利用认知心理学理论指导物理概念教学

1、.利用认知心理学理论指导物理概念教学前言概念是构成物理知识的根底，正确地理解、掌握物理概念是学好物理的根底，因此，在物理教学中，概念的教学占有极其重要的地位。目前，在概念的教学中存在的主要问题是：对概念教学应到达的目的不明确；无视概念建立的条件和背景，断头去尾，取其表而略其质；无视概念间的互相联络，把概念孤立起来。这种教法的结果，使学生对概念只会死记硬背，不能正确理解和灵敏运用。假如我们的教学中能根据物理概念的特点，以及学生的认知才能，运用认知心理学理论设计概念教学过程，必将有利于学生对概念的习得。根据现代认知理论，知识的习得可分为三个阶段：知识的领会、知识的稳固、知识的应用。结合物理概念的特

2、点，其教学的过程也可分为三个阶段：概念的领会、概念的理解和概念的应用。第一阶段：概念的领会在这一阶段的教学中，老师主要通过选取适当的方法，激活学生头脑中的原有知识，同化新概念并选择信息的呈现方式，促进学生选择性知觉，使抽象的概念详细化，复杂的概念简单化，亲密新概念与原有知识的联络，降低学生在对概念的知觉与认同上的难度。在物理教学中较为常用的方法有：1、实验方法描绘概念的特征，刺激学生的知觉选择。心理学的研究说明：语言、文字、图像及不同的呈现信号，对学生的选择性知觉大脑中存储的时间的长短及提取的速度都不同。一个新颖的、明显的信号比常规的信号将更宜于记忆和提取。如简谐运动的图象是余弦或正弦曲线，得

3、出这一概念的特征，可通过理论推导得出振动方程或，这一推导过程，对高中学生来说要求太高，不易理解，要使得学生通过理解这一过程进而理解这一概念，显然不能实现，学生最终还是通过简单的记忆习得，从学习效果上看，这一教法与直接告诉学生简谐运动的图线是余弦或正弦曲线并无多大差异。假如用一个简单的实验，直观地描绘出一振动物体的振动随时间的变化在空间展开的轨迹，展现给学生的不仅是一条直观的曲线，而且能让学生感知“简谐运动的过程，实验将图线与概念有机地联络起来，图线突出了新概念的关键特征，与文字的呈现相比较，更能引起学生的选择性知觉，并能使概念在运用中更易被激活。2、利用生活中的亲身体验，寻找概念理解的捷径。每

4、个人在日常生活中，常通过人体的触觉所得到一些体验，在大脑中留下深化的记忆。在学习时一旦被激活，会对新概念的理解和新知识的学习带来正效应。如物体的惯性，通过人乘车时，车于突然启动和紧急刹车时的感受，来说明“物体保持原来运动状态的含义，使学生对惯性的理解更为确切。还有一类体验，能使抽象的、理论的描绘，转化为详细的、实际的情景与直接的感知。如摩擦力的概念，学生对摩擦力的方向“与相对运动的方向相对运动趋势相反的认识最为困难，假设让学生用手在桌面上滑动，并根据手用力的程度和方向的不同，感受滑动摩擦力的大小和方向的相关因素。同样假设让手在桌面上有滑动的趋势，可感知静摩擦力的方向。通过触觉的亲身感受，不仅使

5、学生对概念有了详细的认识，而且从中体会到将概念详细化的一种方法，使之在今后的学习中能适时适当地应用生活中的体验。3、设计先行组织者，促进新知识的同化。根据奥苏贝尔的同化理论，认为任何一个新知识均可以通过上位概念、下位概念和先行组织者，寻找它与旧知识的联络作为新概念的增长点，促进新知识的学习。因此学生头脑中原有知识的本质内容及其组织形式，是影响新知识学习的重要因素。在教学过程中，在分析学生已有知识的根底上，寻找新概念的悬挂点，使新概念在新知识与旧知识的比较和联络中逐步习得。例如在电场概念的教学中，为了说明电场强度与放入其中的检验电荷无关，可设计一个理想电流表在电路中的作用作为先行组织者。一个由用

6、电器、开关、电源和导线连接而成的简单闭合电路中，接入一只电阻不计的电流表，那么根据电流表指针偏转可知电路中电流的大小，但电路中电流的大小与电流表是否接入无关，电流表只作为一个检测工具。对带电体形成的电场中，检验电荷的特点及其作用，就可运用理想电流表的特点及其在电路中的作用进展同化。有利于理解检验电荷的概念及在电场中的作用。并能在学习小磁针在磁场中的作用、理解BFIl的含义时产生迁移。又如：在高一物理中学习匀变速直线运动的瞬时速度时，通过详细问题的分析可知它是速度的下位概念，具有速度的一般特性，与其并列的概念匀速直线运动的速度和平均速度相比较，瞬时速度解决了如何描绘做变速运动的物体在某一时刻的运

7、动快慢和方向问题，使速度的内涵进一步扩大。第二阶段：概念的稳固这一阶段的主要任务是通过概念的组织和辩别，使概念的多维度属性在概念内和概念间建立多种联络，防止概念的混淆和遗忘。在实际的教学过程中，这一阶段往往没有被引起重视误以为让学生多背几遍定义、多做一些练习就能到达目的。稳固的过程不应通过机械的重复和强化训练来实现，而是要通过概念的变式，重组学生认知构造，简约和减轻记忆负担的方法来实现。1、运用概念的变式，使新概念立体化。学生对概念的认识往往是机械的、孤立的记忆，不能全方位的理解一个概念，这就要求在教学过程中，通过概念的变式，对同一个概念从多角度进展分析，提醒不同的描绘方式间的内在联络，使学生

8、从本质上认识所学的概念。如在理想变压器的教学中，一般都是根据电磁感应现象和理想变压器的条件得出变压器的作用以及变压器原副线圈的匝数和电流、电压的关系。概念的变式练习可从原副线圈的磁通量变化关系、能量关系以及描绘交流的周期、频率关系来进一步认识理想变压器。又如磁场方向的表述，可运用概念的变式加以认识，“磁感线的切线方向表示磁场的方向，与“磁场的方向是小磁针静止时N极的指向的说法其本质的一致性，它们都是根据磁场的根本特性得出。2、比较概念的异同，促进新旧概念互相作用。在物理学中假设干物理量的比值定义式。如：压强pFS、加速度aFm、速度Vst、密度pmV、电阻RUI，假设干形式相似而反映不同关系的

9、表达式很容易使学消费生混淆，必须加以区分、分类。当我们要进展新概念的学习时，首先对所学的概念进展分类，看它归属于哪一类，如学习电场强度EFq时，对电场中的某一点：F与q的比值为恒量。F、q的变化并不改变E的值，E是由产生电场的电荷决定，因此电场强度EFq也是操作定义式，与密度、电阻归属于同一类。Fq比值确定某点场强的大小，但不能反映影响场强大小的因素。在复习阶段一般可通过列表比较各相关概念的异同。如：力学中“平衡力与“作用力与反作用力、“万有引力定律与“库仑定律、“振动图象与“波动图象等的异同比较。通过两个或几个相似但相异的概念的比照区分，而到达确切区分其异同的目的。3、组建概念的网络，促进新

10、旧概念的综合贯穿。概念的网络分布反映了学生对这一概念的认识深度与广度，物理学中的概念均可根据自己的特征以及与其它概念之间的互相联络形成完好的知识构造。教学过程中老师在帮助学生构建概念网络的同时，要努力寻找描绘与这一概念相关的知识点，使得学生的知识构造中的已有概念网络得以延伸和扩展，形成较为完好的知识网络，便于知识在运用时提取所需的信息。例如学习电势能的概念时，首先要激活电荷、电势、电势差、电场线等概念，同时把重力做功与重力势能的变化作为先行组织者，比较重力做功和电荷在电场中电场力做功的情况，得出电荷电势能的变化关系，其各相关概念可形成如图1所示的网络。在知识网络中激活任意一个网点，都将引出相关

11、的联想，随着知识的积累，网络的编织将更加完好、扩大，更有利于知识的稳固。第三阶段：概念的应用概念的应用是概念学习的高级阶段，一般可分为两个层次，一是指学习者在掌握领会教材内容的根底上，将习得的概念知识用于解决同类问题。二是学习者对所学概念的融汇贯穿，运用所学的概念解决情景新颖的实际问题。老师可结合物理概念在生活、消费及科学技术中的应用编制针对性的问题，检查学生对概念应用的灵敏程度，看其能否纯熟地将实际问题概化为物理模型，并运用已学的物理知识解决问题。通过概念的应用，使学生对概念的理解到达一定的深度和广度，同时发现学生对概念理解的局限性，以及知识网络中的缺陷，及时调整教学过程。概念教学课例位移的

12、教学学习目的：根据认知心理学理论制定的目的，对学生学习可以到达的程度可进展相应的测验，老师根据目的选择教学策略、设计教学过程，使教学过程与学生的认知程度相适应。使“教什么？怎么教？教得怎么样？变得更具操作性。1陈述位移的定义。2在给定的情景中能根据物体位置的变化画出位移矢量。3在给定的情景中，能分别表示出路程。间隔 和位移，并作出比较。4根据给出的问题，进展计算位移的大小、标出位移的方向。概念的引入：设计情景引入概念利用媒体、挂图、实例等刺激学生的知觉选择。通过情景的设计，让学生从详细的问题的比较中得出位移的概念。同时也使学生明确为什么要引入位移，同时能区别位移和路程。情景1播放几个学生上学的

13、情景录像课件，比较：他们的起点和终点，行走的途径，位置的变化。情景2在挂图上画出杭州到达北京的铁道路和航线，比较其异同。情景3请教室中最后一排的左边M学生的位置从A移到第一排的右边的位置A如图2a所示，让学生考虑M同学可通过哪些途径来实现位置的变化。学生讨论请学生在黑板上的示意图中1画出M学生走过的一些可能途径如图2b所示。2看图，想一想途径，在反映不同过程的同时，是否也存在某些共同的特性？让学生提出可能的特性，归纳得出与本课题相关的结论结论1：沿不同道路，M同学走过的路程不同。结论2：无论沿哪条途径，两位置间的间隔 一样。通过详细问题的分析推断，在给位移下定义的同时，使学生对位移的空间因示在

14、头脑中形成表象。激活路程、间隔 、矢量等原有概念，使其与新的概念之间形成新的知识网络。由情景1、2、3的分析比较得出只有将间隔 和方向连结在一起才能准确地描绘物体位置的变化，从而引出位移的概念。概念的表述：略。概念的稳固：1利用通过位移、路程、间隔 的比较，分析三者的异同，建立新的网点，并使新旧知识形成网络比较相似概念的异同，使得新概念的含义更加明晰，也是教学常用的方法。2概念的变式：位移的辨识例1在一个标准的运动场上正在进展200m比赛，这里的200m指的是位移还是路程？例2对“某人走了1km的路，甲认为这1km指的是位移，乙那么认为这1km指的是路程，请你对甲、乙的说法作一评述。只有在特定

15、的情景中才能确定位移还是路程。位移的图示和表述例3一质点静止在xoy的程度坐标平面上的2，10位置上，在某一时刻开场以V4ms的速度向y的正方向运动2s后，又以同样大小的速度朝x负方向运动2S，求质点在4s内的位移。在求得位移大小的同时，并正确的表述位移的方向。矢量方向确实切表述用建立合理的参照系。概念的应用：概念的应用的本质是通过给定的实际问题强化学生对位移概念的理解，并检测学生对位移这一概念的掌握程度和广度，一般可根据目的设计问题。可作为学生的课外作业。你从早上起床到晚上睡觉，在一天的活动中经历的位移和路程情况如何？考虑早晚在同一地，早晚在异地以及线路情况一艘轮船向东行驶300m后又改变航向向北驶400m后到达目的地，求轮船的位移和行驶的路程并画出示意图。请两位学生在黑板上解答后，由学生讨论确定正确答案一跳水运发动从离水面10m的平台上向上跃起，举双臂直体分开台面。此时重心位于从手到脚全长的中心，跃起后重心能升高045m到达最高点。落水时身体竖直，手先入水。求运发动从分