“搭桥类比”策略在物理教学中的应用

倪纯孜　张军朋

摘 要：“搭桥类比”策略是一种能够有效促进学生概念转变的教学策略，这种教学策略通过向学生呈现可利用的桥接类比情境，使学生逐步建立起科学概念，弥补了传统教学中忽视概念建立过程的不足，让学生对目标问题的认识经历由感性逐步发展为理性的过程，有助于学生更加深入地理解科学概念的本质。同时，培养了学生对比观察、分析推理等能力，使学生能够将所学更加灵活地运用到新情境中。

关键词：搭桥类比；物理教学；概念转变

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）10（S）-0010-3

1 引 言

“搭桥类比”策略是由美国马萨诸塞大学John Clement教授提出的一种能够有效促进学生概念转变的教学策略。“搭桥类比”策略是以学生在参照情境中的正确直觉思维为起点，通过在这两个情境之间建立若干可类比的桥接情境，来扩展学生在参照情境中的正确直觉判断，使学生最终能够将这种正确的直觉判断运用于解决困难情境的目标问题，如图1。

图1 “搭桥类比”策略示意图

（虚线表示此情境中学生的直觉判断与科学概念相符）

在运用“搭桥类比”策略时，教师需要根据学生对问题的理解程度，给学生呈现一系列有组织的、可类比的桥接情境，通过促进学生在不同情境中的同一问题的积极思考，让学生自己去发现和体验概念的建立过程，才能促使学生的直觉思维一步一步向科学概念转化。以下，本文将以“牛顿第三定律”为例，具体阐释如何在物理教学中应用“搭桥类比”。

2 “搭桥类比”策略在物理教学中的应用

在物理概念和规律的教学中，教师由于自身对概念和规律的熟悉，往往会不自觉地忽视其建立的过程，即专家盲区（Expert blind spots）。例如，在“牛顿第三定律”的教学中，对于反作用力，教师往往以书本静止于桌面为例，通过定义的方式，直接告知学生“当一个物体对另一个物理有作用力时，同时也受到另一个物体对它的作用力，这两个相互作用力，其中一个称为作用力，另一个称为反作用力。”对于“是否存在反作用力”这个问题却没有进一步解释。虽然，初学者看似接受了这个结论，但其实他们并不能真正地体会和理解反作用力的存在，与此同时，他们也失去了一次提高自己发现和推理能力的机会。与传统教学不同，我们可以通过运用“搭桥类比”策略，让学生在教师的引导下，通过观察和体验对反作用力的存在获取感性认识，再通过对比发现和推理论证将这种感性认识上升为理性认识。具体应用步骤如下：

（1）明确目标问题（target questions）

运用“搭桥类比”策略的第一步就是明确困难情境中的目标问题。困难情境，指学生的直觉判断和科学概念不一致的情境，其中不一致之处即目标问题。

困难情境：一本书静止在桌面上，如图2。

图2 困难情境中的目标问题

（虚线表示此情境中学生的直觉判断与科学概念相符）

目标问题：桌面对书本是否有一个向上的支持力呢？

部分学生认为，桌面不能给书本一个向上的支持力，因为桌面是无生命的物体，只能被迫承受压力，而不能施力。

在此困难情境中，学生的直觉判断与科学概念产生了矛盾，学生对目标问题的理解存在一定的困难。这是由于学生在解决物理问题时，会不自觉地运用自己通过学习和生活所累积的前概念，来产生自己的直觉判断。这些直觉判断可能在某些情境中和科学概念相符，而在另一些情境中却和科学概念相悖。那么，教师该如何引导学生的直觉判断向科学概念转变呢？

（2）寻求参照情境（anchoring situation）

学生通过学习和生活所形成的前概念，是促进概念转变的基础，那么，由前概念所产生的直觉判断，便可以作为引导学生概念转变的起点。一方面，教师可以利用错误的直觉判断，制造认知冲突，促进概念转变；另一方面，教师也可利用学生在某些情境中正确的直觉判断，通过类比，建立科学概念。正如“搭桥类比”策略，它试图寻求学生的直觉判断和科学概念一致的情境，即参照情境，以此为起点一步步帮助学生建立科学概念。

参照情境：让书本静止在学生的手中。

学生经历了给书本施力的过程，发现为了使书本静止，必须给书本施加一个向上的支持力。

图3 寻求参照情境

在参照情境中，学生通过自身体验，所产生的直觉判断与科学概念相符，获得了对支持力存在的感性认识，这种感性认识正是建立概念、掌握规律的基础。但是，对于初学者，他们往往将困难情境和参照情境视为两种完全不同情境，因为他们认为，在参照情境中手是有生命的物体，而困难情境中桌面是无生命的物体，因此他们尚且还无法将参照情境中正确的直觉判断运用于困难情境。

虽然，通过参照情境学生获得了一定的感性认识，但是形成物理概念、掌握物理规律的关键是将感性认识上升到理性认识。那么，教师应该如何引导学生利用在参照情境中已有的、正确的直觉判断来建立科学概念，从而解决困难情境中的目标问题呢？

（3）呈现桥接情境（bridge situation）

桥接情境，是桥接目标情境和参照情境的中间媒介，之所以称为桥接情境，是因为此情境像桥梁一样，连接了在学生看来不可类比的目标情境和参照情境。创设桥接情境可以以参照情境为起点，通过参照情境中的某些因素逐步向目标情境过渡，但必须保证学生正确的直觉判断在桥接情境中得以延续。

桥接情境：书静止在一个竖直放置的弹簧上，如图4。

图4 呈现桥接情境

通过观察弹簧的形变，学生可以判定，弹簧对书本施加了一个向上的弹力，这时学生的直觉判断与参照情境中一致。通过观察、对比，学生可以发现，弹簧是无生命的物体，但是可以施力，所以学生可能推测在目标情境中，构成桌面的原子是否也受到了挤压发生形变了呢？通过桌面微小形变的实验，学生可以证明自己的猜想是正确的。

当然呈现的桥接类比情境可能不止一个，在时间允许的情况下，教师可根据学生的理解程度来设置不同的桥接类比，直到学生可以将其正确的直觉判断运用于困难情境。

比如学生在上述例子中无法理解书本在弹簧上与书本在桌面上这两个情境的类比，教师可以再增加一个类比情境，让书本静止在一片薄木板上，如图5。

图5 呈现多个桥接情境

比如学生无法理解弹簧能产生弹力向上，可以再增加一个桥接情境：让学生用手按压静止在桌面上的竖直弹簧，如图6。

图6 理解弹力方向的桥接情境

3 结束语

本文以“牛顿第三定律”的引入教学中“是否存在反作用力”这个目标问题为例，具体阐述了“搭桥类比”策略在物理教学中的应用。相比于传统教学，首先“搭桥类比”策略关注学生直觉思维，它不是直接将概念、规律视为已知的结论灌输给学生，而是更加关注学生自己对问题的理解，并以此为起点进行后续教学。其次，在教学过程中，“搭桥类比”策略重视定性推理，弥补了传统物理教学中偏重定量计算的不足，通过不断呈现学生可利用的桥接类比情景，引发学生的积极思考，以此培养学生的对比观察能力、分析推理能力等。最后，“搭桥类比”策略让学生自己去发现和体验物理概念的建立过程，让学生对目标问题认识经历由感性逐步发展为理性的过程，这有助于学生深入理解概念的本质，从而更加灵活地将其运用到新环境中。

参考文献 ：

[1]David E.Brown&John Clement. Overcoming misconceptions via analogical reasoning：abstract transfer versus explanatory model construction[J].Instructional Science，1989，（18）：239.

[2]M. Suzanne Donovan and John D. Bransford . How Students Learn： Science in the Classroom[M].Washington： The National Academies，2005.

[3]Richard A. Duschl， Heidi A.Schweingruber， and Andrew W. Shouse .Taking Science to School： Learning and Teaching Science in Grades K-8[M].Washington： The National Academies，2007.

（栏目编辑 赵保钢）

当然呈现的桥接类比情境可能不止一个，在时间允许的情况下，教师可根据学生的理解程度来设置不同的桥接类比，直到学生可以将其正确的直觉判断运用于困难情境。

比如学生在上述例子中无法理解书本在弹簧上与书本在桌面上这两个情境的类比，教师可以再增加一个类比情境，让书本静止在一片薄木板上，如图5。

图5 呈现多个桥接情境

比如学生无法理解弹簧能产生弹力向上，可以再增加一个桥接情境：让学生用手按压静止在桌面上的竖直弹簧，如图6。

图6 理解弹力方向的桥接情境

3 结束语

本文以“牛顿第三定律”的引入教学中“是否存在反作用力”这个目标问题为例，具体阐述了“搭桥类比”策略在物理教学中的应用。相比于传统教学，首先“搭桥类比”策略关注学生直觉思维，它不是直接将概念、规律视为已知的结论灌输给学生，而是更加关注学生自己对问题的理解，并以此为起点进行后续教学。其次，在教学过程中，“搭桥类比”策略重视定性推理，弥补了传统物理教学中偏重定量计算的不足，通过不断呈现学生可利用的桥接类比情景，引发学生的积极思考，以此培养学生的对比观察能力、分析推理能力等。最后，“搭桥类比”策略让学生自己去发现和体验物理概念的建立过程，让学生对目标问题认识经历由感性逐步发展为理性的过程，这有助于学生深入理解概念的本质，从而更加灵活地将其运用到新环境中。

参考文献 ：

[1]David E.Brown&John Clement. Overcoming misconceptions via analogical reasoning：abstract transfer versus explanatory model construction[J].Instructional Science，1989，（18）：239.

[2]M. Suzanne Donovan and John D. Bransford . How Students Learn： Science in the Classroom[M].Washington： The National Academies，2005.

[3]Richard A. Duschl， Heidi A.Schweingruber， and Andrew W. Shouse .Taking Science to School： Learning and Teaching Science in Grades K-8[M].Washington： The National Academies，2007.

（栏目编辑 赵保钢）

当然呈现的桥接类比情境可能不止一个，在时间允许的情况下，教师可根据学生的理解程度来设置不同的桥接类比，直到学生可以将其正确的直觉判断运用于困难情境。

比如学生在上述例子中无法理解书本在弹簧上与书本在桌面上这两个情境的类比，教师可以再增加一个类比情境，让书本静止在一片薄木板上，如图5。

图5 呈现多个桥接情境

比如学生无法理解弹簧能产生弹力向上，可以再增加一个桥接情境：让学生用手按压静止在桌面上的竖直弹簧，如图6。

图6 理解弹力方向的桥接情境

3 结束语

本文以“牛顿第三定律”的引入教学中“是否存在反作用力”这个目标问题为例，具体阐述了“搭桥类比”策略在物理教学中的应用。相比于传统教学，首先“搭桥类比”策略关注学生直觉思维，它不是直接将概念、规律视为已知的结论灌输给学生，而是更加关注学生自己对问题的理解，并以此为起点进行后续教学。其次，在教学过程中，“搭桥类比”策略重视定性推理，弥补了传统物理教学中偏重定量计算的不足，通过不断呈现学生可利用的桥接类比情景，引发学生的积极思考，以此培养学生的对比观察能力、分析推理能力等。最后，“搭桥类比”策略让学生自己去发现和体验物理概念的建立过程，让学生对目标问题认识经历由感性逐步发展为理性的过程，这有助于学生深入理解概念的本质，从而更加灵活地将其运用到新环境中。

参考文献 ：

[1]David E.Brown&John Clement. Overcoming misconceptions via analogical reasoning：abstract transfer versus explanatory model construction[J].Instructional Science，1989，（18）：239.

[2]M. Suzanne Donovan and John D. Bransford . How Students Learn： Science in the Classroom[M].Washington： The National Academies，2005.

[3]Richard A. Duschl， Heidi A.Schweingruber， and Andrew W. Shouse .Taking Science to School： Learning and Teaching Science in Grades K-8[M].Washington： The National Academies，2007.

（栏目编辑 赵保钢）