高中教学中强化学生物理情境的图形表征能力的研究

摘要

认知心理学认为，对问题情境的正确表征是解决问题的关键。对同一事物的表征，可以是文字符号(即命题)，也可以是图形符号(即表象)，表征的方式不同，大脑对它的加工过程也不相同。 图形表征与问题解决、思维理论、视觉理论和信息加工理论等联系密切，在很多方面体现出区别于命题表征的优越性。另一方面，图形表征与物理学科的内容表达方式是一致的，与物理学科的思维特点是匹配的，认知心理学对物理学专家技能领域的研究提供了这方面的证据。来自作者任教学校的问卷调查，显示出物理情境的图形表征能力与高中学生的物理成绩成正相关，图形表征能力越强的学生，物理成绩越优秀。 物理情境的图形表征形象主要分为示意图形和函数图像两大类。示意图形通过照片或线条简洁明快的二维平面图形直观形象的再现对象(实验装置、物质结构、物理过程等)的真实视觉意象。函数关系图像通过图像的几何特征(点、线、面、斜率、截距、面积等)把物理量之间的相互依赖关系、周期变化特征等直观清晰的展现在我们面前，简单明了的表述出一个复杂的物理过程。 图形表征在高中物理教学中的应用主要包括以图助思、以图求解、以图助记和以图创造四方面。以图助思的方式包括图线形状观察、二维面积比较、平面立体互换、动态过程定格和无形对象凸显几方面；以图求解的方式包括几何关系构建、函数图像应用、动态过程图解、物理情境做图等方面；以图助记主要表现在利用图形表征形象的直观形象性、形状特殊性、高度概括性和数学相似性等特征，促进和加深中学生对高中物理知识的理解和记忆；以图创造在高中物理中主要表现为类比方法的应用和实验数据的处理两方面。

目录

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声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2课题研究的现状

1.3课题研究的目的及预期成果

第二章图形表征的认知心理学基础

2.1图形表征与问题解决

2.2图形表征与思维理论

2.3图形表征与视觉理论

2.4图形表征与信息加工

第三章图形表征与物理学习的关系

3.1图形表征与物理学科内容表达相一致

3.2图形表征和物理学科思维特点相匹配

3.3图形表征与物理学专家技能的关系

3.4图形表征与中学生物理学习的关系

第四章研究之一——从物理学史的角度考察物理情境的图形表征

4.1伽利略、牛顿与经典力学的建立

4.2法拉第、麦克斯韦与经典电磁理论的建立

4.3爱因斯坦相对论理论的提出

4.4普朗克、卢瑟福、薛定谔等与量子力学理论的建立

第五章研究之二——高中教学中强化物理情境的图形表征应用研究

5.1高中物理知识的图形表征分类

5.2图形表征在物理教学中的应用举例

5.2.1以图助思

5.2.2以图求解

5.2.3以图助记

5.2.4以图创造

5.3克服图形表征思维定势的影响

5.3.1不恰当选择图形表征形象造成的思维定势

5.3.2不区分矢量标量造成的思维定势

5.3.3不关注坐标轴含义造成的思维定势

5.3.4.不区分二维三维空间造成的思维定势

5.4对教学的建议

结语

参考文献

附录

致谢