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摘要：高中物理学习对学生的思维能力要求较高，要能切实有效地提高课堂教学效率，运用可视化的图式思维工具，变抽象的思维过程为形象直观的思维导图等，是实践证明非常行之有效的方法。本文就运用图式思维进行物理课堂教学作了一些理论和实践的探讨。
关键词：图式 图式思维 可视化 物理教学
【中图分类号】G633.7
本文中所述的图式，指的是用以表示抽象思维的逻辑结构图以及符号化图形的一种简单的图形方式，并不等同于皮亚杰认知结构学习理论中的“图式”（指个体对世界的知觉、理解和思考的方式）。这里所说的图式思维，指的是将抽象的文字概念或过程、规律用一定的图形来表示，或者把文字框定以突出相应的逻辑位置关系的图文思维方式。
图式思维是基于知识可视化的理论。可视化（visualize）是指一种通过可以觉察的视觉方式将思维进行外化呈现的过程。知识可视化指的是所有可以用来建构和传达复杂知识的图解手段。除了传达事实信息之外，知识可视化的目标在于传输见解（insights）、经验（experiences）、态度（attitudes）、价值观（values）、期望（expectations）、观点（perspectives）、意见（opinions）和预测（predictions）等，并以这种方式帮助他人正确地重构、记忆和应用这些知识。知识可视化实质是将人们的个体知识（认知知识制品）以图解的手段表示出来，形成能够直接作用于人的感官的知识外在表现形式（物理知识制品），从而促进知识的传播和创新。实践表明，可视化能够大大提高学习者思维认知的表现绩效，使他们的认知水平提升到一个新的层面上，从而解决各种更加复杂的问题。从事物理教学的老师都能明显地感觉到，目前学生所欠缺的，就是对生活的直观感受，在学习抽象的物理概念和规律时，就会因缺乏必要的、形象的物质基础而倍感吃力。因此，在我们平时的教学过程中，科学地培养和运用图式思维，对于促进学生从形象思维向抽象思维的发展，培养学生各方面的能力，提高学习效率，特别是提高课堂效率能够起到很大的促进作用。
要实现图式思维在高中物理课堂中的有效利用，应当有适当的可视化思维工具和恰当的表现形式。我们常用的可视化思维工具有“概念图”、“思维导图”等，表现形式可以是“主题树”、“事件链图”等。在具体的物理教学中常用的表现形式则是知识网络图、轨迹图、过程示意图、规律图等等。下面，我们主要是围绕具体的可视化思维工具和表现形式，来探讨在高中物理课堂教学中如何有效运用图式思维教学，以促进课堂教学的优化。
1.物理概念的教学
物理学知识体系的基础是物理概念。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理解和掌握，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，从而导致所学的各知识点之间相互割裂，无法做到融会贯通、灵活运用。针对这一现状，我们在平时的课堂教学中，特别是在高一一开始的教学过程中，必须有意识地通过构建“概念图”，以“主题树”等形式，使学生通过这一图式思维的引导和训练过程，将所学的诸多物理概念“可视化”，以帮助学生迅速建立知识结构网络，掌握各基本概念及相关知识点间的联系或关系，有效地促进对知识的灵活运用，并为进一步的学习奠定基础。
如图1和图2所示，是人教版高一物理第三章相互作用一章的概念图的两种表现形式。
一般而言，我们对新知识的教授过程是由点及面的，各个知识点比较分散，学生则是一个概念接一个概念地加以接受。因此，我们可以以逐步完善的方式来构建“主题树”，也可以在一个单元或一章学完之后进行一次性地构建。这种图式思维的操作简单，非常容易上手，很多时候不妨让学生自己动手，根据对知识的理解，构造概念图、知识网络图。在构造概念图的过程中不仅列出了各个知识点，而且反映了学习者的思维，概念的组织得当与否、及时与否，具体概念能否与生活经验、物理现象和过程、物理模型、物理图象相关联。这有助于强化强化对相关概念的理解，提高思维的效率，在扩大知识面的基础上培养学生触类旁通、举一反三的能力，进而培养学生看待问题的灵活性与思考问题的全面性。
2.物理思想与方法的教学
在建立起必要的概念之后，就可以深入地学习相关的物理规律了。但最关键的，是要在学习物理规律的同时，让学生体会并掌握前人们在研究这些规律的过程中所运用的物理思想和科学方法，因为这些思想和方法，才是我们教学的根本目的之所在，它们是学生继续学习和终身学习的基础。我们在平时的课堂教学中，也可以通过可视的思维导图，以“事件链图”的方式来突出的强调相关的物理思想和方法。
图3是学习自由落体运动时我们所用的“事件链图”。它主要是用于反映伽利略在研究自由落体运动时的过程和方法。
图中突出地反映出了进行科学研究的一般过程（现象观察→逻辑推理→实验验证→新理论→再检验、再修正→成熟理论→新问题新现象→…），突出地表现了科学推理的魅力，并且特别地强调科学研究时所用的方法（转移变量法、科学外推等），能够有效地拓展学生的思维空间，激发学生进行科学研究的热情，引导学生进行有效学习。
3.物理规律的教学
物理规律是物质运动所遵循的规律，也是我们进一步学习和解决实际问题的必备工具，学习概念、掌握方法，最终都要归结到对物体规律的理解和运用上。而要能够熟练运用相关物理规律，就必须掌握各个物理规律间的相互联系，在头脑中形成一张物理规律的“关系网”。我们的教学过程，就是帮助学生“织网”的过程，这张网的可视化程度越高，各个“网眼”或“节点”间的联系也就越清晰，学生对相关规律的运用也就可能越灵活自如。
图4所示为相关运动规律的关系图，学生如果能自主地构建完整这张图，则表明他们已基本掌握了所涉及的相关规律，并且对各个规律的运用条件或适用范围也已能做到心中有数。
4.物理过程的教学
在运用本着的概念和规律解决实际问题时，最关键的莫过于过程分析了。正是由于高中物理所涉及到的物理过程往往比较复杂，导致许多学生的抽象思维跟不上，这时只有有效地借助于形象直观的过程分析图，才能降低难度，化解问题。过程图往往要结合对题目的过程分析、状态分析、受力分析、做功分析和守恒条件分析等，最终在图中应标注明确的状态、受力情况及相关的物理量的情况等。说到底，作过程图的过程，就是审题的过程，就是在学生头脑中建立物理图景，并通过符号语言将其“可视化”的过程。我们在教学中的一项重要任务就在于要有效地引导和培养学生学会审题，学会建模，学会运用过程图一帮助解题。这也是最终体现教学效果的根本所在，而且对于学生的自主学习和终身学习影响深远。例如，在进行“竖直上抛”知识的教学时，就很有必要通过过程图，直观地表现竖直上抛过程中的匀变速特性、对称性等特点，从而有利于学生从整体上把握竖直上抛运动的规律。
综上所述，强化图式思维在高中物理课堂教学中的应用，对于发展学生的能力，尤其是抽象思维能力，对于发展学生优良的思维品质，改善学生的思维方式和认知方式，提高学生的自我反思能力，帮助学生学会学习，形成终生学习的意识和能力等方面，都具有极高的理论和实践意义。而且，强化图式思维在高中物理课堂教学中的应用，也有利于促使教师从传统教学到科学教学的转变，实现学生从被动接受教师传授的知识，到能利用而可视化思维工具实行自主建构知识，教师只需针对图式作适当点拨即可。
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 .中小学信息技术教育，2006（4） .
[2]阎金铎，查有梁等.物理教学论 .广西教育出版社，1996年12月.
[3]毛昕，黄英等.工程图学学报，2009（3）.
[4]姜顺忠.中学物理教学中概念图应用的案例研究（教育硕士专业学位论文），2004年8月.
关键词：图式 图式思维 可视化 物理教学
【中图分类号】G633.7
本文中所述的图式，指的是用以表示抽象思维的逻辑结构图以及符号化图形的一种简单的图形方式，并不等同于皮亚杰认知结构学习理论中的“图式”（指个体对世界的知觉、理解和思考的方式）。这里所说的图式思维，指的是将抽象的文字概念或过程、规律用一定的图形来表示，或者把文字框定以突出相应的逻辑位置关系的图文思维方式。
图式思维是基于知识可视化的理论。可视化（visualize）是指一种通过可以觉察的视觉方式将思维进行外化呈现的过程。知识可视化指的是所有可以用来建构和传达复杂知识的图解手段。除了传达事实信息之外，知识可视化的目标在于传输见解（insights）、经验（experiences）、态度（attitudes）、价值观（values）、期望（expectations）、观点（perspectives）、意见（opinions）和预测（predictions）等，并以这种方式帮助他人正确地重构、记忆和应用这些知识。知识可视化实质是将人们的个体知识（认知知识制品）以图解的手段表示出来，形成能够直接作用于人的感官的知识外在表现形式（物理知识制品），从而促进知识的传播和创新。实践表明，可视化能够大大提高学习者思维认知的表现绩效，使他们的认知水平提升到一个新的层面上，从而解决各种更加复杂的问题。从事物理教学的老师都能明显地感觉到，目前学生所欠缺的，就是对生活的直观感受，在学习抽象的物理概念和规律时，就会因缺乏必要的、形象的物质基础而倍感吃力。因此，在我们平时的教学过程中，科学地培养和运用图式思维，对于促进学生从形象思维向抽象思维的发展，培养学生各方面的能力，提高学习效率，特别是提高课堂效率能够起到很大的促进作用。
要实现图式思维在高中物理课堂中的有效利用，应当有适当的可视化思维工具和恰当的表现形式。我们常用的可视化思维工具有“概念图”、“思维导图”等，表现形式可以是“主题树”、“事件链图”等。在具体的物理教学中常用的表现形式则是知识网络图、轨迹图、过程示意图、规律图等等。下面，我们主要是围绕具体的可视化思维工具和表现形式，来探讨在高中物理课堂教学中如何有效运用图式思维教学，以促进课堂教学的优化。
1.物理概念的教学
物理学知识体系的基础是物理概念。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理解和掌握，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，从而导致所学的各知识点之间相互割裂，无法做到融会贯通、灵活运用。针对这一现状，我们在平时的课堂教学中，特别是在高一一开始的教学过程中，必须有意识地通过构建“概念图”，以“主题树”等形式，使学生通过这一图式思维的引导和训练过程，将所学的诸多物理概念“可视化”，以帮助学生迅速建立知识结构网络，掌握各基本概念及相关知识点间的联系或关系，有效地促进对知识的灵活运用，并为进一步的学习奠定基础。
如图1和图2所示，是人教版高一物理第三章相互作用一章的概念图的两种表现形式。
一般而言，我们对新知识的教授过程是由点及面的，各个知识点比较分散，学生则是一个概念接一个概念地加以接受。因此，我们可以以逐步完善的方式来构建“主题树”，也可以在一个单元或一章学完之后进行一次性地构建。这种图式思维的操作简单，非常容易上手，很多时候不妨让学生自己动手，根据对知识的理解，构造概念图、知识网络图。在构造概念图的过程中不仅列出了各个知识点，而且反映了学习者的思维，概念的组织得当与否、及时与否，具体概念能否与生活经验、物理现象和过程、物理模型、物理图象相关联。这有助于强化强化对相关概念的理解，提高思维的效率，在扩大知识面的基础上培养学生触类旁通、举一反三的能力，进而培养学生看待问题的灵活性与思考问题的全面性。
2.物理思想与方法的教学
在建立起必要的概念之后，就可以深入地学习相关的物理规律了。但最关键的，是要在学习物理规律的同时，让学生体会并掌握前人们在研究这些规律的过程中所运用的物理思想和科学方法，因为这些思想和方法，才是我们教学的根本目的之所在，它们是学生继续学习和终身学习的基础。我们在平时的课堂教学中，也可以通过可视的思维导图，以“事件链图”的方式来突出的强调相关的物理思想和方法。
图3是学习自由落体运动时我们所用的“事件链图”。它主要是用于反映伽利略在研究自由落体运动时的过程和方法。
图中突出地反映出了进行科学研究的一般过程（现象观察→逻辑推理→实验验证→新理论→再检验、再修正→成熟理论→新问题新现象→…），突出地表现了科学推理的魅力，并且特别地强调科学研究时所用的方法（转移变量法、科学外推等），能够有效地拓展学生的思维空间，激发学生进行科学研究的热情，引导学生进行有效学习。
3.物理规律的教学
物理规律是物质运动所遵循的规律，也是我们进一步学习和解决实际问题的必备工具，学习概念、掌握方法，最终都要归结到对物体规律的理解和运用上。而要能够熟练运用相关物理规律，就必须掌握各个物理规律间的相互联系，在头脑中形成一张物理规律的“关系网”。我们的教学过程，就是帮助学生“织网”的过程，这张网的可视化程度越高，各个“网眼”或“节点”间的联系也就越清晰，学生对相关规律的运用也就可能越灵活自如。
图4所示为相关运动规律的关系图，学生如果能自主地构建完整这张图，则表明他们已基本掌握了所涉及的相关规律，并且对各个规律的运用条件或适用范围也已能做到心中有数。
4.物理过程的教学
在运用本着的概念和规律解决实际问题时，最关键的莫过于过程分析了。正是由于高中物理所涉及到的物理过程往往比较复杂，导致许多学生的抽象思维跟不上，这时只有有效地借助于形象直观的过程分析图，才能降低难度，化解问题。过程图往往要结合对题目的过程分析、状态分析、受力分析、做功分析和守恒条件分析等，最终在图中应标注明确的状态、受力情况及相关的物理量的情况等。说到底，作过程图的过程，就是审题的过程，就是在学生头脑中建立物理图景，并通过符号语言将其“可视化”的过程。我们在教学中的一项重要任务就在于要有效地引导和培养学生学会审题，学会建模，学会运用过程图一帮助解题。这也是最终体现教学效果的根本所在，而且对于学生的自主学习和终身学习影响深远。例如，在进行“竖直上抛”知识的教学时，就很有必要通过过程图，直观地表现竖直上抛过程中的匀变速特性、对称性等特点，从而有利于学生从整体上把握竖直上抛运动的规律。
综上所述，强化图式思维在高中物理课堂教学中的应用，对于发展学生的能力，尤其是抽象思维能力，对于发展学生优良的思维品质，改善学生的思维方式和认知方式，提高学生的自我反思能力，帮助学生学会学习，形成终生学习的意识和能力等方面，都具有极高的理论和实践意义。而且，强化图式思维在高中物理课堂教学中的应用，也有利于促使教师从传统教学到科学教学的转变，实现学生从被动接受教师传授的知识，到能利用而可视化思维工具实行自主建构知识，教师只需针对图式作适当点拨即可。
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 .中小学信息技术教育，2006（4） .
[2]阎金铎，查有梁等.物理教学论 .广西教育出版社，1996年12月.
[3]毛昕，黄英等.工程图学学报，2009（3）.
[4]姜顺忠.中学物理教学中概念图应用的案例研究（教育硕士专业学位论文），2004年8月.