概念图在物理概念教学中的应用 高中物理获奖论文

概念图在物理概念教学中的应用 高中物理获奖论文 免费教育文稿网 www.eduwg.com 无需注册，免费下载，关注课件、试题、 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 的打包下载和参考 高中物理论文 概念图在物理概念教学中的应用 温岭中学 江丽芳 概念图是表示概念和概念之间相互关系的空间网络结构图，是用来组织和表征知识的 工具。概念、命题、交叉连接和层级结构是概念图的四个基本要素。目前出版的教育心理学 著作中都把概念图作为促进概念形成的一种策略进行了专题介绍。新课程的基本理念提倡教 学方式多样化，在课程评价上强调更新观念，关注过程性评价，注意学生的个体差异。遵循 新课程理念，笔者在高中物理教学中向学生介绍概念图的制作和应用，将概念图作为一种教 与学的技能和策略，应用于高中物理概念教学实践中，以帮助展示学生的前概念、促进概念 学习的结构性形成、实现概念教学效果的评价和自测、提升应用物理知识分析解决问题的能 力。 概念图，物理概念，教学实践 概念图是由美国康乃尔大学的Novak教授首先提出来的。概念图是某个主题的相关概念 及其关系的图形化表示，是用来组织和表征知识的工具。它通常将某一主题的有关概念置于 圆圈或方框之中，然后用连线将相关的概念和命题连接，连线上标明两个概念之间的意义关 系。概念图以直观形象的方式进行表达和思考，非常接近人的自然思维过程。从概念图中可 以非常直观地从图中看出各个概念要素之间的联系。它们的联系不是随意的，而是有着非常 清楚的层级；它们的联系也不是单线的，而是纵横交错的，这样的联系是全面的而不是孤立 的。概念、命题、交叉连接和层级结构是概念图的四个基本要素。 ?图1和图2就清楚地显示了概念图的四个基本要素。可以看出概念图是表示概念和概念之间相互关系的空间网络结 构图。 图1 “力”概念图 图2 “运动”概念图 ?王立君. 概念图在促进认知和评估知识结构方面的理论与实证研究[M].四川:四川大学出版社,2008:18 www.edusx.net 全免费的数学教学资源网站 QQ 904007915 教师群号 46332927( 小学 小学生如何制作手抄报课件柳垭小学关于三违自查自纠报告小学英语获奖优质说课课件小学足球课教案全集小学语文新课程标准测试题 ) 56954784 (中学) 免费教育文稿网 www.eduwg.com 无需注册，免费下载，关注课件、试题、教案的打包下载和参考 Novak和他的同事们在1970年早期发明的概念图，就是用于研究儿童对科学概念的学 习。至今概念图越来越受到教育心理学领域的关注，对于概念图在概念教学中的应用，目前 出版的教育心理学著作中都进行了专题介绍。 ?桑切克在其著作《教育心理学》“复杂的认知过程”一章中，将概念图作为促进概念 形成的一种策略，“让学生对某个概念的层次结构进行图示有助于他们掌握这个概念。层次 划分可用于帮助学生从了解概念的一般特点到了解其具体特点。层次结构也有利于记忆。” ?陈琦和刘儒德在其著作《当代教育心理学》“知识的学习”一章中，将概念图作为掌 握概念的一种策略，“概念教学不仅仅止于让学生准确了解所教的概念联系起来，这就涉及 概念关系图策略。”“概念关系图在教学中主要有两方面的功能，它既可以作为一个教学工具， 建构概念图的过程中，学生能对概念之间的关系进行梳理，有利于理解的深入。同时它也可 以作为评价工具，一个学生如果在做概念关系图时遗忘了某些概念或某些连线就表明学生对 这一概念缺乏足够的理解，以此来发现学生对概念，特别是概念之间关系理解的疏漏”。 《全日制普通高中物理新课程 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 》中提出物理新课程的基本理念是“以提高全体学生 的科学素养为目标, 在课程实施上注重自主学习，提倡教学方式多样化，在课程评价上强调 更新观念，关注过程性评价，注意学生的个体差异，帮助学生认识自我、建立自信，促进学 生在原有水平上发展。”遵循新课程理念，笔者认为在高中物理教学中向学生介绍概念图的 制作和应用，在促进学生的自主学习、实现过程性评价、关注学生个体差异等方面能起到一 定的辅助作用。（以下所给出的概念图均为学生手工绘制，笔者应用Inspiration软件加工整理而成。） 作为一种科学教与学的技能和策略，笔者将概念图应用于高中物理概念教学实践中的以 下几个方面： 物理是一门精密的科学，物理概念从实际中抽象而来，界定比较严格。物理学中许多概 念与人们在日常生活里形成的直觉或潜意识（所谓“前概念”）相左，这对学生是不能绕过 的障碍。如果不了解学生的前概念而进行单纯的新概念的教学，往往会导致学生在课堂上“暂 时”接受了新概念，而在独立解决问题时又按照自己原有的理解来思考。制作概念图可以展 示出学生的前概念，根据概念图展示出的前概念，学生就可以有重点地引发自己的思维冲突， 从而进行有效的新概念的学习。 学生头脑中的前概念有时是何等的顽固，相信大多物理教师绝对是深有体会、心有同感 的。下面举一个 例子 48个音标大全附带例子子程序调用编程序例子方差分析的例子空间拓扑关系例子方差不存在的例子 说明。 “一对相互作用力，大小一定相等” ，在进行力学中“相互作用力”这一概念的教学 时，教师一定采取了很多的教学手段来帮助学生理解。比如用比较的方法让学生区别“一对 相互作用力”和“一对平衡力”的不同，用实验的方法来验证或研究一对相互作用力之间的 ? （美）桑切克（Santrock, J. W.）著；周冠英，王学成译.教育心理学.北京:世界图书出版公司，2007 ?陈琦，刘儒德.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社,2007 www.edusx.net 全免费的数学教学资源网站 QQ 904007915 教师群号 46332927(小学) 56954784 (中学) 免费教育文稿网 www.eduwg.com 无需注册，免费下载，关注课件、试题、教案的打包下载和参考 大小关系等。可是大小考试下来，学生头脑中对于“一对相互作用力”和“一对平衡力”的 概念混淆总是无法杜绝。在07学年第一学期高一年级台州地区联考卷中有一道选择题： 一个大人跟一个小孩面对面站在水平地面上推手比力气，结果大人把小孩子推过去了。 对这个过程中作用于双方的力的关系，下列说法正确的是（ ） A． 大人推小孩的力比小孩推大人的力大 B． 大人与小孩间的推力是一对平衡力 C． 大人推小孩的力与小孩推大人的力大小一定相等 D． 只有在大人把小孩推动的过程中，大人的力才比小孩的力大，在可能出现的短暂相 持过程中，两人的推力一样大。 该题考查作用力、反作用力和平衡力关系，是一道在具体情景中的概念辨识题。对该题 的分析数据显示：总体得分中等。抽样分析结果是：选A的4人(0.4%)，选b的47人(4.8%)，选C的604人(61.3%)，选D的305人(30.9%)。主要的错误是选择了D, 说明学生对作用力、反作用力在具体物理过程中还不大清楚。 其实造成错误答题的学生并不一定是无心读书者，而是他的头脑中的错误前概念在作 祟。为了能进行有效地教学，教师必须要及时了解学生头脑中的前概念。课堂上的讨论可以 了解学生的前概念，可是有些学生会保持沉默或人云亦云。通过画概念图，可以让学生的前 概念无处遁逃。还有些学生头脑中的前概念可能是凭老师的经验无法想到的，可能也是学生 在没有画概念图时自己不易察觉的，而这很有可能是会在教师的讲课中被暂时掩盖而实际仍 深深根植于学生头脑中的。 在力学模块会考复习前，笔者给出下列关键词要求学生画一个相关的概念图：力、加速 度、质量、物体的运动、惯性、加速、减速、匀速。下面是部分学生的概念图及对应的分析。 图3是一位女生甲所作的概念图，她的成绩曾经在班里属于中上水平，可是后来由于思 想不稳定，成绩明显下滑。 图3 女生甲的概念图 从图3中可以看出，这位学生对于“惯性”的理解很有问题。首先是她认为物体只有在 “不受力”的时候才有“惯性”，其次在图中她把“质量”和“惯性”的位置放得较远，显 然她还没有意识到“质量”和“惯性”之间存在的关系。借助学生概念图的制作，教师和学 www.edusx.net 全免费的数学教学资源网站 QQ 904007915 教师群号 46332927(小学) 56954784 (中学) 免费教育文稿网 www.eduwg.com 无需注册，免费下载，关注课件、试题、教案的打包下载和参考 生都能面对学生的错误概念进行更有针对性地教学和复习。 物理概念形成的最终表现，就是建立结构。布鲁纳在《认识论》中说：知识是我们经验 中的规律性以意义和结构而组成的一个模式。知识体系的组织意味着经验的简约与联系的构 造。对于学科结构的作用，布鲁纳认为：第一、掌握了学科结构，就可以更容易地理解学科 的内容和本质；第二、有助于对知识的记忆和再生，以联系去把握知识；第三、有助于知识 的迁移；第四、有助于激起兴趣和思维。 物理概念形成的不同阶段，教师要有目的、有计划地帮助学生建立起物理的“知识结构”， 以便充分发挥知识系统功能，有效实现知识和能力的转化。 比如在《万有引力一章》的学习中，学生往往会觉得在公转和自转中分辨重力、万有引 力、向心力等概念有些困惑，此时适时引导学生先个人制作概念图，再由小组讨论改进，等 一张合格的概念图制作完成后，学生对于这三个概念就不再是困惑了，同时，本章的所有运 动规律也一并在联结词中尽显彰彰。 下面所选的是经过小组合作后所画的万有引力的概念图，如图4所示。 图4 小组合作的“万有引力”概念图 从图4可以看出，这个小组的学生在进行充分的讨论和思考后，他们对于《万有引力》 这一章内容的理解已基本到位。在整个思考讨论和构图中，相信这一组同学对于这部分知识 的掌握都会有很大的提升。 通过学生自己制作概念图来检查对本章内容的掌握情况,同时把本章的内容进行巩固、www.edusx.net 全免费的数学教学资源网站 QQ 904007915 教师群号 46332927(小学) 56954784 (中学) 免费教育文稿网 www.eduwg.com 无需注册，免费下载，关注课件、试题、教案的打包下载和参考 整理,最终将它变成结构化的知识。同时，笔者还引导学生用概念图对每节课的内容加以“整 理归图”，以达到复习和记忆的效果。 传统的试题无法检测学生的知识结构，而学生在制作概念图后，教师可以根据学生概念 图中结点的多少、连线的多少、连接词是否准确，来比较全面、完整地了解学生对知识的掌 握和理解情况。学生也可以把它与专家的概念图进行比对，实现学生自我检测的效果。 不过笔者下面所提到的评价主要是概念图所突出表现的定性的、更适合进行有针对性地 个别交流的一方面。至于概念图的有关定量的评价，由于所涉及的评价标准和反馈都是比较 烦琐的，所以这里不作分析。 让学生用以下给出的关键词画一个概念图：力、加速度、质量、物体的运动、惯性、加 速、减速、匀速。 学生乙的概念图如图5所示。 图5 学生乙的概念图 从这个学生所作的概念图中可看出，他头脑中的有关概念是不能构成网络的，显得乱而 散，这样的概念图一定也反应了他的学习状态也是盲目无序的。这确实也与性格有关，他平 常的表现就是大大冽冽、不拘小节，听课时经常漫不经心。笔者在解答他提出的问题时也总 发现他概念混乱、基础不扎实。 还有一个学生丙的概念图如图6所示。 图6 学生丙的概念图 这个学生的概念图显得有点单薄，如图中关于“加速度”与“物体的运动”之间缺少了 联系。可是从该图中显示出她的创造性成分。比如，她用了“物体的初始状态”这个连接词， www.edusx.net 全免费的数学教学资源网站 QQ 904007915 教师群号 46332927(小学) 56954784 (中学) 免费教育文稿网 www.eduwg.com 无需注册，免费下载，关注课件、试题、教案的打包下载和参考 这至少反应出她的知识中有“力和物体的初始状态共同决定物体的运动”这一个较全面的理 解，这在其他同学的概念图中是少有的，属于有创造性的一点。不过，图中关于“力”“决 定”“质量”和“力”“决定”“加速度”这点，反映了她理解上的不确切。 其实每个学生所作的概念图都是很具个性的，都是独特的。有些学生的概念图构图就很 合理，可以称得上漂亮，而有的学生作出的概念图则是构图太过简单，甚至是粗糙的。通过 笔者以上所选用和分析的概念图，我们不难发现，概念图确实是反映学生个别学习信息的一 个很好工具，在这里反映出了学生头脑中真实的知识结构和潜概念。教师可以有针对性地分 析学生的概念图，给予有针对性的指导，学生自己也可以面对自己的概念图，找出自己学习 中存在的问题，有时候，这样的分析很具实践意义。 物理概念形成的目的，是运用它分析、解决有关的实际问题。根据布鲁纳认知结构学习 理论：领会基本原理和观念，是通向适当的“训练迁移”的大道，能进一步激发智慧。简单 地说，他认为结构性知识是问题解决的基础。所以，概念图所形成的结构性知识，可以用来 帮助学生提升应用物理概念分析解决问题的能力，教师在教学中可以尝试引导。 例1、如图所示，空间有一水平匀强电场，在竖直平面内有一初速度为V 的带电微粒，0 沿图中虚线由A运动到B，其能量变化情况是（ ） A、 动能减少，重力势能增加，电势能减少 B、 动能减少，重力势能增加，电势能增加 C、 动能不变，重力势能增加，电势能减少 D、 动能增加，重力势能增加，电势能减少 这道题应属于一道稍难的综合题，所考查到的是电场甚至于 整个高中物理的重要 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 ，题中涉及动能、重力势能及电势能 的变化分析。实际考查下来看，学生对于这一题的答错率相当的高。倒不是说学生头脑中没 能建立这几种能量的变化与相应的力做功之间的关系，其实对于这些功和能的联系并不是大 部分学生的最大难点。学生的问题往往是初拿到这道题时找不到解题思路，无从下手。 如图7所示，笔者给出这样一个解题时必需的“审题概念图”，使学生目标明确，达到 快速而准确地审题，培养良好的审题习惯是学生成功解题的关键。 图7 审题概念图a 本题中的已知条件“直线运动”是很容易被忽略的，如果按照上述审题思路，学生就会 主动去寻找用于解题的已知条件，则不难找到图8所示的关系： 图8 审题概念图b 尽管已经找到了已知条件和问题，但显然两者之间没有很显性的联系，这时就需要展开 各自联系的知识来达到解题。所以能构建一张相关的概念图就很有必要。本题中用到的相关 知识之间的联系可用的图9来表示。 www.edusx.net 全免费的数学教学资源网站 QQ 904007915 教师群号 46332927(小学) 56954784 (中学) 免费教育文稿网 www.eduwg.com 无需注册，免费下载，关注课件、试题、教案的打包下载和参考 图9 审题概念图c 通过上面的概念图所展示的由“已知条件”与“求解问题”之间的联系网络，这道题的 解题思路已经非常清晰。 这种分析的思路是物理学科所要求的目标之一，所有的物理教师都会重视学生审题习惯 的培养。但是不管教师如何强调，学生总是更习惯于用直接的“感觉”去解题。所以，笔者 希望能够借助概念图，给学生一个可以用笔来画一画、理一理思路的模式，让他们能坚持下 去，达到培养和提高分析问题、解决问题的能力。当然，由于是用于分析解决问题，所以我 们不必要求学生的概念图构图有多么漂亮，能展示出其中的知识结构才是首要的，追求的是 借助概念图这一形式能更有目标、更迅速地找到各项联系。 这在解决一些较为综合的、联系实际的问题上就更为需要了。 例2、如右图所示为测定电动机输出功率的装置，在电动机的转 轴上有一半径 r＝0．2m的转轮，在转轮上套有一条皮带，皮带一端 挂一重力G = 50N的物体，皮带的另一端挂一个弹簧秤，当电动机以 ω = 100,rad/s的角速度转动时，弹簧秤的示数为F = 85．0N，弹簧秤自重不计，则电动机的输出功率为多少瓦? 在《恒定电流》一章的学习中，学生接触较多的是关于电动机的 2三个功率的区别，如电动机消耗的总功率是指P=UI，而电动机产生的热功率是指P=IR，而 2电动机的输出功率是指P=UI-IR，这里U指输入电动机的电压大小，I指通过电动机的电流大小，R指电动机绕线的电阻大小。当然解决电动机的问题时这些知识是必备的，但也正是 由于学生对这方面的知识的熟知，在解决这道题时反而成了他们解题的思维障碍。因为根据 2心理学中的前摄作用，学生看到电动机本想用P=UI- IR来解决的，可是题中却没有这方面的条件，所以导致学生一下子理不出解题思路。 这里我们依然根据上面所提的“审题概念图”来分析这道题，从已知条件与问题之间寻 找联系以找到解题的突破点，如图10所示。 www.edusx.net 全免费的数学教学资源网站 QQ 904007915 教师群号 46332927(小学) 56954784 (中学) 免费教育文稿网 www.eduwg.com 无需注册，免费下载，关注课件、试题、教案的打包下载和参考 于是这道题的解答为： P = FV 引 =(85-50)×100π×0.2 W =700π W?2198 W. 图10 审题概念图d 借助概念图展示学生分析思考问题的过程，对于提高学生的思维能力、促进学生更专注 更有效地分析问题有很大的帮助，受到了学生的普遍喜欢。 概念图作为一种教学的策略和工具，在概念教学实践中体现出强大的功能，“不用不知 道，一用放不了”。许多学生反映，在掌握概念图的制作和使用后，能自觉地应用概念图来 辅助高中物理及至其他学科的学习。同时，概念图的制作过程通常需要小组讨论修改，这有 利于促进合作学习。 [1] （美）桑切克（Santrock, J. W.）著；周冠英，王学成译.教育心理学.北京:世界图书出版公司，2007 [2] 陈琦，刘儒德.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社,2007 [3]中华人民共和国教育部．全日制义务教育高中物理课程标准(实验稿)[S]．北京：人民教育出版社，2003 [4] 王立君.概念图在促进认知和评估知识结构方面的理论与实证研究[M].四川:四川大学出版社,2008 [5] 赵凯华，张维善.新概念高中物理读本[M].北京:人民大学出版社,2005 [6] 詹黎.利用概念图促进概念转变[D]:[学位论文].保存地点:浙江师范大学.2006 www.edusx.net 全免费的数学教学资源网站 QQ 904007915 教师群号 46332927(小学) 56954784 (中学)