摘?要：人會基于個人的經驗系統(tǒng)建立起一個屬于自己的“經驗心智模型”，借助特定的方式和方法來傳播自己意思或意圖的概念就是一個特殊的“概念模型”，“概念模型”通過科學檢驗和論證后轉化成“科學模型”.本文首先通過案例闡釋了認知過程中的三個梯階的圖式：“經驗心智模型”“概念模型”“科學模型”，提出了概念學習的“三級圖式進階”教學方式，然后指出了圖式進階教學的意義、策略、程序、步驟和關鍵，最后討論了它適用性的幾個問題并給出了對策和建議.

關鍵詞：進階學習;經驗心智模型;概念模型;科學模型;圖式進階教學;教學策略

文章編號：1008-4134（2020）02-0006?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

作者簡介：孫偉何（1983-），男，黑龍江人，本科，中學一級教師，研究方向：圖式教學研究、實驗教學研究、科學方法教育以及科技創(chuàng)新教育.

人會基于個人的經驗系統(tǒng)建立起一個屬于自己的“經驗心智模型”，用它來跟客觀世界進行交互;當人們把自己的經驗拿來跟他人交流的時候，用來表示自己意思或意圖，并且能夠經過他人再次傳播出去的東西，就變成了概念.這些概念借助特定的“語言、符號、圖像等方式或方法”表征出來，就形成了“概念模型”;“概念模型”通過科學地實驗檢驗、推理論證等轉化成“科學模型”.“科學模型”既是教學的結果，也是教學的目標.

圖式是人在認知某事物或者規(guī)律時的認知狀態(tài)和認知結構.研究圖式的意義在于：了解圖式在學生大腦中的建構狀態(tài)和建構水平，就可以知道學生對學習素材是如何認識、如何理解的.人對事物的認知是階梯性地發(fā)展變化著的.圖式的“三級進階”，旨在把學習者的思維狀態(tài)表征出來，使其思維狀態(tài)外顯化、階段化以及階梯化.基于物理圖式觀的教學，須尊重概念學習的三個梯階的圖式變化規(guī)律：首先診斷學生的學情處于“經驗心智模型—概念模型—科學模型”的哪一個梯階上，然后教師對學生“診脈抓方”，對學生施加相應的教學策略，促進學生經歷“經驗心智模型”“概念模型”，最終達到“科學模型”，完成圖式的進階轉換，促使學生對物理概念形成正確而科學的認識.

基于圖式理論的“三級進階”概念教學，意義重大.“經驗心智模型—概念模型—科學模型”三級進階是圖式形成的必經路徑，也是圖式教學的基本路徑.圍繞學生的“疑點”“弱點”“盲點”“錯點”展開教學，教師的教學獲得了抓手，提高了教學的針對性和有效性，有力地促進教師的教學行為由“經驗教學”向“精準教學”發(fā)生轉變.

1?概念學習的三級圖式進階

1.1?概念學習的第一個梯階——“經驗心智模型”

不同的人對同一個客觀對象建立起認知后，形成了特定的初始狀態(tài)的認知圖式，我們稱之為“經驗心智模型”.人無法對客觀存在進行系統(tǒng)、完整的感知，對客觀事物的認識并非真實的客觀對象本身，是一個基于自身觀測方法和觀測結果建立起的一個屬于自己的“經驗心智模型”.因此，“經驗心智模型”階段的認知圖式是一種片面的、“科學”“不科學”混雜著的認識狀態(tài).它是一種可以用來對客觀事物進行甄別的依據，具備方法屬性.簡言之，“經驗心智模型”就是我們的經驗到底是什么，有什么用，用它能干什么.

“經驗心智模型”的建立一般分為四個階段：“觀察階段——求證階段——應用階段——形成認知”.學習者證明了某個論題之后，產生“信任”，形成認知.

【案例1】凸透鏡與凸透鏡成像

在學習凸透鏡成像的時候，教師一邊展示凸透鏡，一邊說：用凸透鏡可以看到一個更大的物體，這個看到的“變大了的物體”就是像.一塊可以透光的玻璃、塑料，甚至是一個水杯，只要是中間更厚、邊緣薄的，都可以視為一個凸透鏡.你知道凸透鏡還有哪些作用嗎？除了能得到放大的像，利用凸透鏡，還能成什么樣的像呢？

個別同學由于預習了課本，或者有攝影經驗的同學，就會提出“形成縮小的像”，但大多數(shù)的同學認為，這些是“迎合教師的話”，顯得并不可信.他們認為“凸透鏡就只具有放大鏡的功能”.

這是由他們的經驗決定的，在漫長生活閱歷中積累、沉淀得來的.他們不求必須通過實驗才得出結論，他們會直接告訴你他的經驗，證明自己的經驗，并把經驗“當成觀點”，這是處于“經驗心智模型”階段的典型行為特征.

學生在學習過程中的一些表現(xiàn)，呈現(xiàn)如下：

（1）觀察階段

①放大鏡可以聚光;②我的塑料直尺上有一個“放大鏡”，他有一個“縮小鏡”，我的是“鼓起來的”，他的是“凹進去的”;③我爺爺?shù)睦匣ㄧR，玻璃片就是中間鼓起來的;④度數(shù)大的鏡子，能放得更大.

來自生活的經驗成為他們認識“凸透鏡”和“凸透鏡所能形成的像”的“標準”.

（2）求證階段

①我爺爺也有一個老花鏡，而且是一半一半的，用下面的那部分，就可以把字放大;②“凸透鏡可以把物體變大，所以是放大鏡”“凹透鏡可以把物體縮小，所以是縮小鏡”;③是這樣的！小學科學課上，我們用一塊凸透鏡聚光，點燃了一根火柴;④他的近視眼鏡就是凹透鏡，因為玻璃片是凹進去的，但是他的眼鏡不能聚光;⑤能不能聚光，跟成像是兩回事，你們跑題了！⑥“能聚光的，就能把物體縮小”“不對！凸透鏡把物體放大了！”⑦“我們沒玩過老花鏡”“我們沒有老花鏡，不能做實驗”.

（3）應用階段

“山上禁止亂丟礦泉水瓶，否則容易進水，形成凸透鏡，然后產生聚光，點燃森林”.

“去銀行的時候，爺爺看不見小字，銀行的叔叔就拿了放大鏡給了爺爺”.

其心理認知的過程為：你看嘛，到處都是這樣的，別人也是這樣說的，也是這樣做的，那一定是真的.

（4）形成認知

觀點一：對于什么是凸透鏡，除了形貌上可以判斷外，能聚光的是凸透鏡.

觀點二：凸透鏡是放大鏡，凹透鏡是縮小鏡.

觀點三：凸透鏡對光線的會聚或者發(fā)散，跟成像是兩回事.

學習者對一個對象產生“信任”，其“被論證的程序”的強度勝過“如何論證”.盡管我們知道案例1中，學習者的想法不一定正確，但他有自己樸素的唯物觀點，用自己樸素的方法一遍又一遍地論證了這一觀點，然后形成了一種認識.這種認知，來源于經驗和一定的事實，雖然不完整或有偏頗、錯誤，但相似的事件在日常生活中不斷被觀察到，認識不斷被認知程序反復強化，往往又忽略了對其“是真是假”的深入探索，于是形成了穩(wěn)定的“不全對”的認識，這個認知的結果就是“經驗心智模型”.

當然，教學的起點——新知識和能力的生長點，也正是圍繞上述三個“經驗心智模型”觀點展開的.典型的引導語如“是不是”“行不行”“能不能”“好不好”“夠不夠”等.

1.2?概念學習的第二個梯階——“概念模型”

1.2.1?由經驗抽象成“概念模型”

概念是用來分享自己的經驗和經歷的特殊表達.這些概念借助特定的“語言、符號、圖像”以一定的方式和方法，把自己的經驗、經歷，意思或意圖表征出來，拿來跟他人交流.概念具備傳播屬性.人們能夠交流或者分享的圖式總是不能表征、表達出所有“自己的經驗”，在表達和傳播時，就形成了“概念模型”.“概念模型”是一種傳播工具，也是一種對客觀對象或者規(guī)律的表征知識.因此，“經驗心智模型”是構成“概念模型”的認知基礎，“概念模型”是比“經驗心智模型”更抽象更高級的認知結果，它包含對經驗的總結概括，蘊含著方法和觀念，是一種可以傳播和復制的知識;它具備了可以記錄、存儲、修正和再次提取的特征.“概念模型”是經驗的表征結果，是能夠不被別人誤會、錯誤識別的統(tǒng)一的認識.人們利用“概念模型”進行交流.

“概念模型”與“經驗心智模型”存在邊界：“經驗心智模型”是基于自身的認知提出的概念，不是交流自他人的概念;“概念模型”可以源自自身，可以是交流自他人的概念，也可以是自己和他人交流某對象后融合、調和而成的新的認識結果.關鍵是可以借助他人的“概念模型”傳達出對方的意圖.

認知處于這個階段時，交流的雙方不僅可以傳播和證明自己的經驗，也可以傳播和證明別人的經驗.從這個意義上講，研究“概念模型”的意義就在于：我需要了解我的經驗到底別人有沒有，自己的經驗和別人的經驗是否相同，我的經驗是否得到了豐富發(fā)展，我是否需要修正我原來的認識.

“概念模型”的建立一般也分四個階段：“表征經驗心智模型階段—傳播概念階段—交換信息階段—基于被集體認可的“修正錯誤后”的新的認知階段”.其核心特征是“表征客觀對象或者規(guī)律”和“比較自己的表征和別人的表征”.具體闡釋如案例2.

【案例2】是“實像”還是“虛像”？

學習光現(xiàn)象時，學生一個特別大的困擾就是不能區(qū)分“實像”“虛像”，下面表格是兩個同學在學習過程中的小結.

（1）表征階段

（2）傳播階段

甲：“水中的倒影是虛像”，像是倒著的，算實像還是虛像呢？

乙：凸透鏡有時候成正立的像，有時候成倒立的像，凸透鏡對光產生會聚作用，但卻能夠成虛像，對這一點我很困惑.

（表征經驗、傳播經驗）

（3）交互階段

乙：水中的倒影只有上下相反，沒有左右相反，因此，它不屬于“倒立”屬于“正立”.

甲：倒著的還算正立？不信.

乙：你說的也不對，你拿著凸透鏡看遠方的高樓時，可以看見天空在下，高樓在上方，從上向下倒著懸掛的樣子，沒有借助光屏，你也看見這個現(xiàn)象了.

乙：用光屏取代你的眼睛，在光屏上呈現(xiàn)倒立縮小的像，因此這個是實像，你可以看見;所以，實像可以直接用肉眼看，也可以用光屏承接來觀察.再比如平面鏡成像，成正立的像，我們每天照鏡子，不用光屏也能看見像，光屏不起作用.因此，虛像可以直接用肉眼觀察.

甲：有道理！你的說法能夠證明你的觀點.的確，實像可以直接用肉眼觀察，虛像也能?。óa生認知沖突，認可他人的經驗并可以用他人的概念模型傳播他人的認識）

甲：測量凸透鏡焦距時，紙上的小亮點，這個是實像嗎？

乙：這個我也不清楚.

甲：透過玻璃窗看見教師，這是看見了老師本人、老師的實像，還是老師的虛像呢？

乙：平面玻璃磚，對光既不產生會聚作用，也不產生發(fā)散作用，應該是看到老師本人吧？

（4）形成新知

①像的樣子跟物體差不多，像不同于影子，像有輪廓、有內容，像的大小跟物體大小相比有三種可能：比物體大、小或者相等;②實像、虛像都可以直接用肉眼看見.③光學元件對光會聚或發(fā)散，導致成實像還是成虛像，這一點不確定.

由上述案例我們知道：形成“概念模型”是對特定對象描述、表征的抽象過程，形成“概念模型”的過程又是去模糊、去錯誤的內省過程.這里面有對自己原有認知的“同化、順應和平衡”的過程.當然，這種對話不一定發(fā)生在兩個人的身上，也可能是自己和書籍、自己和媒體、自己和網絡之間的信息交互過程.

當學生的認知處于“概念模型”階段時，教師對于學生的教學就是要做出這些回應：“是否如你們所想的這樣”“你們想知道的這件事是這樣子的”.典型的引導語如“也是嗎”“也行嗎”“也能嗎”“有更……嗎”“會更……嗎”等.

1.2.2?概念模型未必等同于真實的概念

“概念模型”來源于客觀對象，是人對客觀對象產生的特殊的認知結果，卻因為既往經驗、認知方法以及認知態(tài)度等方面的差異而產生認知差異.每個學習者既往經驗中“全面”“片面”的程度，“科學”“不科學”的程度，認知方法“科學”“不科學”的程度，“良好”“不良好”的程度，學習意志力“堅忍”“不堅忍”的程度，認知態(tài)度“唯物”“唯心”的角度，認知方法和處理現(xiàn)象和數(shù)據的能力差異等，都決定了個體頭腦中的概念必定是“同中存異”或“異中存同”的.

“概念模型”可以復制、記錄、修正并傳播，就必定可以表征.表征必定包含了人對客觀對象的必要特征的認知.借助特定的方法，從表征某個或者某類別事物的一系列表征中抽取出必要特征，這些構成群——“必要特征群”，然后把它定義成為概念.而“必要特征群”的“群”的要求是：必要特征不足、多余或者錯誤，就不能準確地表征被表征的對象.

每個人對客觀對象所建構出的特征群，往往跟“必要特征群”不完全吻合，可能未必科學.此時，“概念模型”是一定程度和層面上的概念.“概念模型”，它具有群體思維的特征，受經驗、技術、觀念、方法制約，它可能區(qū)別于真實概念本身.

【案例3】辨別凸透鏡還是凹透鏡

如圖1所示，我們可以從透鏡截面的外形上辨認出“中間厚、邊緣薄”的透鏡為凸透鏡，“中間薄、邊緣厚”的透鏡為凹透鏡.“中間厚、邊緣薄”“中間薄、邊緣厚”這樣的表述，就是“下定義”表征透鏡類型概念的方法.

但是，當給出圖2這樣一個透鏡，同學就懵了，這是什么東西？

其實，這是菲涅爾透鏡，也屬于凸透鏡的一種.光垂直穿過透鏡的平面部分，光的傳播方向并不發(fā)生改變，對折射或者說對光的偏折不起作用，那么，我們就可以去掉光沿直線傳播的部分，即圖3中虛線框所包圍的部分，只保留發(fā)生折射的曲面部分，便能省下大量材料同時達到相同的聚光效果.然后，把透鏡剩余帶曲面的部分“坍陷”到一個平面上，就形成了圖2所示的菲涅爾透鏡.當光線從一側平行進入，穿過菲涅爾透鏡，會在另一側出來會聚，聚焦成一點，形成焦點.根據光路可逆的特點，你還可以反著用得到一束平行光.從對光線的作用上，菲涅爾透鏡就是一個凸透鏡.

投影儀中的凸透鏡就是用的“菲涅爾透鏡”，它還具有普通凸透鏡不具備的優(yōu)越性能，如：消除部分球形像差、成像亮度均勻等.

顯然，從形態(tài)上辨別凸透鏡還是凹透鏡的方法得出的概念和真實的概念本身是存在著差異的.

1.3?概念學習的第三個梯階——“科學模型”

通過案例3可以知道，如果學習者總結出的“必要特征群”能夠符合概念本身，“概念模型”經得起檢驗，經得起推敲，它才具備科學性，它才能成為“科學模型”.

獲得知識是為了應用知識.利用多個“科學模型”構成“概念生態(tài)圈”，這樣，“物理實驗”“物理現(xiàn)象”“物理規(guī)律”之間的聯(lián)結結構才穩(wěn)定、正確，“物理量”和“物理量”之間的關系才清晰、明確，運用“物理知識”解決實際問題，才可以科學、嚴謹、可靠.

學生對物理知識的掌握是在理解的基礎上進行的，認知的路徑則是從“獲得知識”到“應用知識”.在概念的進階過程中，學習者必須時刻跟新的認知材料進行反復互動，經歷“信息識別、信息提取、對信息進行論證和歸類歸納、信息存儲、信息修改和合并”等的一系列復雜認知活動的過程.

比如，我們可以通過“實驗現(xiàn)象”回應“觀點一”，給學生建立起“會聚”的證據，讓學生知道凹面鏡也會對光產生會聚作用（如圖4所示）.對光產生會聚作用的不一定是凸透鏡，還可能是一塊凹面鏡.這是一個“充分條件”和“必要條件”的關系，正著說對，反過來說不見得對.

2?概念學習的三級圖式進階教學的策略

2.1?營造“積極關注自我認知”的學習環(huán)境，讓學習發(fā)生

認知沖突是圖式進階的前提，學習動機是教學取得成功的保障.教學策略能否成功實施，依賴于學習者認識沖突和解決問題的意愿和能力.教學伙伴在課堂上提出的不同觀點并非能夠構成每一個學習者的認知沖突.如果不同的觀點并沒有“引起注意”“激活、喚起已有認識”，這些觀點最終成為這個學習者的“可多可少的一個知識碎片”，因未跟已有的知識、方法體系相內化、順應、平衡而遭到拋棄、遺忘.

那么，教師欲取得圖式進階教學成功，首要的工夫就是選取恰當?shù)慕虒W素材對學生的既往認知產生有效的作用.這個“恰當”就包含了“三個是否”：是否能夠對接學生的既往認知、對學生所預見的結果產生相異的結果，構成認知沖突;是否能夠激起學生的興趣、激活學習動機;是否尊重了學生既往認知的水平和發(fā)展需求.

2.2?充分暴露學生既有圖式的問題，探尋教學的作用點

認知沖突是概念進階轉變的起點.當下信息技術與學科教學高度融合的今天，教學素材極大地豐富起來，獲取優(yōu)質的教學資源并非難事，選取什么素材才能促使學生完成圖式的進階呢？這必須是教師針對學生的已有圖式，然后經過遴選，再做出二次開發(fā)的教學素材.在認知沖突的情境下，暴露并獲取學生的既有圖式.

暴露并獲取學生既有圖式的具體的方法一般有兩種形式，即調查和討論.

（1）調查：①直接式的調查.調查可以是訪談、問卷的形式，也可以是針對原始物理問題的作答、針對物理問題的回答的追問;通過對物理現(xiàn)象進行描述或補充實驗步驟、細節(jié)等手段，誘導學生暴露現(xiàn)有的認知狀態(tài);②間接式的調查.將教學內容的上下位知識、同位知識進行條件限定后，設置問題進行調查.基于調查，探究成因，尋找對策.

（2）討論：討論可以是師生對話，也可以是學生之間的討論.

當然，調查和討論兩種方式通常并用.

在充分暴露出學生既有圖式的問題后，積極地分析問題，尋找教學的作用點，將教學智慧的主動權抓在教師的手中，在課堂教學的預設和生成中解決問題.當然，在這個過程中，教師的教學圖式也隨之生成了諸多應對的“套路”.教師在“模套路”“學套路”“創(chuàng)套路”的實踐中，通過主動探索，優(yōu)化了其教學經驗系統(tǒng)，促使教師成長、成熟、卓越，也促使學生學習的質量得到不斷地提升.

2.3?圖式進階教學的一般程序和步驟

“教的序”需要瞄準“學的序”.圖式進階教學也必須遵循一定的程序，產生效能.一般分為四個步驟構成一般的教學程序，四個步驟的導語構成“圖式進階教學問題串”.

步驟一：使引入問題“情境化”（如：人越靠近鏡頭所成的像越大，成虛像也符合這個規(guī)律嗎？凸透鏡周圍，可以使物體無限放大的位置在哪？）

步驟二：質疑原認知的合理性，探究思維成因，獲取學生思維圖式的論據（如：為什么這樣認為？什么素材支持你的觀點？）

步驟三：質疑原認知的科學性，獲取學生“經驗心智模型”的內容和結構（如：有什么讓你感到不確定的反例嗎？到底是……還是……？）

步驟四：引導學生將新建立的圖式通過“預測——證實”環(huán)節(jié)內化、順應或者平衡.（如：仿照探究凸透鏡成像規(guī)律的過程，評估得到的結論，對光同樣產生會聚作用的凹面鏡，是否也可以“移植”這個規(guī)律？你的預測是……？關鍵的要點是……，首先……，然后……？）

從心理學的角度看，凡經過否定質疑的知識，在頭腦中才有較高的確信度[1].當原有“概念模型”與“科學模型”之間發(fā)生了“沖突”，原有的概念模型無力解決“沖突”，且新的概念模型可以對邏輯預測產生不可替代的證實作用時，學生才會甘愿放棄原有的觀念.

顯然，概念學習的“三級進階圖式”教學，它的關鍵特征就是在教學中突出強調，通過經歷“沖突—重建—預測—證實”的教學環(huán)節(jié)，來提升教學的效度.

3?圖式進階教學的適用性

3.1?局限性

建構主義認為，學習是觀念（概念）的發(fā)展或改變、重建，而不是新信息的簡單積累[2].實際的學生在上課時并不一定做好充分的準備，學生群體可以存在“積極的腦袋”“消極的腦袋”，“積極的腦袋”中又分成“空的腦袋”“良性建構的腦袋”“錯的腦袋”“亂的腦袋”幾種類型，這對任何一種學習方式都構成挑戰(zhàn)，圖式教學方式也不例外.

對學生圖式的不良建構也分成連續(xù)、不連續(xù)兩種類型.圖式進階教學適用于學生圖式建立處于連續(xù)的、良性待建的狀態(tài);對于圖式建立松散錯亂的不連續(xù)類型，宜采用“重建”的方式實施教學.若學習群體有“普遍消極”的情形，在教學的前期，宜著力激發(fā)學生學習的興趣，然后在教學過程中，逐漸積累模塊化的知識，強化“語言圖式”“內容圖式”“形式圖式”的教學[3]，強化學生學習的意志力，轉變學生的認知狀態(tài)和認知類型，為之后的圖式進階教學能夠順利實施打下基礎.

3.2?階段性

教師在設置了能引起學生認知沖突的教學情境后，應充分誘導學生暴露其“經驗心智模型”“概念模型”的內容和結構，然后通過實驗現(xiàn)象、效應轉換、理論預測等方式、方法使其外顯和外化，進一步探究成因.

顯然，圖式進階教學是一種跟教師的教學經驗和教學智慧高度相關的教學方式.對于新教師、新領域，可采用延遲評價的原則進行組織教學，以彌補差異或不足.實踐中，教師組織學生討論，甚至可以是爭論的形式，待所有的觀點都充分展示后，教師再通過“預測—演繹—求證”的環(huán)節(jié)來揭示矛盾，以避免原有認知圖式中的問題暴露得不完全，問題解決得不徹底.

若學生群體不善于表達、表現(xiàn)，那么教師的教學經驗就成為了替代品，成為教學能否取得成功的關鍵.

3.3?區(qū)域性

相似環(huán)境中成長的學生，學生的經歷、經驗就有相似性，其思維品質也具備群體性的特征、區(qū)域性相似的特征，其圖式的建立也就存在著廣泛的共性，這給我們實施圖式進階教學提供了關鍵性的可能.在特定區(qū)域的教師，對于特定的學生圖式也產生特定的教學圖式.這就意味著，教師的經驗可以傳遞、復制，但也意味著教師的教學圖式需要更多地“因地制宜”式的開發(fā)和創(chuàng)造.

綜上，探究學生圖式的建立、發(fā)展和變革的過程，從中發(fā)現(xiàn)教學的智慧，既是一種教學的方式，也是一種教學的策略，更是一種“法中有人”的教育教學的觀念和情懷.

參考文獻：

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（收稿日期：2019-08-21）