淺談大學(xué)物理與高中物理知識銜接
——基于皮亞杰建構(gòu)論

胡立濤 王光輝 范化喜 劉 緒 管從森

（中國人民解放軍海軍潛艇學(xué)院 山東·青島 266199）

物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運動形式以及相互作用規(guī)律的科學(xué)，是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，與其他學(xué)科有著密切的關(guān)系。大學(xué)物理與高中物理相比學(xué)習(xí)的范圍更加廣，內(nèi)容更加深，學(xué)時比較短，再加上物理學(xué)本身難度比較大，學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較困難。而高中物理的內(nèi)容學(xué)生印象深刻，通過皮亞杰認(rèn)識的建構(gòu)過程，利用高中物理內(nèi)容，有利于提高大學(xué)物理的教學(xué)效果。

1 皮亞杰建構(gòu)論的基本內(nèi)容

認(rèn)識過程的建構(gòu)是皮亞杰研究人類認(rèn)識發(fā)生與發(fā)展的著眼點，所謂建構(gòu)，就是結(jié)構(gòu)的不斷改變和更新的進(jìn)化過程，即認(rèn)識發(fā)展的過程。皮亞杰把認(rèn)識的發(fā)生和發(fā)展歸結(jié)為兩個主要方面，即認(rèn)識結(jié)構(gòu)與知識發(fā)展過程中新知識形成的機(jī)制。他認(rèn)為智慧的本質(zhì)就是適應(yīng)，而每一個智慧活動都含有一定的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，這種認(rèn)知結(jié)構(gòu)包括圖式、同化、順應(yīng)和平衡四個方面。

所謂圖式，指動作的結(jié)構(gòu)或組織，是人類認(rèn)識事件的基礎(chǔ)，從發(fā)展的角度來看，最初的圖式是遺傳所帶來的一些本能反應(yīng)行為，在認(rèn)識周圍世界的過程中，圖式不斷改變和復(fù)雜化。同化是指在有機(jī)體面對一個新的刺激情景時，把刺激整合到已有的圖式或認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，通過這一過程，主體才能對新刺激做出反應(yīng)，原有知識經(jīng)驗也得以豐富和加強(qiáng)。順應(yīng)是指當(dāng)有機(jī)體不能利用原有圖式接受和解釋新刺激時，其認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生改變來適應(yīng)刺激的影響。平衡是指同化作用與順應(yīng)作用兩種機(jī)能的協(xié)調(diào)、平衡，在認(rèn)識過程中總是試圖用原有圖式去同化，也就是用現(xiàn)有的經(jīng)驗去理解新事件。如獲得成功，便得到暫時的認(rèn)識上的平衡。反之，如果原有的圖式或經(jīng)驗在這里不能奏效，便作出順應(yīng)調(diào)整原有圖式或創(chuàng)立新圖式去同化新事物直至達(dá)到認(rèn)識上的新的平衡。

所以建構(gòu)論可以理解為“平衡——不平衡——平衡”的過程，在原有圖式的基礎(chǔ)上通過同化和順應(yīng)過程來達(dá)到另一種新圖式。主體原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在與客體相互作用過程中發(fā)生沖突，即由原來的平衡到不平衡的階段；接下來主體會對這種沖突進(jìn)行同化或者順應(yīng)來化解沖突，即再次達(dá)到平衡狀態(tài)。這種平衡狀態(tài)與原先的平衡狀態(tài)是不一樣的，通常來說隨著主體的發(fā)展，后者會比前者具有更好的認(rèn)知能力，也就是認(rèn)識的發(fā)生發(fā)展是通過不斷地建構(gòu)形成的。

2 建構(gòu)論在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 基本方法

物理學(xué)在中學(xué)和大學(xué)內(nèi)容編排上采用的是螺旋上升的結(jié)構(gòu)，像力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理等物理內(nèi)容在高中學(xué)習(xí)時學(xué)生都進(jìn)行過初步學(xué)習(xí)，所以大學(xué)物理非常適合采用皮亞杰的建構(gòu)論進(jìn)行教學(xué)，可以把學(xué)生高中學(xué)習(xí)的物理知識看做原有的圖式，大學(xué)物理學(xué)習(xí)的內(nèi)容看做新的刺激，學(xué)生通過同化、順應(yīng)、平衡過程達(dá)到更好的認(rèn)知，從而促進(jìn)大學(xué)物理知識的掌握。在大學(xué)物理教學(xué)過程中，內(nèi)容或方法與高中相同或相似的部分，通過課前回顧，有利于學(xué)生進(jìn)行同化過程，從而快速的掌握知識；內(nèi)容或方法與高中不同的部分，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，學(xué)生將意識到無法用原有的圖式也就是原有的知識和方法去解決問題，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，明確接下來學(xué)習(xí)內(nèi)容的意義，其原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)更容易發(fā)生改變從而有利于掌握新的方法和內(nèi)容。也就是通過人的認(rèn)識規(guī)律，把高中物理知識和大學(xué)物理知識進(jìn)行比較，使學(xué)生明確學(xué)習(xí)的目的，理清知識結(jié)構(gòu)，這樣學(xué)生更容易理解大學(xué)物理知識，從而促進(jìn)大學(xué)物理教學(xué)。

2.2 應(yīng)用條件以及注意問題

皮亞杰建構(gòu)論在大學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)用是有條件的，其中最重要的就是充分的了解學(xué)生。尤其是了解學(xué)生高中學(xué)習(xí)的內(nèi)容，也就是了解學(xué)生原有的知識經(jīng)驗，這是學(xué)生進(jìn)行認(rèn)識建構(gòu)的基礎(chǔ)。大部分高校的學(xué)生都來自全國不同的地區(qū)，學(xué)習(xí)內(nèi)容廣度和深度是不同，如果沒有充分了解學(xué)生原有的知識水平，不僅不會提高教學(xué)效果，部分學(xué)生可能沒有參與感，還會影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，例如有的省市或者學(xué)校的學(xué)生沒有學(xué)習(xí)振動和波動這部分內(nèi)容，如果剛開始就復(fù)習(xí)高中這部分內(nèi)容，高中沒有學(xué)過的學(xué)生聽起來就會非常吃力，還沒有開始學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容就想放棄，這樣就和我們應(yīng)用建構(gòu)論促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成的初衷相違背了。所以充分了解學(xué)生在高中物理所學(xué)的內(nèi)容是非常重要的，只有對高中內(nèi)容深度把控，才更有利于大學(xué)物理與高中物理知識的銜接。

如何了解學(xué)生高中物理學(xué)習(xí)內(nèi)容的廣度和深度，方法有很多，調(diào)查問卷是一個非常便捷高效的方法，開課前可以對學(xué)生經(jīng)行問卷調(diào)查，內(nèi)容可以包括生源地、學(xué)校、列舉物理各個模塊內(nèi)容等，來了解學(xué)生高中物理學(xué)習(xí)內(nèi)容。開課前對學(xué)生經(jīng)行測驗也是一個不錯的方法，通過測驗結(jié)果可以更好的反映所教學(xué)生掌握高中知識的實際情況，針對性更強(qiáng)。個別談話可以給其他方法提供補(bǔ)充，通過與學(xué)生交流，不僅可以了解學(xué)生高中學(xué)習(xí)的內(nèi)容還可以了解他們的理解情況，這種方法簡單方便易于操作。有條件的還可以加強(qiáng)與高中老師的聯(lián)系，可以在教學(xué)改革過程中實時把握學(xué)生的學(xué)習(xí)動向，與時俱進(jìn)，知道他們的成長過程，拉近與學(xué)生之間的距離。方法還有查閱高中的課程標(biāo)準(zhǔn)，閱讀高中教材等，可以根據(jù)實際情況采用適合的辦法來了解學(xué)生高中學(xué)習(xí)的內(nèi)容，弄清學(xué)生原有的認(rèn)知水平。

在具體的實施過程中還需要注意一些問題，首先是回顧引入的時間不能過長，因為上課的目的還是完成大學(xué)的教學(xué)任務(wù)，是為學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的內(nèi)容做鋪墊；其次，回顧的內(nèi)容針對性要強(qiáng)，在結(jié)合本節(jié)課的內(nèi)容精心設(shè)計，尤其是要突出利用原有知識經(jīng)驗無法解決從而引出大學(xué)物理知識的這部分內(nèi)容；最后，應(yīng)用皮亞杰建構(gòu)論開展教學(xué)時不能脫離學(xué)生實際，必須要結(jié)合學(xué)生實際開展，要注意到學(xué)生每年情況可能都在變化，前期工作一定要做充分，如果需要的高中知識只有個別學(xué)生沒有學(xué)過，可以在課前進(jìn)行個別輔導(dǎo)，如果需要的高中內(nèi)容在教授的班級中，部分或者大部分學(xué)生都沒有涉及，就不能采用皮亞杰建構(gòu)論開展教學(xué)。

2.3 具體實例

2.3.1 圓周運動舉例

高中物理已經(jīng)學(xué)習(xí)了圓周運動，包括線速度、角速度、向心力以及向心加速度。

圖1：曲線運動的角速度

而變速率圓周運動這部分知識高中沒有涉及，那么就可以把這部分內(nèi)容看做一個新的刺激，通過回顧勻速率圓周運動速度大小不變，提出速度大小變化，物體將會做什么運動這個問題，引發(fā)學(xué)生思考，從而引出變速率圓周運動的概念。在這個過程中學(xué)生不能運用高中知識也就是原有的圖式接收和解釋新的刺激，通過學(xué)習(xí)變速率圓周運動的概念，學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變，從而適應(yīng)新的刺激，也就是通過順應(yīng)過程適應(yīng)新的刺激達(dá)到新的平衡。

2.3.2 功舉例

功是物理學(xué)中一個重要的物理量。高中物理講到，一個物體受到力的作用，并在力的方向上發(fā)生了一段位移，這個力就對物體做了功。如果力和位移不在一條直線上，夾角為，力對物體所做的功，等于力的大小、位移的大小、力與位移夾角的余弦這三者的乘積，公式W=FlCOS，這就是學(xué)生的原有知識經(jīng)驗，但是這種知識經(jīng)驗只適用于恒力做功的情況，接著引導(dǎo)學(xué)生思考變力或者物體做曲線運動時做功的情況，變力或者物體做曲線運動時做功的情況就是一個新的刺激，學(xué)生不能利用原有的圖式接受和解釋新刺激，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲。接著講解大學(xué)物理中如何求解變力做功，使用微分思想引入元功，并運用積分求解出變力做的功，在這個過程中，學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變來適應(yīng)新刺激的影響，達(dá)到認(rèn)識上的新平衡。在舊平衡達(dá)到新平衡的過程中，使學(xué)生意識到微積分是學(xué)習(xí)大學(xué)物理的必要工具和基礎(chǔ)。

2.3.3 熱力學(xué)第一定律舉例

高中物理是這樣描述熱力學(xué)第一定律：“一個熱學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和”。公式：U=Q+W，并規(guī)定外界對系統(tǒng)做功時，W取正值，而系統(tǒng)對外界做功時，W取負(fù)值，這是學(xué)生原有的圖式。大學(xué)物理中對熱力學(xué)第一定律的描述是：系統(tǒng)從外界吸收的熱量，一部分用于系統(tǒng)對外做功，另一部分用來增加系統(tǒng)的內(nèi)能。式：Q=W+E，并規(guī)定外界對系統(tǒng)做功時，W取負(fù)值，而系統(tǒng)對外界做功時，W取正值。這里高中和大學(xué)對W正負(fù)的規(guī)定是相反的，那么學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在與大學(xué)這部分內(nèi)容作用過程中就會發(fā)生沖突，然后通過比較兩種定義方式以及公式，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)它們定義的角度不同，公式變形后W前邊正負(fù)號發(fā)生改變，所以正負(fù)取值的規(guī)則也發(fā)生改變。從而加深學(xué)生對熱力學(xué)第一定律理解，使原有的知識經(jīng)驗得以豐富和加強(qiáng)。

3 結(jié)語

皮亞杰認(rèn)識的建構(gòu)過程強(qiáng)調(diào)的是以人為本的思想，它是一種認(rèn)識規(guī)律，在大學(xué)物理教學(xué)實踐中應(yīng)用突出了以學(xué)生為中心的理念。把高中物理知識作為原有圖式，通過建構(gòu)過程學(xué)習(xí)大學(xué)物理的內(nèi)容不僅實現(xiàn)物理內(nèi)容的整合，使學(xué)生在原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上更容易形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，也就是更容易理解大學(xué)物理的內(nèi)容，從而提高教學(xué)效果。