt h ep r o b l e m ，t h e r ea r es e v e r a l s t r a t e g i e sm a i n l ya sf o l l o w i n g ：t h es t r a t e g yo fr e l a t i o na b o u tp r e s s u r ea n d 2 t e m p e r a t u r e ，t h es t r a t e g yo fa n a l o g yp e r s o n a l i z e d ，t h es t r a t e g yo f r e l a t i o n a b o u tt h e g a s q u a n t i t y ( d e n s i t y ) a n dt h et e m p e r a t u r e ，t h es t r a t e g y o fm a c r o s c o p i ce n e r g y t r a n s f o r m a t i o no rd o i n gw o r k ，t h es t r a t e g yo ft r a n s m i t t i n gh e a tw h i c hi sg e n e r a t e db y f r i c t i o n l es t r a t e g yo ft e m p e r a t u r ei si n t e n s i t yp h y s i c a lq u a n t i t y , t h es t r a t e g yo f m o l e c u l a rm o t i o n t h es t r a t e g yo fe x p a n d 丽mh e a ta n dc o n t r a c tw i t t lc o l d ，e t c a c c o r d i n gt ot h ec o g n i t i v es t r a t e g yt h a ts t u d e n t su s i n ga n d t h ed e g r e eo ft h ep r o b l e m s o l v i n g ，w ed i v i d e t h es t u d e n t s u n d e r s t a n d i n gl e v e li n t of o u rl e v e l s ： s e n s a t i o n e x p e r i e n c el e v e l ，u s i n gal o to fs t r a t e g i e sl e v e l ；u s i n g o n es t r a t e g yb u ti ti sn o t s c i e n t i f i c ；u n d e r s t a n d i n gs c i e n t i f i c a l l y w ea l s od i s c o v e r e d ：t h e r ea r ef e ws t u d e n t s w h oc a nr e a l l yu s et h em o l e c u l a rm o t i o nt h e o r yt oe x p l a i nt h a tp r o b l e m sa f t e r t r a d i t i o n a lt e a c h i n g ；w i t ht h e r i s i n g o ft h e g r a d e ，u n d e r s t a n dc o m p e t e n c e i s r e i n f o r c i n g ，e s p e c i a l l yt h e r ei so b v i o u si m p r o v e m e n tf r o mt h e8 t hg r a d et ot h e9 t h g r a d ea n dt h ed i f f e r e n c e i s r e m a r k a b l e ；s c i e n c ei n q u i r em e t h o d sc a l li m p r o v e s t u d e n t s u n d e r s t a n d i n g s u mu ps t u d e n t s p e r f o r m a n c et h e r ea r es e v e r a la l t e r n a t i v e f r a m e w o r k so fm o l e c u l a rm o t i o nt h e o r y ，a n da n a l y z ei t sr e a s o np r o d u c e d a c c o r d i n g t ot h ec o n c l u s i o n so f r e s e a r c h ，w ep u tf o r w a r ds o m er e l e v a n tt e a c h i n gs u g g e s t i o n so n t h ep h y s i c st e a c h i n go f m i d d l es c h o o l k e y w o r d s ：m o l e c u l a rm o t i o nt h e o r y ，u n d e r s t a n d i n g ，c o g n i t i v es t r a t e g y ， s c i e n c ei n q u i r e 3 中学生对分子运动论理解的调查研究 一、前言 1 、研究的背景及意义 随着知识经济时代的到米，世界瞬息万变，科学技术日益发展，知识迅猛增长，时代对 人才的要求愈来愈高，而人才的培养离不开教育，作为基础教育对人才的培养又有着特殊的 意义和重大的作用。全世界逐渐重视基础教育，赋予基础教育更高的要求。学校不只是传授 信息的场地。“求知”的意义已从能够记忆和复述信息转向能够发现和使用信息。对于科学 教育而言，我们必须培养学生的科学知识、科学能力、科学方法、科学意识及科学品质，即 培养学生的科学素养，使学生形成科学的态度、情感和价值取向。 新一轮基础教育课程改革的理念之一是改变学生的学习方式，转变学生学习方式是解决 学校教育年限与知识无限之间矛盾的重要手段，在科学教育中，开展科学探究式教学是培养 学生科学素养的最佳途径之一。让学生经历科学探究过程，也是新一轮基础教育课程改革的 重要理念，而且还将其列入科学课程目标和内容标准。如何开展探究、探究什么、了解儿童 的认知水平、设计合适的探究式教学活动是科学教师和科学教育工作者所要面临的重要问 题。这一些问题的解决有赖于教师首先要探明学生已经知道了些什么，在学生原有认识的基 础上来发展科学概念、培养科学思维，有的放矢地来设计有效的教学活动，因此这方面的研 究就尤为显得重要。 新的学习理论关注学习认知过程，把人类学习看作是有目标指引、积极搜寻信息和问 题空间的过程，它认为学习者带着丰富的先前知识、技能、信仰和概念进入正规课堂接受正 式教育的，这些已有知识极大地影响他们对环境内容以及环境组织和解释方式的理解。反过 来，这也影响着他们记忆、推理、解决问题、获取新知识的能力。因此在教学过程中应重视 学生基本概念的理解，重视学生的“理解性”学习。近几十年来，许多研究者对儿童在科学学 习中的概念理解做了大量的研究，这些研究所关注的共同主题是认识儿童关于自然现象的原 有概念的重要性。他们把科学学习看作是儿重原有概念的发展或转变，而不是新信息的点滴 累积过程。研究学生是如何认识和学习科学概念，对某些概念是如何理解的，并分析学生 其相关的相异构想及其产生原因与转变发展过程对科学教学是相当有益的。 热学是中学物理的主要组成部分之一热学是研究热现象及其规律的科学，中学物理 教材上介绍了研究熟现象的两种不同的方法：一是从宏观的角度即能量的观点来研究，认为 热是能的一种形式，叫做热能或内能；二是从微观的角度来研究，建立了分子运动论，说明 热现象是大鼍分子无规则运动的表现。从两种不同的角度来认识热，有利于对热本质的理解， 但由于日常生活经验的影响，学生对热的理解易于用“热质”来解释。要使学生科学的理解热 本质，就要使学生把热看成是分子的运动，而分子的运动凭日常经验又很难感知，所以学生 理解热本质存在很大困难，另外还由于教材、教学、学生自身等各方面的原因造成热学变成 中学物理教学的一个难点。 分子运动论是基础物理学中一个重要的理论，在传统的教学中，它是中学物理热学教学 中的重点内容，但由于理论本身比较抽象、思维水平要求比较高造成学生学习存在困难。北 京师范大学段金梅等人利用教材对学生思维水平的要求与学生成绩相比较，以教材对学生的 。约翰d 布兰思福特，安l 布朗，罗德尼r 科金等编著程可拉，孙亚玲，王旭卿译人是如何 学习的一大脑、心理、经验和学校 m 】上海：华东师范大学出版社，2 0 0 2 年9 月p 1 4 。e h s c o n ，h m a s o k o 、r h dr i v e r 著( 英国里兹大学儿童科学学习研究组) 郭玉英卢俊梅译“为 概念转变而教”策略综述【j 物理教师2 0 0 3 年第五期。 5 要求做评价标准，把教材的要求用5 个思维等级表示，其研究结果发现学生学习分子运动论 时所能达到的教材要求的思维等级是很低的，学生的成绩也是很低的，学习起来存在较大困 难。长期以来，教师们认为，中学生对分子运动论的观点掌握很差。华南师范大学高凌飚等 人在标准化考试的研究中发现，考查学生对分子运动论的理解方面试题的平均通过率只有 o 5 5 ，在高中物理所涵盖的主要观念和观点中，这是掌握的最差的部分之一。而分子运动论 的观点是引导学生的认识从宏观走向微观，从现象分析本质的重要方法，是理解“热”本质必 不可少的理论模型，同时也是培养学生抽象思维能力、模型建构能力和理论思维能力的很好 课程内容，对学生的智力和能力的发展有着重要的意义。在科学探究式教学已取得一定成就 的今天，而对于抽象概念或理论的教学，如何让学生经历探究一线教师颇感头痛，因此这方 面的研究也日显迫切。 2 、相关概念的辨析 相异构想( a l t e r n a t i v ef r a m e w o r k ) ：学生在学习某一项知识之前，头脑里并非一片空 白。他们通过日常生活的各种渠道，形成了对事物的形形色色的看法，养成了一套他们独有 的思维方式。他们的这些看法及思维方式与科学的概念及思想方法往往大相径庭，这就使学 生难以用科学家的眼光去看问题，遵循科学的思路去想问题。结果造成学生对科学概念及概 念间的关系，有着与科学家完全不同的看法。在国际上人们称这种想法为“相异构想 ( a l t e m a t i v ef r a m e w o r k ) ”。近几十年来，西方学者对学生概念的学习进行了大量的研究。不同 的学者在不同的著作中使用不同的术语，其中常见的主要有“前概念( p r e c o n c e p f i o n ) ”、“日 常概念( c o l t l l n o nc o n c e p t i o n ) ”、“迷思概念( m i s c o n c e p t i o n ) ”、“前科学概念( p r e - - - s c i e n t i f i c c o n c e p t i o n ) ”、“教学前概念( p r e i n s t r u c t i o n a lc o n c e p t i o n ) ”、“儿童的科学( c h i l d r e n ss c i e n c e ) ”、 “相异构想( a l t e r n a t i v ef r a m e w o r k ) ”、“概念框架( c o n c e p t u a lf r a m e w o r k ) ”、“模糊观念( f u z z y c o n c e p t i o n ) ”等等，这些概念之间彼此既有联系又有区别。本论文对这些概念不做细致区分。 概念：哲学上的概念是指对事物本质特征的反映：心理学是指人脑对现实的对象和现 象的一般特征和本质特征的反映形式，大多数概念包括四方面的要素：概念名称、例子、属 性和定义：本文所指的概念没有严格的定义，是对某一事物的观念或想法。 理解：不同的人对理解的解释是不同的，行为主义者巴甫洛夫把理解看作是联想的联 接，认为学习就是形成暂时的联系，暂时的联系就是联想，当进行新的学习时，“利用知识， 利用已获得的各种联系，这就是理解。”但他却不能将理解与感觉、知觉、记忆、习惯区别 开来。格式塔学派则把理解归结为“顿悟”，认为理解就是“原始智慧的反应”。认知学派的 结构同化论认为个体在认识中形成了对事物相应的认知结构后，对新事物进行认识时就把新 事物同化于已有的认知结构中，这样的心理过程就是理解。结合物理概念来说，美国华盛顿 大学物理教育研究小组认为所谓理解就是学生能够成功将某一概念和规律与真实的客观世 界联系起来。本文认为理解应该体现两个标准：概念被理解应体现在学习者能将其与其他 的科学概念和观点、学习者自身原有的知识建立适当的联系；而概念被理解的程度表现在学 习者能成功运用概念解决一些实际的问题，而不仅是能简单地背出概念的定义o 。 认知结构( c o g n i t i v es t r u c t u r e ) ：人的认知或思维具有一定的结构，认识的获得是一个 建构的过程，最终形成一定的结构或图式，认知的发展就是从一个较初级的结构过渡到一个 不那么初级的结构。皮亚杰的认知发展阶段理论根据结构的运算功能将认知发展划分为四个 阶段。每个阶段的认知结构都有质的不同。 。潘菽教育心理学 m 北京：人民教育出版社，1 9 8 3 年7 月第二版，p 1 0 0 1 0 2 d , et r o w b d d g ea n dl c m c d e r m o t t i n v e s t i g a t i o no fs t u d e n tu n d e r s t a n d i n go f t h ec o n c e p to f v e l o c i t yi no n e d i m e n s i o n ”【月a mj p h y s ，4 8 ，1 0 2 0 1 0 2 8 ( 1 9 8 0 ) 。潘江洪，大中学生对一些物理概念理解的研究 d 】广西师范大学硕士学位论文，2 0 0 2 年4 月，p 2 。罗海军中小学生对沉浮现象及其原因理解的案例研究 d 】广西师范大学硕上学位论文，2 0 0 4 年4 月， 6 认知策略；美国心理学家布鲁纳和加涅把认知策略定义是学习者用以调节或调整其注 意和选择性理解、长期贮藏编码、检索、问题解决等内部过程的技能。但是，不同的研究者 对认知策略的看法不尽相同，许多人把认知策略跟方法的选用联系在一起，认为认知策略主 要表现为某种稗序或者是某些规则、模式。本文所使用的含义倾向于后者。 二、相关理论基础和文献综述 1 、理论基础 1 1 皮亚杰的认知发展阶段理论及其机制 瑞十心理学家皮亚杰( j p i a g e t ) 一生著述颇丰，先后出版了著作近5 0 种，他创立的认 识发生论，揭示了主体认知结构的建构机制。他认为认知结构的建构是通过一系列的一定的 认知结构与客体之问的同化和顺麻的过程。同化是指主体把外界刺激信息纳入到已经形成或 正在形成的图式中去；顺应指主体受到外部刺激，原来的图式不能同化新的刺激，认识上出 现不平衡主体就要改变原有的图式，以适应新的环境的变化，达到认识上新的平衡。这种 由平衡到不平衡再到平衡的动态过程就是认知结构发展的过程。他把儿童从出生到大约 1 5 岁划分为互相衔接、顺序不变的、但特征各异的4 个心理发展阶段。即感知运算阶段、 前运算阶段、具体运算阶段和形式运算阶段。这四个阶段的主要标志是运算的高低不同o 。 下面简单地介绍一下四个发展阶段的划分及其特点： ( 1 ) 、感知运算阶段( o 2 岁) 儿童从山生到两岁左右，大致处于感知运算阶段。这一阶段的儿童只有动作的智慧而没 有表象的和运算的智慧，他们仅靠感知动作的手段来适应外部环境。这一阶段的儿童形成了 动作图式的认知结构。 ( 2 ) 前运算阶段( 2 7 岁) 由于语言的出现和发展，促使儿童日益频繁地用表象符号来代替外界事物，重视外部活 动，这就是表象思维。这一阶段儿童的认识特点是： 相对的具体性。借助于表象进行思维活动还不能进行运算思维。 不可逆性。表现为关系是单向的、不可逆的，不能进行可逆运算，还没有守恒结构 出现。 自我中心性。这一阶段儿童表现出强烈的自我中心状态，其谈话大多以自我为中心。 刻板性。这一阶段儿童的注意力仅集中于给定的事物、事件或情况的特殊方面，其 注意力还不能转移，还不善于分配。在概括事物性质时，还缺乏等级观念。 ( 3 ) 具体运算阶段( 7 1 2 岁) 在具体运算阶段，儿童思维出现了守恒和可逆性，因而可以进行群集运算。 具体运算模式的类型有： 分类根据观察到的事物的性质来分类和概括。例如学生知道安培表、毫安表和微安 表都是用来测量电路中电流大小的仪器。 守恒知道一个量如果没有任何减少或增加，即使物体的外形变化了，该量保持不变。 顺序排列按照一种可观察的性质排列一组物体，在比较复杂的情况下，能在两组可观察 的性质问建立可能的一一对应关系。例如知道单摆的摆长越跃周期越长，摆长越短周期越小。 。乔际甲，鄢红军著物理教育心理学( m j 南宁：广西教育出版社，2 0 0 2 年3 月第一版p 1 6 7 可逆性能在心理上反转一系列步骤，从某一步骤的终点状态返回到初状态。 ( 4 ) 形式运算阶段( 1 2 m 1 5 岁) 形式运算，就是命题运算思维。它的特点是： 形式与内容的相对区别。 形式运算能进行假设演绎推理。处于这一阶段的儿童能够根据理论或假设，推出结 论。并以结论来检验假说或理论，解释有关的现象或语言新的事实，发现新的事实。 形式运算模式的类型主要有： 理论思维能应用多重分类、守恒逻辑、顺序排列和其他运算模式、理论或理想模型 丁不能直接观察到的关系和性质。 组合思维一一能考虑一切可以想象的具体的或抽象的项目组合。 函数概念和比例思维能够用数学形式叙述和解释函数关系。 分离和控制变量认清实验设计除了一个被研究的变量之外，控制一切其他变量是必 要的。 概率和相关思维能理解概率的本质，能解释一些不可语言的、不可确定的观察事实， 并能识别变量之间的关系o 。 学习是一种能动的建构过程。通过练习，也许可以教给儿童某种知识，但这种知识很快 就会被遗忘，除非儿童能够理解它，也就是说，除t i ；j d 童能够把它同化到他已有的认知图式 中去，但由于儿童的认知发展具有阶段性，在不同的阶段应施以相应的知识教育，只有这样 才有可能同化所教的知识。儿童在学习某种新概念、某个新规则的过程中，由于和原有内部 认知结构有差异甚至是矛盾，就会产生疑问和困惑，只有遵循着冲突和干扰之后的再平衡这 样一种机制，原有的认知结构重构，这些新概念、新规则才能真正为儿童所掌握o 。不同的 学生对热的认识程度是不一样的，要使学生对热的认识发展到科学理解水平，就要使学生对 热的有关概念不断发生重构。 1 2 奥苏贝尔的认知结构同化论 奥苏贝尔其中重要的观念之一是他对意义学习的阐述。他把学习分为机械学习和意义学 习，意义学习的发生要具备两个先决条件：学习内容对学生具有潜在的意义，即能够与学生 已有的知识联系起来；学生要有意义学习的心向，即表现出一种在新学内容与已有知识之间 建立联系的倾向。从教学的角度看，奥苏贝尔认为要研究认知结构需要关注下列三种变量： ( 1 ) 学生认知结构中能与新教材建立联系的有关概念是否可以利用，如果可以利用这些概念， 就为学习t 口1 2 忆新教材提供必要的固定点。( 2 ) 这些概念与要学习的新概念之间区别的程度 如何，要防止新旧概念的混淆，使新概念能够作为独立的实体保持下来。( 3 ) 认知结构中起 同定点作用的概念是否稳定、清晰。这既影响到为新知识提供的固定点的强度，也影响学生 能否对新旧概念做出区别。学生能否习得新信息，主要取决于他们认知结构中已有的有关概 念；意义学习是通过新信息与学生认知结构中已有的有关概念的相互作用才得以发生的，由 于这种相互作用的结果，导致新旧知识的意义的同化o 。当儿童有意义地学习命题时，所学 习的句子与儿童认知结构中已有概念建立起联系，新学习的命题与学生已有的命题之间的关 系有三种类型：上位、下位和组合关系，因而可以把学习分为上位、下位和组合学习三种类 型。对学生学习内容的协调和整合，他提出了两个主要的原则：一是逐渐分化的原则 ( p r i n c i p l eo f p r o g r e s s i v ed i f f e r e n t i a t i o n ) ，即学生首先应该学习最一般的、包摄性最、的观念， 然后根据具体细节对他们逐渐分化：二是整合协调的原则( p r i n c i p l eo fi n t e g r a t i v e 。乔际平，邢红军著物理教育心理学 m 】南宁：广两教育出版社，2 0 0 2 年3 月第一版，p 1 8 。高觉敷主编西方心理学的新发展【m 】北京：人民教育出版杜，1 9 8 9 ，p 9 9 1 4 6 。施良方著学习论【m 】北京：人民教育出版社，1 9 9 4 5 ，p 2 3 3 r e c o n c i l i a t i o n ) ，即是指如何对学生认知结构中现有的要素重新加以组合。并且就如何贯彻喧l 渐分化”和“整合协调”的原则，提出了具体应用的策略一先行组织者( a d v a n c e o r g a n i z e r ) 可以提高教学效果。 奥苏贝尔的意义学习很好的从同化的角度来解释学习，强调学生已有知识经验对学习的 促进作h j ：但他轻视了学习的另一个侧面，原有经验因为新经验而发生的顺应，使学生概念 发生转变。学生在认识热的时候一般总是不断地使新现象同化到自己的原有认知结构，发 生有意义学习，但面对一些原来理论无法解释的新现象时是否能够顺应新现象而使认知结构 发生变化，即概念发生转变转化为热动的观点非常重要。 1 3 建构主义学习理论 建构主义是学习理论发展到认知主义后的进一步发展，这种观点认为，学习过程是学习 者建构自己的知识经验的过程，而建构在与学习者通过新旧经验的相互作用来发展自己的知 识经验。其主要观点有： ( 1 ) 学习者的头脑不是一块“白板”，而是具有学习和接受新知识所必不可少的经验和先 前知识的主体。 学习者并不是把知识从外界搬运到记忆中，而是以已有的经验为基础通过与外界的相互 作用来建构新的理解。建构主义强调，学习者并不是空着脑袋进入学习情境中的。在日常 生活和以往各种形式的学习中，他们已经形成了有关的知识经验，他们对任何事情都有自己 的看法。即使是有些问题他们从来没有接触过，没有现成的经验可以借鉴，但是当问题呈现 在面前时，他们还是会基于以往的经验，依靠认知能力，形成对问题的解释，提出假设。 教学不能无视学习者的已有知识经验，简单强硬地从外部对学习者施加知识的填灌，而 是应当把学习者原来的知识经验作为新知识的生长点，引导学习者从原来的知识经验中生长 新的知识经验。教学不是知识的传递，而是知识的处理和转换。教师不单是知识的呈现者， 不是知识权威的象征，而应该重视学生自己对各种现象的理解，倾听他们的看法，思考他们 这些想法的由来，并以此为据，引导学生丰富或调整自己的解释。 ( 2 ) 知识不是被动接受的，而是学习者主动建构知识经验的过程。 当代建构主义认为，学习是学习者主动建构知识的过程，而不是将课本和教师的知识装 入学生头脑中的过程。建构包含两方面的含义：第一，对新信息的理解是通过运用已有经验， 超越所提供的新信息而建构成的；第= ，从记忆系统中提取的信息本身，也要根据具体情况 进行建构，而不是简单的提取。这表明，在学习过程中学习者的原有经验是十分重要的。 这些经验不仅包括学生在学校所学的系统知识，它指的学生全部生活经历的积累，其中包括 大量非结构性的经验背景。这些经验不仅构成了学生学习新知识的基础，而且决定着新知识 的意义。所谓建构实质上是学生头脑中主动地将原有经验和新信息进行对比、分析、批判、 选择和重建知识结构的过程。这个过程类似于生命体成长的过程，是有机的，和盖房子和机 械建构不同。信息的提取也依赖于具体情境。因而有意义学习不是一个简单的信息的输入、 存储和提取过程，而是在具体情境下新旧经验之间的双向的相互作用过程。 ( 3 ) 虽然个体对新的现象和观念必须建构自己的意义，但建构意义的过程总是在一定的 情境中进行的。 既然学习者不是带着空头脑来装知识，由于学习者的原有经验不同。建构方式也因人而 异，即使在同一学习情境中接受同样的新信息，不同学生也会获得不同意义或解释，即取得 不同的学习结果。而且，学习结果与课本或教师所提供的信息也是有差异的。物理学习中学 。樊琪科学学习心理学科学课程的教与学【m 】北京：中国轻工业出版社，2 0 0 2 1 2 p 1 4 5 。樊琪科学学习心理学科学课程的教与学 m 】北京：中国轻工业出版社2 0 0 2 1 2 9 生出现的大量错误概念或称为相异构想有力地证明了这一点。因而，传统教学认为可以通过 文字或语言准确无误地将知识传递给学生是一种误解。 从现实缘起来看，建构主义是针对传统教学的诸多弊端提出来的。有人对传统教学中学 生的知识做了这样的概括：1 、不完整性：过。r 空乏；2 、惰性：无法在需要的时候运用：3 、 不灵活性：无法在新的或类似的情境中迁移。传统的学习中学生只是被动的接受现成的结论， 而缺乏对问题的分析，缺乏自己的见解，思维能力得不到很好的发展，批判性和独立性受到 压制，而求知欲也被消磨在机械枯燥的学习活动中。作为教育理论中一种先进的认识论和学 习理论，建构主义对传统的教学观念做出了尖刻的批评，对学习和教学进行了新的解释。建 构主义学习理论被认为是在教育心理学领域中“正发生的一场革命”，虽然它是在皮亚杰的 “发生认识论”、维果斯基的“智力发展理论”及布鲁纳的“发现学习理论”等基础上发展起来 的，但从认识论的角度来看，它是对行为主义和认知主义的根本超越。 人类对热认识是一个长期的群体建构和个人建构的过程自从与环境相互作用就在不断 地认识自然现象，所以每个人在学习热学有关科学概念之前，已经有丰富的经验，并且也在 不断的加深，教学过程实际上就是想办法缩短学生认识所用的时间，不必要再像人类那样通 过那么长的时闻去摸索探究，所以在热学教学中，不能忽视学生原有经验。 2 、人类对热的认识发展历史 1 “热质说”的建立 热是什么? 自古以来就有不同的看法。要考察热的本性，非常有必要回顾有关热本性学 说的历史。早在二千多年前，中国古代和古代希腊的一些学者就曾提出过物质是由原子组成 的假说。认为万物都是由原子组成的，不同的原子组成了世界上不同的物质而且原子是在 不停地运动着。随着古希腊原子论思想的复兴，热是某种特殊的物质实体的观点也得到流传。 法国科学家和哲学家伽桑狄认为，运动着的原子是构成万物的最原始的、不可再分的世界要 素，同样，热和冷也都是由特殊的“热原子”和“冷原子”引起的。它们非常细致，有球的形状， 非常活泼，因而能渗透到一切物体之中。这个观念，把人们引向“熟质说”。受生活经验的影 响，热可以从高温物体传向低温物体，就好似水从高处流向低处，认为热是一种可以流动的 特殊物质，碴藏在物质粒子之间，受到物质粒子的吸引，热质粒子之间互相排斥。不同的普 通物质粒子对热质粒子的吸引力不同。“热质说”简易地解释了当时发现的大部分热学现象： 物体温度的变化是吸收或放出“热质”引起的；热传导是“热质”的流动，对流是载有热质的物 体的流动，辐射是“热质”的传播；物体受热膨胀是因为热质粒子间的相互排斥：物质状态变 化时的“潜热”是物质粒子与“热质”发生“准化学反应”的结果；摩擦或碰撞的生热现象，是同 上的“潜热”被挤压出来以及物质的比热变小的结果：等等。由于“热质”的物质性，所以它也 遵从物质守恒定律，这是混合量热法的理论根据。所以在1 8 世纪“热质说”几乎统领热学各 个领域。到了十八世纪末，“热质说”受到了严重的挑战。如何用“热质说”解释热缩冷胀、摩 擦生热、“热质”是否有质量等问题遇到不可避免的困难。 2 “热动说”的确立 2 1 分子运动论的起源 十七世纪，随着近代自然科学的诞生，古代原子论的思想又得到复兴，热与物体内部 粒子的运动问题也被提了出来。1 6 5 8 年，法国学者伽森弟提出物质是由分子构成的假设， 假想分子是硬粒子，能向各个方向运动，使它们以不同形式进行结合并表现出不同的特征。 。郭玉英建构主义i _ j 物理教育，2 0 0 2 ，1 2 h t t t 。：2 2 1 1 1 2 21 6 2 ：8 0 8 0 r e s o u r c e b o o k e d u k p t s t s 0 0 9 0 6 4 0 0 1 8t s 0 0 9 0 6 4 h t m 他用这个假说进一步解释了同、液、气三种聚集态。他认为在固体内部，硬粒子结合得很紧 密，粒子之间强大的力使它”j 保持着固定的形状、粒子排列规则；在液体内部，相距较近的 粒子之间的力使它们不易分散开来；在气体中，相距很远的粒子之间不存在相互作用力，各 个粒子自由运动。1 6 7 8 年胡克提出，空气是由大最快速运动的粒子组成的，它们对器壁的 频繁碰撞，形成了空气对器壁的压力和压强。瑞士物理学家伯努利在1 7 3 8 年山版的流体 动力学一书中，进一步发展了这种学说。他从胡克的基本假设出发导出了压强与所占体积 成反比的玻意耳定律，并且根据这个推导结果指山，这个定律在必须考虑分子本身所占体积 的情形下是需要修正的。这一结果第一次显示了分子运动假说的优越性。伯努利还讨论了 气体压强随温度的变化，他说：“气体的压强不仅随体积的减小而增大，而且随温度的升高 而增大。正如人们所熟知的，热随着内部粒子运动的加剧而增强。因此，任何体积固定的气 体的压强的增大都意味着气体粒子的更剧烈的运动。”伯努利还指出，在体积不变的情况下 压强将正比于粒子速度的平方而变化，这是因为随着速度的增加，碰撞的次数和强度都同样 地增加。俄国学者罗蒙诺索夫在1 7 4 6 年发表的关于热和冷原因的思索和1 7 4 8 年发表的 试拟建立空气弹力的理论两篇论文中，明确提出热是分子运动的表现，在讨论气体的一 些性质时，提出了气体分子运动时无规则的这个重要思想，还肯定了动量守恒原理在分子运 动中的正确性。 尽管以上有许多真知灼见，但由于当时“热质说”占统治地位。热是运动的表现的观点， 没有被公认，因而建立在分子无规则运动基础上的分子运动论，没有引起人们的注意，也没 能得到很快地发展。 2 2 分子运动论定性理论的形成 ( 1 ) “新原子学说”的提出 十九世纪初，随着化学原子论的确立，分子概念也被提了出来，分子无规则运动的现 象也由实验所呈现出来。1 8 0 3 年英国化学家道尔顿通过对大气的成分、性质以及气体的扩 散和混合现象的研究而提出了他的新原子学说的基本要点。他认为，一切化学元素都是由不 可分割的原子组成的；各种元素的原子以其不同的形状、性质而区别，并具有特定的质量； 不同元素的原子以简单整数的比例相结合而形成各种化台物的原子。当时由于“分子”概念尚 未建立，道尔顿把不同原子组成的分子称为“复杂原子”。 ( 2 ) “分子”概念的形成 1 8 1 1 年意大利物理学家阿佛加德罗，进一步发展了道尔顿的原子论的思想，首次引入 了“分子”的概念，并把它