概念图在高中物理教学中的应用研究
一、问题的提出
新课标要求在高中物理教学中，鼓励学生积极参与、乐于探究、勤于思考，提倡积极采用多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。“学生用什么样的手段和方法、通过什么样的途径获得知识，直接关系到其收获的大小，对学生终身发展的影响也就会明显不同。”
在形成科学概念之前学生头脑中的物理概念是不完整也是不科学的，有的甚至是错误的，这就是所谓的迷思概念。大量实践证明，物理概念图常被用来诊断和转变学生的迷思概念，在物理教学中应用概念图实施辅助教学可以有效转化学生头脑中的迷思概念，提升学生学习能力。概念图辅助教学是对当前课堂教学模式的一种创新和发展，能够有效解决教学实践中遇到的实际问题，尤其是能够解决学生在学习过程中头脑中存在的伪科学概念。
二、概念图及研究现状
1.概念图及其内涵
概念图又被称为概念地图（concept maps）或概念构图（concept mapping），它是一种通过网络结构的形式来表征知识、检查知识和完善知识的可视化的工具，能有效呈现学习者大脑的知识间联系以及知识的建构过程。概念图开始只是为了测定和评价学生对已有概念的学习的工具，后来逐步演变为知识建构的工具，知识修复与完善的工具，多媒体设计的工具以及课程和教学设计的策略等。大量研究表明：概念图蕴含丰富的教育功能，已经广泛用于欧美等西方发达国家的中小学教学中，并取得了良好的效果。
2.国内外研究现状
概念图（concept map）是美国康奈尔大学（Cornell university）教授、著名教育家诺瓦克（Novak）首先提出的，是诺瓦克教授及其同事在针对“学会学习”的理论和方法进行系统研究中用于呈现和表征知识间的联系，后经过不断地完善逐渐发展为一种新的教学工具和重要的教学策略。Novak教授分别在1983、1987、1993年分三次在不同的国家主持召开了具有深远影响力的科学教育研究会议，对概念图的应用和研究进行了有力的推广和介绍，有关概念图研究Novak教授的著作《学会学习》（Learning How to Learn），被翻译成多国文字，收到了世界各国科学家的推崇和认可，在1990年美国的《Jounral of Research in ScienceTeaching》杂志曾专门为此出版了一期“Perspectives on Concept Mapping”（概念图面面观）。在西方国家的中小学教学中，概念图作为一种较为普遍的的方法被用于教育教学的各个环节。随着建构主义理论、脑科学理论的发展，概念图的应用更加广泛，人们逐渐发现概念图与现代生活学习紧密联系相关，随着计算机技术、互联网技术及现代生命科学技术的飞速发展概念图研究被赋予了新的现实意义。
我国自1999年首次将概念图引入大陆，从查阅的资料来看，我国港台地区发展较早也较快。相对于国外和港台地区而言，国内有关概念图的研究才刚刚起步，通过CNKI以“概念图”为主题查到相关论文1121个结果，以“概念图”为关键词检索共有2107个结果，统计发现，2003年至今有关概念图的论文数量呈逐年上升趋势，此后保持一个高位的运行态势，这说明随着社会的进步和教育的发展，有关概念图的理论和应用研究正日益成为教育研究的一个热点。
2003年至2014年知网检索“概念图”结果如下：
调查发现，概念图在实际教学上已经涉及很多学科领域，概念图应用较多的有生物、物理、化学、网络教育等，随着概念图应用的不断推广，已经有不少教育工作者和一线教师在积极探讨概念图的应用。更重要的是，学生也可以借助概念图建构自己的知识体系，通过绘制概念图对自己原有的概念体系进行必要的诊断和修正。随着概念图逐步在国内的推广和发展，我国的部分中小学也在逐渐使用概念图，尤其是随着互联网的快速发展和计算机绘制软件不断应用，如Inspiration和 MindManager等概念图、思维导图制作软件逐步流行起来，为广大一线教师和学生的学习交流及使用概念图开展教学提供了方便。
三、概念图用于课堂教学的研究
概念图是一种对知识的图式总结，它能准确显示学生的先前知识，通过与科学概念对比发现学生头脑中存在的不科学的概念甚至是错误概念，学生构筑概念图的过程其实是学生对内隐知识的一个反映，不但可以暴露学生学习过程中存在的迷思，还能够发现迷思概念的原因所在，同时还能使学生建立相对清晰的知识体系，为学生的学习提供了一种有效的反馈和检验学习效果的新模式。
1.概念图的制作
诺瓦克（Novak）本人定义的概念图有四个基本要素：节点（concepts）、连线（cross-ilnks）、命题（propositions）和层级结构（hierarchical frameworks）。节点用来表示概念，这些概念往往属于统一体系或具有紧密的相关特性，能够代表一类事物的本质属性，一般用专业术语、特定的符号或科学名词等进行标示；概念之间的连线没有统一的形状，长度可以根据概念图中两个相关概念的具体位置而定；概念之间的关系用命题进行陈述，命题说明概念的鲜明特征或相关概念之间的核心关系；层级结构表示的是概念体系中节点与节点之间的上下位关系。此外，随着概念图的不断演绎和发展，概念图的组织形式也在发生不断变化，广义的概念图包括知识脑图、知识结构图、概念网络、知识框图、树形图等所有表示相关概念之间关系的复杂空间网络结构图。 2.概念图教学功能研究
（1）利用概念图组织概念教学，展示科学概念的内涵和外延
概念图可作为教学工具，具有概念建构和转化功能。概念图是表征、整合、检验、修正、完善知识的认知工具，它把知识高度浓缩，将各种概念及其关系以层次结构的形式排列，清晰地展示了意义建构的实质。概念图以组织和网络化形式明确地给出了各概念的地位、层级和特点，清晰地标明了概念间的相互联系，激活了学习者的知识结构和认知结构，促进了意义学习。教学上概念图作为先行组织者，如果学生在学习新概念之前如果大脑中没有或缺少同化新知识的上位概念，概念图可以为学生呈现一个引导性材料，为学生在新旧知识间架起一座桥梁，便于学生联系已有认知接受新概念。奥苏贝尔的同化理论认为，任何一个新知识均可以通过针对学习者的上位、下位、并列关系寻找与其旧知识的关联点，并据此来设计先行组织者。利用概念图教学更容易理清知识的脉络和体系结构，便于学生接受新概念形成科学概念，同时利用概念图教学便于突出表征核心知识和概念的主题，每一节可重点围绕一两个重要的核心概念讲解，便于学生把握重点和难点，提高课堂教学效率。
（2）概念图用于章末总结
在课程与教学规划设计（如编著教材、制定教学计划、课堂教学设计）中，概念图以其简明扼要的层次化结构来展示概念的逻辑关系，使教师便于从整体上把握知识结构，掌握概念的来龙去脉和发展走向，清晰各概念所处的地位和概念间的相互关系，从而优质高效地完成教学预案。在教学设计时，可首先对课程中欲要呈现的主要概念进行排序，形成宏观的大型概念图；然后再对单元中各个中型概念进行分类汇总，形成中观概念图（或称单元概念图）。具体教学时，可根据教学的实际需要，适时地采编以生成我们所需要的课程计划概念图、学年计划概念图、学期计划概念图、章节或单元计划概念图、课时计划概念图等。可见，通过概念图，教师便可从宏观和微观两个角度把握教学内容，梳理各概念间的关系，实施科学教学规划与设计。
（3）概念图可用作学习导航，有利于学生知识的建构
概念图用作学习导航，有利于学生开展有意义的学习，提升自我认知，从而使学生学会学习。概念图作为一种导航设计工具，适合学生开展自主学习，帮助学生形成知识网络，但是它的作用效果是依赖于所学的内容与学生原有的知识结构之间的联系程度以及学生学习的主动性。皮亚杰认为，知识是以一定的层级结构在人的大脑中储存和表征的，这种层级结构往往以显性或隐性的图式来储存。现代心理学研究发现，专家头脑中的知识常常呈现一定的网络层次，而且网络间的节点是牢固、有序并有意义地联系的，而学生头脑中的知识经常是无序和散乱的，即使各个知识点间有联系，也是不牢固、不充分或没有明确意义的。而概念图就是一个有层次的意义网络，学生自制的概念图能帮助学生梳理概念的层次关系，并在它们之间建立有意义的联系。从某种意义上来说，学生制作、生成概念图的过程就相当于头脑经历头脑风暴的过程，自制的概念图能使他们从整体上把握知识结构，从而实现知识整合。
总之，概念图对中学物理教学有强大的支持功能，本人在高中新课程教育理念的指引下，借鉴现代教育理念，坚持理论与实际相结合，将概念图作为课堂教学活动组织的工具和学生学习的工具应用于教学实践的若干环节，收到了较好的教学效果。概念图辅助教学不仅能便于学生掌握物理概念的科学内涵与外延，培养学生对科学物理概念的理解和辨析能力，更重要的是将概念图引入物理概念教学，能有效地诊断和转变学生头脑中已有的错误概念，能有效改善学生掌握物理学习的规律与方法，对学生的认知发展起到应有的促进作用，让学生变学会为会学。
