思维地图与初中物理概念生成的可视化表征，本文主要内容关键词为：表征论文,思维论文,物理论文,初中论文,概念论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、问题提出：为何要用思维地图进行概念生成的可视化表征 1.两大滞后制约概念生成 （1）抽象思维能力发展滞后于概念生成需要。皮亚杰认为，初中儿童，思维从具体运演阶段向形式运演阶段发展，且以形象思维为主[1]。初中物理的概念比较抽象、严谨、深刻。个体的思维发展滞后于概念生成所需的思维能力层次。 （2）物理概念教学方式滞后于个体学习方式改变。随着动漫、视频的日益普及，学习进入读图时代，个体侧重于通过图形、图像等形象的方式进行学习和思考。而目前的概念教学，依然停留于“使词语脱离材料”[2]的传统抽象归纳方式，滞后于学习方式的改变。 两大滞后，给概念生成带来困难。 2.思维地图对两大滞后的克服 思维地图通过图形显示，在形象思维与抽象思维间形成可视化的思维链条，既提供了形象支持以调出有关经验，又进一步推动经验的抽象归纳，有助于“理解感性知觉材料之间的关系……建立起一种逻辑结构”[3]，将“个体的经验”和“纯粹的逻辑”紧紧连接起来，充分发挥两种思维长处，使概念生成“从经验开始，又终结于经验”[3]，大大降低建构难度。 二、何为思维地图的概念生成的可视化表征 思维地图（Thinking Maps）由美国的David Hyerle于上世纪八十年代提出，是继概念图和思维导图后出现的又一种可视化学习辅助工具。用思维地图进行物理概念生成的可视化表征，是根据语义学和认知心理学的原理，按照人天然的思维习惯，用图形的形式，直接画出概念建构的思考过程，促进对概念的建构理解和直观把握。在这里，所画的图形扮演“视觉组织者”[4]的角色，提供视觉支撑，推动思维逐步深入。常见的思维地图有：圆圈图、起泡图、双起泡图、树型图、括号图、流程图、复流程图和桥型图等八种类型（见下页表1[5]），对应于物理概念的八种基本建构过程。 三、如何用思维地图进行概念生成的可视化表征 1.流程图与概念指向性生成的可视化表征 物理概念越抽象，所需思维指向性越强。思路混乱，无法沿着需要的方向推进，是造成生成困难的主要原因。用流程图，把思考过程一步一步画下，思维能在上一步的基础上自然向下延伸，步步推进，可提高思维指向性，形成完整生成链条。
如浮力的产生，可画出流程图（图1），从浸入液体的位置着手，把思维归束到“压强、压力、压力差”这一指向路径，步步向前，最后生成“浮力”是向上的“压力之差”[6]，水到渠成。
2.桥型图与概念形象性、类比性生成的可视化表征
（1）类比性生成表征。类比是概念建构的重要方法。康德说：“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往指引我们前进。”概念教学中，类比往往流于表面，停在一事一物上，如用“水压”类比“电压”、用“水路”类比“电路”等。深层次类比应是方法的类比：通过类比掌握方法的“相似性”，赋予个体建构概念的新途径，去跨越“从特殊到一般的归纳法和从一般到特殊的演绎法”的“中介途径”，直接产生“更为简捷的推理”[7]，如图2关于浮力是“向上的托力”，可用“手向上托”来类比“水向上托”。把两者画在桥的两边，相似性赫然突显，立即为人洞察：水能产生托力，其大小可等效于手的托力，可用间接测量。这样不但透彻地把握“水托力”的内涵，且能从方法的层面理解类比本质（本案例涉及的是等效替代法的迁移），个体经历了一场“视觉思维”，直观快捷，豁然开朗，产生“巅峰体验”（马斯洛）。 （2）形象性生成表征。以看得见的“手向上托”类比看不见的“水向上托”，突出了“形象性”；以“手上托”的过程类比“水的上托”的过程，具有动态性；以“手上托弹簧示数减小”类比“水上托弹簧示数也减小”，具有钱学森所谓的“具象（托）——抽象（弹力减小）”相融合的“二维性”。此三者，正是物理形象思维的显著特征[8]。用桥型图类比，训练了形象思维。有意突出这点，能使抽象与形象思维互动交融，激发创造性的产生。 3.起泡图与概念完整性、抽象性和反思性生成的可视化表征 （1）完整性生成表征。物理概念往往包含众多要素，构成一个完整的结构，遗漏某一要素，便无法完整生成。教材对浮力概念教学，整整编排了两节课，要素繁多且抽象性高，需要调动记忆和思维的方方面面，初学者要完整建构，难度很大。用起泡图（图3）把其要素——定义、描述、本质、测量，完全展现出来，可快速掌握其完整构成。一目了然，而且落在最佳的记忆范畴（7±2个组块[9]）。
（2）抽象性生成表征。填写起泡图，采用“关键词”法，是“在一定精度范围内足够真实但又近似地反映出”[8]概念的本质，是种抽象的再归纳。 （3）反思性表征。如一概念需用4个气泡才能完整表征，若这回想出3个方面，便提醒着去重构遗落的要素。可视化的图式起了“线索”的唤醒作用[10]，唤醒“与学习匹配时”[10]的“有效记忆提取”[10]，表现出思维的反思性特征。 4.圆圈图和概念鉴别性、根源性生成的可视化表征 （1）鉴别性生成表征。爱因斯坦认为物理概念的内涵是“失去了普通语言中所含有的含糊性质，从而获得了严格的定义”[11]。没有提取出这种“本质的特征”，便难以分离出核心要素，造成相近概念的混淆。 如“飘浮”和“悬浮”这两个概念，用语言不易区分。用圆圈图将各自核心要素——“浸入”与“浸没”圈出，从外围要素——“物体”、“停在液体”分离开来，可一眼看出本质的区别，问题迎刃而解。圆圈图发挥了鉴别功能。
（2）根源性生成表征。值得思考的是，“飘浮”与“悬浮”是两个不同的概念，为何却造成巨大的困扰？进一步圈划“浸没”发现，其核心是“浸入”！“浸没”总是跟“浸入”紧紧连接，密不可分！这便是原因。把重点放在浸没与浸入的区分上，便突破了整个教学。 圆圈图界定出概念边界，揭示了深层联系，具有“脱离语境条件的结构组合”和“意义组合”[12]，是其他语用学（哈贝马斯）表征（符号、词、句子）无法代替的，同时还指明教学的关键所在，因此具有根源性的意义。 5.双起泡图与概念辨析性生成的可视化表征
“飘浮”与“悬浮”，还可用双起泡图加以辨析（图5）：先用画出悬浮与飘浮气泡图，再把2个相同点画在两者之间，来强化共性特征；把3个不同点画在两边，进行差异化突显，符合信息加工论原理，在“环境中的新事物或新变化”进行“选择性知觉”重组，去“打破”“心智的瓶颈”[13]，产生了深刻的辨析行为，是一种认知的精加工，有利于形成长期记忆。 6.树型图与概念同化性、顺应性、并列性生成的可视化表征 奥苏伯尔把概念学习分成为上位概念、下位概念和并列概念学习。树型图通过位置排列，将概念放入不同“层次”，准确表达出位次关系。通过位次传递，可直观掌握概念迁移脉络，提高生成的效益。 （1）同化性生成表征。下位概念学习。在力概念系里，浮力从属于弹力，居于第四位次。通过树型图的位次传递，可把第一位次“力”的性质直接迁移给第四位次的“浮力”（图6）。如力是“物体对物体的作用”，需用三要素才能完整描述，那么“浮力”也是“物体对物体的作用”，需用三要素才能完整描述。迁移起来直观快速，毫不费力。
（2）顺应性生成表征。上位概念学习。用树型图抽取下位概念的共同特征，可实现向上迁移。如“浮力等于排开液体的重力”便可如此进行向上迁移。“不同物体在同种液体中，受到浮力等于排开液体的重力”、“同一物体在不同液体里，受到浮力等于排开液体的重力”，抽出的共同特征是——“浮力等于排开液体的重力”。这归纳出“处于结构中的较高水平”[14]的上位概念（图7）。用树型图显化出具体的抽取行为，个体经历了迁移过程，摆脱“浮力”的各种具体常见时空范畴（康德），也就“摆脱常见的时间和空间形式的规约”[15]，概念的生成就有了更深的“脱域”理解。 （3）并列性生成表征。并列概念学习。并列概念是“是包含了很多共同标准属性的相似观念”[14]。用树型图把两者“共同标准属性”表征出来，能快速进行并列迁移。如“液体的浮力”与“气体的浮力”，是两个并列概念，浮力的方向，可用树型图能直接进行相应的并列迁移（图8）。
7.括号图与概念体系结构性生成的可视化表征 布鲁纳认为学习最重要的任务是建起学科的基本结构。初学者难以自觉应用浮力的知识解决相关问题，就是没有建立起良好的学科结构。原因是教材相关的内容照章节编排，较为松散，内在的逻辑不易发现，个体难以把概念之间的联系贯串起来，实现结构整体化，以致形成建构主义所谓的“结构不良问题”（III-Structured Problem）[16]。 用括号图（图9）进行两级梳理，通过“浮力的产生原因”把前两节（《认识浮力》[6]、《阿基米德原理》[6]）联系起来，再通过“浮力的大小”把后两节（《阿基米德原理》、《物体的浮与沉》[6]）联结起来，概念间的内在联系便突出显示出来，形成逻辑性强、联系紧密、结构良好的概念体系。
可见，用括号图对章节内概念进行梳理（一级或多级），实际上是搭起“手脚架”，通过“在处理复杂问题中提供必要的支持，从而支持学习者在学习场中的学习”[17]，来揭示概念间的逻辑关系，把相关的内容整合到同一认知范畴，建构出一体化的“良结构”（建构主义），避免形成詹姆逊所谓的“碎片化”的“拼贴”[18]式的“残余零散的东西”[19]，提高了学科结构的整体构成水平。 8.复流程图与概念因果性、创造性生成的可视化表征 （1）因果性生成表征。揭示因果性是物理学的根本任务。牛顿说：“自然哲学的内涵是去发现大自然的架构及其运作……因而推导出事物的因果”[20]，爱因斯坦拒绝量子力学的原因，是因为他认为这理论“把因果律完全废除了”[20]。物理概念生成的过程就是揭示因果关系的过程，面临较大的困难是，因果关系难以厘清，特别是一果多因时，对应关系往往不够明朗。用复流程图进行分析，可借助图形，逐一揭示出对应的因果关系，抽取出内在的普遍性，为概念建构扫平障碍。同时，个体亲历因果性的揭示与再现，更直接切入到概念的深层内涵，把握到问题的本质。 如浮力与什么因素有关便可通过复式流程图（图10），直接看出因果关系，直观生成——浮力跟浸入液体的密度、排开液体体积有关，跟浸没深度无关。
（2）创造性生成表征。用复流程图进行因果性分析，结果不断得以呈现，内在的原因得以不断揭示，思维也不断得以拓展，显示出发散型的特征。概念生成的过程是一种不断探索的过程，是一种发现学习（布鲁纳），是有意义的学习（奥苏贝尔），而教师引导学生进行这种“呈现性”、“发现性”、“发散性”和“创造性”个体学习，正是实施了“创造性教育”[21]。在新课程改革的背景下，意义尤为重大。
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