“模式识别”理论在高中物理教学中的应用

摘 要：“模式识别”理论是认知心理学的分支，通过对“模式识别”理论在高中物理学中的应用，使学生在学习物理的过程中抓住最基本的知识点与思维方式，通过训练，提升学生的综合思维能力。

关键词：模式识别;原型匹配;联想主义记忆

“原型匹配”是指长时记忆中储存着某种抽象的模式作为“原型”，一个模式就可以对照“原型”进行检验，如果发现相似之处，则该模式就可识别。模式知觉是一种较高级的信息加工，复杂的输入刺激首先要根据自身的简单特征得到识别，在高中物理教学中就以上理论的应用浅谈以下几点：

一、授课过程中应突显“原型”的地位

要突显“原型”的地位，指的是对一个问题要抓住思维的归宿点，通过一系列相关问题的解决过程在学生思维中建立起本系列问题的“原型”，当学生再次遇到与之相似的问题时，可以通过“原型匹配”进行有效的识别，从而提高学生的思维能力。如在高中物理教学中分析平抛运动时，从两个方向考虑其运动。水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动，这个问题解决过程中的原型应该是正交分解法。它是高中物理学中一个非常重要的方法。在教学过程中是用以下过程建立“原型”。

过程1：通过平抛运动的讲解，引出正交分解是研究曲线运动的一种重要方法。

过程2：通过分析以一定初速度的斜抛运动求物体上升过程中与抛出点间的最大距离，突出正交分解在这类问题中的重要应用。

例1：求以初速度为V0，与水平面之间的夹角为θ的斜抛运动中，物体上升的最大高度？

解：如图，在水平与竖直两个方向上建立直角坐标系，对初速度进行正交分解，由于物体只受重力的作用，可得到物体在水平方向上做速度为V1的匀速直线运动，竖直方向上做初速度为V2的竖直上抛运动，最高点对应于竖直分速速为零的点，可得：

水平方向上：0=V0sinθ-gt 竖直方向上：Hmax=1/2gt2

解得：Hmax=（V0sinθ）2/2g

过程3：通过学生独立求解斜面上的平抛运动中小球离开斜面的最大距离使得学生识别“正交分解”这一“原型”。

在上述过程中过程1与过程2意在确立“正交分解”这一“原型”，过程3意在让学生识别“正交分解”这一模式。该过程思维逐步递进，层次分明。突显出“原型”的地位。

二、根据学生的接受能力合理确定“原型”

在教学过程中建立“原型”，让学生做模式识别要结合学生的接受能力与学生的最近发展区，合理确定“原型”。学生的基础不同确定的“原型”也应不同。对于一定基础的学生，应建立与之相适应的“原型”。“原型”确定的层次太高或太低都会造成学生思维发展的效率不高。学生做模式识别时，给学生呈现的问题也应与学生的最近发展区相适应。使学生有意识的从记忆中提取“原型”，进而进行有效的模式识别。如在人教版必修二第五章曲线运动中，经常遇到的一类题是与速度的合成与分解相关的问题。在讲这类题型时“原型”本应为“速度的合成与分解，合速度即物体真实运动中所具有的速度，分速度为研究问题的需要而假想的其他方向上的速度，合速度与分速度之间满足平行四边形合成法则”。对于成绩中等或者偏差的学生而言，这样确定原型往往使学生学习效率不高，这种情况下合理确定原型就显得非常重要。面对这种情况就这类问题，在教学过程中我做了如下尝试，效果不错。

例2：如图物体A、B经无摩擦的定滑轮用细线连在一起，A在水平面上向右做匀速运动，则问物体B向上做什么运动？解这类问题要对A的速度V进行分解，如下图：

可得VB=V2=Vsinθ即物体B的速度逐渐增大。

讲这类题时把原型确定为“速度的合成与分解”，则在尝试做下面的题时，对于成绩中等或偏差的学生会出现思维障碍。

三、复杂的综合问题中应将问题划分为几个“原型”的组合，对“原型”分别做模式识别

综合性问题对学生的分析综合运用物理知识的能力比较高，对于这类问题应首先将一个问题划分为几个部分或几个过程，然后多每一部分或每一过程进行分析，利用其特征与已在学生思维中建立起来的“原型”进行匹配，分别做模式识别。原则上讲，划分部分或过程与做模式识别并没有什么先后次序。学生在划分的过程中已经做了模式识别或做模式识别时候已经明确应该怎样去划分这一问题。如在高中物理中常见的力电综合问题、电磁综合问题、多过程问题、多种运动形式组合问题、功能结合问题，都需要划分部分或过程，将一个复杂问题划分为几个简单问题一一解决即可。

四、应用“模式识别”理论的一般过程

（一）引出“原型”。在平时教学过程中，可以以一个例题或一段物理学史来引出“原型”，让学生对“原型”有个初步的认识或者让原型潜伏在当时的物理情景中，为以后的深入探究埋下伏笔。

（二）充分突出“原型”的地位。在这一过程中从多角度、多方面进行充分的讲解，使学生充分的理解“原型”。对于有些原型可以通过两三个课时建立，对于一些比较复杂的、起点较高的“原型”，则需要一个漫长的过程。如对“加速度”这一“原型”的建立，要通过从直线到曲线的讲解，并且需要结合教材，配合相应的例题，使学生真正理解这一“原型”，则需要一个漫长的过程，循序渐进，分层进行。

（三）课堂练习做模式识别。这一过程是训练学生知识迁移能力的过程，要遵循循序渐进，有简到难得原则，使学生逐步构建以“原型”为中心的知识体系，给学生呈现的问题难度要适中，必要的时候做一定的提示。

综上所述，“模式识别”理论在高中物理教学中的应用，突出物理学中的基本知识与基本思维方式，注重对知识的迁移应用，综合提升学生分析问题与解决问题的能力。