第四章學(xué)習物理的認知規(guī)律

第四章學(xué)習物理的認知規(guī)律第1頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三1學(xué)習概念新探2中學(xué)生形成物理概念、掌握物理規(guī)律的基本途徑3前概念、遷移規(guī)律對中學(xué)生學(xué)習物理的影響4中學(xué)生在物理學(xué)習過程中的心理特征第2頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三1學(xué)習概念新探1.1學(xué)習是主體自主建構(gòu)知識的過程1.2學(xué)習是主體將自身置于與外界有交流的狀態(tài)的過程1.3科學(xué)本質(zhì)與教育本質(zhì)統(tǒng)一于學(xué)習過程中的科學(xué)探究1.4自主學(xué)習與合作學(xué)習第3頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三建構(gòu)主義認為：學(xué)習是學(xué)習者通過新舊經(jīng)驗的雙向相互作用，而建構(gòu)自己的經(jīng)驗體系的過程。即，如果我們把學(xué)習者原有的經(jīng)驗、心理結(jié)構(gòu)和信念等歸為圖式，那么，當外部刺激（新經(jīng)驗）能被學(xué)習者納入已有的圖式中時，就叫同化。同化使圖式發(fā)生量的變化。

1.1學(xué)習是主體自主建構(gòu)知識的過程第4頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三而當外部刺激不能被納入學(xué)習者已有的圖式時，學(xué)習者在心理上會產(chǎn)生不平衡感，這種不平衡感會促使其通過連續(xù)、艱苦的思維過程（別人的幫助或指導(dǎo)雖有益，但他自己的考慮是不可替代的），從而可能改變、調(diào)整甚至排除原有的舊圖式而建立新的圖式，這叫順應(yīng)。順應(yīng)使圖式發(fā)生質(zhì)的變化。第5頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三學(xué)習包含了新舊知識經(jīng)驗的沖突以及認知結(jié)構(gòu)的重組，即當學(xué)習者對外部刺激不能納入原有圖式時產(chǎn)生不平衡感，并經(jīng)歷自己的思考去完成對原有圖式的改變、調(diào)整甚至排除，這是一種自我調(diào)節(jié)過程；而被改造、取代的原圖式曾經(jīng)有過一定的認知結(jié)構(gòu)和平衡關(guān)系，既然圖式變了，與之聯(lián)系的原有結(jié)構(gòu)和平衡關(guān)系也必然受到破壞而喪失平衡，這種新出現(xiàn)的不適應(yīng)，同樣需要學(xué)習者自身通過在頭腦中的再組織、再協(xié)調(diào)以達到新平衡，這是另一種自我調(diào)節(jié)的過程。第6頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三總之，建構(gòu)主義的學(xué)習觀是：（1）學(xué)習是學(xué)生自己建構(gòu)知識的過程。學(xué)習不是簡單被動地接收信息，而是主動地建構(gòu)知識的意義，這種建構(gòu)是無法由他人來代替的。（2）學(xué)習是學(xué)生根據(jù)自己的經(jīng)驗背景，對外部信息進行主動選擇、加工和處理，從而獲得意義。外部信息本身沒有什么意義，意義是學(xué)習者通過新舊知識經(jīng)驗的反復(fù)的、雙向的相互作用過程而建構(gòu)的。第7頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三（3）學(xué)習意義的獲得，是每個學(xué)習者以自己原有的知識經(jīng)驗為基礎(chǔ)，對信息重新認識和編碼，建構(gòu)自己的理解。學(xué)生原有的知識經(jīng)驗會由于新知識經(jīng)驗的進入而發(fā)生調(diào)整和改變。因此，學(xué)習是新舊知識經(jīng)驗之間的雙向的相互作用過程，也就是學(xué)習者與學(xué)習環(huán)境之間互動的過程。第8頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三1.2學(xué)習是主體將自身置于與外界有交流的狀態(tài)的過程從系統(tǒng)科學(xué)的角度理解，不論是個體或群體的學(xué)習活動，其行為的主體和客體必然組成一個系統(tǒng)。學(xué)習者是主體，知識信息的各種載體是客體。主體和客體相互作用的表現(xiàn)形式是對知識信息的吸收、輸出、反饋和評價。第9頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三任何系統(tǒng)只有通過反饋信息才可能實現(xiàn)有效的控制，從而達到目的。任何系統(tǒng)只有開放、有漲落、遠離平衡態(tài)，才可能走向有序。任何系統(tǒng)只有通過相互聯(lián)系，形成整體結(jié)構(gòu)，才能發(fā)揮整體功能。第10頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三從系統(tǒng)科學(xué)的角度，對于學(xué)習的理解是：學(xué)習是學(xué)習者把自身置于一個開放、有漲落、遠離平衡態(tài)的系統(tǒng)，通過吸收、輸出、反饋和評價等對信息進行加工使之有序，并抓住信息各部分的聯(lián)系，形成整體結(jié)構(gòu)，發(fā)揮整體功能的行為變化過程。第11頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三1.3科學(xué)本質(zhì)與教育本質(zhì)統(tǒng)一于學(xué)習過程中的科學(xué)探究科學(xué)本質(zhì)：包含對科學(xué)知識是不完善的、可變的；科學(xué)過程不存在普遍的一成不變的方法；科學(xué)和社會、文化密不可分等一致的看法。教育本質(zhì)：促進學(xué)生的發(fā)展。第12頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三比較科學(xué)與教育本質(zhì)之間的聯(lián)系，可發(fā)現(xiàn)：一方面，科學(xué)探究是開放性的，而科學(xué)知識的本質(zhì)是不完善的，這就構(gòu)成了探究的邏輯起點。另一方面，只要凸顯了教育的本質(zhì)在于促進學(xué)生的發(fā)展，就能擺正科學(xué)教學(xué)包括物理教學(xué)過程中主客體的關(guān)系。第13頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三1.4自主學(xué)習與合作學(xué)習自主學(xué)習：指學(xué)習者主動地進入學(xué)習過程，取得行為復(fù)雜層次更高的成果。它既是一種教學(xué)方法，又是一種學(xué)習方法。目的：使學(xué)生積極主動地投入學(xué)習過程，而且?guī)椭麄儷@得推理、批判性思維和解決問題的技能。第14頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三合作學(xué)習：它重視學(xué)生課堂外行為的態(tài)度和價值觀，讓學(xué)習者在成員間的溝通和共享中，能帶有選擇性視角和觀點進行思考，從而進入更高的思維程序，塑造廣受歡迎的具有社會責任感的行為。第15頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三2中學(xué)生形成物理概念、掌握物理規(guī)律的基本途徑2.1關(guān)于概念2.2關(guān)于物理規(guī)律2.3中學(xué)生形成物理概念、掌握物理規(guī)律的基本途徑第16頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三2.1關(guān)于概念（1）概念的產(chǎn)生來源于實踐；（2）概念是在感性認識基礎(chǔ)上產(chǎn)生的；（3）概念的形成是認識的飛躍；（4）概念是人腦對事物的本質(zhì)及內(nèi)部聯(lián)系的反映。即：人們?nèi)绮唤?jīng)過社會實踐，不經(jīng)過感性認識階段，就不會在人腦中形成概念。第17頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三2.2關(guān)于物理規(guī)律物理規(guī)律：通過對物理現(xiàn)象的觀察和實驗，并運用邏輯思維形成了物理的科學(xué)概念，在此基礎(chǔ)上進一步總結(jié)物理現(xiàn)象所遵從的規(guī)律就稱物理規(guī)律。物理規(guī)律有兩個特殊屬性，一是其建立是有條件的，外延是受局限的；二是物理規(guī)律表現(xiàn)出因果性，即在規(guī)律所指明的具體條件下，必然產(chǎn)生規(guī)律所揭示的物理結(jié)論。第18頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三2.3中學(xué)生形成物理概念、掌握物理規(guī)律的基本途徑學(xué)生形成正確物理概念的標準：（七點）學(xué)生掌握物理規(guī)律的標準：（七點）中學(xué)生形成物理概念、掌握物理規(guī)律的基本途徑為：獲得必要的感性認識－－進行科學(xué)抽象－－明確物理意義并進行具體運用第19頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三研究雄鷹的飛翔(人教版)，要求學(xué)生想方設(shè)法描述雄鷹的運動，讓學(xué)生感到心有余而力不足，然后同學(xué)生一起找出困難、麻煩所在，即雄鷹有一定的大小和形狀造成了其各個部分運動情況不同。最后引導(dǎo)學(xué)生想辦法忽略物體的形狀和大小，從而順其自然地引入了質(zhì)點的概念。第20頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三“速度變化快慢的描述——加速度”的教學(xué)第21頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三首先，從原始問題中讓學(xué)生體驗“速度大”與“速度變化大”是兩個不同的概念磁懸浮列車以432km／h高速勻速運行了8s時間，蝸牛在10s內(nèi)速度從0加速到0.1cm／s其次，給出案例：普通轎車0→100km／h用時20s；旅客列車0→100km／h用時500s，讓學(xué)生建立起“速度變化相等時變化有快慢”的初步概念。第22頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三最后，例1：蘭博基尼Murcielago跑車0→100km／h加速時間4.0s例2：麥克拉倫F1LM跑車O→lOOkm／h加速時間3.2s例3：寶馬Z4跑車O→60km／h加速時間3.2s例4：F1方程式賽車O→300km／h加速時間15.6s分析例1與例2：速度變化相同，如何比較其變化的快慢?分析例2與例3：變化的時間相同，如何比較其變化的快慢?比較例2與例4：速度變化不同，變化的時間也不同，如何比較其變化的快慢？第23頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三3前概念、遷移規(guī)律對中學(xué)生學(xué)習物理的影響3.1關(guān)于前概念前概念（pre--conception），又稱前科學(xué)概念（pre-scienceconception），指學(xué)生在沒有接受正式的物理概念以前，對所感知的現(xiàn)象、生活中的常識與經(jīng)驗進行總結(jié)加工所得出的認識和理解。第24頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三例如：物體的自然狀態(tài)是靜止的，只有在力的作用下，物體才能運動，并且運動快慢與力的大小有關(guān)；落體的快慢與物體的重量有關(guān)，物體越重，下落得越快；冬天，室外鐵塊比木塊的溫度低等。第25頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三建構(gòu)主義者也認為，學(xué)生不是空著腦袋進入教室的。因為每個人從出生就開始了探索環(huán)境、順應(yīng)環(huán)境的活動，在這種活動中，對事物形成了豐富的經(jīng)驗，并建構(gòu)了個體特定的認知圖式，即使有些問題他們從沒有接觸過，還沒有現(xiàn)成可以借鑒的經(jīng)驗，但一旦新問題出現(xiàn)在他們面前時，個體往往可以基于過去的經(jīng)驗，依據(jù)他們的認知能力，對新問題給出解釋或提出假設(shè)，即建構(gòu)起新的認知圖式。故而，在物理學(xué)習中學(xué)生頭腦中的前概念是必然存在的。第26頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三德國多特蒙德大學(xué)的D．K．Nachtigall教授說：我們對前概念了解得越多，對思維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的過程認識越深，就越能成功地把它們轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢砀拍?，也就能有效的避免錯誤概念的產(chǎn)生。在物理課堂的教學(xué)中，總存在這種情況：學(xué)生帶著前概念來到課堂上，教師灌輸給學(xué)生一些對他們來說毫無意義的概念，這些東西很快被遺忘了，物理課留給他們的不過是幾個專業(yè)術(shù)語，如力、矢量、位移、加速度、場、電動勢等。前概念對物理學(xué)習的影響，曾有這樣一個形象地比喻：第27頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三a．一只幾乎盛滿水的杯子（杯子代表還未學(xué)過物理的腦袋，水則表示那些前概念）。b．嘗一口，是水的味道！c．現(xiàn)在盡量把可樂倒進杯子里（好比拼命給學(xué)生灌輸那些正確的物理概念），大部分可樂都溢出了杯子，只有很少的灌了進去，杯子里的水現(xiàn)在呈淺棕色。d．再嘗一口，味道還和原來的差不多嘛，然而可樂的顏色（還記得幾個專業(yè)術(shù)語）給水偽裝上了一種顏色（像是已經(jīng)理解了物理），因此看上去好像變成可樂了（物理知識），而實際上并非如此。第28頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三由于學(xué)生對物理現(xiàn)象、過程、材料的片面或錯誤理解而產(chǎn)生的前概念會嚴重影響學(xué)生科學(xué)概念的建立，嚴重影響了物理的教學(xué)質(zhì)量。這些錯誤的前概念如不及時轉(zhuǎn)換，將長期存在于學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)中，演變?yōu)殄e誤概念的“原型”，不僅會妨礙學(xué)生對新知識的理解，而且會導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生新的錯誤概念，影響對物理現(xiàn)象的科學(xué)認知和正確解決問題。第29頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三有些正確的物理前概念是物理學(xué)習的良好基礎(chǔ)和鋪墊，它的正遷移作用可使學(xué)生盡快地掌握新知識的概念和知識結(jié)構(gòu)，促進科學(xué)概念的建構(gòu)與掌握，這時的前概念成為物理概念學(xué)習的資源和概念學(xué)習的新的增長點。例如：“鐵比木頭重”是密度的前概念；“冬天，室外的鐵塊比木塊的溫度低”是熱的良導(dǎo)體的前概念等。所以看到前概念的消極作用的同時，也應(yīng)看到其積極作用。第30頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三前概念與中學(xué)生學(xué)習物理之間有沖突的表現(xiàn)主要有：（1）由表面現(xiàn)象的觀察所得的經(jīng)驗與物理知識不一致（2）生活中的概念和物理上的概念糾纏不清（3）生活中的“絕對”標準和物理學(xué)中相對概念不適應(yīng)第31頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三例如：“力與運動之間的關(guān)系”的教學(xué)（1）將小車輪子朝上放在桌上，問：“怎樣才能使小車運動?”；把小車推動，問：“持續(xù)推動小車，小車將會處于什么狀態(tài)?”；讓學(xué)生提出看法：你認為物體運動的原因是什么?（2）將小車正放在桌上，用手推動小車達到較大速度時，使手與小車脫離接觸，問：“小車為什么仍然運動?”由（1）（2）中的問題使學(xué)生產(chǎn)生認識上的矛盾。第32頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三（3）讓小車從斜面上同一位置滑下并進入水平面，分別在水平面上墊粗毛巾、細棉布和玻璃板，觀察現(xiàn)象；問：假定小車與支撐面間沒有任何阻力，小車將會處于什么狀態(tài)?你又能得出什么結(jié)論?（4）引導(dǎo)學(xué)生分析足球運動員踢足球，球由靜止變運動；守門員接球，球由運動變靜止；足球運動員頂球，改變球運動的方向；問：“這能說明些什么?”第33頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三3.2關(guān)于遷移規(guī)律遷移：學(xué)生在學(xué)習物理知識、技能的過程中，某一種學(xué)習對另一種學(xué)習會在情境、思維習慣、處理方法等方面產(chǎn)生影響，稱之為遷移。遷移發(fā)生的條件：（1）對象的共同因素（2）已有經(jīng)驗的概括水平（3）思維定勢的作用第34頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三問題：如何在物理教學(xué)中運用遷移規(guī)律？1.利用遷移規(guī)律，促進正遷移（1）積極的心理狀態(tài)是實現(xiàn)正遷移的前提（2）學(xué)生概括能力的提高是遷移能力發(fā)展的基礎(chǔ)（3）加強認知結(jié)構(gòu)的聯(lián)系對比，是培養(yǎng)遷移能力的基本途徑第35頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三如：在LC振蕩電路中，電容器放電完畢時，電路中的電流最大，自感電動勢為零。錯誤一：電容器放電完畢時，由I=q/t可知，q=0，I也應(yīng)等于零。錯誤二：電容器放電完畢時，q=0，電容器兩極間的電壓U=0，由I=U/R可知電流I應(yīng)等于零。錯誤三：既然電容器放電完畢時，電流I最大，由I=E/R可知，自感電動勢E=IR也應(yīng)最大。

第36頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三分析：學(xué)生不恰當?shù)膶=q/t和I=U/R遷移到新的情景中去。公式I=q/t中的I為t時間內(nèi)通過導(dǎo)體的電流平均值，而電容器放電完畢時的電流是瞬時值，它的大小應(yīng)等于該時刻電容器所帶電量的變化率，即i=Δq/Δt。歐姆定律I=U/R只適用于純電阻電路，LC振蕩電路中的電流i應(yīng)從法拉第電磁感應(yīng)定律來分析，即E=－L（Δi/Δt）。第37頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三2.抓住本質(zhì)區(qū)別，克服負遷移（1）加強概念和規(guī)律的變式教學(xué)如：學(xué)生對靜摩擦力的方向判定問題，由于學(xué)生受思維定勢的影響，容易認為摩擦力的方向必與物體運動方向相反。為此，教師應(yīng)設(shè)計不同的物理情景，供學(xué)生分析對比，幫助學(xué)生理解靜摩擦力方向的本質(zhì)特征。第38頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三情景一：木塊在桌面上滑動，木塊不久會停下分析：物體停止的原因是摩擦力方向與物體運動方向相反情景二：在桌面上放一張白紙，在紙上放一木塊，并拖動白紙，使木塊跟著紙一起向前運動。分析：假如按照上例判斷摩擦力F方向與物體運動方向相反，那么木塊的運動將落后于紙面，但事實上，木塊與紙一起向前運動，可知F的方向與木塊的運動方向相同。由此分析得靜摩擦力的實質(zhì)：靜摩擦力是阻礙物體間相對滑動趨勢的作用力第39頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三情景三：木塊置于勻速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺上隨轉(zhuǎn)臺一起做勻速圓周運動。分析：如果物體的運動是相對于地面，那么地面上的觀察者見到物體沿切線方向運動。但物體相對于臺面的運動趨勢不是沿切線方向，而是沿著半徑向外，因此物體與臺面之間的摩擦力是沿半徑方向指向圓心，與物體的運動方向垂直。第40頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三（2）通過歸納、對比的教學(xué)方法防止負遷移第41頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三例：放置在水平面上內(nèi)裝有水的瓶子，瓶內(nèi)有一氣泡，當瓶子從靜止狀態(tài)突然向右運動時，小氣泡在瓶內(nèi)將向何方運動？（3）克服思維定勢的消極影響，切斷負遷移的根源分析：因為當瓶子從靜止狀態(tài)突然向右運動時，瓶中的水由于慣性要保持原有的靜止狀態(tài)，相對瓶子來說是向左運動，而瓶中的氣泡就向右移動（氣泡的質(zhì)量同水相比可忽略不計）。第42頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三4中學(xué)生在物理學(xué)習過程中的心理特征4.1關(guān)于學(xué)習物理的能力4.2關(guān)于物理學(xué)習活動中的非智力因素4.3中學(xué)生心理發(fā)展水平對學(xué)習物理的影響第43頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三4.1關(guān)于學(xué)習物理的能力從事某項活動所表現(xiàn)出來的觀察力（智力活動的門戶和源泉）、記憶力（智力活動的倉庫）、想像力（智力活動富有創(chuàng)造性的重要條件）、思維力和注意力歸結(jié)為認識與該項活動有關(guān)的客觀事物并運用知識解決實際問題的能力。物理學(xué)習活動離不開上述五種能力以及實驗?zāi)芰?。?4頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三4.2關(guān)于物理學(xué)習活動中的非智力因素非智力因素有：動機、興趣、情感、意志、性格等；物理學(xué)習中非智力因素的作用有：（1）動力作用；（2）定向作用；（3）穩(wěn)定作用；（4）調(diào)節(jié)作用。第45頁，共50頁，2023年，2月20日，星期三4.3中學(xué)生心理發(fā)展水平對學(xué)習物理的影響中學(xué)生學(xué)習物理的各種心理表現(xiàn)：（1）直觀與模仿中學(xué)生學(xué)物理時表現(xiàn)出強調(diào)直觀和善于模仿，教師有責任加強直觀性教學(xué)（盡可能采用形象直觀的圖表、模型、實驗和生動的描述來幫助學(xué)生順利完成“再造想像”