浅谈概念地图在高中物理隐性知识教学中的应用

摘要:概念地图包括概念图和思维导图,其支持意义学习和知识建构的有效性已被广泛认可,但在高中物理教学中运用得还远远不够。本文采用理论结合实例的方法,探讨概念地图在高中物理隐性知识教学中的具体应用。

关键词:概念地图;认知工具;高中物理;隐性知识;建构主义

中图分类号:G633.7 文献标识码:A文章编号:1003-6148(2010)9(S)-0065-3

概念图(Concept Map)是诺瓦克(J. D. Novak)博士等(1984)根据奥苏伯尔(David P. Ausubel)的有意义学习理论提出的一种教学技术,是组织和表征知识的工具,是表示概念和概念之间相互关系的空间网络结构图,强调对陈述性知识的理解。思维导图(Mind Map)是英国学者东尼•博赞(Tony Buzan)在20世纪70年代初期所创,侧重于发散性思维,是一种简单、美丽、有效的思维工具,可以有效的支持程序性知识的学习。概念图和思维导图一般统称为概念地图。

隐性知识是指大部分的经验知识,是难以表达和交流的、个体内部的体验知识。隐性知识像雾一样,弥漫在人的意识活动中,是人类知识各层次融会贯通、触类旁通的关键。隐性知识和显性知识互为前提,且在一定条件下可相互转化,建构主义强调的是知识的隐性特点及隐性知识的学习。 如果知识是盛宴,显性知识就是能够语言描述、传达的部分,而隐性知识则是美食的具体口感,非品尝不能获得,概念地图便是学习隐性知识的有效认知工具。

接下来,笔者就概念地图在高中物理隐性知识教学中的具体应用展开探讨。

1 用概念地图对相近概念进行梳理和区分

例1 速度辨析:初中只有速度这个概念。到高中,速度被平均速度和瞬时速度两个概念所取代;瞬时速度简称速度,其大小叫瞬时速率,简称速率;平均速率与瞬时速率对应,且和平均速度没有关联。有没有觉得关系很乱呀?尤其麻烦的是,速度这个概念换了一个内涵继续存在。乍看颇为棘手,用概念地图可将其进行有效梳理和区分,如图1速度辨析。

例2 力学单位制:有物理量、基本物理量、导出物理量、基本单位、导出单位、单位制、国际单位制等系列概念,辨析如图2。

2 用概念地图展示公式之间的关联

例3 自由落体运动与匀变速直线运动:自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动,特点是初速度为零,且只在重力作用下,所以加速度为g,部分学生没有认识到、或者是认识到,但还没有清晰地把握其关系,从而在解题中受到制肘,概念地图如图3、图4。

图3笔者称其为三角形公式,每个顶点代表一个物理量,每条边代表自由落体运动的一个公式,且每条边都包含有重力加速度为g,以vt=gt为例,这个公式所在的边包含t、vt、g三个物理量,因为h所在的顶点不在这条边上,所以公式中不出现h。

图4笔者称其为三棱锥公式,每个顶点代表一个物理量,每个面代表匀变速直线运动的一个公式,且每个面都包含有加速度为a。以vt=v0+at为例,这个公式所在的边包含vt、v0、a、t四个物理量,因为s所在的顶点不在这条边上,所以公式中不出现s。

通过概念地图,我们可以知道为什么会是这几个公式,而且可以明晰公式与公式之间的关联,更重要的是通过归纳公式,形成自己的思维风格。

3 用概念地图建构解题模型

例4 天体运动:颇多学生在天体运动章节碰壁,原因大致有两个:其一,对公式把握不牢靠,仅仅满足于记住公式,甚至连公式都记不住;其二,对公式很熟,但运用起来很吃力。图5天体运动解题模型可助一臂之力。

如图所示,圆周运动其实就是一个供需问题,提供的大于需要的,物体便作向心运动;提供的小于需要的,物体便作离心运动;提供的恰好等于需要的,物体便作圆周运动。其公式分为三类:第一类,由运动学物理量构成的公式,叫需求公式,你将运动情况告诉我,我便可以知道需要多大的力才能作这种运动;第二类,万有引力公式,叫供给公式;第三类,叫重力公式。三类公式构成三个角,每次解题只能在其中两个角各选一个公式,绝对不能在同一个角上选取两个,否则就会陷入循环论证。请看下面这道习题。

习题1 地球和月球的质量之比为81∶1,半径之比4∶1,求:

(1)地球和月球表面的重力加速度之比;

(2)在地球上和月球上发射卫星所需最小速度之比。

答案:(1)81∶16;(2)9∶2

分析:设物体质量为m,星球质量为M,半径为R,

(1)由mg=GMmR2

得g1g2=M1M2(R2R1)2

=81×(142)=8116

(2)万有引力提供向心力,得

GMmR2=,v2R,则

v1v2=M1M2×R2R1=81×14=92

4 用概念地图描述程序化思维模型

例5 用闭合电路欧姆定律定性分析电流、电压变化问题:

习题2 如图6所示的电路中,A、B、C、D是四只相同的灯泡。当滑动变阻器的滑动片向下滑动时,下列说法正确的是( BD)

A.A灯变亮 B.B灯变亮

C.C灯变亮 D.D灯变亮

分析:首先,确定电器在电路中所处位置以及相互间的关系。R和D构成串联,其后与C构成并联;该混联电路与B串联后再次与A并联;尔后与电源组成闭合回路。处理该电路问题一定要采用从电源到电器、从干路到支路的分析手法,思路如下。

与此相似的还有远距离输电模型,这类有固定思维模型的问题,在电学中尤为突出,主要原因在于电学是一门实践性很强的科学,有程序化的、可操作性的分析步骤。

5 用概念地图归纳零散规律

所谓零散规律,其实形散而神不散,甚至形神皆不散,不过是内在规律藏的较深,比如在初速度为零的匀加速直线运动中,有四大比例关系,分别为:

等分时间,前n段距离之比

1∶4∶9∶…n2

等分时间,第n段距离之比

1∶3∶5∶…2n-1

等分距离,前n段所花时间之比

1∶2∶3∶…n

等分距离,第n段所花时间之比

1∶2-1∶3-2∶…n-n-1

概念地图说明:以上四个规律都是由公式s=v0t+12at2得出,在初速度为零时s=12at2,如果等分时间,前n段距离距离比当然是1∶4∶9∶…同时也可得出第n段距离之比;如果等分时间,公式变化为t=2sa,可推导出前n段和第n段所花时间之比。

同时,用v-t图像形象表示比例关系。将特殊比例、公式推导、图像意义有机地融入概念地图,为学生全面理解相关概念搭建脚手架。

6 用概念地图勾画物理系统知识树

一千个人就有一千种理解、一千种认知。随手翻开一本物理教辅书,都可以看到其知识系统和内容编排的巨大差异。以高中物理教材的发展为例,早期版本是由力、热、光、电磁、原子五门独立分支学科组合而成,现行版本,以粤教版高中物理为例,则是按物理学的进化,从机械论到波动论再到量子论的结构安排,与大学普通物理构成一个知识整体,且明显地与大学物理的四大力学:理论力学、热力学和统计物理、电动力学、量子力学对应。因此,高中物理知识体系有很强的发散性和开放性,很多地方都可以拓展延伸,从而也导致认知的多样性。

如果仅作为认知工具将其用于教师的教,并没有充分利用概念地图。教学必须以学生为主体,概念地图更多的是作为师生间的交流工具:学生通过教师绘制的概念地图,系统把握知识的同时也接受部分隐性知识;教师则通过学生绘制的概念地图,清晰地检验他们的思维模式及知识缺陷。

总之,运用概念地图进行高中物理教学,可以直观化、立体化、可视化地体现知识间的关系;可以使“看不见、摸不着”的、抽象的、内在的隐性知识形象地展示出来, 便于记忆和理解;可以把所学到的知识加以系统化, 这样就可以做到提纲挈领、纲举目张,避免知识在大脑中毫无头绪、杂乱无章地堆放;可以帮助学生把“厚的书读薄”,也可以帮助学生把“薄的书读厚”,从而把握知识的内在逻辑,在学生的头脑中形成体系,培养学生的分析与综合能力。

参考文献:

[1]赵国庆,陆志坚.“概念图”与“思维导图”辨析[J].北京:中国电化教育,2004(8)

[2]钟志贤.信息化教学模式[M].北京师范大学出版社,2006:1

[3]杨亮涛,余勇强.概念图在高中物理复习课中的应用[J].软件导刊(教育技术),2008(7)

(栏目编辑张正严)