高中物理教材的心理分析法及其应用

周纹因 王笑君

摘   要：依据现有关于教材分析中心理分析法的相关理论，文章给出了一种应用心理分析法分析教材的操作途径与方法。以“电场 电场强度”内容为例，对新版教材进行分析，为教师从学生学习心理的角度理解教材及具体教学提供相应的参考。

关键词：心理分析法;教材比较;电场;电场强度

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）7-0022-6

分析与处理物理教材是设计物理课堂教学、制订合理有效的教学方案的前提和基础，是实现教学目标的关键步骤[1]。目前，物理教材分析的相关研究有很多，其中从心理学角度分析的研究较少。有研究者以粤教版为例探讨了教材是如何从心理学角度进行编排的[2]，还有研究者基于心理学对新旧版的教材进行对比分析[3]，从学生学习心理的角度理解教材有利于提高教学效率。因此，本文参考已有的心理分析法的相关理论，通过总结与归纳，给出一种应用心理分析法分析教材的操作途径及方法，并对人教版与粤教版新版教材中“电场 电场强度”内容进行具体的分析，以期为教师从学生学习心理的角度理解教材及具体教学提供启示。

1    什么是教材心理分析法

目前，中学物理教材分析的方法包括结构分析法、知识分析法、心理分析法、能力要求分析法、方法论分析法等。心理分析法的相关研究并不多，心理分析法的相关认识也存在着部分差异。有研究者提出：心理分析法就是从学生学习的心理过程入手，挖掘和研究教材与教学中的心理因素，以便更充分地发挥教材的多种功能，提高教育效率[1]。还有研究者提出：物理教材心理分析法就是研究教材是按哪些中学生心理因素安排课程内容，依据物理学习的特点，结合学生学习认知心理，有针对性地设计教学方法，提高教学效率[4]。还有观点认为：心理分析法是从学生学习的认知和心理特点入手，研究教材中的学习心理问题，挖掘教材中的学习心理因素，帮助学生克服学习困难，调动学生学习的积极性，培养学生能力和提高素质等[5]。

综合比较以上几种界定，笔者认为“心理分析法”在以下几个方面可以达成共识（表1）：（1）心理分析法的出发点应该是对学生学习的认知过程及心理特点进行分析;（2）心理分析法的关键是挖掘教材和教学过程中的心理因素;（3）心理分析的目的是理解教材设置是如何适应学生的学习心理的，从而有针对性地进行教学设计，充分发挥教材功能。

2    如何实施教材心理分析法

运用心理分析法分析教材时，可以从教材的心理因素和学生的学习心理两个角度进行分析[1]。具体框架如表2所示。

2.1    教材的心理因素分析

结合两个版本《物理教学论》的相关理论，分析教材的心理因素时，应当从教材的整体结构设计、内容选取与安排、主要风格和特点如何考虑和适应学生认知過程、意向过程和个性特征等心理过程的角度进行分析。在分析教材安排是否符合学生心理的过程中，可以以学生的学习心理作为基础，例如选取认知学习理论、建构主义学习理论等作为参考。

皮亚杰提出，认知发展是通过同化或顺应达到平衡，形成图式。图式是指有关某一主题的有组织的知识结构，是个体记忆中有关于一个物体、实践、概念或者技能的重复发生的经验模式，是用来组织相关概念的认知结构[6]。《物理教育心理学》[7]基于皮亚杰的认知心理学理论进一步提出，物理概念并不是由物理知觉、物理表象产生的，而是由学生观察活动以及观察活动所构建起来的认知图式产生的，因此构建概念对应于认知图式的构建。此外，学习物理概念和掌握物理规律的心理过程一般包括认识领会阶段、完善巩固阶段和深化扩展阶段，不同阶段有不同环节[7]。因此，在教学不同阶段设计各个环节，帮助学生应用头脑中已有的图式进行学习，并在学习中进一步促进学生图式的形成是物理教学应该达成的目标之一。

综合分析以上学者的观点，本文综合归纳出教材的心理因素分析框架，如表3所示。

2.2    学生学习心理分析

《物理教学论》提出，在进行物理教材的学习心理分析时，分析学生在物理学习的具体环节中的心理过程、特点及障碍，便于在教学实施过程中更好地落实教学要求。其中，可以从心理基础因素、心理动力因素、心理状态因素、心理成果因素四种因素入手分析[1]。此外，有研究者提出学习心理的分析应该包括能力培养因素分析、非智力因素分析、思维障碍分析、难点成因分析四个项目[5]，有研究者在这个基础上增添了一个易犯错误分析[8]，还有研究者具体分析了学生物理学习过程中可能出现的心理障碍[7]。由上所述，不同学者对学生学习心理分析的观点有差异，笔者综合比较其中交叠或差异的部分进行整合，得到分析学生学习心理过程的项目（表4）。

3    基于心理分析法对“电场 电场强度”内容的比较研究

“电场 电场强度”是高中电磁场部分的重要内容，也是本章学习的重点及难点，是后续学习电势、电势能等内容的基础。该节内容中包括了物理知识的概念学习及规律学习，相关的知识具有抽象、不易理解等特点，因此本文选择新人教版必修第三册第九章第三节“电场 电场强度”与新粤教版必修第三册第一章第三节“电场 电场强度”的教材内容，运用心理分析法进行对比分析。鉴于篇幅有限，本文主要选取了“电场强度”的概念建立部分，应用心理分析法分析教材安排与学生学习心理，为教师教学提供一定的帮助。

3.1    教材的心理因素分析

3.1.1    教材的整体结构设计

奥苏贝尔提出的有意义接受学习理论认为，学生在学习过程中会从认知结构中找到能够同化新知识的有关概念，将新、旧知识的异同点进行联系区别，最终在思维活动中使知识系统化。在这个过程中将新知识与学习者已有认知结构建立起非人为的实质联系，完善头脑中的认知结构，就达成了有意义学习。他认为，适当的认知结构的形成与教材的内容及其组织形式有关，因此教材呈现应该遵循逐渐分化和综合贯通的两个原则[9]。分析两版教材“静电场”部分的层次结构如图1所示。

教材从电荷与电场出发，其知识逐渐分化，从力的性质与能的性质两个方面描述电场。随后将电场中力与能的性质联系，使学生将各节知识联系学习，达成对知识的综合贯通，符合学生的学习心理规律。因此，教师在设计“静电场”的教学过程中，可以参考教材安排，注意相关知识的分化与融会贯通。

3.1.2    教材的内容选取与安排

两版教材都在本节设置有电场、电场强度、点电荷的电场、电场强度的叠加、电场线、匀强电场等知识，知识以“电场—电场强度概念—电场强度叠加原理—电场线描述电场”一条主线进行组织。加涅累积学习理论认为，规则的学习应该在概念的学习之后，两版教材的知识都符合学生的学习心理。接下来具体以电场强度的概念建立部分为例，应用心理分析法分析教材安排是如何适应学生的认识过程。

（1）认识领会阶段

在认识领会阶段，主要任务是让学生形成概念、理解规律。比较两版教材在这一阶段四个环节的安排如下：

在动机激发环节，教师可以创设情境，激发学生的求知欲。在这一环节中教师需要给予学生诱因，让学生处于“需要”的心理状态当中。人教版在此采用问题激发的方式，首先提出“不能直接用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱”，从而使个体进入因感到缺乏而力求获得满足的心理状态，进而提出“那用什么物理量能够描述电场的强弱？”以此引发学生思考，调动学生学习的积极性。而粤教版在此处是通过联系前后知识的方式激发学生的学习动机，直接提出：“电场对放入其中的电荷有作用力，可以通过这一性质研究电场”。

在全面感知环节，教师需要给予学生足够的知觉与观念，做好让学生从感性认识到理性认识的过渡准备，这个环节最好从学生已有的观念出发。通过上一节内容的学习，学生已经形成了“电场对放入其中的电荷有力的作用”的观念，两版教材都利用这点帮助学生初步感知电场的性质。人教版通过对一般情境的猜想与假设，提出试探电荷在电场中某点受到的静电力与试探电荷的电荷量成正比的推测。粤教版将上一节库仑定律探究实验的实验装置迁移设置了三个实验。分别探究同一试探电荷在电场中不同位置、不同试探电荷在电场中同一位置、电场本身性质改变三种情况下，试探电荷的受力特点。通过实验加强学生对电场性质的感知。两版教材关于这部分的处理存在较大差异，人教版侧重思维推理，粤教版侧重实验感知。需要注意在实际的教学中是否需要设置实验，以及如何设置实验，其客观标准应该是看学生是否具备了足够转化为明确概念的清晰观念[7]，因此教师可以根据学生之前的学习情况选用教学方式。

在科学思维环节，教师需要引导学生在已有观念的基础上进一步进行科学的思维。人教版在上一环节的基础上，对点电荷的电场这一特殊情境进行分析推理，随后提出通过实验可对其他电场进行相應的验证。经历了“基于情境提出一般猜想—对特殊情境进行推理论证—应用实验验证一般结论”的思维过程。粤教版在通过实验给予学生感性认识之后，通过比较、分析实验现象，进一步提出，大量实验表明电场中同一点，电场力的大小与试探电荷的电量之比是恒定的，建立起电场强度的概念。经历了“基于特殊情境提出猜想—对特殊情境进行实验探究—应用大量实验验证一般结论”的思维过程。两版教材都重视推理后的实验验证，但在这部分对学生思维的培养有所不同，旨在帮助学生形成不同的科学探究认知图式。教师可以根据实际的教学侧重点与学生条件选用材料组织课堂。

在归纳总结环节，学生通过归纳和概括，用文字或数字的形式将概念和规律加以表述，得出概念的意义和定律的数学表达式。两版教材通过不同的科学思维环节，最后归纳概括出电场强度的概念及其数学表达式。

（2）完善和巩固阶段

在完善和巩固阶段，需要采用典型、灵活的物理问题帮助学生掌握物理概念的各个侧面。

①典型的物理问题

两版教材都设置了“移走试探电荷，电场强度是否为零”的习题或讨论题，通过这一典型的物理问题完善学生对电场强度的大小与试探电荷无关的认识。

②灵活的物理问题

人教版设置了比较多种情境下电场强度的习题，粤教版设置了“公式E=■和E=k■都可以用来计算场强，它们有什么区别呢？”的讨论题，通过从概念的不同侧面设置问题，为学生深化和灵活运用概念打下了基础。

两版教材都在这一部分设置了一些典型、灵活的物理问题帮助学生完善和巩固电场强度的概念，但是所设置的具体问题情境和提问方式存在一定差异，教师可以根据实际教学情况选用问题帮助学生完善及巩固概念。

（3）深化拓展阶段

深化拓展概念可以更好地培养学生能力，同时也是学生活化和巩固知识的过程。

①分阶段形成对概念的深入理解

在初中阶段，学生的抽象思维能力不强，因此对于“场”的学习要求更多的是定性的描述;在高中阶段，则要求定量描述“场”的性质，对学生的要求更高。

②概念、规律的组合进行综合性练习

人教版设置习题提出：“场是物理学中的重要概念。仿照电场强度的概念，你认为应该怎样定义重力场的强度的大小和方向？”粤教版设置了重力场与电场相结合的练习，将各部分的知识联系在一起，深化学生的认识。此外，两版教材都在之后的学习中设置了“带电粒子在电场中的运动”一节，将电场强度的概念与各个知识点综合一起学习，达到了深化拓展学生对概念理解的目的。

综合以上分析，两版教材在该部分的主要差异在电场强度概念建立的认识领会阶段，旨在培养学生不同的探究思维和认知图式。在认识领会电场强度的概念后，两版教材都有意设置了相关的讨论题或习题，完善、巩固及深化拓展了该概念，其中问题设置的细节不同，教师可以通过对比两版教材，选用适合学生的提问方式。

3.1.3    教材的主要风格和特点

两版教材都通过问题情境、联系新旧知识激发学生的学习兴趣，调动学生的学习动机。此外，两版教材都有意在教材上设问，并采用一些引导性的语句，如“实验现象说明了什么呢？”“你认为这样的推测是否正确？”等，以问题唤起学生的意向，引导学生学习。

在建立电场强度概念的过程中，人教版从已有的知识出发进行推理，粤教版从实验出发进行探究，形成感性认识。教师在教学中，对于知觉较多依赖周围环境信息的场依存型学生可以选用粤教版的实验教学，对于知觉较多依赖自身内部线索的场独立型学生可以选用人教版的推理分析教学。

3.2    学生学習心理分析

学生在建立电场强度概念时的学习心理分析如下。

3.2.1    心理过程

电场强度概念的建立是学生建立起电场概念之后的下一个环节，两版教材都通过描述电场对电荷的力的作用，以此引出需要描述电场的性质，通知知识的衔接保持学生学习的连贯性。在建立起电场强度的概念后，进一步应用电场强度这一概念进行电场规律的学习，引导学生应用所学知识解决新的问题，有利于学生形成成就感。

此外，建立电场强度概念采用的是比值定义法，是一种重要的科学方法，可以从过去学习过的密度、速度、加速度等概念建立中迁移而来，也可以迁移到电势、电容、磁感应强度等概念的建立，因此教师应该注意学生在学习过程中的心理变化，运用迁移的方法进行教学。

3.2.2    心理特点

两版教材都设置有相应的实验、提问等调动学生学习的积极性。教师应该根据学生的课堂状态，有意地选用不同的方式调动学生的学习动机。

在培养学生能力方面，人教版侧重从推理论证出发建立电场强度的概念，培养学生的科学思维，粤教版则是侧重从实验出发建立电场强度的概念，两版教材在这一概念的建立过程中都重视培养学生的科学探究能力。

3.2.3    心理障碍

（1）难点成因

①学生在以往接触“场”时都停留在定性描述的阶段。电场强度为学生首次接触定量描述场的性质的概念，其建立过程包含了比值定义法这一科学方法，需要学生具有一定的科学思维能力。

②电场强度的概念建立需要引入试探电荷，但其定义出的物理量与试探电荷无关，学生在物理学习过程中首次接触这种思维，是一种需要学生新建构起来的认知图式，因此可能会感到困难。

（2）思维障碍及易犯错误

①学生在学习了静电力后再学习本节内容，可能会受到干扰，直接采用电荷受到的静电力大小描述电场。

②学生学习了点电荷的电场强度之后，可能会混淆几个公式，不能完成“从一般到特殊”的思维。

③以数学形式代替了物理思维，从数学上理解电场强度的定义式，认为电场强度的大小跟电场力和试探电荷的电量有关。

由上分析，教师在教学过程中应该注意学生学习的心理过程、特点及心理障碍，帮助学生突破学习难点。

4    结  语

应用心理分析法对“电场 电场强度”内容进行教材分析可以发现，两版教材的设置都符合学习心理学的相关理论，但是侧重点有所不同。对“电场强度”的概念建立过程进行教材心理因素分析后可以发现，人教版是从学生已有的知识内容出发进行演绎推理，有利于学生构建出“基于情境提出一般猜想—对特殊情境进行推理论证—应用实验验证一般结论”的认知图式，为学生提供了更多科学推理的机会，有利于提升学生的思维能力。粤教版从实验出发给予学生感性认识，进一步进行探究推理，有利于学生构建“基于特殊情境提出猜想—对特殊情境进行实验探究—应用大量实验验证一般结论” 的认知图式，为学生的感性认识提供了更多的材料，有利于提升学生的实验探究能力。粤教版的实验教学更适用于场依存型的学生，人教版的推理分析教学更适用于场独立型的学生。此外，两版教材都有意设置了各类习题或讨论题深化拓展学生对概念的认识，问题的设置存在一定的差异。教师可以根据学生的心理特点，同时参考不同的教材进行补充教学，选用合适的方式突破学生的学习障碍，实现“用教材”而非“教教材”。

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（栏目编辑    刘   荣）