搭橋類比策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用

1、    “搭橋類比”策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用    倪純孜張軍朋摘 要：“搭橋類比”策略是一種能夠有效促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略，這種教學(xué)策略通過向?qū)W生呈現(xiàn)可利用的橋接類比情境，使學(xué)生逐步建立起科學(xué)概念，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)中忽視概念建立過程的不足，讓學(xué)生對目標(biāo)問題的認(rèn)識經(jīng)歷由感性逐步發(fā)展為理性的過程，有助于學(xué)生更加深入地理解科學(xué)概念的本質(zhì)。同時，培養(yǎng)了學(xué)生對比觀察、分析推理等能力，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)更加靈活地運用到新情境中。關(guān)鍵詞：搭橋類比；物理教學(xué)；概念轉(zhuǎn)變：g633.7 ：a ：1003-6148（2014）10（s）-0010-31 引 言“搭橋類比”策略

2、是由美國馬薩諸塞大學(xué)john clement教授提出的一種能夠有效促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略?！按顦蝾惐取辈呗允且詫W(xué)生在參照情境中的正確直覺思維為起點，通過在這兩個情境之間建立若干可類比的橋接情境，來擴(kuò)展學(xué)生在參照情境中的正確直覺判斷，使學(xué)生最終能夠?qū)⑦@種正確的直覺判斷運用于解決困難情境的目標(biāo)問題，如圖1。圖1 “搭橋類比”策略示意圖（虛線表示此情境中學(xué)生的直覺判斷與科學(xué)概念相符）在運用“搭橋類比”策略時，教師需要根據(jù)學(xué)生對問題的理解程度，給學(xué)生呈現(xiàn)一系列有組織的、可類比的橋接情境，通過促進(jìn)學(xué)生在不同情境中的同一問題的積極思考，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)和體驗概念的建立過程，才能促使學(xué)生的直覺思維一步一

3、步向科學(xué)概念轉(zhuǎn)化。以下，本文將以“牛頓第三定律”為例，具體闡釋如何在物理教學(xué)中應(yīng)用“搭橋類比”。2 “搭橋類比”策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用在物理概念和規(guī)律的教學(xué)中，教師由于自身對概念和規(guī)律的熟悉，往往會不自覺地忽視其建立的過程，即專家盲區(qū)（expert blind spots）。例如，在“牛頓第三定律”的教學(xué)中，對于反作用力，教師往往以書本靜止于桌面為例，通過定義的方式，直接告知學(xué)生“當(dāng)一個物體對另一個物理有作用力時，同時也受到另一個物體對它的作用力，這兩個相互作用力，其中一個稱為作用力，另一個稱為反作用力?！睂τ凇笆欠翊嬖诜醋饔昧Α边@個問題卻沒有進(jìn)一步解釋。雖然，初學(xué)者看似接受了這個結(jié)論，但其實

4、他們并不能真正地體會和理解反作用力的存在，與此同時，他們也失去了一次提高自己發(fā)現(xiàn)和推理能力的機(jī)會。與傳統(tǒng)教學(xué)不同，我們可以通過運用“搭橋類比”策略，讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，通過觀察和體驗對反作用力的存在獲取感性認(rèn)識，再通過對比發(fā)現(xiàn)和推理論證將這種感性認(rèn)識上升為理性認(rèn)識。具體應(yīng)用步驟如下：（1）明確目標(biāo)問題（target questions）運用“搭橋類比”策略的第一步就是明確困難情境中的目標(biāo)問題。困難情境，指學(xué)生的直覺判斷和科學(xué)概念不一致的情境，其中不一致之處即目標(biāo)問題。困難情境：一本書靜止在桌面上，如圖2。圖2 困難情境中的目標(biāo)問題（虛線表示此情境中學(xué)生的直覺判斷與科學(xué)概念相符）目標(biāo)問題：桌面

5、對書本是否有一個向上的支持力呢？部分學(xué)生認(rèn)為，桌面不能給書本一個向上的支持力，因為桌面是無生命的物體，只能被迫承受壓力，而不能施力。在此困難情境中，學(xué)生的直覺判斷與科學(xué)概念產(chǎn)生了矛盾，學(xué)生對目標(biāo)問題的理解存在一定的困難。這是由于學(xué)生在解決物理問題時，會不自覺地運用自己通過學(xué)習(xí)和生活所累積的前概念，來產(chǎn)生自己的直覺判斷。這些直覺判斷可能在某些情境中和科學(xué)概念相符，而在另一些情境中卻和科學(xué)概念相悖。那么，教師該如何引導(dǎo)學(xué)生的直覺判斷向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變呢？（2）尋求參照情境（anchoring situation）學(xué)生通過學(xué)習(xí)和生活所形成的前概念，是促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)，那么，由前概念所產(chǎn)生的直覺判斷，便

6、可以作為引導(dǎo)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的起點。一方面，教師可以利用錯誤的直覺判斷，制造認(rèn)知沖突，促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變；另一方面，教師也可利用學(xué)生在某些情境中正確的直覺判斷，通過類比，建立科學(xué)概念。正如“搭橋類比”策略，它試圖尋求學(xué)生的直覺判斷和科學(xué)概念一致的情境，即參照情境，以此為起點一步步幫助學(xué)生建立科學(xué)概念。參照情境：讓書本靜止在學(xué)生的手中。學(xué)生經(jīng)歷了給書本施力的過程，發(fā)現(xiàn)為了使書本靜止，必須給書本施加一個向上的支持力。圖3 尋求參照情境在參照情境中，學(xué)生通過自身體驗，所產(chǎn)生的直覺判斷與科學(xué)概念相符，獲得了對支持力存在的感性認(rèn)識，這種感性認(rèn)識正是建立概念、掌握規(guī)律的基礎(chǔ)。但是，對于初學(xué)者，他們往往將困難情境和參

7、照情境視為兩種完全不同情境，因為他們認(rèn)為，在參照情境中手是有生命的物體，而困難情境中桌面是無生命的物體，因此他們尚且還無法將參照情境中正確的直覺判斷運用于困難情境。雖然，通過參照情境學(xué)生獲得了一定的感性認(rèn)識，但是形成物理概念、掌握物理規(guī)律的關(guān)鍵是將感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。那么，教師應(yīng)該如何引導(dǎo)學(xué)生利用在參照情境中已有的、正確的直覺判斷來建立科學(xué)概念，從而解決困難情境中的目標(biāo)問題呢？（3）呈現(xiàn)橋接情境（bridge situation）橋接情境，是橋接目標(biāo)情境和參照情境的中間媒介，之所以稱為橋接情境，是因為此情境像橋梁一樣，連接了在學(xué)生看來不可類比的目標(biāo)情境和參照情境。創(chuàng)設(shè)橋接情境可以以參照情境

8、為起點，通過參照情境中的某些因素逐步向目標(biāo)情境過渡，但必須保證學(xué)生正確的直覺判斷在橋接情境中得以延續(xù)。橋接情境：書靜止在一個豎直放置的彈簧上，如圖4。圖4 呈現(xiàn)橋接情境通過觀察彈簧的形變，學(xué)生可以判定，彈簧對書本施加了一個向上的彈力，這時學(xué)生的直覺判斷與參照情境中一致。通過觀察、對比，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，彈簧是無生命的物體，但是可以施力，所以學(xué)生可能推測在目標(biāo)情境中，構(gòu)成桌面的原子是否也受到了擠壓發(fā)生形變了呢？通過桌面微小形變的實驗，學(xué)生可以證明自己的猜想是正確的。 當(dāng)然呈現(xiàn)的橋接類比情境可能不止一個，在時間允許的情況下，教師可根據(jù)學(xué)生的理解程度來設(shè)置不同的橋接類比，直到學(xué)生可以將其正確的直覺判斷運

9、用于困難情境。比如學(xué)生在上述例子中無法理解書本在彈簧上與書本在桌面上這兩個情境的類比，教師可以再增加一個類比情境，讓書本靜止在一片薄木板上，如圖5。圖5 呈現(xiàn)多個橋接情境比如學(xué)生無法理解彈簧能產(chǎn)生彈力向上，可以再增加一個橋接情境：讓學(xué)生用手按壓靜止在桌面上的豎直彈簧，如圖6。圖6 理解彈力方向的橋接情境3 結(jié)束語本文以“牛頓第三定律”的引入教學(xué)中“是否存在反作用力”這個目標(biāo)問題為例，具體闡述了“搭橋類比”策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)教學(xué)，首先“搭橋類比”策略關(guān)注學(xué)生直覺思維，它不是直接將概念、規(guī)律視為已知的結(jié)論灌輸給學(xué)生，而是更加關(guān)注學(xué)生自己對問題的理解，并以此為起點進(jìn)行后續(xù)教學(xué)。其次，

10、在教學(xué)過程中，“搭橋類比”策略重視定性推理，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)物理教學(xué)中偏重定量計算的不足，通過不斷呈現(xiàn)學(xué)生可利用的橋接類比情景，引發(fā)學(xué)生的積極思考，以此培養(yǎng)學(xué)生的對比觀察能力、分析推理能力等。最后，“搭橋類比”策略讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)和體驗物理概念的建立過程，讓學(xué)生對目標(biāo)問題認(rèn)識經(jīng)歷由感性逐步發(fā)展為理性的過程，這有助于學(xué)生深入理解概念的本質(zhì)，從而更加靈活地將其運用到新環(huán)境中。參考文獻(xiàn) ：1david e.brown&john clement. overcoming misconceptions via analogical reasoning：abstract transfer versus e

11、xplanatory model constructionj.instructional science，1989，（18）：239.2m. suzanne donovan and john d. bransford . how students learn： science in the classroomm.washington： the national academies，2005.3richard a. duschl， heidi a.schweingruber， and andrew w. shouse .taking science to school： learning and

12、 teaching science in grades k-8m.washington： the national academies，2007.（欄目編輯 趙保鋼） 當(dāng)然呈現(xiàn)的橋接類比情境可能不止一個，在時間允許的情況下，教師可根據(jù)學(xué)生的理解程度來設(shè)置不同的橋接類比，直到學(xué)生可以將其正確的直覺判斷運用于困難情境。比如學(xué)生在上述例子中無法理解書本在彈簧上與書本在桌面上這兩個情境的類比，教師可以再增加一個類比情境，讓書本靜止在一片薄木板上，如圖5。圖5 呈現(xiàn)多個橋接情境比如學(xué)生無法理解彈簧能產(chǎn)生彈力向上，可以再增加一個橋接情境：讓學(xué)生用手按壓靜止在桌面上的豎直彈簧，如圖6。圖6 理解彈力方向的橋

13、接情境3 結(jié)束語本文以“牛頓第三定律”的引入教學(xué)中“是否存在反作用力”這個目標(biāo)問題為例，具體闡述了“搭橋類比”策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)教學(xué)，首先“搭橋類比”策略關(guān)注學(xué)生直覺思維，它不是直接將概念、規(guī)律視為已知的結(jié)論灌輸給學(xué)生，而是更加關(guān)注學(xué)生自己對問題的理解，并以此為起點進(jìn)行后續(xù)教學(xué)。其次，在教學(xué)過程中，“搭橋類比”策略重視定性推理，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)物理教學(xué)中偏重定量計算的不足，通過不斷呈現(xiàn)學(xué)生可利用的橋接類比情景，引發(fā)學(xué)生的積極思考，以此培養(yǎng)學(xué)生的對比觀察能力、分析推理能力等。最后，“搭橋類比”策略讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)和體驗物理概念的建立過程，讓學(xué)生對目標(biāo)問題認(rèn)識經(jīng)歷由感性逐步發(fā)展為理性的過

14、程，這有助于學(xué)生深入理解概念的本質(zhì)，從而更加靈活地將其運用到新環(huán)境中。參考文獻(xiàn) ：1david e.brown&john clement. overcoming misconceptions via analogical reasoning：abstract transfer versus explanatory model constructionj.instructional science，1989，（18）：239.2m. suzanne donovan and john d. bransford . how students learn： science in the cla

15、ssroomm.washington： the national academies，2005.3richard a. duschl， heidi a.schweingruber， and andrew w. shouse .taking science to school： learning and teaching science in grades k-8m.washington： the national academies，2007.（欄目編輯 趙保鋼） 當(dāng)然呈現(xiàn)的橋接類比情境可能不止一個，在時間允許的情況下，教師可根據(jù)學(xué)生的理解程度來設(shè)置不同的橋接類比，直到學(xué)生可以將其正確的直覺判

16、斷運用于困難情境。比如學(xué)生在上述例子中無法理解書本在彈簧上與書本在桌面上這兩個情境的類比，教師可以再增加一個類比情境，讓書本靜止在一片薄木板上，如圖5。圖5 呈現(xiàn)多個橋接情境比如學(xué)生無法理解彈簧能產(chǎn)生彈力向上，可以再增加一個橋接情境：讓學(xué)生用手按壓靜止在桌面上的豎直彈簧，如圖6。圖6 理解彈力方向的橋接情境3 結(jié)束語本文以“牛頓第三定律”的引入教學(xué)中“是否存在反作用力”這個目標(biāo)問題為例，具體闡述了“搭橋類比”策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)教學(xué)，首先“搭橋類比”策略關(guān)注學(xué)生直覺思維，它不是直接將概念、規(guī)律視為已知的結(jié)論灌輸給學(xué)生，而是更加關(guān)注學(xué)生自己對問題的理解，并以此為起點進(jìn)行后續(xù)教學(xué)。其

17、次，在教學(xué)過程中，“搭橋類比”策略重視定性推理，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)物理教學(xué)中偏重定量計算的不足，通過不斷呈現(xiàn)學(xué)生可利用的橋接類比情景，引發(fā)學(xué)生的積極思考，以此培養(yǎng)學(xué)生的對比觀察能力、分析推理能力等。最后，“搭橋類比”策略讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)和體驗物理概念的建立過程，讓學(xué)生對目標(biāo)問題認(rèn)識經(jīng)歷由感性逐步發(fā)展為理性的過程，這有助于學(xué)生深入理解概念的本質(zhì)，從而更加靈活地將其運用到新環(huán)境中。參考文獻(xiàn) ：1david e.brown&john clement. overcoming misconceptions via analogical reasoning：abstract transfer versus explanatory model constructionj.instructional science，1989，（18）：239.2m. suzanne donovan and john d. bransford . how student