简述物理概念心理表征的方式

游娜

摘 要：物理概念是物理教学中的重点和难点，了解物理概念表征是以命题、表象、产生式、图式等表征形式有助于更好的进行物理概念教学。

关键词：物理概念；表征；教学

物理概念是一些物理现象和物理过程的共同性质和本质特征在人们头脑中的反映，同时也是一种抽象化的思维形式。物理概念是物理教学的基础，也是研究的热点，取得了丰硕的研究成果。但已有的研究中，从物理概念表征角度进行的研究还是非常少。概念表征的研究主要在数学学科中做的较深入，如研究“角”、“垂直”、“等腰三角形”、“函数”等概念的表征。然而，物理概念和数学、化学概念一样是较为抽象的，要正确的理解和应用一个物理概念，也要在头脑中建立正确的概念表征，只有了解了概念是如何在学生头脑表征的才能更好的进行物理概念教学。因此，有必要对物理概念表征进行更为细致的研究。从理论层面上探讨学生在在物理概念学习中如何进行概念表征，这对提高学习效率以及教学质量具有较深远的意义。

现代认知心理学认为知识表征是指“信息在人脑记载和呈现方式。”而表征的内容就是指在人脑的长时记忆中的信息。物理概念是特殊的知识表征，它指物理概念在人头脑中的记载和呈现方式，其中物理概念就是表征的内容。关于知识是如何进行表征，这个问题有许多不同的观点和看法，但总归离不开是命题表征、表象表征、产生式表征、图式表征 [1 ]。本文将依据现代认知心理学中知识表征的理论，对物理概念表征进行分析和探讨。

1 命题表征

学习物理概念关键是需要理解物理概念的本质意义。一个概念的定义是以词语组成的句子来反应，典型表现为教材中对某一概念的具体定义。认知心理学的研究表明，人脑的长时记忆是存储对词句的意义，而不是教材中标准定义的措辞 [2 ]。所以，学生对物理概念的定义的存储并不是以词语句子的形式来记载和呈现，而是其所表达的涵义。

认知心理学认为，概念的意义在人脑中是以命题和命题网络的方式表征的。命题指语词表达意义的最小单元，它由两个成分构成：一个成分是关系，另一个成分是论题。论题多是由名词、代词表示（有时也可以用动词和形容词表示） [3 ] 例如，“物体做平抛运动”中的论题是“物体”和“平抛运动”，关系是“做”。而关系中大多是以动词、形容词、副词表示，其对论题起到限制作用。一个命题就代表一种含义，一个简单的句子中含有一个命题，也就表示一层意思。但用课本中物理概念的定义一般都是多个命题组成，这种就称为一个命题网络。例如：“初速度是水平方向的，如果物体只受重力的作用，这时物体做平抛运动。”表达了3个含义，包含有3个命题。即“物体做平抛运动”“物体只受重力的作用”“物体初速度是水平方向的”。这3个命题可以分别表示如图1：

图中一个圆圈表示一个命题，P1、P2、P3分别表示命题1、命题2、命题3。命题是组成概念的最小单位，其中用连线或箭头表示命题中的论题及关系，节点表示每个命题单元，通过将多个命题连接起来就可以构建一个命题网络，最后形成了具有一定涵义的复杂句子。所以，上述例子中3个命题也可以构成一个命题网络，如图2。

另外，人脑中存储的知识信息并不是孤立的，而是联系其他被存储的信息形成特定的关系，并围绕某一主题展开使得命题与命题之间发生相互联系。在讲解平抛运动这个概念时，会联系到重力，速度两个概念，所以这两个概念会在学生头脑中受到刺激，这种作用后学生会将与之相关的已存储的原命题和刚刚学到的新命题同时存储，便形成了网络联系。这种联系也构成了学生推理和解决问题的基础。

2 表象表征

对概念不仅可以用语言来描述，还可以在头脑中用相关的具体形象来呈现。许多心理学家认为在人的长时记忆中有大量的想象知识是以表象形式来表征。双编码理论认为，陈述性知识是以言语系统和表象系统来存储信息，表象是记忆中事物的形象[ 3 ]。概念则是在表象基础上产生的，每一个具体概念几乎都有一个相对稳定的感性形象，称为概念的表象原型，否则概念就是空洞的。的确如此，物理概念中有很多概念用命题表征会比较繁琐，而是更多的利用概念的实例或概念的情景来描述概念。如，惯性、力的图示、光的折射、电场线、温度等。那么这些概念的表征比较容易用表象来表征。表象是外界事物的空间的连续的信息在人脑中的表征的贮存。如，惯性指物体保持原有运动状态不变的一种性质，与物体是否受力、受力的大小无关。用命题表征话则由“惯性是物体的固有属性”“惯性具有保持原有运动状态的性质”“惯性与物体受力无关”等主要的几个命题构成。如果用表象表征则在学生头脑中会有很多生活中惯性的场景，如汽车刹车、被绊倒向前倾、快跑一下很难停下来等场景。可见，对于同一概念会有多种表象表征。

对于物理概念的学习来说，表象不仅可以捕捉真实物理对象，还能够对一些较为抽象的概念的特性进行感知。犹如，对电场、磁感概念的认知，通过做实验模拟电场线和磁感线的分布规律，使得学生在头脑中形成电场和磁场概念的表象。表象与命题相比有简约性和便于记忆的特点，但表象表征更模糊、更概括，所以误差较大。

3 产生式表征

當我们要判断某一运动是否为平抛运动时，光有平抛运动的定义命题表征是不能直接解决该问题的。这时认为该概念是程序性知识，需要在头脑中对其进行分析判断，这就是认知心理学家所说的产生式表征系统。产生式指由于人经过学习，其头脑中储存了一系列以如果/那么的形式表示的规则[ 3 ]。“判断水平抛出的铅球是否做平抛运动？”产生式系统表示如下表1：

由表1 可见， 第一个产生式的活动结果〔“激活”（回忆）判断平抛运动的知识〕已成为第二个产生式的条件之一， 第二个产生式的活动结果（铅球受力情况，看是否只受重力作用）又称为第三个产生式的条件之一。同理，第三个产生式的结果为第四个产生式的条件之一。

产生式系统的形成是以相应的知识为基础的。如在第一个产生式 P1 中，条件是要激发判断是否为平抛运动的知识，判断平抛运动知识也是一个简单的产生式，如表2。

如果学生没能够激发这些知识则不能将表中其他的产生式表述出来，也就不能判断该物体是否做平抛运动。

从上述分析可以看出，概念的例子和非例子的判断所用到的知识，概念应用的条件化知识是以产生式（系统）表征的。物理概念的产生式的内容，既可以借助于命题网络组成，也可以由命题网络和表征共同完成。如对于操作过平抛运动演示仪的人来判断某一物体是否做平抛运动或平抛运动中的规律，那么这时用到的产生式系统中就有表象表征。练习是产生产生式系统的不可缺少的条件，所以在物理概念表征中少不了练习加以巩固。

4 图式表征

在现代心理学中认为图式是关于一类知识的信息组块。它是认知活动的基本构件， 是经过组织的知识，是最灵活的概念表征形式[ 3 ]。当看到“惯性”这两个字和遇到与“惯性”相关的现象时，就会对人脑中的记忆产生刺激，处于长时记忆中的一些东西就会受到激发。激活的是“惯性”概念的表象、命题网络、产生式系统和与概念相关信息的表征，如概念的习得过程及相关的知识经验。头脑中闪现公交车刹车时乘客身体向前倾的情景，想起了“惯性”是什么命题网络，判断某一现象产生能否归属于惯性的产生式系统，再现概念的习得过程和命题网络等。

上述有关以“惯性”为主题的表象、产生式系统、命题网络表征和各表征间关系的集合，就是“惯性”概念的图式。所以，图式是概念各种表征的一种有组织的整合。现代图式理论的代表人物鲁墨哈特提出了图示的四个主要特点有：（1）图式含有变量值；（2）图式可以互相嵌套，按层级组织；（3）图式能够表征不同抽象水平的知识；（4）图式表征的知识而不是定义[ 3 ]。例如，“平抛运动”概念的图示，含有速度方向、受力情况的变量值，同时这个概念又有分层，平抛运动属于抛体运动中，并囊嵌在“曲线运动”的图示之中，另外还有助于推理，判断什么是类平抛运动。

综上所述，物理概念在人脑的表征方式有命题、表象、产生式、图式等；物理概念在人脑中的表征内容并非仅是相应的标准定义的措辞， 而是一种由多种成分组成的复合物。任何单一的简单的表征，无法支撑起人们对概念的真正理解。因此，在进行概念教学或学习中应该尽量多种表征相结合，而不应该只注重概念的标准意义，这样不僅不利于记忆，还不得甚解。

参考文献：

[1]张承芬.教育心理学[M].济南：山东人民教育出版社，2000：121-156.

[2]瑞珍.教育心理学[M].上海：上海教育出版社，1997：64.

[3]韩仁生，李专银.教育心理学[M].济南：山东人民教育出版社，2008：115.