孫鷹淵 吳偉

摘 要：核心素養(yǎng)要求教師對學生的自主發(fā)展更加重視，提高學生“學會學習”的能力。在物理學習方面，建議教師培養(yǎng)學生使用概念圖作為學習物理的基本學習工具，同時利用信息技術(shù)實現(xiàn)構(gòu)圖和修改，以便在教學的各個環(huán)節(jié)使用概念圖，提高學生的學習能力。

關(guān)鍵詞：學會學習；概念圖；物理；基本學習工具；信息技術(shù)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）4-0014-5

1 “學會學習”理念對師生的要求

“學會學習”作為核心素養(yǎng)要求里的六大素養(yǎng)之一，首先需要明確其主體為學生。學習的主體既然是學生，那么教師在學生學習的過程中就應當扮演配角。那么，如何讓學生“學會學習”便是教師需要思考的重要問題。授人以魚不如授人以漁，教師需要通過對自身學習經(jīng)驗的總結(jié)，結(jié)合對學生認知發(fā)展的思考，選擇合適的學習方法傳授給學生。對于物理學科而言，教師需要尋找合適的方法幫助學生學會物理學習，而學生需要在教師的培養(yǎng)和引導下學會物理學習。概念圖則是一個較好的結(jié)合點。

在教育心理學領域，概念圖（Concept Map或Concept Mapping）作為一種被眾多國際學者認可的意義學習（Meaningful Learning）工具，被廣泛用于國外的理科課堂。國內(nèi)近年來已有諸多學者結(jié)合概念圖和物理學科教學的特點，將概念圖引入物理學科教學中，并發(fā)現(xiàn)有利于培養(yǎng)學生的物理邏輯思維，提高學生的物理成績。但是，國內(nèi)的研究和實證周期都較短，且主要以教師為主體，用概念圖呈現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)或者利用概念圖評價學生的學習情況為主，這與“學會學習”要求強調(diào)學生的主體行為不符[1]。

意義學習由Ausubel提出，強調(diào)學習者在學習過程中對知識的理解，不斷從外部同化新知識，從而促進大腦形成系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)[2]。概念圖作為意義學習的工具，是在認知主義學習理論的基礎上由Cornell大學的Novak教授提倡的學習工具。Novak教授在其著作《Learning how to Learn》中，論述了學生學會學習的必要性以及利用概念圖輔助意義學習的高效性。概念圖主要呈現(xiàn)概念之間的邏輯關(guān)系，而概念圖的構(gòu)圖過程往往能反映出構(gòu)圖者的思維過程，也就是構(gòu)圖者對某些概念的認知過程[3]。

2 應用概念圖幫助學生學會物理學習

2.1 教師在教學的過程中幫助學生學會應用概念圖

學習行為中，學生是學習的主體，而最初學生對于概念圖不具有自發(fā)的使用意識，需要教師通過引導和演示的方式來幫助學生培養(yǎng)相關(guān)能力。教師通過演示構(gòu)圖過程，呈現(xiàn)圖的結(jié)構(gòu)和使用圖式的評價來促進學生對概念圖的學習，從而幫助學生掌握并使用概念圖進行物理學習的方法。

2.1.1 物理教師在課堂演示構(gòu)圖過程，幫助學生熟悉構(gòu)圖步驟

教師在設計教學內(nèi)容時，根據(jù)課程標準的要求，可以將部分適合進行概念圖式呈現(xiàn)的陳述性知識教學設計成具有探究性的課堂[4]。課堂上，教師設置問題，引導學生進行概念圖的構(gòu)建。同時，在培養(yǎng)階段的初期，教師可以利用概念圖演示問題解決的過程，起到示范作用。學生通過多次模仿，以及教師的指導和幫助，逐漸掌握利用概念圖進行科學探究。同時，教師可以設置相關(guān)的課后探究課題，幫助學有余力且善于思考的學生進一步熟練使用概念圖進行問題解決，提高學生的邏輯思維能力，培養(yǎng)學生物理學習的能力。

2.1.2 物理教師在課堂呈現(xiàn)概念圖結(jié)構(gòu)，幫助學生把握認知結(jié)構(gòu)

對于課堂教學中講授的知識點，可以通過概念圖的方式進行整體呈現(xiàn)。物理知識的結(jié)構(gòu)具有很強的整體性，對于一節(jié)課的知識點概念，一般是基于相關(guān)前置章節(jié)的概念進行延伸和拓展，所以教師可以通過可視化的方式呈現(xiàn)概念圖中新概念、新鏈接的生成，來幫助學生回顧并明晰課堂內(nèi)容在整體知識結(jié)構(gòu)中的邏輯關(guān)系。由教師作為主體進行演示，旨在幫助學生明確物理學習的概念結(jié)構(gòu)。同時，教師可以請學生結(jié)合自身的經(jīng)驗，對物理已學的知識進行概念圖結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)。教師通過診斷和分析，幫助學生了解自身學習情況和知識建構(gòu)情況，從而幫助學生進一步提高。

2.1.3 物理教師可以利用概念圖進行過程性評價，幫助診斷學生的學習情況

目前國內(nèi)的評價方式較為單一，主要以筆試與實驗的成績考核為主，缺少對學生的過程性評價。通過概念圖在學習行為中的工具性作用，教師可以嘗試將概念圖的評分作為學生過程性評價的一部分。概念圖能夠較好地可視化呈現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)體系，因為概念圖的諸多元素和特性又能反映出構(gòu)圖者思維的邏輯性與發(fā)散性，所以選擇概念圖作為評價的工具是有意義的。浙江師范大學的王立君教授對概念圖的評分以及效果做了較為深入的研究，認為利用概念圖進行評價可以較為有效地反映出學生的認知情況，并且?guī)椭處熂皶r進行診斷和輔導[5]。教師可以嘗試采用相關(guān)的概念圖評分方式進行粗略地認知診斷，幫助學生及時糾正錯誤認知。

2.2 學生在應用概念圖的過程中學會學習

學習的主體是學生，在教師的演示和引導下，學生需要通過不斷地練習，熟悉概念圖的使用步驟。在物理學習的過程中，主要是觀察、思考和求解分析的過程，所以學生可以在這三個步驟中使用具體概念圖來提高物理學習的效率。

2.2.1 學生在現(xiàn)象觀察中提取中心概念

物理的現(xiàn)象是客觀的，而觀察是主觀的，觀察的質(zhì)量又往往影響現(xiàn)象帶來的思考。用物理角度觀察，應該具有從具象中尋找抽象規(guī)律的特點。抽象規(guī)律的結(jié)構(gòu)主體是由抽象概念組成的，而其所對應具象的主體應該是現(xiàn)象本身中的實際物體。所以，觀察的過程要求學生能夠完成提取現(xiàn)象中需要研究的實際物體，并將其作為中心概念進行后續(xù)研究。

2.2.2 學生在發(fā)散思考中豐富中心概念

結(jié)合建構(gòu)主義中對記憶聯(lián)結(jié)模型的描述，在確定了中心概念后，便可以尋找相互間的聯(lián)結(jié)關(guān)系。在表象上，通過現(xiàn)象觀察到的聯(lián)結(jié)可以輕而易舉地得出，但是表象并不能從物理層面解釋現(xiàn)象的本質(zhì)，所以后續(xù)的思考需要由中心概念發(fā)散，從物質(zhì)屬性、所處狀態(tài)等中心概念的屬性出發(fā)，形成輻射網(wǎng)。輻射的廣度（二級鏈接數(shù)）說明了構(gòu)圖者思維的廣度（全面性），輻射的深度（次級鏈接層數(shù)）說明了構(gòu)圖者思維的深度（深入性）。由于此步驟思維的容量比較大，當采用概念圖進行可視化時，可以避免關(guān)鍵結(jié)點的遺漏。

2.2.3 學生在求解分析中形成新的認知

中心概念的輻射網(wǎng)絡形成后，次級概念之間也可能建立聯(lián)結(jié)（也就是記憶模型中的激活），但是仍需要設計實驗，驗證是否此時建立的聯(lián)結(jié)是解釋現(xiàn)象的有效聯(lián)結(jié)，若不是，則要再次尋找聯(lián)結(jié)，循環(huán)該過程至最終確定有效聯(lián)結(jié)。若在已有認知經(jīng)驗條件下，無法建立有效聯(lián)結(jié)，那么就需要外界引導或者建立假設聯(lián)結(jié)，并驗證假設聯(lián)結(jié)的有效性。通過這一過程，學生完善了對自身認知結(jié)構(gòu)的豐富，建立了新的認知。

3 應用概念圖幫助學生學會物理學習的策略

Sternberg認為，專家型教師會采取科學的策略幫助學生學會學習[6]，而在核心素養(yǎng)的要求下，教師更應該學會采取科學的學習工具來幫助學生學會物理學習。物理的學習中有一大部分內(nèi)容屬于問題解決，而概念圖又是物理問題解決中最合適的呈現(xiàn)認知過程的學習工具，這就要求教師在充分了解概念圖后，通過長期的培養(yǎng)，幫助學生養(yǎng)成利用概念圖進行物理學習的習慣。

3.1 概念圖應當作為一種學生長期學習、使用的基本學習工具

在國內(nèi)，學生從初中二年級開始正式接受物理學科的學習，此時的學生發(fā)展正處于形式運算的起步階段。對于抽象的物理概念，學生仍需要在教師的引導下才會進行科學的思考和分析，所以該階段是學生養(yǎng)成科學學習習慣的重要階段。物理學習從現(xiàn)象出發(fā)，由問題串聯(lián)，概念圖作為問題解決環(huán)節(jié)中的輔助，發(fā)揮重要的思維框架作用。由于概念圖具有與記憶相似的結(jié)構(gòu)特征，所以對于初步嘗試抽象邏輯思維的學生而言是化抽象為具象的有效工具?？茖W探究一直是理科學習的最佳學習形式，同時又是學生學會學習的體現(xiàn)，是課程標準下的物理學科學習提倡的學習方式。根據(jù)上文的論述，概念圖在實現(xiàn)探究的學習方式上具有明顯的優(yōu)勢，并能很好地落實學生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求，所以在學生學習物理的初期便教導和提倡使用概念圖幫助學生更快地適應和熟悉物理學習的步驟。

當學生通過學習，不斷地嘗試使用概念圖進行探究后，問題解決的能力將會隨之不斷提高。中學物理的課程學習只是學生物理學習過程的一小部分，更多的物理學習滲透在學生的生活中。當學生掌握了概念圖這種有效的學習工具后，遇到的實際問題便可以通過同樣的探究過程，解析并探尋問題的答案，在生活中學習。專家型的教師對于學生的培養(yǎng)會更加注重學生學習技能的培養(yǎng)，因為當學生掌握了學習的科學方法后，便可以根據(jù)自身需要進行更多的研究，這對于提高學生的學習主動性是很有幫助的，同時也能夠幫助學生更好地實現(xiàn)自我知識需求。

3.2 概念圖配合信息技術(shù)使用將會事半功倍

最初由于科技條件的限制，概念圖只能用紙筆呈現(xiàn)。筆者發(fā)現(xiàn)早期的概念圖圖例中，構(gòu)圖者筆跡較為混亂，不利于后續(xù)進行分析。隨著近年來產(chǎn)業(yè)革命帶來的科技力量，學校開始更多地引進電子產(chǎn)品，教學條件不斷改善。學生在通過紙筆形式的訓練后，掌握了概念圖的基本構(gòu)建方式，便可以在教師的帶領下嘗試使用電子設備進行構(gòu)圖。Novak教授與他的團隊近年來也圍繞概念圖展開了一系列研究和開發(fā)項目，并且研發(fā)了CMapsTools軟件以及創(chuàng)立ihmc組織，在云端成立了豐富的概念圖數(shù)據(jù)資源庫?？梢姡诟拍顖D的不斷發(fā)展中，云端這種交互性更強的平臺會是促進概念圖交流以及教師研究學生認知的更好途徑。

信息技術(shù)引入課堂，短期的試行往往是“霍桑效應”的教學假象，也就是學生因為方式的改變而增加了專注程度使得教學效果得到提升[7]。而應用概念圖的目的主要是通過概念圖學習方式的培養(yǎng)幫助學生形成良好的學習習慣，所以是借助信息技術(shù)來實現(xiàn)習慣培養(yǎng)，長期的技能訓練，通過強化而形成對學生行為的鞏固。

經(jīng)過上文的分析可以發(fā)現(xiàn)，學生與教師在使用概念圖的過程中對于概念圖的修改和重組，以及知識結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)要求較高，教師對于概念圖的構(gòu)成過程監(jiān)控也時?？梢宰鳛榕袛鄬W生思考的過程性標準，所以對于構(gòu)圖的過程記錄以及匯總能力的要求較高。傳統(tǒng)的模式下，概念圖的存在往往是靜態(tài)的，而在計算機的記錄過程中，可以嘗試保留對概念圖生成的動態(tài)記錄，這對教師分析和研究學生的思維過程，進而對學生進行診斷是十分有幫助的。同時在評價階段，學生通過電子設備可以方便調(diào)用自身學習過程中的概念圖，并且進行疊加組合和豐富，通過自我診斷以及自我復習的方式提高自身的知識覺悟，這也是一種學會學習的表現(xiàn)。在核心素養(yǎng)下，學生學會學習作為重要的指標，對于教師而言，評價方式的改變也更加有利于評估學生的學習能力。傳統(tǒng)的紙筆測試對于學生評價而言有較多弊端，嘗試進行概念圖式的評價方式已被學者證明有效，同時可以豐富現(xiàn)有的單一評價方式，并且更多地關(guān)注學生的學習過程和學習能力，而不僅僅是學習結(jié)果。

3.3 概念圖在物理教學的諸多環(huán)節(jié)中都可以運用

在概念新授課上，教師可以提供引導并且與學生共同進行物理探究學習，培養(yǎng)學生使用概念圖的能力；在復習課上，教師可以呈現(xiàn)已學物理知識概念的整體概念圖，幫助學生把握物理知識的整體結(jié)構(gòu)；在教學評價階段，教師可以對學生學習過程中的概念圖進行提取和評價，發(fā)現(xiàn)學生認知的變化過程，更加科學地評價學生階段學習的情況。

現(xiàn)在例舉在概念新授課階段，教師與學生共同使用概念圖進行物理知識的探究學習：在楞次定律的教學中，使用楞次定律演示儀，學生觀察到的現(xiàn)象是當條形磁鐵插入圓環(huán)時，圓環(huán)遠離磁鐵運動；當條形磁鐵從圓環(huán)抽出時，圓環(huán)緊隨磁鐵運動。這時，學生可以在這個實驗現(xiàn)象中尋找物理具象概念——磁鐵、圓環(huán)，于是便可以在CMapTools中建立磁鐵與圓環(huán)兩個中心概念，如圖1所示。學生可以通過觀察發(fā)現(xiàn)，磁鐵使圓環(huán)運動，但是磁鐵與圓環(huán)并沒有直接接觸。為了分離兩種動作，這里研究磁鐵插入圓環(huán)時，圓環(huán)遠離磁鐵運動，所以磁鐵與圓環(huán)之間的具象聯(lián)結(jié)是非接觸地遠離。

圓環(huán)和磁鐵分別有大量的物理屬性，諸如質(zhì)量、導電性、電磁性等（如圖2、圖3所示）。學生可以竭盡所能地羅列出對應的物理屬性，通過增加思維的廣度來培養(yǎng)發(fā)散思維能力。在課堂上多次采用發(fā)散思維來鍛煉學生思考的能力，對于學生而言是一種不斷嘗試科學探究的過程，學生在此過程中不但可以鍛煉思維，還可以通過不斷熟練概念圖的繪制來掌握這種有效的意義學習工具，對學生將來進行科學探究的問題解決大有裨益。而CMapTools的優(yōu)勢就體現(xiàn)在對于發(fā)散的繪圖以及概念的添加十分便捷，學生可以盡可能完整地羅列，同時又能保證概念圖不會因為繪制過于復雜而顯得整體混亂。

當學生發(fā)現(xiàn)僅有的基本物質(zhì)屬性不能解釋圓環(huán)的遠離現(xiàn)象后，就需要思考是否是另一種力的作用產(chǎn)生此種現(xiàn)象。這時，教師可以適當進行引導，根據(jù)磁鐵的主要特點是磁性，學生會聯(lián)想到磁力，同時在回憶起磁力的作用特點時，會注意到磁力的作用是非接觸的，而此時現(xiàn)象也是非接觸的，教師便可以引導學生思考磁力是否存在。這時，圓環(huán)作為一個本身不帶電、不帶磁的物體，若是考慮磁極對圓環(huán)的磁化作用，又似乎會得到相反的現(xiàn)象，所以學生的認知便會產(chǎn)生沖突，如圖4所示。此時，學生已有的概念便不能及時解釋現(xiàn)象，所以需要建立新的認知結(jié)構(gòu)。在前一節(jié)中學習了在磁通量變化的前提下，導體會產(chǎn)生感應電流，所以圓環(huán)具有了電流，如果學生在之前的概念圖繪制中次級概念只停留在了圓環(huán)有電流，未能進一步構(gòu)出電流附近具有磁場的物理屬性，便不能及時完成解釋現(xiàn)象的概念聯(lián)結(jié)，如圖5所示?？梢?，概念的廣度可以提高思維的發(fā)散性，而概念的深度也同樣值得重視。當學生的概念圖構(gòu)造中同時注意了深度和廣度，那么學生對概念的結(jié)構(gòu)把握將更為完善，對于具象概念的解釋也將更加高效。同時，學生進行物理學習的過程在概念圖的幫助下也變得邏輯清晰，思維也十分活躍。

綜上所述，學生學會物理學習需要教師與學生共同的努力，同時也需要采用科學的學習工具。概念圖作為國外普遍采用的學習工具，適合各種教學環(huán)節(jié)，所以在國內(nèi)的教學中可以進行推廣。教師需要通過演示和引導，幫助學生逐漸養(yǎng)成利用概念圖進行物理學習的習慣，使概念圖成為學生進行物理學習的基本學習工具，同時通過概念圖得到對學生更加科學的評價；學生需要通過教師的幫助逐漸學會在物理觀察、思考和分析的過程中使用概念圖進行探究學習，逐漸提高自身解決物理問題的能力。同時，在信息技術(shù)發(fā)達的時代背景下，教師可以采用平板教學等方式，提高概念圖的構(gòu)圖效率和良好性，幫助學生更好地構(gòu)建和修改概念圖，同時也方便教師對學生的認知過程及時進行診斷和把控。

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