用多种表征方式塑造“立体化”的初中物理概念

周桂兰

(南京师范大学附属实验学校 江苏 南京 210023)

物理概念是物理学的基石与核心，初中物理的学习最重要的就是概念的学习.教学实践表明：物理概念是物理基础中既不容易教也不容易学的内容.笔者从很多物理学习效果不佳的学生的反馈中发现，其症结在于物理概念未能有效内化.他们认为，概念和公式的学习主要依靠背诵的方式，能默写出来就是掌握了.这样的学习仅仅是“记得”概念，并不能真正深刻理解其物理内涵，不能内化成“自己的语言”，更不能以自己的独特方式“输出”，这样的“记得”无法将知识有效迁移并灵活运用，更谈不上提升物理学科素养.

1 学生记忆的物理概念未能为己所用

笔者在教学实践中发现，学生在运用物理规律、公式等分析问题、解决问题时，若碰到困难无法顺利进行下去，大部分原因都是：物理概念并未真正内化成“自己的语言”.记忆的物理概念未能真正吃透，没有真正理解，所以不能灵活运用.主要问题有如下两种.

(1)概念的学习仅限于记忆，不能解决实际问题

笔者将以一案例说明.一天，笔者任教班级中一个特别好问的女生带着问题来“质疑”我，她说：“老师，你上次跟我们讲绳子施加的力只能沿着绳子的方向，对吗？”我答：“是啊，绳子能施加力是由于绳子被拉长，绳子为了恢复原状而产生的，它属于弹力啊.”她说：“你讲的道理我懂，可是你看我这儿，这个绳子施加的力就不沿着绳子的方向.”只见，她拿出一段绳子，将两端水平固定，然后用手指从中间往下压绳子，绳子稍向下弯折.她理直气壮地说：“这个绳子施加的力就是向下的.”这个案例中的女孩是一个学习成绩不错，特别好问且敢于暴露自己不足的孩子，她当年物理中考成绩是98分.但就这段对话可以看出，她对于施力物体和受力物体没有分辨清楚，她在用力的概念来解决实际问题时，逻辑关系有点乱.在实际教学中发现，很多学生在对生活中物体受力分析或分析具体事例时，出错率非常高，说明学生对力的概念并未真正内化.力是一个特别抽象的概念，若要判断物体是否受到力，力的方向指向哪里等，需要真正理解力的含义，理解“力是物体对物体的作用”这句话里“物体”与“物体”分别是指哪两个物体，而“作用”又是什么含义？

(2)概念的理解仅限于字面，不能延伸概念外延

笔者将以一案例说明.苏科版物理课本第十一章“简单机械和功”中，将有用功与总功的比值叫作机械效率，第十二章“机械能和内能”涉及到热效率的计算，却没有给出定义.如果学生能将机械效率的概念真正内化了，那么热效率的概念确实是不用给出的，后面电学部分电热效率及能量利用率等也不需要给出定义.但在实际的教学实践中发现，很多学生对效率的理解仅仅停留在字面，只知道效率是有用功与总功的比值，用公式表示就是一个比例式子，而未能内化成自己的概念，所以出现了有的学生学会了滑轮组机械效率的计算，却不会计算斜面的机械效率，好不容易几种机械效率都会计算了，却又不会算燃料的利用效率，也不会算电热水器的效率.深入分析其原因，学生的症结在于“有用功”和“总功”这两个概念并没有真正理解，何为“有用”？何为“总”？未能内化.人类制造出各种各样器械的目的是为人类服务的，人类在使用它们过程中为了获得什么，获得了多少，又付出了什么，付出了多少.效率是人们对人类发明创造出来的机械进行评估衡量的指标，若能提高此指标就可以减少能源的浪费.若能理解到这个层面，“有用功”“总功”“效率”概念才算真正内化，以后无论算什么效率，都能一通百通.

2 多种表征方式促进物理概念的真正内化

表征是事物在大脑中的呈现方式，也可称为信息在大脑中的代码.根据概念的相关理论和物理概念的特征，物理概念的表征方式分为：文字语言、学科专业符号、命题网络、图形、样例、原型、言语7种，前3种归属语言符号类表征，后4种归属知觉符号类表征[1].

下面以“密度”为例，如表1所示，解释一下这7种表征方式.

表1 以“密度”为例解释物理概念的7种表征方式

有调查研究表明：学生在表征概念时，偏向于用文字语言、学科专业符号来表征，这是因为教师授课时偏向于使用这类表征，且这类表征方式与教材呈现概念的方式也一致.学业优秀的学生会用更多的表征方式来表征概念，他们对概念的理解更加深刻[1].由此可见，用多种方式来表征物理概念可有效促进物理概念的内化.另有心理学研究表明：在人脑的记忆中，语言文字信息与形象信息在头脑中储存量的比例是1∶1 000.这说明形象记忆是最基础最主要的记忆方式，跟其他记忆方式相比，形象记忆具有无可比拟的优势[2].因此，以上后4种知觉符号类表征方式的开发利用，不仅有利于物理概念的内化，而且在头脑中能存储的概念会更多，保持的时间也更长久.

笔者发现：在概念的塑造上，我们对于小孩子似乎更有耐心些，我们常常很耐心地用多种表征方式来帮助他们建构概念.总的来说，孩子在上小学之前接触到的概念的表征方式还是比较多样的.例如，学龄前的孩子常玩的一种亲子游戏，事先准备一些概念以文字或图片呈现在卡片上，给孩子看过后，让孩子比划，父母来猜.在这个过程中孩子对概念的表征方式是丰富多样的，说明孩子在接受概念时表征方式也是丰富多样的.再如,幼儿园老师也会经常给小朋友讲了某一概念后，就会让孩子画出来，或者用积木拼搭出来，或者扮演出来……孩子们的表征方式是精彩纷呈，多种多样的.但当孩子进入小学后，开始了系统地学习课本知识时，孩子表征概念的方式却变得越来越单一.笔者大胆猜想：可能教师觉得孩子大一些了，理解力强一些了，不需要用多种表征方式了；还有可能是因为受到教学进度的限制，如果用多种方式表征，预定的计划就不能完成.

物理概念大都抽象难懂，教师授课时若不以多种表征方式来帮助学生理解，学生很难将概念塑造成为“自己的概念”.例如，对于一个刚刚开始学讲话的孩子，我们教授他“苹果”和“摩擦力”这两个词语，对于孩子来说，“记住”这两个词的难度是一样的，但是要理解并能用自己的独特方式来解释这两个词，“苹果”显然容易很多.学生在学习物理概念时，若以单一的一种表征方式来表征概念，由于受到前置概念、生活经验及思维方式等因素的影响，学生对概念的理解会比较单一、不全面，甚至会有偏差.若能以多种方式来表征概念，概念在脑海中就更具“立体感”，也就会变得更加鲜活生动.所以，多种表征方式可帮助学生多方位地塑造出“立体化”的物理概念.

3 重视概念教学 借助多种表征方式 促进物理概念的“立体化”塑造

笔者参与听课、教研时发现：物理教师在教授物理知识时，易忽视概念建立的重要性，更谈不上多种表征方式.一节新课，物理概念的建立篇幅较短，常常是几句话讲完，而在探究此概念的影响因素和此概念的具体应用上，几乎占用所有课堂时间.由于概念未能完全建构充分内化，学生课后常常需要通过刷题，在试题中去慢慢摸索，逐渐真正建构概念，效率极其低下且正确率不高.笔者举一例说明：苏科版初中物理“摩擦力”一课，主要分为“摩擦力的概念”“探究影响滑动摩擦力大小的因素”“生活中如何增大摩擦、如何减小摩擦”3个板块，大多数教师在“摩擦力的概念”上花的时间很短，表征方式也简单，大都以文字概念板书在黑板上或PPT上，大部分时间和精力都花在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”及“生活中如何增大摩擦、如何减小摩擦”，课堂上动手实践搞得轰轰烈烈，看似非常注重与生活实际相联系，但针对具体问题分析时，学生解答“物体间是否存在摩擦力？”和“摩擦力的方向指向哪里？”这两类问题却比“摩擦力的大小如何变化？”更容易出错，这是因为学生对摩擦力的概念理解内化不到位，所以学生“卡”在了第一步.因此，这样的教学反而不高效.试想：学生的概念内化不到位，那么在习题反馈中就反复出错，教师就需要反复评讲习题，也许反复评讲所用的时间远多于前期建立概念的时间.

因此，笔者认为教师在教学过程中要重视物理概念的教学，更要重视表征方式对概念学习的影响.前置概念、生活经验及思维方式等因素都会影响学生对概念的理解，教师在教学过程中，若有意识地采用多种表征方式来诠释概念，可以帮助学生更多方位地理解概念.为了促进学生能塑造“立体化”的概念，教师还需要有意识地培养学生学会用多种方式来表征概念，教师可以给学生创设更多用多种表征方式描述概念的机会[3].例如，课堂上讲完某一概念后，就让学生用自己的理解来诠释概念，鼓励形式多样.或者在习题检查反馈概念时，提出一些表征的要求，例如，至少用3种方法来表示你心中的“摩擦力”等类似的要求.也许一开始会出现概念描述不精准、不到位、少条件等漏洞，但是逐步完善的过程就是概念不断内化、理解的过程，只有真正成为学生“自己的概念”，才是有意义的概念.