3国外物理教育领域心智模型的研究特点

结合表1，表2和表3中的信息，可以总结出《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种期刊关于心智模型的研究特点.

3.1研究对象的多样化

研究对象可分为学生、教师和物理专业人员.学生群体主要由大学生、高中生和少量初中生与小学生构成，其中大学生大致分为大学物理导论课、微积分物理课、基于代数的物理课学生；教师群体分为职前教师、在职教师和大学物理课助教.以上反映出研究不仅关注学生的“学”，同样关注教师的“教”.例如，调查和研究物理专业人员(专家型)的心智模型是为了更好地为纠正和改善学生(初学者)的心智模型而提出方案.除此之外，利用实时视频软件来观察和分析教师的教学活动及评价其专业水平的研究也不在少数，体现其对职前教师教育及教师专业发展的重视.

3.2研究内容与教学实践紧密结合

前面的统计表格说明，在教材中物理模型较多的内容同样是目前物理心智模型研究的重点.例如，静电学的电场模型、电磁感应过程、波动光学双缝干涉模型、太阳-月球-地球模型、声音传播过程、黑洞模型、可逆与不可逆热机、冰箱制冷循环的模型等等，均是物理教学中的重点与难点.

3.3研究范围的广泛性与深入交叉性

与心智模型相关的文献从认知角度来研究有效的教学策略、教育技术与教学改革、教学评价、教师专业发展，研究范围涉及到物理教育教学的方方面面.从研究内容来看，除了研究心智模型及其功能，还对影响学生推理、理解、表征方式、问题解决能力、模型建立能力的因素进行分析，同时也对其相互关系进行研究和讨论.例如，在对学生和教师的表征方式研究中，涉及到表征方式对选择问题解决策略的影响、表征方式对教学效果的影响、表征方式与知识结构的关系、表征方式对问题解决能力的影响等途径获得心智模型的信息.比如，文献[5]在对学生推理万有引力的研究中，通过研究学生的手势来获得学生头脑中活化的或可执行的心智图像，揭示学生无法通过语言表达的想法.描述性手势能够揭示隐性的认知过程，这种非正式的推理过程无法光靠语言表达清晰，同样反映其思维过程.笔者认为，有关心智模型的讨论角度也可以像上述研究范围一样尽量广泛，横向视角也可以更加融合.

3.4基于标准的物理教育研究导向

研究者进行物理教育研究中最明显的导向特点是基于标准.例如，引导学生基于证据和模型推理，分析学生的认知过程是基于对其认知资源的分析，均有作为参照标准的对象，即重视推理、逻辑能力与科学思维的训练.除此之外，还有大量研究记录、分析、调查高中生、大学生、物理学博士的推理过程，从而构建出对应主题的“初学者”心智模型与“专家型”心智模型.在此基础上，基于专家型心智模型来分析初学者心智模型，比较其差异性和采用教学干预措施来引发概念转变，逐渐完成由初学者心智模型到专家型心智模型的过渡.

3.5多因素及多角度地研究物理教学过程

从认知角度对复杂的教学交互过程分析.例如，文献[6]通过研究教师在教学中对力的表征方式与学生学习效果的影响，得出力的合成比力的分解更利于学生理解力的矢量性；文献[7]建议，应该从宏观、介观和微观角度来引导学生对摩擦现象做出解释和分析，这样更利于学生全面把握摩擦力概念的物理实质；文献[8]从本体论、认识论与语言学角度分析产生学习电场概念困难的原因，分析推理与问题解决能力的相互关系；文献[9]在研究高中生对电场概念的理解与表征时，要求学生根据不同情境中电荷相互作用情况来绘制出表现因果关系的推理连环画.国外心智模型研究普遍使用课堂观察和录像，强调在非实验室环境下研究学生学习，观察学生讨论等学习情况.研究者们鼓励学生使用日常语言而非物理术语，以了解学生的思维过程，从一定程度上避免死记硬背和机械学习.

3.6重视信息技术与物理课程的融合

教师群体重视新型教育技术与教学手段在课堂中的应用，并大胆进行教学改革，例如，在物理课堂利用在线软件phET、交互式多媒体辅助、CPS、仿真模拟、VR等技术.其中不乏许多原本不是为教育教学的软件，但是在经过教师的尝试之后成功应用到课程的整合之中，体现了教师与教育研究者的创新精神.笔者认为，这种自发的革新意识值得我国物理教师们效仿和学习.

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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