概念圖在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究

齊學(xué)兵

摘 要：物理概念是物理學(xué)最重要的基礎(chǔ)，是學(xué)生建構(gòu)物理學(xué)知識(shí)的核心組成部分，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)科學(xué)物理感念不一致的概念，常被稱作迷思概念。研究表明，學(xué)生頭腦中的迷思概念是導(dǎo)致高中生物理學(xué)習(xí)困難的主要根源，學(xué)生頭腦中已有的迷思概念往往會(huì)引起新的更多的迷思概念（InisConCeption）。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)在改變學(xué)生的迷思概念方面并沒(méi)有取得令人滿意的效果。在高中物理課堂教學(xué)中，利用概念圖輔助教學(xué)能夠?qū)⒏鞣N概念及其關(guān)系以類似于腦對(duì)知識(shí)存儲(chǔ)的層級(jí)結(jié)構(gòu)形式排列，清晰地揭示了意義建構(gòu)的實(shí)質(zhì)，能有效促進(jìn)教師的教和學(xué)生的學(xué)。

關(guān)鍵詞：概念教學(xué)；概念圖

一、問(wèn)題的提出

新課標(biāo)要求在高中物理教學(xué)中，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與、樂(lè)于探究、勤于思考，提倡積極采用多樣化的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)與技能，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神?！皩W(xué)生用什么樣的手段和方法、通過(guò)什么樣的途徑獲得知識(shí)，直接關(guān)系到其收獲的大小，對(duì)學(xué)生終身發(fā)展的影響也就會(huì)明顯不同。”

在形成科學(xué)概念之前學(xué)生頭腦中的物理概念是不完整也是不科學(xué)的，有的甚至是錯(cuò)誤的，這就是所謂的迷思概念。大量實(shí)踐證明，物理概念圖常被用來(lái)診斷和轉(zhuǎn)變學(xué)生的迷思概念，在物理教學(xué)中應(yīng)用概念圖實(shí)施輔助教學(xué)可以有效轉(zhuǎn)化學(xué)生頭腦中的迷思概念，提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力。概念圖輔助教學(xué)是對(duì)當(dāng)前課堂教學(xué)模式的一種創(chuàng)新和發(fā)展，能夠有效解決教學(xué)實(shí)踐中遇到的實(shí)際問(wèn)題，尤其是能夠解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中頭腦中存在的偽科學(xué)概念。

二、概念圖及研究現(xiàn)狀

1.概念圖及其內(nèi)涵

概念圖又被稱為概念地圖（concept maps）或概念構(gòu)圖（concept mapping），它是一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形式來(lái)表征知識(shí)、檢查知識(shí)和完善知識(shí)的可視化的工具，能有效呈現(xiàn)學(xué)習(xí)者大腦的知識(shí)間聯(lián)系以及知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程。概念圖開始只是為了測(cè)定和評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)已有概念的學(xué)習(xí)的工具，后來(lái)逐步演變?yōu)橹R(shí)建構(gòu)的工具，知識(shí)修復(fù)與完善的工具，多媒體設(shè)計(jì)的工具以及課程和教學(xué)設(shè)計(jì)的策略等。大量研究表明：概念圖蘊(yùn)含豐富的教育功能，已經(jīng)廣泛用于歐美等西方發(fā)達(dá)國(guó)家的中小學(xué)教學(xué)中，并取得了良好的效果。

2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

概念圖（concept map）是美國(guó)康奈爾大學(xué)（Cornell university）教授、著名教育家諾瓦克（Novak）首先提出的，是諾瓦克教授及其同事在針對(duì)“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”的理論和方法進(jìn)行系統(tǒng)研究中用于呈現(xiàn)和表征知識(shí)間的聯(lián)系，后經(jīng)過(guò)不斷地完善逐漸發(fā)展為一種新的教學(xué)工具和重要的教學(xué)策略。Novak教授分別在1983、1987、1993年分三次在不同的國(guó)家主持召開了具有深遠(yuǎn)影響力的科學(xué)教育研究會(huì)議，對(duì)概念圖的應(yīng)用和研究進(jìn)行了有力的推廣和介紹，有關(guān)概念圖研究Novak教授的著作《學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)》（Learning How to Learn），被翻譯成多國(guó)文字，收到了世界各國(guó)科學(xué)家的推崇和認(rèn)可，在1990年美國(guó)的《Jounral of Research in ScienceTeaching》雜志曾專門為此出版了一期“Perspectives on Concept Mapping”（概念圖面面觀）。在西方國(guó)家的中小學(xué)教學(xué)中，概念圖作為一種較為普遍的的方法被用于教育教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。隨著建構(gòu)主義理論、腦科學(xué)理論的發(fā)展，概念圖的應(yīng)用更加廣泛，人們逐漸發(fā)現(xiàn)概念圖與現(xiàn)代生活學(xué)習(xí)緊密聯(lián)系相關(guān)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及現(xiàn)代生命科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展概念圖研究被賦予了新的現(xiàn)實(shí)意義。

我國(guó)自1999年首次將概念圖引入大陸，從查閱的資料來(lái)看，我國(guó)港臺(tái)地區(qū)發(fā)展較早也較快。相對(duì)于國(guó)外和港臺(tái)地區(qū)而言，國(guó)內(nèi)有關(guān)概念圖的研究才剛剛起步，通過(guò)CNKI以“概念圖”為主題查到相關(guān)論文1121個(gè)結(jié)果，以“概念圖”為關(guān)鍵詞檢索共有2107個(gè)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2003年至今有關(guān)概念圖的論文數(shù)量呈逐年上升趨勢(shì)，此后保持一個(gè)高位的運(yùn)行態(tài)勢(shì)，這說(shuō)明隨著社會(huì)的進(jìn)步和教育的發(fā)展，有關(guān)概念圖的理論和應(yīng)用研究正日益成為教育研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

2003年至2014年知網(wǎng)檢索“概念圖”結(jié)果如下：

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，概念圖在實(shí)際教學(xué)上已經(jīng)涉及很多學(xué)科領(lǐng)域，概念圖應(yīng)用較多的有生物、物理、化學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教育等，隨著概念圖應(yīng)用的不斷推廣，已經(jīng)有不少教育工作者和一線教師在積極探討概念圖的應(yīng)用。更重要的是，學(xué)生也可以借助概念圖建構(gòu)自己的知識(shí)體系，通過(guò)繪制概念圖對(duì)自己原有的概念體系進(jìn)行必要的診斷和修正。隨著概念圖逐步在國(guó)內(nèi)的推廣和發(fā)展，我國(guó)的部分中小學(xué)也在逐漸使用概念圖，尤其是隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)繪制軟件不斷應(yīng)用，如Inspiration和 MindManager等概念圖、思維導(dǎo)圖制作軟件逐步流行起來(lái)，為廣大一線教師和學(xué)生的學(xué)習(xí)交流及使用概念圖開展教學(xué)提供了方便。

三、概念圖用于課堂教學(xué)的研究

概念圖是一種對(duì)知識(shí)的圖式總結(jié)，它能準(zhǔn)確顯示學(xué)生的先前知識(shí)，通過(guò)與科學(xué)概念對(duì)比發(fā)現(xiàn)學(xué)生頭腦中存在的不科學(xué)的概念甚至是錯(cuò)誤概念，學(xué)生構(gòu)筑概念圖的過(guò)程其實(shí)是學(xué)生對(duì)內(nèi)隱知識(shí)的一個(gè)反映，不但可以暴露學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的迷思，還能夠發(fā)現(xiàn)迷思概念的原因所在，同時(shí)還能使學(xué)生建立相對(duì)清晰的知識(shí)體系，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了一種有效的反饋和檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的新模式。

1.概念圖的制作

諾瓦克（Novak）本人定義的概念圖有四個(gè)基本要素：節(jié)點(diǎn)（concepts）、連線（cross-ilnks）、命題（propositions）和層級(jí)結(jié)構(gòu)（hierarchical frameworks）。節(jié)點(diǎn)用來(lái)表示概念，這些概念往往屬于統(tǒng)一體系或具有緊密的相關(guān)特性，能夠代表一類事物的本質(zhì)屬性，一般用專業(yè)術(shù)語(yǔ)、特定的符號(hào)或科學(xué)名詞等進(jìn)行標(biāo)示；概念之間的連線沒(méi)有統(tǒng)一的形狀，長(zhǎng)度可以根據(jù)概念圖中兩個(gè)相關(guān)概念的具體位置而定；概念之間的關(guān)系用命題進(jìn)行陳述，命題說(shuō)明概念的鮮明特征或相關(guān)概念之間的核心關(guān)系；層級(jí)結(jié)構(gòu)表示的是概念體系中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的上下位關(guān)系。此外，隨著概念圖的不斷演繹和發(fā)展，概念圖的組織形式也在發(fā)生不斷變化，廣義的概念圖包括知識(shí)腦圖、知識(shí)結(jié)構(gòu)圖、概念網(wǎng)絡(luò)、知識(shí)框圖、樹形圖等所有表示相關(guān)概念之間關(guān)系的復(fù)雜空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

2.概念圖教學(xué)功能研究

（1）利用概念圖組織概念教學(xué)，展示科學(xué)概念的內(nèi)涵和外延

概念圖可作為教學(xué)工具，具有概念建構(gòu)和轉(zhuǎn)化功能。概念圖是表征、整合、檢驗(yàn)、修正、完善知識(shí)的認(rèn)知工具，它把知識(shí)高度濃縮，將各種概念及其關(guān)系以層次結(jié)構(gòu)的形式排列，清晰地展示了意義建構(gòu)的實(shí)質(zhì)。概念圖以組織和網(wǎng)絡(luò)化形式明確地給出了各概念的地位、層級(jí)和特點(diǎn)，清晰地標(biāo)明了概念間的相互聯(lián)系，激活了學(xué)習(xí)者的知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了意義學(xué)習(xí)。教學(xué)上概念圖作為先行組織者，如果學(xué)生在學(xué)習(xí)新概念之前如果大腦中沒(méi)有或缺少同化新知識(shí)的上位概念，概念圖可以為學(xué)生呈現(xiàn)一個(gè)引導(dǎo)性材料，為學(xué)生在新舊知識(shí)間架起一座橋梁，便于學(xué)生聯(lián)系已有認(rèn)知接受新概念。奧蘇貝爾的同化理論認(rèn)為，任何一個(gè)新知識(shí)均可以通過(guò)針對(duì)學(xué)習(xí)者的上位、下位、并列關(guān)系尋找與其舊知識(shí)的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，并據(jù)此來(lái)設(shè)計(jì)先行組織者。利用概念圖教學(xué)更容易理清知識(shí)的脈絡(luò)和體系結(jié)構(gòu)，便于學(xué)生接受新概念形成科學(xué)概念，同時(shí)利用概念圖教學(xué)便于突出表征核心知識(shí)和概念的主題，每一節(jié)可重點(diǎn)圍繞一兩個(gè)重要的核心概念講解，便于學(xué)生把握重點(diǎn)和難點(diǎn)，提高課堂教學(xué)效率。

（2）概念圖用于章末總結(jié)

在課程與教學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)（如編著教材、制定教學(xué)計(jì)劃、課堂教學(xué)設(shè)計(jì)）中，概念圖以其簡(jiǎn)明扼要的層次化結(jié)構(gòu)來(lái)展示概念的邏輯關(guān)系，使教師便于從整體上把握知識(shí)結(jié)構(gòu)，掌握概念的來(lái)龍去脈和發(fā)展走向，清晰各概念所處的地位和概念間的相互關(guān)系，從而優(yōu)質(zhì)高效地完成教學(xué)預(yù)案。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，可首先對(duì)課程中欲要呈現(xiàn)的主要概念進(jìn)行排序，形成宏觀的大型概念圖；然后再對(duì)單元中各個(gè)中型概念進(jìn)行分類匯總，形成中觀概念圖（或稱單元概念圖）。具體教學(xué)時(shí)，可根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需要，適時(shí)地采編以生成我們所需要的課程計(jì)劃概念圖、學(xué)年計(jì)劃概念圖、學(xué)期計(jì)劃概念圖、章節(jié)或單元計(jì)劃概念圖、課時(shí)計(jì)劃概念圖等?？梢?jiàn)，通過(guò)概念圖，教師便可從宏觀和微觀兩個(gè)角度把握教學(xué)內(nèi)容，梳理各概念間的關(guān)系，實(shí)施科學(xué)教學(xué)規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

（3）概念圖可用作學(xué)習(xí)導(dǎo)航，有利于學(xué)生知識(shí)的建構(gòu)

概念圖用作學(xué)習(xí)導(dǎo)航，有利于學(xué)生開展有意義的學(xué)習(xí)，提升自我認(rèn)知，從而使學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。概念圖作為一種導(dǎo)航設(shè)計(jì)工具，適合學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，但是它的作用效果是依賴于所學(xué)的內(nèi)容與學(xué)生原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系程度以及學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。皮亞杰認(rèn)為，知識(shí)是以一定的層級(jí)結(jié)構(gòu)在人的大腦中儲(chǔ)存和表征的，這種層級(jí)結(jié)構(gòu)往往以顯性或隱性的圖式來(lái)儲(chǔ)存?，F(xiàn)代心理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，專家頭腦中的知識(shí)常常呈現(xiàn)一定的網(wǎng)絡(luò)層次，而且網(wǎng)絡(luò)間的節(jié)點(diǎn)是牢固、有序并有意義地聯(lián)系的，而學(xué)生頭腦中的知識(shí)經(jīng)常是無(wú)序和散亂的，即使各個(gè)知識(shí)點(diǎn)間有聯(lián)系，也是不牢固、不充分或沒(méi)有明確意義的。而概念圖就是一個(gè)有層次的意義網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生自制的概念圖能幫助學(xué)生梳理概念的層次關(guān)系，并在它們之間建立有意義的聯(lián)系。從某種意義上來(lái)說(shuō)，學(xué)生制作、生成概念圖的過(guò)程就相當(dāng)于頭腦經(jīng)歷頭腦風(fēng)暴的過(guò)程，自制的概念圖能使他們從整體上把握知識(shí)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)整合。

總之，概念圖對(duì)中學(xué)物理教學(xué)有強(qiáng)大的支持功能，本人在高中新課程教育理念的指引下，借鑒現(xiàn)代教育理念，堅(jiān)持理論與實(shí)際相結(jié)合，將概念圖作為課堂教學(xué)活動(dòng)組織的工具和學(xué)生學(xué)習(xí)的工具應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐的若干環(huán)節(jié)，收到了較好的教學(xué)效果。概念圖輔助教學(xué)不僅能便于學(xué)生掌握物理概念的科學(xué)內(nèi)涵與外延，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)物理概念的理解和辨析能力，更重要的是將概念圖引入物理概念教學(xué)，能有效地診斷和轉(zhuǎn)變學(xué)生頭腦中已有的錯(cuò)誤概念，能有效改善學(xué)生掌握物理學(xué)習(xí)的規(guī)律與方法，對(duì)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展起到應(yīng)有的促進(jìn)作用，讓學(xué)生變學(xué)會(huì)為會(huì)學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

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