物理模型蕴含关键的思想与方法，我国一向重视对模型的教学，却鲜少有研究者关注学生的心智模型及其发展特点.心智模型能够揭示学生思维过程的细节，对于教学实践具有重要意义.然而，学生的外部表达与其真实想法往往并不协调，因此有必要挖掘其理解问题的内部表征结构——心智模型.

心智模型由肯尼斯·克雷格(Kenneth Craik)于1943年提出，用于描述个体在心智内部所构造的有关现实的“小型模型”[1].普遍而言，心智模型决定了人们看待世界的方式[2].2012年，美国颁布了《K-12科学教育的框架：实践，跨学科概念与核心概念》，用于指导修订新一轮科学课程标准，并在文件中明确提到了心智模型[3].近年来，美国、克罗地亚、印度尼西亚、西班牙、土耳其等国对学生物理心智模型的研究进行得如火如荼，其研究成果对一线物理教学策略改进、课程改革、教材编写等提供了切实有效的指导建议.但目前我国关于物理心智模型的研究尚处于起步阶段，有必要从国外吸取相关经验.

本文统计了2000-2018年4种期刊中与物理心智模型相关的论文.以关键词“mental model”搜索并阅读文章摘要和结论以排除不切主题的文章，最终对《》——《物理学评论(物理教育研究)》上的68篇论文、《 》——《物理学评论-物理教育研究专刊》上的100篇论文、《American Journal of Physics》——《美国物理学期刊》上的54篇论文(搜索到148篇)、《Science Education》——《科学教育》上的113篇论文进行详细分析.后两个期刊中有些文章未被计入统计，主要由于《美国物理学期刊》中部分文章仅与理论研究有关而与教学或认知过程缺乏关联，而《科学教育》涉及的学科不限于物理，故有关化学(例如分子键)、生物(例如细胞转运过程)、地球科学(例如水循环)的心智模型文章被排除在外.

1国外物理心智模型的研究趋势

心智模型论文篇数统计如图1所示，从图1可以看出，《美国物理学期刊》和《科学教育》对物理学习与认知的研究开展较早，且每年研究成果数量较为均衡.《物理学评论-物理教育研究专刊》自2005年左右开始研究心智模型，其文章不仅来自于全美，还来自于其他教育发达国家，研究队伍的国际化程度高，研究水平较高，且研究数量呈逐年递增的趋势，以上充分体现了近年来国外物理教育领域对心智模型研究的重视.而《物理学评论(物理教育研究)》作为心智模型研究成果最新且最多的期刊，其研究数量在2016年出现爆发，该井喷式增长得益于早期大量关于学习困难、概念理解、推理过程和表征方式的研究，上述内容均与心智模型的功能相关联，故而为心智模型的研究奠定基础.

图1 心智模型论文篇数统计图(2000-2018)

2国外心智模型的研究主题

笔者通过阅读摘要，按相关程度由强到弱排序总结出每篇文章的研究主题(不多于3个)，将统计频次与实际分析的论文数量之比值定为该期刊相应主题的论文百分比.由于《科学教育》的论文与物理心智模型的相关程度较弱，故此部分只分析其余3种期刊.

各期刊论文主题的比较如图2所示.从图2可以看出，《物理学评论-物理教育研究专刊》《物理学评论(物理教育研究)》《美国物理学期刊》3种期刊对学生的推理、探究过程、理解水平、概念调查、问题解决能力和教师专业发展、教育技术与教学改革6项主题的关注程度趋于一致.但是，仅有2种期刊完整且系统地调查与研究过学生关于特定主题的心智模型及其功能.其中，《物理学评论-物理教育研究专刊》的研究成果最为丰富.同时，《物理学评论-物理教育研究专刊》更加关注问题解决能力的影响因素、表征方式、学习困难、科学思维与教学评价，既关注教师与学生的内部思维和外部表征，也重视初学者与专家心智模型的比较与过渡.分析外部表征方式与调查内部知识结构及其关系是《物理学评论-物理教育研究专刊》和《美国物理学期刊》的研究热点.特别是《美国物理学期刊》对有关建立和应用物理模型的教学关注度明显高于其他期刊，对物理教育策略的研究成为该期刊比例最高的主题，其研究热度远高于以物理教育研究为特色的《物理学评论-物理教育研究专刊》和《物理学评论(物理教育研究)》.不难看出，美国高等物理研究领域同样对物理教学十分重视.

图2 心智模型论文主题统计图

为了比较细致地展示物理教育研究领域几个代表性期刊中有关心智模型研究的研究主题、研究对象和研究内容，以下采用列表形式加以分析和说明，如表1～3所示.

文章来源：《高等工程教育研究》 网址: http://www.gdgcjyyjzz.cn/qikandaodu/2021/0728/1083.html

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