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分析法是概念教学中的常规方法,在新授课时尤为适用,可有效地帮助学生认识、把握概念。例如:在进行减数分裂内容的教学时,教材中对减数分裂概念的描述为:“减数分裂是进行有性生殖的生物在产生成熟生殖细胞(配子)时所进行的染色体数目减半的细胞分裂。”教师可首先引导学生对该概念进行分析,此概念包含以下信息:(1)“进行有性生殖的生物”是进行减数分裂的主体,指明了什么样的生物可进行减数分裂。(2)“产生成熟生殖细胞(配子)时”是减数分裂发生的时间。(3)“染色体数目减半”是减数分裂的结果。如此一来,教材中对减数分裂概念的描述便可以从主体、时间、结果三个方面去把握,既降低了学生记忆的难度,又为后面讲授减数分裂的场所、过程及特点作好了铺垫。
二、合理使用多媒体,让概念“动”起来
对于一些比较抽象的概念,学生常常感到很枯燥,理解起来有困难。教师不妨充分利用多媒体资源,以动画等形式将抽象的概念形象化,使生硬的表述生动起来。例如:在讲授《基因的表达》时,转录和翻译是学生比较难以理解的概念,原因是仅凭教材中的文字描述与插图,学生很难在脑海中形成一系列的动态过程。因此教师可利用多媒体工具,播放一段相关的动画,生动连贯地展示在真核细胞中,细胞核内DNA分子先解旋,然后以其中一条链为模板,合成出mRNA分子,此过程为转录。随后,mRNA从DNA分子上脱离下来,通过核孔进入细胞质,与核糖体结合,作为翻译过程的模板合成蛋白质,此过程为翻译。这样,通过多媒体展示,在学生脑海中,转录和翻译再也不是几句生硬的表述,而是清晰生动的画面,学生记忆将更加深刻,理解起来也变得容易多了。
三、采用比较法辨清概念
在日常教学中,我们总会发现不少学生对于单个概念能基本掌握,但遇到多个相似概念时往往容易混淆,显得比较迷茫。教师要及时对他们施以援手,采用比较法帮助他们辨清概念就是不错的选择,有利于学生弄清不同概念之间的区别。例如:不少学生容易混淆种群密度与丰富度这两个概念,我们可以引导学生对这两个概念进行比较:种群密度是种群在单位面积或单位体积的个体数,而丰富度是指生物群落中物种数目的多少。请学生回忆种群和群落的概念和区别进而得出种群密度和丰富度的区别:种群密度是种群水平上研究的问题,可以反映种群中有多少个个体;丰富度是群落水平上研究的问题,可以反映群落中有多少种生物。
四、利用概念图做总结,强化概念之间的联系
概念图是以核心概念为中心,以各个知识点之间的内在联系为纽带构建起的知识网络。学会建构概念图,有利于学生形成具有普遍联系、体系严整的知识网,从而全面提升学生的知识水平。新课程标准教材比较注重知识点之间的联系,因此几乎在教材每一章的课后练习题中都有概念图这一题型,这是新课程标准教材的一大亮点。在实际教学中,我们完全不必等到做习题时才去构建概念图,而是可以将概念图作为课堂小结来使用,这样可以使我们的每一节课都完整有序,同时也有利于学生对课堂内容的整体把握。例如:在讲完神经调节内容时,我们可以引领学生构建以神经调节这一核心概念为中心的概念图。
五、科学设计习题,巩固概念
利用习题检测反馈是概念教学的重要环节,一方面可以巩固概念教学的成果,另一方面也可以帮助教师了解学生对概念的掌握情况,有利于教师根据反馈结果反思并改进自己的教学。习题的设计非常重要,设计习题时要做到题题精选,要注重基础,侧重于考查学生对概念的理解与掌握,要有合理的难度梯度,不可片面追求提高学生的能力。因为基本概念的掌握是基础,没有基础的能力是不存在的。
六、总结
一、以旧引新法
数学中的许多概念,都与旧知识有着内在的联系,教师就要引导学生充分运用旧知识,从中引出新概念来。这样既概括了旧知识,又学了新概念,有利于精讲多练。例如在对“比的基本性质”这一概念教学时,首先将以前学过的除法的基本性质、分数的基本性质进行一次复习和巩固。让学生理解“被除数和除数同时扩大或同时缩小相同的数(零除外),以及分数的分子和分母同时乘以或除以同一个数(零除外),得出的商(分数值)不变。”这两个性质,让学生自己从这两个性质中得出“比的基本性质即比的前项和比的后项都同时扩大(或缩小)相同的倍数(零除外)比值不变。从而达到在复习巩固已学概念的同时,掌握新新概念,并能在学习中灵活地运用新知识和掌握新知识。
二、直观引入法
感知是认识过程的初级阶段,感知所积累的感性材料,是理性认识的基础,缺乏足够的感性材料,思维就不能进行,让学生借助直观的作用形成充分的表象才能有助于概念教学的形成。直观引入法适用于几何形体的概念,整数、分数的概念。数学概念之间不是孤立的,而是存在着各种各样的联系,有相邻的、有相反的、有并列的等等。特别是到了高中年级,随着知识面的不断扩展,概念的不断增多,思维方式从形象思维向逻辑思维过渡,但这种抽象逻辑思维在很大程度上,仍要凭借事物的具体形象或表象来完成。例如,在教学长方体和正方体一单元中棱和面的概念时,如果教师只凭着书本来讲是很难讲清楚的,学生也很难理解和掌握。只要拿一个长方体让学生观察,他们就能清楚地看到棱是由两个面相交的一条边。长方体有几个面,每个面都是长方形的(也可能有两个相对的面是正方形),从而给学生建立起正确、严谨、完整的棱和面的概念,这样既激发了学生学习的兴趣,又调动了学生的学习积极性。
三、区别比较法
在小学数学中,有些概念含义接近,但本质属性又有区别,这类概念学生比较容易混淆,必须把他们加以比较,以避免相互干扰。比较时主要是找出它们的相同点和不同点,是学生看到进行比较对象的内在联系,又看到它们的区别,这样学得概念就更加明确了。如在对于“比”和“比例”这一章节中出现的“比”的基本性质、“比例”的基本性质,学生难以理解,也很容易将二者混淆。为了帮助学生理解和掌握这两个概念,在课堂教学中,教师可以采用区别比较的教学方法,先从“比”和“比例”这两个概念入手,理解两个数相除,又叫做这两个数的比,而这两个数之间的运算关系,“比例”则是两个“比”间的等量关系。“比”是由两个数组成的,而比例则是由四个数构成的等式。如2:3与3:7=9:21,前者是比,后者才是比例。这样学生理解了“比的前项和后项都同时扩大或者都同时缩小相同的倍数(零除外)比值不变”这一比的基本性质后,再来理解“在比例里,两个内项之积等于两个外项之积”,这一比例的基本性质就比较容易了。再如,在进行“质数”与“互质数”的教学时,也可以采用此方法,质数是指根据约数的个数而言的,质数是给某一个数(自然数)下结论。即一个数的约数只有1和它本身,这个数就是质数。而两个数的公约数只有1,这两个数叫互质数。通过区别比较,学生就不会将二者混淆了。
四、情境引入法
马克思曾经说过:“激情、热情是人强烈追求自己对象的本质力量。”所以,教师在课堂教学中,要注意 运用具体事例,去激发学生的求知欲,为学生创设乐学的情境。 如教学“圆的认识”时,可以这样进行:“同学们,我们平时所见的车轮都是什么样的?”学生会肯定地 回答:“都是圆形的。”“方的行不行?”“那怎么行,方的怎么滚动啊?”“这样的行吗?”教师随手在黑 板上画一椭圆形问。“也不行,颠得厉害。”教师再问:“为什么圆的就行了呢?”当学生积极思考时,教师 揭示课题:这节课,我们就来学习解决这个问题的方法。同时板书:圆的认识。这样,一石激起千层浪,短短 几句话,就调动起学生积极探求知识的动力,激起学生学习的情感,使学生一上课就进入学习的最佳状态,取 得事半功倍的效果。
五、计算引入法
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1671-0568(2014)12-0108-02
在物理教学中,使学生形成概念、掌握规律、激发学习兴趣、提高学生的认识能力和人文素养、形成科学的价值观是物理教学的核心问题。物理教学的每一部分内容都是围绕着概念和规律而展开的,特别是物理基本概念。毋庸质疑,物理基本概念的教学就是物理教学的首要任务。在教学过程中由于部分教师受传统教育思想影响较重,教学过程中过分期待目标的实现,不能潜下心来研究教材的内容特点和学生实际,不对概念的教学目标有意识地依据“最近发展区”理论进行梯度适宜的层次化设计,教学效果常常不理想。本文依据自己的教学经验和教育科研体会,以物理概念教学为例,探究关于概念教学中目标实现的一般途径与方法,与同行们共同商榷,让我们在教学的实际操作层面上,努力构建体现素质教育理念的“双主体”教学平台,更加自觉地按照学生的认知规律和学生的心理特点更好地进行概念教学,让学生依靠优秀的物理学习素质游刃有余地应对各种考试,在学习过程中体验学习的乐趣,让教学充满盎然生机与活力,彰显个性、尽展创造的潜能。
在通常情况下,概念一般可分为两大类:一类是相对简单的概念,只有质的规定性,例如,光、声、静止、惯性等;另一类是相对较复杂的概念,不仅有质的规定性,也有量的规定性,这种概念也叫物理量,如速度、密度、压强、功等。简单概念的教学目标容易达到相对理想的教学效果,复杂概念的教学目标可按照学生的认知规律循序渐进、水到渠成地依次呈现。
实践证明,学生以思维能力为核心的各种能力和人文素养都是在交往与知识获得的过程中逐渐形成的。物理基本概念教学目标的呈现依据逻辑顺序可分为五个层次,现简单具体地叙述如下:①对概念提出必要性的认识。②初步认识概念并对概念进行实验探究。③对概念探究得到的信息、数据进行处理。④概念的形成,即把对概念的定义、定性描述同数学表达式相结合,分析概念的物理意义,加深理解概念。⑤概念学习的目的体现,即应用概念解决实际问题,训练学生运用概念的技能。
下面笔者就以九年级物理中力学部分中的压强概念为例来谈一谈概念五个层次教学目标实现的具体方法和实施策略。
一、提出概念名称、感知压强概念
如何引导学生提出问题应成为教学设计与教学实施关注的焦点。由于物理概念是对物理现象和物理过程抽象化和概括化的思维结果,它原本都存在于鲜活的自然、社会现象之中,因此,要学好概念就必须首先引领学生回到问题的原生态去,引导学生提出关于所要研究问题的话题,以此为切入点激发学生学习的热情和探究问题的冲动。为此,安广中学的许亚莉老师(物理教学《探究——发展模式研究》教育科研课题实验的承担者)在教授《压力和压强》一节时,首先用校园歌曲《脚印》创设了问题情境,同时结合通常情况下的人和滑雪橇的人在雪地上留下的足痕深浅不同的插图引导学生提出问题:人为什么在雪地上会留下脚印?脚印为什么会深浅不同?在教师引导互动式的对话中,阐释出了本节要学习的两个概念的名称,即第一层次目标。
1.脚印的产生——地面受到力的作用——压力概念。
2.脚印深浅不同的原因——压力作用的效果不同——压强概念,概念提出的时机恰到好处。
二、猜想、假设影响压强的因素,形成对压强概念的定性认识
这一环节最大化地为学生创造了自由想象的空间。教师以平等的身份和对话的方式参与学生的活动,也教会了学生如何接纳别人的不同意见,提高了学生科学、民主的意识和人文素养。在这一环节中,学生在充满探究的氛围中,很快就猜想到了影响压强的因素可能有压力、面积和受力面积,师生通过讨论以及利用演示等手段在排除非影响因素“面积”后,教师马上提出了如何设计实验方案验证猜想是否正确的问题。学生可通过自主设计及小组讨论达成方案,并尝试实施方案、验证假设等合作探究活动。教师以平等的伙伴身份参与,进行恰当地引导,确保探究活动顺利进行。之后,在教师的协调下,收集各组实验结果,为那些有代表性和独创性的小组提供展示实验方案以及实验成果的机会。最后,教师利用方桌与沙盘小桌实验再次强化、凸显了决定压强因素结论的正确性,通过让学生再亲自用手施加等大的力相对地按压笔尖和笔尾等联系生活中有关压强实例加深对定性结论的理解。
三、用科学的语言给概念下定义,建立、理解压强概念,写出压强的数学表达式
有了定性的结论是远远不够的,要揭示压强概念的本质属性还必须再回到实际的情境中去,进一步提出新问题,深化对压强概念的认识,建立概念。教师利用小方桌,在压力和受力面积都不同的情况下给出具体的数值后,提出如何精确地比较压强大小的问题。学生在学习过速度、密度等知识的基础上自然就想到了用比例计算的方法,通过计算即可得出正确结论。教师在充分肯定学生做法的基础上再次用实验的方法验证了学生结论的正确性,师生通过分析、计算压强的过程共同归纳出了压强的数学表达式,根据数学表达式用科学的语言描述出了压强定义,顺势而为地再分析压强的单位,进一步加深了对压强概念的理解。
四、研究压强公式的物理意义,加深理解压强概念
为了真正理解概念的本质,还应对概念建立过程中的情境、定性描述、概念的定义及公式等多因素进行有效整合,并讨论概念的内涵和外延及概念的用途等,从不同角度丰富对概念的认识。为此教者针对压强公式的应用过程,用纯数学观点提出了如下问题:是不是压力越大压强也越大呢?是不是受力面积越大压强就越小呢?并结合实例说明你的结论。让学生建立压强概念与实际问题的联系,进行思维发散与思维聚合的训练,在“概念——问题——概念”的辨析过程中认识压强概念的物理意义,加深对压强概念的理解。经过这一环节的探索,学生在头脑中形成了对压强概念立体网络式的认知结构,为概念的应用奠定了坚实的理论基础。
五、应用压强概念解决问题、训练运用概念的技能、加深理解压强概念
认识概念的最终目的是为了运用概念进行物理思维、训练学生运用概念的技能,培养学生良好的思维习惯。学生在应用压强概念解释现象和问题的过程中不断发现知识的生长点,在头脑中逐渐形成了更加完善的以情境为先导,以经验和事实为依托、以物理思想方法为支撑,以认知能力为核心的的知识理论框架。最终在学生认知结构中形成了完整的“概念图式”,实现了掌握压强概念的目标,为在不同情境中实现知识的迁移打下了坚实的基础。
高中物理教学,最重要的就是如何讲清物理概念,概念作为物理知识体系的基本构成单位,在新课教学中的引入方法是否恰当,不仅会影响学生对物理概念本身的理解和掌握,而且还会影响到能否激发学生对学习物理的兴趣、能否调动其积极性而参与教学活动。本人结合自己的教学实践,总结以下几种方法,以供参考。
一、实验法
大多数物理概念的教学方法是通过实验演示,让学生透过现象,剖析揭示其本质而引入的,学生易于进入教学情境,形成鲜明的印象,从而强化了对概念的理解和记忆。例如,在引入弹力的概念时,先演示小车受拉伸或压缩弹簧的作用而运动,说明弹簧在恢复形变时要对使之形变的物体产生力的作用;再演示弯曲的弹性钢片能将粉笔头推出去,总结得出物体恢复形变时要对使之形变的物体产生力的作用,进而得出弹力概念。
二、类比法
类比是从事科学研究最普遍的方法之一,对科学的发展具有重要的作用。在物理学中,有不少的概念是用类比推理方法得出的。因此,针对这类物理概念的教学,其最佳方法就是用类比法进行引入教学。这样,可以使学生借类比事物为“桥”,从形象思维顺利过渡到抽象思维,从而深刻理解和牢固掌握新概念。例如,与重力势能类比,引入电势能的概念;与电场强度概念的建立方法类比,引入建立磁感应强度的概念;将电流类比于水流,建立电流概念;将电压类比于水压,建立电压概念;把交流电相与相差的概念同简谐振动做适当的类比,建立交流电的相与相差的概念;把电磁振荡类比于弹簧振子或单摆,把电谐振类比于机械振动中的共振现象,建立电磁振荡概念……
三、设疑法
设疑如同悬念,能引起学生积极的思维活动,经过学生积极思维之后得到的概念能经久不忘。在概念教学中设置疑难能更好地为概念引入创设思维情境,这是引入物理概念的一种好方法。例如,引入全反射概念时,将一束光线从光密媒质(水或玻璃)中斜射到光疏媒质(空气),然后慢慢地增大入射角,当入射角增大到一定程度时,为什么折射光线不存在了呢?反射光的强度为什么加强了呢?学生都希望自己能找到一句准确的语言来表达这一现象,在学生分析疑问的基础上,引导学生抓住本质给出全反射的定义,能使学生牢固地掌握全反射的概念。
四、联结法
物理概念大多数是在已有认知结构的基础上建立起来的,而新概念的建立主要依赖于认知结构中原有的相关概念。通过新旧概念之间的关系发生联结,有意义的研究才能实现。因此,在进行概念教学中,要充分发挥已有旧知识的作用而引入新概念,这是物理教学中常常采用的方法。例如,在引入能量的概念时,先沿用初中时所学过的一些粗浅定义:一个物体能够对外界做功,我们就说这个物体具有了能量。在此基础上,讨论怎样定量确定能量的变化问题,从而得出用做功的多少来确定能量变化的多少这样的一个基本认识,再通过列举事例分析而引入能量的概念。
五、激趣法
心理学家认为:一旦学生对学习产生了浓厚的兴趣,便会自觉地集中注意力,全神贯注地去探索新知识。物理学是一门以实验为基础的科学,其研究对象是丰富多彩的自然界中物体的运动与变化现象。因此,在物理教学中引入概念时注意结合有趣的物理现象进行讲述去吸引学生,有助于学生对概念的了解,并激发出浓厚的学习兴趣,这是值得注意采纳的方法。例如,在引入光的干涉概念时,首先介绍托马斯•扬在历史上第一次解决了相干光源的问题,成功地做出了光的干涉实验的史料,它能激发学生对新概念的学习产生浓厚的求知兴趣。
六、外延法
物理学中,有些物理概念是在抽象的基础上建立起来的,概念的定义方式是以揭示概念内涵的方式给出的,而越是抽象的概念,学生越难理解、不易接受。因此,对于这样的概念在教学时最好从其外延开始引入。只有这样,才可把抽象的概念具体化,学生才能容易理解与掌握,同时还可逐步训练和提高学生归纳概括和抽象思维的能力。例如,对于力的概念的引入,首先研究人对物体到物体对物体的推、拉、提、压等作用,从这些外延开始,去总结归纳建立力的概念,学生易于接受。
七、直接法
任何一个概念都有其内涵和外延,内涵和外延都是互相联系互相制约的;而概念又是通过词或词组等语言形式来表达的,同时,随着社会历史和人类认识的发展而变化的。因此,为了呈现在学生面前一个独立、完整而厚实的概念,在教学中必须。
引导学生认真分析概念的内涵,把握概念内涵的每一层含义。在教学中,要求学生对概念的内涵进行层次分析,引导学生思考:可以分几层?哪几层?采取“剥笋子”的方法,一层一层地加以剖析,把每一层含义都讲清楚了,一个比较厚实的、富有“立体感”的概念也便呈现在学生面前了。学生对概念的理解也便更深刻了,运用也自如了。
带领学生认真研究概念的外延。外延是由内涵决定的。概念内涵确定后,就必须认真分析此概念与彼概念及他概念的不同,从而正确把握此概念的外延。这样,使学生正确地把握概念,不至使之与其他概念混淆起来。
把概念放在事物运动变化发展过程中去讲解概念。概念是随着社会历史和人类认识的发展而变化的。如初中政治课“刑罚”这一概念。为了使学生准确地理解“刑罚”概念,必须从刑罚的最初产生、到阶级社会的刑罚、社会主义国家刑罚存在的必要性等等方面的内容阐述,这样学生才能对刑罚这一概念有完整的理解,不至于会使学生产生某种偏见。
总之,我们在每讲述一个概念之后,不论概念是大是小,都要使学生能掌握一个完整的认识,这样为理解掌握系统的政治、经济理论打下扎实的基础。
具有普遍关联性。哲学普遍联系原理告诉我们:物质世界是错综复杂、普遍联系的,事物的联系具有普遍性。世界上的一切事物都不能孤立地存在,都同周围的其他事物相联系。
中学思想政治课中的概念是相对独立完整的,但是同一政治理论中不可避免地与其他概念、其他知识点之间有种种联系,我们在进行思想政治课概念教学中,认真分析概念内涵和外延的同时就必须揭示概念与概念之间的联系,使学生从更大范围内更完整准确地理解概念、掌握概念。因此,我们在政治课概念教学中必须努力构成概念教学的立体框架。
我们根据教育教学基本理论,对思想政治课中基本概念的讲解运用层次分析法和中心辐射法,在揭示概念内涵和外延时通过延伸、扩展等手段,努力构成这一概念立体化的框架结构,使之层次清晰地展示在学生面前,进行一种多角度、发散式立体化教学。在具体教学过程中我注意到以下几点。
要求学生从概念的定义中找出关键的字词,作为这一概念的中心,根据这一点,要求学生回忆出与此相近或有联系的一些其他概念,把它们进行比较。 转贴于
在新旧概念的比较过程中,要求学生从新概念的定义中提示新要领有哪些方面的本质特征即与其他概念的不同,进行逐层分析。
对每一层次进行分析时,在学生弄清这层含义内容基础上,再要求学生指出从这一层次角度上概念与其他一些概念和其他知识点之间的联系。
经过这样的教学过程,便构筑出这一概念教学的立体化框架结构。在这过程中,学生既能理解新概念内涵和外延,又能理清楚新概念与其他概念的区别和联系,既能把握新概念的本质特征,又能掌握在掌握新知识的同时,复习旧知识。
思想教育性。思想政治课教学要“引导学生逐步树立正确的人生观、世界观和价值观,运用正确的观点和方法积极地思考并回答自己所面临的重大问题,认清和履行我国青年一代的崇高责任。”一句话,思想政治课教学特别是概念教学必须充分发挥政治课教学德育功能,挖掘德育因素。思想政治课教学是青少年思想政治工作主渠道。在思想政治课概念教学中,不仅要求使学生掌握一定的知识,更重要的是要对学生进行一定的思想品德教育,特别是集体主义、爱国主义和民族精神的教育以及学生文明行为教育,从而全面提高学生思想政治素质,推进素质教育的全面实施。
【关键词】新课程 高中物理 概念教学 方法
一、重视物理概念的引入
引入物理新概念的方法和途径很多。可以创设情境设疑引入,也可以采用演示实验直观引入等。但是不管采用什么途径引入概念,都必须使学生认识到引入新概念的必要性和重要性,从而激发学生的学习兴趣和探索新知识的欲望。这是教好物理概念的重要环节。
1.实验法。物理学是一门实验学科,大多数物理概念是通过实验演示,让学生透过现象剖析揭示其本质而引入的,学生通过直观观察形成深刻印象,强化了对概念的理解和记忆。例如在引入弹力的概念时,通过演示实验:小车受拉伸或压缩弹簧的作用而运动;再演示弯曲的弹性钢片能将粉笔头推出去。引导学生观察在这些实验过程中,弹簧及弹性钢片发生了什么形变,弹簧在恢复原状时要对与它接触的物体产生力的作用,让学生自己总结弹力产生的条件及弹力的概念。
2.类比法。类比法是在科学研究中常用的方法。在物理学中许多概念是用类比推理方法得出的。例如:与重力势能类比,引入电势能的概念;与电场强度概念的建立类比,建立磁感应强度;将电流类比水流,建立电流概念;将电压类比水压,建立电压概念;把电磁振荡类比于弹簧振子或单摆,把电谐振类比于机械振动中的共振,建立电磁振荡概念。
3.逻辑推理法。物理概念大多数是在已有认知结构的基础上建立起来的,新概念的建立主要依赖于认知结构中相关的概念,要充分发挥已有的旧知识的作用,通过新旧概念之间的逻辑关系引入新概念。例如引导学生复习初中学过的功的概念,指出物体能够对外做功,则物体具有能量。在此基础上,讨论运动物体能够对外做功,则运动物体就具有能量,这种能量叫动能,进一步用做功的多少来确定动能与那些量有关系,使学生真正理解动能的表达式。
二、细化物理概念对应的知识点
一般情况下可以从以下几方面来细化一个概念:
1.名称。记住物理量的名称是了解一个物理量的第一步,教材上物理概念的名称是用黑体字印刷的,这就要引起同学们注意和重视。
2.定义及物理意义。物理概念的定义是用科学严谨的叙述给出的,教材中常用加点字来表示,定义要熟练准确记忆,不能有半点差错。物理量所表示的物理意义不同于定义,如速度的物理意义是表示物体运动的快慢,其定义是位移跟发生这段位移所用时间的比值。
3.符号。物理量的符号大多采用英语的第一个字母,一般情况每个物理量都有特定的字母,要求学生记准物理量的符号,这样有利于规范运算过程。
4.表达式。一个物理概念的定义用数学语言来描述,就写出了对应的定义式,因为任何一个物理量往往会和其他量建立联系,它们之间的关系又会写出不同的表达式,这时就要弄清哪个是决定式,哪个是定义式。
5.单位。物理量的定义式,既给出了物理量之间的数量关系,又决定了它们之间的单位关系,要分清国际单位和常用单位,并记准其单位符号及不同单位制之间的换算关系,在做题时要求同学们统一单位。
6.矢量和标量。每讲一个物理概念,要求弄清它是矢量还是标量。只有明确其特性,才能按相关规则进行运算。
7.状态量和过程量。每讲一个物理概念,要求弄清它是状态量还是过程量,如何通过状态量的变化把状态量和过程量建立起联系。
三、分层理解物理概念
物理概念的分层理解就是指在各种物理现象中,首先找出这类现象的核心问题,然后抓住事物的本质特征分析归纳出现象本质的共性,再经过抽象概括得出抽象概念,进而深入理解应用概念。该策略的实施程序一般是:1.明确物理现象;2.分析概括;3.得出结论;4.理解应用。
例如,学习动量的概念。1.可以先让学生明确物理现象;2.分析概括:物体的运动效果不单由质量或速度决定,而由它们的乘积mv来决定。3.得出结论:物体的质量和运动速度的乘积叫物体的动量,即P=mv。4.理解运用:a.动量是矢量,其方向与速度方向相同,其运算符合平行四边形法则;b.动量是状态量,对应某一位置或某一时刻;c.动量具有相对性,因为速度具有相对性,一般选择惯性参考系;d.动量的物理意义是:描述物体运动状态和效果的物理量,其单位是千克・米/秒。
四、突破难点
关键词:概念图;云端一体化平台starC;笔手势交互
中图分类号:G434 文献标志码:A 文章编号:1673-8454(2017)04-0089-04
一、引言
概念图是20世纪60年代美国康奈尔大学的诺瓦克博士根据奥苏贝尔的有意义学习理论提出的一种教学策略,诺瓦克博士认为:“概念图是用来组织和表征知识的工具。它通常将某一主题的有关概念置于圆圈或方框之中,然后用连线将相关的概念和命题连接,最后用连线表明两个概念之间的意义关系”[1]。教学过程中,教师通常将概念图作为一种教学工具和教学策略,更加有效监控教学过程,使教学内容和结构更加清晰,从而帮助教师提高教学效率[2],同时,也有利于教将自己的课程内容组织成有效的框架,明确课程材料间的连接和教学任务,提高课程计划的质量[3];对于学习者,概念图可作为一种支持有意义学习的学习工具和策略[4],促进学习者选择性地将新知识与既有知识联系起来,从而帮助学生进行有意义的学习[5],作为元认知策略,可以对学生进行创造性训练[6],引导、促进、帮助建构知识。
随着信息技术的飞速发展,各类教学工具软件、智能设备等走进课堂,传统的粉笔黑板模式逐渐被电子白板等多媒体设备取代,绘制概念图的方式也由传统的纸笔变为计算机,频繁的键盘、鼠标操作给教师和学生增加了认知负担。基于概念图在教学中的作用以及目前概念图绘制软件的交互不足,本文提出对有关教学内容采用概念图形式进行表示,并设计实现基于手势交互的概念图生成工具,其既具有传统纸笔绘制概念图的流畅和易用性,又克服了传统纸笔绘制概念图不易存储修改的缺点,学习者无需花费精力学习纸笔手势交互系统,只需书写内容,便可自动生成概念图,并可对生成的概念图进行编辑操作,提高了学习效率。
二、相关研究
严格意义上来讲,目前常用的MindManger、MindMaps、Xmind、FreeMind等软件工具均属于思维导图绘制工具,思维导图与概念图之间在理论基础、绘制规则、图形外观特点等方面都有区别。思维导图以脑科学研究为理论基础,是一种关键词和图像存储信息、组织信息、优化信息的方法,图中每个关键词和图像都会激活相关具体信息的回忆以及新的观点和想法,其有效性来源于对大脑形状和构造的模拟[7];概念图则以有意义学习理论为基础支撑,是一种以图像形式反映概念与概念之间关系的空间网络结构图,一般包括节点、连线、层级和命题四个基本要素[8]。绘制规则和外观上,概念图的四大特点为:主题以语言的形式表示并置于图的顶部,主题相关概念以层级结构形式排列并置于节点圆圈或方框中,相关概念与命题之间有连线连接,整个结构成网状分布;思维导图的四个特点为:主题以图像的形式位于导图中央,主题主要观点由中央图像开始呈放射状向四周发散形成主分支,主分支上有关键图像或关键词、各级分支呈节点结构分布[9]。根据概念图和思维导图绘制规则和区别,同一概念的概念图、思维导图分别如图1、2所示[10-12]。由上述可知,概念图与常见的思维导图在呈现和外观上有着很大区别,概念图侧重于表征知识,优势在于在学科教学中对科学概念及其相互关系的描述,便于即时绘制,效率较高,思维导图在于激发和整理思考,更适用于观点和思路的整理[13]。
目前常用的概念图绘制软件有诺瓦克博士指导的CmapTools、美国Inspiration公司研制的Inspiration、北京师范大学知识工程研究中心自主研发的Easy Thinking-Cognitive Assistant等,这些绘制工具解决了传统纸笔画概念图难以修改和存储的问题,顺应了人们利用计算机工作的趋势,是对传统手绘概念图方式的一种变革,对概念图绘制有着深远的意义,但同时也带了一定的弊端。以上工具多采用鼠标和键盘的输入方式,对教师与学生的计算机操作水平要求比较高,频繁的键盘输入命令、按钮操作和菜单选择容易打断教师、学生的思路,不利于专心思考;在绘制概念图时,需要输入精确的信息,指定所画图形的尺寸,即需要将模糊信息转换为精确信息,然后进行绘制,这就要求用户只能在对所绘制概念图有比较清晰概念时使用,是用户阶段性成果的记录,不支持概念图整个构建过程,不利于人们像日常生活中用纸笔记录稍纵即逝的想法;中国科学院软件研究所研发的概念图生成工具基于电子纸笔交互,不需要键盘和鼠标的输入,方便自然,不过人们在书写时需要将概念图节点与节点间的连线表示出来,才能生成相应的概念图,绘制概念图的工作量依然较大,并且需要特殊的软硬件支持。
此外,在日常的教学中,知识传递需要即时流畅,对概念图的创建、使用时的交互体验要求较高。CampTools、Inspiration、易思认知等概念图绘制工具在使用时要求教师学生等用户按照特定结构创建概念图,无法使学生将注意力保持在核心人物上[14],绘制时需要多次通过菜单命令等按键完成,阻碍了知识传递以及思想传达的流畅性;其次,这些工具的使用需要精确性的操作,而学生在绘制概念图时输入更多的是模糊信息,不利于学生快速呈现自己的想法和思路[15];同时由于课堂时间珍贵,绘制流程简易程度也关系着课堂效率。基于以上不足和课堂教学特点,本文提出了一种概念图自动生成方法,即教师只需书写概念、关键概念,该方法可将书写知识点的组织结构识别出来并自动生成概念图。
三、基于手势交互的概念图自动生成算法
1.概念图生成示例
鉴于概念图在教学中的作用和目前概念图绘制软件存在的不足,本文提出了一种概念图自动生成方法,设计并实现了基于手势交互概念图自动生成工具。该工具根据用户简单书写的知识点,将书写内容的组织结构识别出来并自动生成概念图,支持层级概念图、株型概念图、流程型概念图以及大纲式概念图,以大纲概念图为例,如图3所示;对生成的概念图,在概念图编辑状态下支持用手势对其进行编辑,包括折叠/展开、删除/恢复、复制/剪切/粘贴以及移动等手势操作,如图4所示;对节点的操作效果图如图5所示。
2.主要算法表述
概念图绘制步骤一般为首先选择知识领域即确定将要书写的内容,其次,确定关键概念、概念以及它们之间的层级关系;再次,拟定概念图的纵向分支和横向分支;最后,建立概念之间的连线[16]。不同于概念图绘制方法,本文提出的概念图识别生成方法主要包括三个步骤,分别为:①识别书写内容,将书写内容中的相近笔划形成一个笔划集合,该笔划集合作为一个概念图节点,即节点识别;②确定概念图节点在编辑界面的行列位置,依据各节点间的行列位置相对关系解析节点间联系,即组织结构解析;③按照解析所得的节点间联系自动连线生成概念图。
(1)节点识别
节点识别是对输入的笔划进行预处理。从笔按下到抬起称为一个笔划,将不超过笔划阈值的多个笔划组成一个笔划集合,其中笔划阈值是笔划集合最小外接矩形对角线的1.3倍,每个笔划集合都有对应的行列坐标值(r,c)。
以上关系可以形式化的表示为:笔划Strokes(设为x)和笔划集合StrokeCollection(设为V)之间的关系为Vi={s1,s2……,sn};一个Strokesx与一个StrokeCollection V之间的距离定义为Distance(x,V)=Min(f(x,s)),s∈V;函数f(x,s)用来计算两个Stroke之间的距离笔划集合的坐标值集合C={(r1,c1),(r1,c2)…,(rn,cm)}。节点识别算法流程如图6所示,具体描述如下:①Stroke x 是否为手势笔划,如果是,建立一个手势笔划集合,结束节点识别;②计算Stroke x与现有的所有笔划集合Y的最短距离;③如果最短距离小于笔划阈值SThread,则将其归并为距离最近的StrokeCollection Vi,否则创建一个包含Stroke x新笔划集合;④标记所创建笔划集合的行列坐标值(rj,ck)。
(2)组织结构解析
这一过程为根据不同概念D的特点和一定的判定规则,确定节点与节点之间的父子或兄弟关系,从而确定概念图组织结构,具体算法描述为:
按行/列对坐标集合C进行遍历(其中层级概念图、大纲概念图按行遍历,株型概念图和流程概念图按列遍历);计算ri行/ci列中的每一个节点到ri-1行/ci-1列中每个节点的距离,距离最近的节点(ri-1,cm)/(rk,ci-1)为其父节点,这一确定父子关系的过程采取K-means算法,具体表达为:
①选取ri-1行/ci-1列中的所有节点作为聚类质心点即 v1,v2,…,vk;
②将ri行/ci列中的节点作为样例,计算其应该属于的类也就是其父节点,设每个样例为i,则ci:=arg min||xi-vj||2
对于每一个类j,重新计算该类的质心:
vj:=;
③重复步骤2,直到该过程收敛。
其中ci代表样例i与聚类质心k个类中距离最近的类,ci的值是v1到vk中的一个,质心vj代表属于同一个类的样本中心点的猜测。
经过以上步骤,节点间的关系即被确定,得到父子节点关系E={(vi,vk)|vj is vk's father}。
由节点识别得出的节点(笔划)集合V和组织结构解析得到的节点关系E,创建图G=(V,E);遍历图G,将存在父子关系的节点用连线连接起来,便生成了相应的概念图。
四、实验结果及分析
运用笔者所述概念图识别生成算法的概念图生成工具已集成于国家数字化学习工程技术研究中心的starC教学平台,本文对教师借助该工具绘制概念图进行教学时是否能准确地生成理想概念图的概率和对概念图修改编辑的手势识别率进行了统计。
为统计概念图的正确生成率,选取了20名教师为研究对象,分别绘制了层级概念图、株型概念图、大纲概念图、流程型概念图进行教学。经统计生成层级概念图、株型概念图、大纲概念图、流程型概念图的准确率分别为90%、93%、96%、94%。当教师或学生对书写概念或关键概念的组织分布不太精确时,会造成概念图误识别。例如,教师在书写时由于连笔或其他因素,将概念和关键概念组织分布模糊,此时就会造成该工具将概念和关键概念识别为同一个节点,从而影响整个概念图的识别效果。为了改变此用户体验,本工具支持边书写边识别生成,用户可以在使用过程中利用引入的删除、展开、折叠、复制等手势(手势形状如图4所示),对不符合概念图生成准则的部分进行编辑修改,以便在后续的过程中生成准确的概念图。
本工具支持对识别生成的概念图进行编辑修改,且对概念图的编辑修改采用的是手势操作,选取了10名测试用户,每人在编辑界面上将每一种手势命令输入10次,每种手势一共执行100次,对手势的正确识别的概率进行统计,数据表明,“展开”、“折叠”、“删除”、“恢复”、“复制”、“粘贴”、“剪切”的手势识别率分别为96%、95%、90%、94%、97%、98%、96%;由于“删除”手势稍微复杂,识别率明显低于其他手势,其中“粘贴”、“复制”、“剪切”手势为多点手势,识别率较高。同时对手势操作概念图的可用性进行了分析,将20个测试用户分成两组,分别用手势和鼠标两种交互方式将测试概念图的形状改变为指定形状,记录两组完成任务的总时间,手势交互方式效率将近是鼠标操作的1.8倍。
【关键词】 比较;类比;归纳;操作
形成概念的教学是整个概念教学过程中至关重要的一步. 概念的形成是通过对具体事物的感知、辨别而抽象、概括出概念的过程,因此学生形成概念的关键就是发现事物并形成本质属性或规律.
一、比较发现
比较发现是指通过比较事物之间的相同点和不同点,从而总结出本质属性或规律. 这种方法是针对事物之间的异同点进行探索,能提供对事物较为全面的认识,是一种重要的科学发现方法. 运用这种方法可以使学生正确认识数学知识间的异同和关系,防止知识间的割裂与混淆,使学生更好地理解和掌握数学概念.
如教学“质数和合数”时,先给出一些自然数,让学生分别找出这些数的所有约数,再比较每个数的约数的个数. 然后根据约数的个数把这些数进行分类:① 只有一个约数的;② 只有1和它本身两个约数的;③ 除了1和它本身,还有别的约数的,即约数有三个或三个以上的.最后引导学生根据三类数的不同特点,总结出“质数”和“合数”的定义.
二、类比发现
类比发现是指根据两个或两类事物在某些属性上都相同或相似,联想或猜想它们的其他属性也可能相同或相似,继而得到新的结论. 它是依据客观事物或对象之间存在的普遍联系——相似性,进行猜测得到结论的发现方法,它可以使学生明确知识间的联系,建立概念系统. 教学中适当地对学生进行“类比发现”的训练,是培养学生创造性思维的一种重要手段.
例如,教学“比的基本性质”时,引导学生根据比与分数和除法之间的关系,即比的前项相当于分数的分子或除法中的被除数,比号相当于分数线或除号,后项相当于分母或除数,比值相当于分数值或商;再根据学习分数时学到了分数的基本性质和除法中有商不变的规律,大胆进行猜测,在“比”这部分知识中是不是也有一个比值不变的规律;最后通过验证,得到“比的基本性质”.
三、归纳发现
归纳发现是指引导学生对大量的个别材料进行观察、分析、比较、总结,从特殊中归纳出一般的带有普遍性的规律或结论. 归纳发现是一种不完全归纳,但它仍能从特殊事例中发现该类事物的一般规律,因此这种方法也是一种具有创造性的发现方法. 教学中可以引导学生通过对具体实例的直接观察,进行归纳推理,得出结论;也可以让学生对实际例子进行分析,归纳出结论.
例如,在讲“乘法分配律”时,分别让学生计算:
① (32 + 25) × 4 和32 × 4 + 25 × 4
② (64 + 12) × 3 和64 × 3 + 12 × 3
计算后很容易发现每组中两个算式的结果相同. 再引导学生观察、分析,可以看出左边算式是两个数的和与一个数相乘,右边算式是两个加数分别与这个数相乘,再把两个积相加. 虽然两个算式不同,但结果相同,然后就可以引导学生归纳总结出“乘法分配律”.
四、操作发现
操作发现是指讲授新的知识前,教师要求学生制作或给学生提供学具,上课时学生按照教师的要求进行操作、实验,使学生主动地、独立地发现事物的本质属性或规律. 操作是一个眼、手、脑等多种器官协调的活动. 让学生动手操作去发现概念,可以开发学生的右脑功能,使学生的左脑和右脑协调发展;利用操作发现还能充分体现以学生为主体,教师为主导的教学思想;能使学生经历知识产生与发展的过程,使学生经过亲身实践,在探求知识的过程中揭示规律,建立概念,掌握新知.
如讲解“三角形的面积计算公式”时,让学生拿出课前准备好的不同的三角形(任意三角形、直角三角形、直角等腰三角形等),分组进行实验操作,拼摆出平行四边形、长方形或者正方形,然后找出原来三角形与所拼成图形各部分之间的关系,再根据它们的关系和所拼成图形的面积计算公式,就可以推导出“三角形的面积计算公式”.
关键词:教学理念;教学方法;改革
现代教学理念阐述理念是人们经过长期的理性思考与实践所形成的理论化、系统化、具有相对稳定和传承性的认识、理想和观念体系。教学理念是存在于教学过程之中, 并对教学行为产生深刻影响的教学理想观念。教学方法应在教学理念中形成并发展。随着社会的不断发展进步,专业不断推陈出新,教学方法改革势在必行。以下是我们在教学方法改革过程中总结同的。
一、影响教学方法改革因素诸多
主要包括以下方面:
(1)是教学方法自身存在许多弊端,教学方法陈旧、老套,不适应现代教学方法,改革势在必行;
(2)是教学方法改革是我国现代教育体制改革的必然途径,没有改革就没有发展;
(3)是教学思想与教育理念在不断变化, 也加快了教学方法改革的步伐,特别是创新能力的培养教育理念的出现也要求迅速变革传统的教育教学方法;
(4)是当代社会对人才质量要求的比较高,要求培养的人才即有扎实的知识做基础,又要有实际的工作能力,人才质量要求的提高势必要求教学方法做出相应的改革;
(5)是随着时代的不断发展,新科技、新工艺、新技术的不展产生,也要求改变原有的教学模式,不断改进教学方法以适应不断发展的时代要求。
二、教学方法改革亟不可待
虽然影响教学方法改革的因素有多方面,但这种改革又势在必行。在我国现有的大学生人才培养模式下,一般都是按社会、市场的人才需求进行教学方法改革的一种管理体制, 这是一种自上而下的管理体制。即需要领导的全面调整又要适应各专业各学科间差异,这两种矛盾始终存在。虽然想法好,但实际应用起来会有很多的阻力。而且人才培养方案的设置往往根不上社会发展的需要,并不能及时作出调整, 调节周期非常长。另一方面,教师也只是一个政策的执行者, 一般会受专业及学科的限制很难形成更好的、适应各类专业及学科的教学方法,使得在现在的教学方法改革中,虽然方法颇多,但具体哪个方法最行之有效,哪个更重视学生智能的全面发展,哪个满足了社会对人才需求的多层次、多规格要求,这个问题很难回答。并且课程体系结构也长期以学科为中心, 学科之间差异显著,个别学科缺乏挑战突破和创新的主动性。
三、教学方法改革的成果显著
(1)教学方法改革要因生而异,效果更为明显。
无论怎样,教学就是教师教、学生学,教与学的过程,无论教师的学术水平如何,每一门课程对于学生来说都是陌生的,他们都有一个从无知到认知的过程,也就是先让学生知道是什么,然后才能更好的理解和运用,这样才有提高,认知的过程就是学习的过程,所以这种教学方法的普遍性依然存在。也就是平时我们所说的学生复制老师学问的过程。不同层次,不同专业的学生理解的程度是有差别的,在教学方法的改革中要根据学生的具体实际情况,因学生的特点而异。特别是针对本、专科都有的新升本科院校,不同专业、不同层次的学生,采用不同的教学方法, 有针对性地对学生不同特点实施有针对性的教学,在课堂上要充分体现教师与学生的平等、鼓励学生积极参与、积极配合教师的互动,积极发言。 对培养学生独立思考、健康发展、敢于探索新知识,培养学习兴趣,树立良好的人格有重要作用。这种教学方法的改革是现代教学理念下的主动探索与成效体现, 是现代教学改革以生为本和以能力为本的理性选择与价值取向。取得了相对明显的教学效果。从每年学生的成绩分布图上看,高分人数不断增加。同时也说明了改革的效果是明显的。
(2)教学方法的改革要因师而异,效果更佳。
教师是个神圣的职业,从概念上讲,教师是履行教育教学职责的专业人员,承担教书育人,培养社会主义事业建设者和接班人、提高民族素质的使命。教师的作用可以概括为:一是教师是人类文化知识的传递着,对人类社会的延续与发展有承前启后的桥梁作用。二是教师是人类灵魂的工程师,对青少年一代的成长起关键作用。三是教师是教育工作的组织者、领导者,在教育过程中起主导作用。从古至今,教师在教学过程中起着不可替代的作用。在现代的教学方法改革中,教师的作用应该还起主导作用。根据教师自身所学专业、所属学科的不同特点,采用不同的教学方法改革,从改革后的成果来看,对那些操作能力强、理论知识稍弱的教师应该多开展实验型教学。实验是检验、验证理论知识的有效手段,实验也是发现和创新的必由之路。教师在实验过程中培养学生操作技能及动手能力,培养适应社会发展需要的应用型人才。而那些能够敏捷抓到理论知识与生产实践结合点的教师, 则应该开展实践教学模式,在当今人才培养模式不断改革变化的时代,实践教学在教学过程中占有的地位越来越重。理论型人才也就是我们常常所说的高分低能已经不适应社会的发展需求,如何在实践中将理论与实践完美结合,教师的作用无人替代,改革教学过程中教师的教学方法,在实践中培养学生理论与实际相结合的能力,要根据教师的不同特点因人而异。
(3)多种教学方法齐头并进,教学效果明显。
在教学改革不断深入的今天,随着教学改革的大力推进,涌现出许许多多优秀的教学方法,比如参与式、启发式、互动式、实验式等数不胜数的在实践中总结出的好的教学方法,已经得到了广大师生的认可,在现代教学理念中占据及其重要的地位和作用。也取得了良好的教学效果,但这许许多多的有效教学方法,究竟哪种方法具本普遍性,是不是应该所有专业、所有学科。经过研究证明,在实现教学方法改革的过程中,我们推行多种教学方法改革并行的教学模式,远比使用其中的某一种效果会好很多。这种不局限于某一教学方法改革的改革,其实也是改革的另一种延续。这同时也体现了教学方法改革所具有的特点——灵活性、多变性。同时也更一步说明了, 教学是复杂的, 教师要了解众多有效的教学方法, 特别是那些十分关键的有效教学方法, 也要具备灵活采用多种教学方法的能力, 认真考虑和慎重做出有效教学方法的抉择,并善于总结,勇于创新新的教学方法。
因此,教学方法改革的研究和探索经长期验证是符合教学规律的。虽然这些教学方法不是针对所有的教学情境都十分有效, 但在大多数教学情境下是有效的, 自然有推广应用的价值。在现代教学理念指引下,教学方法改革的功能也应由原来的只重视知识传播转向即重视知识传授又注意人才能力培养与素质提高的综合性能力发展上。教学方法的选择趋向多样化与最优化的完美结合。加强理论联系实际, 注重科研训练, 掌握科学的学习方法、思维方法和研究方法, 引导学生养成探究未知、创构新知识的意识; 培养学生良好的思想道德素质、强烈的民族自豪感和社会责任心以及健全的心理和健康的体魄。只有这样, 才能适应现代社会的发展, 才能符合人的全面发展的需要。
参考文献
[1]王先运.新课程理念下的中学化学实验教学改革的研究[J]. 科教新报(教育科研). 2010(24)