以建构主义学习理论促进学生掌握物理概念
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作者: 卢爱军
摘要:本文结合教学实践,阐述用建构主义学习理论指导高中物理教学实践。建构主义认为学习者不是被动地接受知识,而是积极地建构知识。建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习;提倡物理教学要以学生原有的知识经验为基础,以学生形成更高层次的物理概念和知识体系为目标。
关键词:建构主义 物理概念
高中学生在学习物理过程中常表现出多重困难,如,解题死套公式、分析问题思路刻板、概念能背不能用;究其原因,是他们还没有真正掌握物理概念。特别是一些初中物理基础相对薄弱的学生,面对接踵而至的高中物理新概念,常处于只见树木、不见森林的状态。建构主义理论提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习。建构主义认为,物理概念地获得,是学习者以自己原有的知识经验为基础,对新信息进行重新认识和编码,从而建构自己所理解的“物理概念”。在这一过程中,学习者原有的知识经验因为新知识经验地进入而发生调整和改变。教师应关注如何以学生原有的经验和知识体系为基础来建构新知识体系。实际上,高中学生形成的“错误概念”常常是难以自我改正的,因为高中学生不可能进行过多的自我探究式学习。这就要求物理教师精心设计课堂教学,特别是主动运用建构主义学习理论,充分发挥学生的学习主体性,在有限的教学时间和教学环境中,使学生牢固掌握物理概念。
一、重视积累直观、形象的感性知识经验
建构主义学习理论认为,一切新的学习都是建立在以前学习的基础上,或在某种程度上利用以前的学习成果。应当把学习者原有的知识经验作为新知识的生长点,引导学习者从原有的知识经验中,生长出新的知识经验。物理是以实验和观察为基础的学科,直观、形象的感性知识经验是学生学习物理的起点。难以想象,一个对自然现象没有足够感知能力的学生,仅凭理论学习和抽象思维就能学好物理。高中阶段物理所涉及的经验范围广泛,从宏观的天体运动到微观的核子,从光的传播规律到电磁波,任何一个学生都不可能有如此之多的直接经验。如果问题涉及的感性知识不在学生的常规记忆中,那么部分学生就有可能在识别问题时发生困难,导致他们不能及时建立有效的物理模型。因此,感性知识经验不足成为高中学生难于掌握物理概念的一个重要原因。
建构主义学习理论要求给学习者提供最合适的学习环境,这种学习环境得到了当代信息技术成果的有力支持。教师在授课时可以借助多媒体技术,把示意图、动画、录像等教学手段引入物理课堂,给学生以多方位的视、听感受,弥补他们感性经验的不足。比如,在“机械波”一节的课堂教学中,教师不仅可以做课堂演示实验,还可以播放关于横波和纵波的Flash动画;特别是在日常生活中难以观察到的纵波,通过动画可以清晰稳定地表现出它的振动方向及疏密相间的特征。通过这些感性刺激,学生就有可能建立比较牢固的机械波模型。教师还可以通过播放地震波的科普材料,让学生知道一个复杂的波源能同时释放出纵波和横波,帮助学生直观地了解两种波传播速度的不同。这样的教学手段,能帮助学生积累日常生活中难以企及的直观、形象的感性知识经验。教师再引导学生通过观察分析,从感性知识经验中提炼出正确的物理模型,为学生全面掌握物理概念做准备。
二、防止学生已有概念体系的错误迁移
建构主义学习理论认为,当学生学习新概念遇到困难时,教师要更多地关注学生已有概念的内涵,而不是假设学生的思维逻辑发生错误。学生学习物理新概念的过程中,有一个原有概念激活阶段,学生常不自觉地套用旧的概念体系去解释新概念,即学生已有概念体系发生了错误迁移,导致学生难以正确理解新概念。因此,教师要重视学生原有概念体系在他学习新概念时可能存在的“负面作用”,要对学生所谓的“错误概念”进行分析研究,找出学生难以建立新概念的原因。
在新旧概念的衔接过程中,学生不成系统的旧概念体系一旦发生不恰当地迁移,就会成为他们学习新概念的阻碍。进入“电磁振荡和电磁波”这一阶段的教学后,很多高中学生关于波的概念还停留在机械波中横波和纵波的物理图像,因此,对电场和磁场相互激发形成的电磁波的波动特征难于理解。他们常会出现这样的情况,当光的偏振现象证明光是横波后,把光简单归属于机械波中的一种横波,导致不能理解光的电磁说。这时,教师就要牢牢把握波的基本特征――周期性的运动形式在空间的传播,来分析电磁波和机械波的波动性本质。教师要强调:机械波传播的是周期性变化的机械振动,电磁波传播的是周期性变化的电磁场。教师把“周期性”作为电磁波新概念与原有机械波概念之间的联系,来防止学生将机械波的原概念知识错误迁移。
三、学生已有概念体系的巧妙利用
建构主义学习理论认为,学生头脑中已有的有关概念可以被教师唤起,与新感知的概念一起,通过概括和深化,总结出共同因素,上升到更高的层次。这种概念在更高层次重新建构的过程是以教师为主导,通过激发学生主体的想象力来实现的。物理概念具有高度抽象性,单靠教师针对概念的纯理论分析,往往不能生动地表达出概念的内涵;学生常陷于“听着有道理,过后全忘记”的状态,难于理解很多物理概念涉及的实质意义。如果物理教师只着眼于抽象的逻辑推理,更会让大部分学生对物理学习望而生畏。比如,“静电场”这部分内容,一般只有十几个学时,教学进程很快,很多学生在此犹如走进了一座由许多新概念组成的迷宫。这就要求教师在物理教学中,要积极引导学生把新概念与自己原有的相关概念相联系,并融会贯通形成一个概念体系。
如静电场中的场强和电势问题,对每个学生都是难点。教师可以从学生掌握得比较扎实的重力场出发,将静电场与重力场进行类比。教师把场强E类比于重力加速度g,电量q类比于质量m,电场力公式F=Eq类比于重力方程G=mg;把电势V类比于高度h,零势面(点)相当于海平面或零高度点,电势差u=V1-V2类比于高度差△h=h1-h2。同时,通过对比正负电荷产生的静电场及其场强方向,得出结论:负电荷产生的静电场更类似于我们身边的重力场。通过这样的类比,学生就比较容易建立关于静电场的物理模型。总之,教师可以采用形象化的表达方式,如类比、比喻的方法,从学生已有的物理概念体系中巧妙引出新概念,帮助学生把自己的概念体系从一个层次提升到另一个更高的层次。
四、通过对实验现象的探究帮助学生理解概念和规律
建构主义学习理论认为,学习过程不是学习者被动地接受知识,而是积极地建构知识的过程,而且,对怎样建构知识的过程性评价比对结果的评价更为重要。教育的目的不仅是让学生学习知识,而更要关注学生的终身发展。物理实验是学生主动建构知识,掌握物理学中孕含的科学思维方法的重要途径。物理实验不仅能提高学生的实践能力,更重要的是,教师可以通过精心设计的实验,教会学生科学探究的方法,保持学生对自然界的好奇心和求知欲。
高中物理课堂实验尤其是学生实验课时不多,因而教师对实验内容要深挖精讲,不可一带而过。在有关“匀变速直线运动”的课堂教学中,可专门安排一节综合性实验课。先让每个学生做自由落体实验并取得一条纸带,然后指导学生在实验报告上分析数据,得出结论:自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,加速度的大小是g。然后,再安排学生做一个小车从光滑的斜坡滑下的实验,也每人取得一条纸带。教师指导学生对比两条纸带的异同,得出结论:斜坡滑车也是作初速度为零的匀加速直线运动,但加速度的大小要小于自由落体。然后,再增大斜坡的倾角,做同样的实验,得到第三条纸带。通过三次实验的数据分析,学生再得出结论:斜坡上小车下滑的加速度小于g,并随着斜坡倾角的增大而增大。这样的实验对比有三个好处:1.教会学生用打点计时器做各种匀加速直线运动实验的基本方法,防止学生产生打点计时器只能做自由落体实验的错觉;2.学生直观地感受了初速度为零而加速度不同的匀加速直线运动的物理图象的异同;3.为以后进行斜坡上物体的力学分析作了很好的铺垫。这样深入的实验课,能帮助学生积极主动地建构新的知识概念体系,对学生理解物理概念和掌握物理规律帮助很大。因此,高中物理教师更应该重视课堂实验,主动去发掘物理实验的内在价值,引导学生掌握物理学中孕含的科学思维方法。
建构主义学习理论认为,学习者在学习过程中具有主观能动性,学生的学习应该是积极主动的。作为高中的物理教师,必须明确学生的学习主体性,积极利用所有的教学信息资源来激发学生的积极性,发挥学生的创造性和想象力,从而促进学生真正的掌握物理概念。
参考文献
[1]金洪源.学科学习困难的诊断和辅导.上海:上海教育出版社,2004.
[2]张春兴.现代心理学.上海:上海人民出版社,1994.
作者单位:
江苏张家港市第二职业高级中学
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