第四章-学习物理的认知规律概要

第四章学习物理的认知规律 1学习概念新探2中学生形成物理概念 掌握物理规律的基本途径3前概念 迁移规律对中学生学习物理的影响4中学生在物理学习过程中的心理特征 1学习概念新探 1 1学习是主体自主建构知识的过程1 2学习是主体将自身置于与外界有交流的状态的过程1 3科学本质与教育本质统一于学习过程中的科学探究1 4自主学习与合作学习 建构主义认为 学习是学习者通过新旧经验的双向相互作用 而建构自己的经验体系的过程 即 如果我们把学习者原有的经验 心理结构和信念等归为图式 那么 当外部刺激 新经验 能被学习者纳入已有的图式中时 就叫同化 同化使图式发生量的变化 1 1学习是主体自主建构知识的过程 而当外部刺激不能被纳入学习者已有的图式时 学习者在心理上会产生不平衡感 这种不平衡感会促使其通过连续 艰苦的思维过程 别人的帮助或指导虽有益 但他自己的考虑是不可替代的 从而可能改变 调整甚至排除原有的旧图式而建立新的图式 这叫顺应 顺应使图式发生质的变化 学习包含了新旧知识经验的冲突以及认知结构的重组 即当学习者对外部刺激不能纳入原有图式时产生不平衡感 并经历自己的思考去完成对原有图式的改变 调整甚至排除 这是一种自我调节过程 而被改造 取代的原图式曾经有过一定的认知结构和平衡关系 既然图式变了 与之联系的原有结构和平衡关系也必然受到破坏而丧失平衡 这种新出现的不适应 同样需要学习者自身通过在头脑中的再组织 再协调以达到新平衡 这是另一种自我调节的过程 总之 建构主义的学习观是 1 学习是学生自己建构知识的过程 学习不是简单被动地接收信息 而是主动地建构知识的意义 这种建构是无法由他人来代替的 2 学习是学生根据自己的经验背景 对外部信息进行主动选择 加工和处理 从而获得意义 外部信息本身没有什么意义 意义是学习者通过新旧知识经验的反复的 双向的相互作用过程而建构的 3 学习意义的获得 是每个学习者以自己原有的知识经验为基础 对信息重新认识和编码 建构自己的理解 学生原有的知识经验会由于新知识经验的进入而发生调整和改变 因此 学习是新旧知识经验之间的双向的相互作用过程 也就是学习者与学习环境之间互动的过程 1 2学习是主体将自身置于与外界有交流的状态的过程 从系统科学的角度理解 不论是个体或群体的学习活动 其行为的主体和客体必然组成一个系统 学习者是主体 知识信息的各种载体是客体 主体和客体相互作用的表现形式是对知识信息的吸收 输出 反馈和评价 任何系统只有通过反馈信息才可能实现有效的控制 从而达到目的 任何系统只有开放 有涨落 远离平衡态 才可能走向有序 任何系统只有通过相互联系 形成整体结构 才能发挥整体功能 从系统科学的角度 对于学习的理解是 学习是学习者把自身置于一个开放 有涨落 远离平衡态的系统 通过吸收 输出 反馈和评价等对信息进行加工使之有序 并抓住信息各部分的联系 形成整体结构 发挥整体功能的行为变化过程 1 3科学本质与教育本质统一于学习过程中的科学探究 科学本质 包含对科学知识是不完善的 可变的 科学过程不存在普遍的一成不变的方法 科学和社会 文化密不可分等一致的看法 教育本质 促进学生的发展 比较科学与教育本质之间的联系 可发现 一方面 科学探究是开放性的 而科学知识的本质是不完善的 这就构成了探究的逻辑起点 另一方面 只要凸显了教育的本质在于促进学生的发展 就能摆正科学教学包括物理教学过程中主客体的关系 1 4自主学习与合作学习 自主学习 指学习者主动地进入学习过程 取得行为复杂层次更高的成果 它既是一种教学方法 又是一种学习方法 目的 使学生积极主动地投入学习过程 而且帮助他们获得推理 批判性思维和解决问题的技能 合作学习 它重视学生课堂外行为的态度和价值观 让学习者在成员间的沟通和共享中 能带有选择性视角和观点进行思考 从而进入更高的思维程序 塑造广受欢迎的具有社会责任感的行为 2中学生形成物理概念 掌握物理规律的基本途径 2 1关于概念2 2关于物理规律2 3中学生形成物理概念 掌握物理规律的基本途径 2 1关于概念 1 概念的产生来源于实践 2 概念是在感性认识基础上产生的 3 概念的形成是认识的飞跃 4 概念是人脑对事物的本质及内部联系的反映 即 人们如不经过社会实践 不经过感性认识阶段 就不会在人脑中形成概念 2 2关于物理规律 物理规律 通过对物理现象的观察和实验 并运用逻辑思维形成了物理的科学概念 在此基础上进一步总结物理现象所遵从的规律就称物理规律 物理规律有两个特殊属性 一是其建立是有条件的 外延是受局限的 二是物理规律表现出因果性 即在规律所指明的具体条件下 必然产生规律所揭示的物理结论 2 3中学生形成物理概念 掌握物理规律的基本途径 学生形成正确物理概念的标准 七点 学生掌握物理规律的标准 七点 中学生形成物理概念 掌握物理规律的基本途径为 获得必要的感性认识 进行科学抽象 明确物理意义并进行具体运用 研究雄鹰的飞翔 人教版 要求学生想方设法描述雄鹰的运动 让学生感到心有余而力不足 然后同学生一起找出困难 麻烦所在 即雄鹰有一定的大小和形状造成了其各个部分运动情况不同 最后引导学生想办法忽略物体的形状和大小 从而顺其自然地引入了质点的概念 速度变化快慢的描述 加速度 的教学 首先 从原始问题中让学生体验 速度大 与 速度变化大 是两个不同的概念磁悬浮列车以432km h高速匀速运行了8s时间 蜗牛在10s内速度从0加速到0 1cm s其次 给出案例 普通轿车0 100km h用时20s 旅客列车0 100km h用时500s 让学生建立起 速度变化相等时变化有快慢 的初步概念 最后 例1 兰博基尼Murcielago跑车0 100km h加速时间4 0s例2 麦克拉伦F1LM跑车O lOOkm h加速时间3 2s例3 宝马Z4跑车O 60km h加速时间3 2s例4 F1方程式赛车O 300km h加速时间15 6s分析例1与例2 速度变化相同 如何比较其变化的快慢 分析例2与例3 变化的时间相同 如何比较其变化的快慢 比较例2与例4 速度变化不同 变化的时间也不同 如何比较其变化的快慢 3前概念 迁移规律对中学生学习物理的影响 3 1关于前概念前概念 pre conception 又称前科学概念 pre scienceconception 指学生在没有接受正式的物理概念以前 对所感知的现象 生活中的常识与经验进行总结加工所得出的认识和理解 例如 物体的自然状态是静止的 只有在力的作用下 物体才能运动 并且运动快慢与力的大小有关 落体的快慢与物体的重量有关 物体越重 下落得越快 冬天 室外铁块比木块的温度低等 建构主义者也认为 学生不是空着脑袋进入教室的 因为每个人从出生就开始了探索环境 顺应环境的活动 在这种活动中 对事物形成了丰富的经验 并建构了个体特定的认知图式 即使有些问题他们从没有接触过 还没有现成可以借鉴的经验 但一旦新问题出现在他们面前时 个体往往可以基于过去的经验 依据他们的认知能力 对新问题给出解释或提出假设 即建构起新的认知图式 故而 在物理学习中学生头脑中的前概念是必然存在的 德国多特蒙德大学的D K Nachtigall教授说 我们对前概念了解得越多 对思维结构转变的过程认识越深 就越能成功地把它们转变为物理概念 也就能有效的避免错误概念的产生 在物理课堂的教学中 总存在这种情况 学生带着前概念来到课堂上 教师灌输给学生一些对他们来说毫无意义的概念 这些东西很快被遗忘了 物理课留给他们的不过是几个专业术语 如力 矢量 位移 加速度 场 电动势等 前概念对物理学习的影响 曾有这样一个形象地比喻 a 一只几乎盛满水的杯子 杯子代表还未学过物理的脑袋 水则表示那些前概念 b 尝一口 是水的味道 c 现在尽量把可乐倒进杯子里 好比拼命给学生灌输那些正确的物理概念 大部分可乐都溢出了杯子 只有很少的灌了进去 杯子里的水现在呈浅棕色 d 再尝一口 味道还和原来的差不多嘛 然而可乐的颜色 还记得几个专业术语 给水伪装上了一种颜色 像是已经理解了物理 因此看上去好像变成可乐了 物理知识 而实际上并非如此 由于学生对物理现象 过程 材料的片面或错误理解而产生的前概念会严重影响学生科学概念的建立 严重影响了物理的教学质量 这些错误的前概念如不及时转换 将长期存在于学生的认知结构中 演变为错误概念的 原型 不仅会妨碍学生对新知识的理解 而且会导致学生产生新的错误概念 影响对物理现象的科学认知和正确解决问题 有些正确的物理前概念是物理学习的良好基础和铺垫 它的正迁移作用可使学生尽快地掌握新知识的概念和知识结构 促进科学概念的建构与掌握 这时的前概念成为物理概念学习的资源和概念学习的新的增长点 例如 铁比木头重 是密度的前概念 冬天 室外的铁块比木块的温度低 是热的良导体的前概念等 所以看到前概念的消极作用的同时 也应看到其积极作用 前概念与中学生学习物理之间有冲突的表现主要有 1 由表面现象的观察所得的经验与物理知识不一致 2 生活中的概念和物理上的概念纠缠不清 3 生活中的 绝对 标准和物理学中相对概念不适应 例如 力与运动之间的关系 的教学 1 将小车轮子朝上放在桌上 问 怎样才能使小车运动 把小车推动 问 持续推动小车 小车将会处于什么状态 让学生提出看法 你认为物体运动的原因是什么 2 将小车正放在桌上 用手推动小车达到较大速度时 使手与小车脱离接触 问 小车为什么仍然运动 由 1 2 中的问题使学生产生认识上的矛盾 3 让小车从斜面上同一位置滑下并进入水平面 分别在水平面上垫粗毛巾 细棉布和玻璃板 观察现象 问 假定小车与支撑面间没有任何阻力 小车将会处于什么状态 你又能得出什么结论 4 引导学生分析足球运动员踢足球 球由静止变运动 守门员接球 球由运动变静止 足球运动员顶球 改变球运动的方向 问 这能说明些什么 3 2关于迁移规律 迁移 学生在学习物理知识 技能的过程中 某一种学习对另一种学习会在情境 思维习惯 处理方法等方面产生影响 称之为迁移 迁移发生的条件 1 对象的共同因素 2 已有经验的概括水平 3 思维定势的作用 问题 如何在物理教学中运用迁移规律 1 利用迁移规律 促进正迁移 1 积极的心理状态是实现正迁移的前提 2 学生概括能力的提高是迁移能力发展的基础 3 加强认知结构的联系对比 是培养迁移能力的基本途径 如 在LC振荡电路中 电容器放电完毕时 电路中的电流最大 自感电动势为零 错误一 电容器放电完毕时 由I q t可知 q 0 I也应等于零 错误二 电容器放电完毕时 q 0 电容器两极间的电压U 0 由I U R可知电流I应等于零 错误三 既然电容器放电完毕时 电流I最大 由I E R可知 自感电动势E IR也应最大 分析 学生不恰当的将I q t和I U R迁移到新的情景中去 公式I q t中的I为t时间内通过导体的电流平均值 而电容器放电完毕时的电流是瞬时值 它的大小应等于该时刻电容器所带电量的变化率 即i q t 欧姆定律I U R只适用于纯电阻电路 LC振荡电路中的电流i应从法拉第电磁感应定律来分析 即E L i t 2 抓住本质区别 克服负迁移 1 加强概念和规律的变式教学如 学生对静摩擦力的方向判定问题 由于学生受思维定势的影响 容易认为摩擦力的方向必与物体运动方向相反 为此 教师应设计不同的物理情景 供学生分析对比 帮助学生理解静摩擦力方向的本质特征 情景一 木块在桌面上滑动 木块不久会停下分析 物体停止的原因是摩擦力方向与物体运动方向相反情景二 在桌面上放一张白纸 在纸上放一木块 并拖动白纸 使木块跟着纸一起向前运动 分析 假如按照上例判断摩擦力F方向与物体运动方向相反 那么木块的运动将落后于纸面 但事实上 木块与纸一起向前运动 可知F的方向与木块的运动方向相同 由此分析得静摩擦力的实质 静摩擦力是阻碍物体间相对滑动趋势的作用力 情景三 木块置于匀速转动的转台上随转台一起做匀速圆周运动 分析 如果物体的运动是相对于地面 那么地面上的观察者见到物体沿切线方向运动 但物体相对于台面的运动趋势不是沿切线方向 而是沿着半径向外 因此物体与台面之间的摩擦力是沿半径方向指向圆心 与物体的运动方向垂直 2 通过归纳 对比的教学方法防止负迁移 例 放置在水平面上内装有水的瓶子 瓶内有一气泡 当瓶子从静止状态突然向右运动时 小气泡在瓶内将向何方运动 3 克服思维定势的消极影响 切断负迁移的根源 分析 因为当瓶子从静止状态突然向右运动时 瓶中的水由于惯性要保持原有的静止状态 相对瓶子来说是向左运动 而瓶中的气泡就向右移动 气泡的质量同水相比可忽略不计 4中学生在物理学习过程中的心理特征 4 1关于学习物理的能力4 2关于物理学习活动中的非智力因素4 3中学生心理发展水平对学习物理的影响 4 1关于学习物理的能力 从事某项活动所表现出来的观察力 智力活动的门户和源泉 记忆力 智力活动的仓库 想像力 智力活动富有创造性的重要条件 思维力和注意力归结为认识与该项活动有关的客观事物并运用知识解决实际问题的能力 物理学习活动离不开上述五种能力以及实验能力 4 2关于物理学习活动中的非智力因素 非智力因素有 动机 兴趣 情感 意志 性格等 物理学习中非智力因素的作用有 1 动力作用 2 定向作用 3 稳定作用 4 调节作用 4 3中学生心理发展水平对学习物理的影响 中学生学习物理的各种心理表现 1 直观与模仿中学生学物理时表现出强调直观和善于模仿 教师有责任加强直观性教学 尽可能采用形象直观的图表 模型 实验和生动的描述来帮助学生顺利完成 再