图式理论在物理概念复习中的应用
摘要： 本文运用现代认知心理学中的图式理论，将理论和教学实践相结合来指导当前的复习，从帮助学生建立正确完备的认知图式入手，旨在培养学生构建基本图式的能力，从而理解基本的物理概念。
关键词： 图式；物理概念；复习教学
物理概念是整个物理学知识体系的基础，如果把物理这门学科比作高楼大厦，那么物理概念就是构成这座大厦的基石。因此，物理概念教学成为物理教学的核心。李政道在回答怎样才能学好物理这一问题时就曾强调：学习物理的首要问题是要弄清物理学中的基本概念。物理概念教学的效果如何，直接关系到学生对于物理知识的认知程度，进而影响到学生整体知识网络的构建与拓展，可以说学好物理概念是学好物理的关键。然而，很多学生却往往忽视对基本概念的掌握, 特别是不能够形成概念网络, 更不能够比较深刻地了解概念间的联系。
因此，无论是在新授课中，还是在复习课中都应重视物理概念的教学，以此为基础来教好、学好物理知识。怎样才能使学生在复习课中加深对概念的理解，对物理概念的复习有兴趣，并能通过学习真正理解概念。图式理论是现代认知心理学的重要理论之一，图式理论作为一种教学策略, 它以直观形象的方式表征知识。利用图式的形象性、直观性、层次性、关系性和可扩展性等特点, 将它引入到中学物理复习教学中, 有利于学生进行有意义学习, 从而提高学习效果。
一、 图式理论的内涵
现代图式理论是在吸收了理性主义和经验主义，又在信息科学、计算机科学的发展以及心理学关于表征研究的基础上，于20世纪80年代兴起。对现代图式的理解从三个方面入手，一是“一般性”，即图式中贮存知识具有一定程度的概括性；二是“知识性”，图式既描述某类事物的必要性特征，又描述其特点性特征；三是“结构性”，图式中各个知识结点之间按一定关系联系组成一种层次网络，同时，图式还可以是一种等级结构。所谓图式是指围绕某一个主题组织起来的知识的表征和贮存方式。人的一生要学习和掌握大量的知识，这些知识并不是杂乱无章地贮存在人的大脑中的，而是围绕某一主题相互联系起来形成一定的知识单元，这种单元就是图式。比如，我们见到某种动物的图片，就能很快想起它的名称、性情、生活习性等很多有关该动物的知识。这说明该动物的外观特征是与它的名称、性情、生活习性等有关知识联系在一起贮存在人的大脑中的。
所以说，图式实际上是一种关于知识的认知模式。图式理论研究的就是知识是怎样表征出来的，以及关于这种对于知识的表征如何以其特有的方式有利于知识的应用的理论。
图式描述的是具有一定概括程度的知识，而不是定义，图式所描述的知识由一部分或几部分按一定的方式组合起来，其中的组成部分称之为变量或槽道。图式不是各个部分简单机械相加，而是按照一定规律由各个部分构成的有机整体。图式是在以往经验的旧知识与新信息相互联系的基础上，通过“同化”与“顺应”而形成的，是以往经验的积极组织，“同化”和“顺应”是皮亚杰图式理论的两个重要概念。“同化”就是把外界的信息纳入已有的图式，使图式不断扩大，“顺应”则是当环境发生变化时，原有的图式不能再同化新信息，而必须通过调整改造才能建立新的图式。
二、 图式理论在物理概念教学中的应用
1. 从图式的结构看物理概念教学
图式是由变量或槽道组成的，每个物理概念也都是由相互关联的几个部分构成的。如果我们把物理概念看成是一个图式的话，构成物理概念的几个部分便是这一图式的变量或槽道。因此，在物理概念教学中，要想使学生形成关于某一概念的图式，首先要分析该物理概念是由哪几部分构成的，即该物理概念图式的变量，然后从中找出起关键作用的变量，以便从全局上把握整体与部分的关系，这样就能为准确地理解和掌握该物理概念打下坚实的基础。比如关于“向心力”这一物理基本概念的教学，我们首先要找出它的图式的变量。它包括质量、线速度、角速度、半径、力的方向、力的特点。在教学中，深入透彻地分析这几个关键变量，可以使学生形成关于“向心力”的正确图式，进而准确地掌握这个重要物理概念。
2. 从图式的关系看物理概念教学
在物理概念教学中，我们不仅要分析物理概念的构成部分，更重要的是要搞清这些构成部分之间以及物理概念之间的内在联系。图式理论指出，图式不是变量的机械相加，而是按一定规律结合的有机整体，图式的变量之间有相互约束的关系。
物理概念的图式也是如此，复习时还要从整体的高度重新认识所学的知识，抓住重点，了解知识间的纵横联系，形成知识结构。如复习力学知识时，要了解受力分析和运动学是整个力学的基础，而运动定律则将原因(力)和效果(加速度)联系起来，为解决力学问题提供了完整的方法，曲线运动和振动部分属于运动定律的应用。动量和机械能则从空间的观念开辟了解决力学问题的另外两条途径，提供了求解系统问题、守恒问题等的更为简便的方法。有了这样的分析，整个力学知识就不再是孤立和零碎的，而是为了研究运动和力的关系的有机整体。
3. 从图式的形成看物理概念教学
在物理概念教学中，学生物理概念的形成是一个从对物理变化的感性认识出发，经过抽象、概括而达到对物理现象理性认识的过程。在这个过程中，它首先是建立在以往经验的旧概念和新知识联系的基础上，然后通过新知识与原有物理概念的相互作用，构建新的物理概念。这一过程正是图式理论所描述的原有的图式可通过“同化”和“顺应”形成新的图式的过程。
比如对“功”的概念的构建，应该说到了高中，学生对功的学习跨了一大步，功的量度公式由W＝Fs扩展到W＝Fscosα，提出了正功、负功概念。继而深入讨论了功能关系，用能的转化来说明功：功是能量转化的量度。初中由功说明能的做法被颠倒过来，这是对功的认识的飞跃。教学实践告诉我们，多数学生的认识并没有做到跟教材同步，他们并没有真正理解功的概念，原因在于功和能都是非常抽象的概念。我们在教学中必须注意不断地通过具体的事例让学生理解各种力所做的功。在学习了力学后，再学习热学、电学、光学等知识时应不断充实有关功的内容，以便学生真正理解功的概念，运用功和能的知识解决实际问题。
如讲到热学时，可根据分子力做功跟重力做功的相似性，将分子力做功与分子势能的减少关系表示为W＝EP1－EP2；根据内能改变的两种方式：做功和热传递，可以将功、热量和内能的改变联系起来。其遵循的规律就是热力学第一定律，这是包括内能在内的能量守恒定律，公式为△E＝Q+W。从这个公式可求得外界对系统所做的功为W＝△E－Q。热力学第一定律使功和能的关系扩展到功、热量和能的关系，对于功的认识又深入了一步。
在讲到电学时，根据电场力跟重力的相似性，电场力做功可以根据电势能的变化来计算，电场力做的功等于电势能的减少，即W电＝EP1－EP2＝qU1—qU2＝qU，式中U1、U2为电势，U为电压，U＝U1－U2。这是电学中常用的计算公式，电场力做功用电势能的变化来表示，这是静电场具有的一种性质。在直流电路中，电流做的功为W＝UIt。学习磁场知识时，我们知道洛仑兹力对运动电荷不做功。这是由于洛仑兹力始终垂直于运动电荷的速度。由此可以推得磁场与静电场具有不同的性质。在光电效应问题中，可根据功能关系得出光电子克服金属原子的引力所做的逸出功为W＝hγ－E0，其中hγ为光子的能量，E0为光电子的最大初动能。通过这样在后续的学习中不断充实、强化功的概念的内涵，学生头脑中功的认知图式得到了逐步扩展，最终达成了对功的概念的较为深刻的理解。
那么，根据图式理论，在进行物理概念教学时，对于新概念图式的形成，一方面要看它是否能通过“同化”学生已有物理概念图式的方式来实现；另一方面，则应考虑通过“顺应”的方式，不过运用这种方式，教师必须精心设计或选择形成物理概念图式的一些例子，既要比较它们的必要特征，又要比较它们的无关特征，以使学生形成完整的有关物理概念的图式。
总之，图式理论是关于知识的心理组织结构的理论。我们这里所讲的图式是一种认知图式，它不仅可以用来表征各种概念和理论的知识，而且还可以表征不同操作水平的知识，它对知识的获得具有重要意义。在物理概念教学中，运用图式理论可以使教师从教育心理学水平上更好地指导学生形成、理解和掌握物理概念。
参考文献：
[1] 杨亮涛.概念图是促进学生知识建构的有效工具[J].中小学信息技术教育，2006(4).
[2] 皮连生.学与教的心理学[M].上海：华东师大出版社，1997.
[3] 张向葵.学习策略的理论与操作[M].长春：吉林大学出版社，2000.
关键词： 图式；物理概念；复习教学
物理概念是整个物理学知识体系的基础，如果把物理这门学科比作高楼大厦，那么物理概念就是构成这座大厦的基石。因此，物理概念教学成为物理教学的核心。李政道在回答怎样才能学好物理这一问题时就曾强调：学习物理的首要问题是要弄清物理学中的基本概念。物理概念教学的效果如何，直接关系到学生对于物理知识的认知程度，进而影响到学生整体知识网络的构建与拓展，可以说学好物理概念是学好物理的关键。然而，很多学生却往往忽视对基本概念的掌握, 特别是不能够形成概念网络, 更不能够比较深刻地了解概念间的联系。
因此，无论是在新授课中，还是在复习课中都应重视物理概念的教学，以此为基础来教好、学好物理知识。怎样才能使学生在复习课中加深对概念的理解，对物理概念的复习有兴趣，并能通过学习真正理解概念。图式理论是现代认知心理学的重要理论之一，图式理论作为一种教学策略, 它以直观形象的方式表征知识。利用图式的形象性、直观性、层次性、关系性和可扩展性等特点, 将它引入到中学物理复习教学中, 有利于学生进行有意义学习, 从而提高学习效果。
一、 图式理论的内涵
现代图式理论是在吸收了理性主义和经验主义，又在信息科学、计算机科学的发展以及心理学关于表征研究的基础上，于20世纪80年代兴起。对现代图式的理解从三个方面入手，一是“一般性”，即图式中贮存知识具有一定程度的概括性；二是“知识性”，图式既描述某类事物的必要性特征，又描述其特点性特征；三是“结构性”，图式中各个知识结点之间按一定关系联系组成一种层次网络，同时，图式还可以是一种等级结构。所谓图式是指围绕某一个主题组织起来的知识的表征和贮存方式。人的一生要学习和掌握大量的知识，这些知识并不是杂乱无章地贮存在人的大脑中的，而是围绕某一主题相互联系起来形成一定的知识单元，这种单元就是图式。比如，我们见到某种动物的图片，就能很快想起它的名称、性情、生活习性等很多有关该动物的知识。这说明该动物的外观特征是与它的名称、性情、生活习性等有关知识联系在一起贮存在人的大脑中的。
所以说，图式实际上是一种关于知识的认知模式。图式理论研究的就是知识是怎样表征出来的，以及关于这种对于知识的表征如何以其特有的方式有利于知识的应用的理论。
图式描述的是具有一定概括程度的知识，而不是定义，图式所描述的知识由一部分或几部分按一定的方式组合起来，其中的组成部分称之为变量或槽道。图式不是各个部分简单机械相加，而是按照一定规律由各个部分构成的有机整体。图式是在以往经验的旧知识与新信息相互联系的基础上，通过“同化”与“顺应”而形成的，是以往经验的积极组织，“同化”和“顺应”是皮亚杰图式理论的两个重要概念。“同化”就是把外界的信息纳入已有的图式，使图式不断扩大，“顺应”则是当环境发生变化时，原有的图式不能再同化新信息，而必须通过调整改造才能建立新的图式。
二、 图式理论在物理概念教学中的应用
1. 从图式的结构看物理概念教学
图式是由变量或槽道组成的，每个物理概念也都是由相互关联的几个部分构成的。如果我们把物理概念看成是一个图式的话，构成物理概念的几个部分便是这一图式的变量或槽道。因此，在物理概念教学中，要想使学生形成关于某一概念的图式，首先要分析该物理概念是由哪几部分构成的，即该物理概念图式的变量，然后从中找出起关键作用的变量，以便从全局上把握整体与部分的关系，这样就能为准确地理解和掌握该物理概念打下坚实的基础。比如关于“向心力”这一物理基本概念的教学，我们首先要找出它的图式的变量。它包括质量、线速度、角速度、半径、力的方向、力的特点。在教学中，深入透彻地分析这几个关键变量，可以使学生形成关于“向心力”的正确图式，进而准确地掌握这个重要物理概念。
2. 从图式的关系看物理概念教学
在物理概念教学中，我们不仅要分析物理概念的构成部分，更重要的是要搞清这些构成部分之间以及物理概念之间的内在联系。图式理论指出，图式不是变量的机械相加，而是按一定规律结合的有机整体，图式的变量之间有相互约束的关系。
物理概念的图式也是如此，复习时还要从整体的高度重新认识所学的知识，抓住重点，了解知识间的纵横联系，形成知识结构。如复习力学知识时，要了解受力分析和运动学是整个力学的基础，而运动定律则将原因(力)和效果(加速度)联系起来，为解决力学问题提供了完整的方法，曲线运动和振动部分属于运动定律的应用。动量和机械能则从空间的观念开辟了解决力学问题的另外两条途径，提供了求解系统问题、守恒问题等的更为简便的方法。有了这样的分析，整个力学知识就不再是孤立和零碎的，而是为了研究运动和力的关系的有机整体。
3. 从图式的形成看物理概念教学
在物理概念教学中，学生物理概念的形成是一个从对物理变化的感性认识出发，经过抽象、概括而达到对物理现象理性认识的过程。在这个过程中，它首先是建立在以往经验的旧概念和新知识联系的基础上，然后通过新知识与原有物理概念的相互作用，构建新的物理概念。这一过程正是图式理论所描述的原有的图式可通过“同化”和“顺应”形成新的图式的过程。
比如对“功”的概念的构建，应该说到了高中，学生对功的学习跨了一大步，功的量度公式由W＝Fs扩展到W＝Fscosα，提出了正功、负功概念。继而深入讨论了功能关系，用能的转化来说明功：功是能量转化的量度。初中由功说明能的做法被颠倒过来，这是对功的认识的飞跃。教学实践告诉我们，多数学生的认识并没有做到跟教材同步，他们并没有真正理解功的概念，原因在于功和能都是非常抽象的概念。我们在教学中必须注意不断地通过具体的事例让学生理解各种力所做的功。在学习了力学后，再学习热学、电学、光学等知识时应不断充实有关功的内容，以便学生真正理解功的概念，运用功和能的知识解决实际问题。
如讲到热学时，可根据分子力做功跟重力做功的相似性，将分子力做功与分子势能的减少关系表示为W＝EP1－EP2；根据内能改变的两种方式：做功和热传递，可以将功、热量和内能的改变联系起来。其遵循的规律就是热力学第一定律，这是包括内能在内的能量守恒定律，公式为△E＝Q+W。从这个公式可求得外界对系统所做的功为W＝△E－Q。热力学第一定律使功和能的关系扩展到功、热量和能的关系，对于功的认识又深入了一步。
在讲到电学时，根据电场力跟重力的相似性，电场力做功可以根据电势能的变化来计算，电场力做的功等于电势能的减少，即W电＝EP1－EP2＝qU1—qU2＝qU，式中U1、U2为电势，U为电压，U＝U1－U2。这是电学中常用的计算公式，电场力做功用电势能的变化来表示，这是静电场具有的一种性质。在直流电路中，电流做的功为W＝UIt。学习磁场知识时，我们知道洛仑兹力对运动电荷不做功。这是由于洛仑兹力始终垂直于运动电荷的速度。由此可以推得磁场与静电场具有不同的性质。在光电效应问题中，可根据功能关系得出光电子克服金属原子的引力所做的逸出功为W＝hγ－E0，其中hγ为光子的能量，E0为光电子的最大初动能。通过这样在后续的学习中不断充实、强化功的概念的内涵，学生头脑中功的认知图式得到了逐步扩展，最终达成了对功的概念的较为深刻的理解。
那么，根据图式理论，在进行物理概念教学时，对于新概念图式的形成，一方面要看它是否能通过“同化”学生已有物理概念图式的方式来实现；另一方面，则应考虑通过“顺应”的方式，不过运用这种方式，教师必须精心设计或选择形成物理概念图式的一些例子，既要比较它们的必要特征，又要比较它们的无关特征，以使学生形成完整的有关物理概念的图式。
总之，图式理论是关于知识的心理组织结构的理论。我们这里所讲的图式是一种认知图式，它不仅可以用来表征各种概念和理论的知识，而且还可以表征不同操作水平的知识，它对知识的获得具有重要意义。在物理概念教学中，运用图式理论可以使教师从教育心理学水平上更好地指导学生形成、理解和掌握物理概念。
参考文献：
[1] 杨亮涛.概念图是促进学生知识建构的有效工具[J].中小学信息技术教育，2006(4).
[2] 皮连生.学与教的心理学[M].上海：华东师大出版社，1997.
[3] 张向葵.学习策略的理论与操作[M].长春：吉林大学出版社，2000.
