陳 鋒

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué) 江蘇 南京 210003)

轉(zhuǎn)換與構(gòu)建物理學(xué)習(xí)中的認(rèn)知建構(gòu)

陳 鋒

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué) 江蘇 南京 210003)

傳統(tǒng)教學(xué)側(cè)重于如何教，忽視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的研究，必然導(dǎo)致教與學(xué)的脫節(jié)，進(jìn)而制約教學(xué)質(zhì)量的提高．從轉(zhuǎn)換與構(gòu)建認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)、契機(jī)、機(jī)制及條件對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的心理過(guò)程進(jìn)行分析，探索學(xué)生學(xué)習(xí)物理的認(rèn)知過(guò)程與規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)，用以指導(dǎo)物理教學(xué)．

物理學(xué)習(xí) 轉(zhuǎn)換 構(gòu)建 認(rèn)知建構(gòu)

學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過(guò)程就是認(rèn)知轉(zhuǎn)換與構(gòu)建的過(guò)程，我們教學(xué)的目的就在于不斷優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，優(yōu)化過(guò)程的實(shí)質(zhì)是將學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)．認(rèn)知結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是學(xué)生已有的觀念的全部?jī)?nèi)容及其組織．它是學(xué)習(xí)者在一定的情境下，借助他人(教師、同學(xué))的幫助，運(yùn)用已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)去主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和對(duì)所學(xué)知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)．

1 認(rèn)知建構(gòu)的基礎(chǔ)——前概念學(xué)習(xí)

我國(guó)著名學(xué)者張光鑒說(shuō)過(guò)：“研究事物的異中之同，能使千頭萬(wàn)緒的現(xiàn)象變得簡(jiǎn)明、清晰；而研究事物的同中之異，又能使我們看到事物間那種關(guān)系的多樣性、靈活性，使我們的頭腦不僵化并且能提高我們的預(yù)見(jiàn)性、創(chuàng)造性，少走彎路，起到事半功倍的作用．”

類(lèi)比是推理的一種重要方式，是人們認(rèn)識(shí)新事物或做出新發(fā)現(xiàn)的重要思維形式． 但類(lèi)比的結(jié)果是

否正確，還需要經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)．學(xué)生在應(yīng)用概念解決問(wèn)題時(shí)，會(huì)在頭腦中搜尋經(jīng)歷過(guò)的類(lèi)似情景，通過(guò)某些方面的比較，擬定解決問(wèn)題的方案．如果學(xué)生在應(yīng)用概念解決問(wèn)題時(shí)，對(duì)新舊問(wèn)題不仔細(xì)地進(jìn)行比較，只看到它們間的相同，沒(méi)看到它們間的異同，采用“拿來(lái)主義”的態(tài)度，盲目代換，就會(huì)出現(xiàn)概念僵化，形成知識(shí)的負(fù)遷移．

譬如，如圖1所示，站在岸上的人通過(guò)跨過(guò)定滑輪的不可伸長(zhǎng)的繩子拉動(dòng)停在平靜湖面上的小船,若人拉著自由端Q以水平速度v0勻速向左前進(jìn),當(dāng)細(xì)繩與水平面的夾角為θ時(shí)，求：船運(yùn)動(dòng)速度的v．

圖1 繩子通過(guò)定滑輪拉動(dòng)湖面小船

學(xué)生通常解法：把v0分解為v1和v2(圖2)，得到小船的速度為v=v1=v0cosθ．

圖2 小船運(yùn)動(dòng)速度分解的錯(cuò)誤

這是一種典型的錯(cuò)解．學(xué)生出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤，主要有以下兩方面的原因：

(1)沒(méi)有理解和分清小船的合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)，錯(cuò)將沿繩子收縮的速度v0當(dāng)成合速度(圖2)．

(2)將運(yùn)動(dòng)的分解與力的分解相混淆．

教育心理學(xué)認(rèn)為：學(xué)習(xí)是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，新概念的學(xué)習(xí)總是建立在原有概念學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上，新問(wèn)題的解決總是受到先前問(wèn)題解決的影響，這種現(xiàn)象叫做學(xué)習(xí)遷移．力的分解是已學(xué)知識(shí)，它對(duì)學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)的分解產(chǎn)生了積極影響(正遷移)，同時(shí)也產(chǎn)生消極影響(負(fù)遷移)．兩種分解雖然形式上相同，但它們有著本質(zhì)的區(qū)別，由于沒(méi)有弄清它們的本質(zhì)區(qū)別，學(xué)生在解決上述問(wèn)題時(shí)，想當(dāng)然地用了力的分解方法，以為就像把繩子拉力進(jìn)行分解一樣(圖3)，所以出錯(cuò)．

圖3 注意實(shí)際中速度與力分解的區(qū)別

教學(xué)實(shí)踐證明，學(xué)生頭腦中的前概念會(huì)促進(jìn)科學(xué)概念的建構(gòu)與掌握．這樣的前概念，對(duì)教師和學(xué)生來(lái)說(shuō)都是一種資源．我們應(yīng)把這種資源，作為讓學(xué)生理解新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生從原有的前概念中生長(zhǎng)出新的科學(xué)概念，幫助學(xué)生建構(gòu)正確的物理概念．

2 認(rèn)知建構(gòu)的契機(jī)——引發(fā)認(rèn)知沖突

學(xué)生在學(xué)習(xí)高中物理之前，已經(jīng)具備了一種原始的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在學(xué)習(xí)高中物理時(shí)，他們總是試圖以這種原始認(rèn)知結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建對(duì)新知識(shí)的理解，當(dāng)遇到不能理解的新現(xiàn)象時(shí)，必然要發(fā)生新舊認(rèn)知結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，這一轉(zhuǎn)換起始于認(rèn)知沖突的產(chǎn)生，終止于認(rèn)知沖突的解決．

所謂認(rèn)知沖突，就是原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與新現(xiàn)象之間產(chǎn)生的無(wú)法包容的矛盾，或是新現(xiàn)象與原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生的“不協(xié)調(diào)”．在學(xué)生認(rèn)知心理中就會(huì)產(chǎn)生新概念與原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的前概念的對(duì)立與矛盾，也就引發(fā)了認(rèn)知心理上的沖突，這種沖突是學(xué)生學(xué)習(xí)新概念、構(gòu)建新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的契機(jī)與動(dòng)力．

案例：“閉合電路歐姆定律”從學(xué)生原有的認(rèn)知出發(fā)，設(shè)計(jì)以下情境.

情境：如圖4所示的電路，問(wèn)學(xué)生：“開(kāi)關(guān)閉合后，電壓表示數(shù)改變嗎？

圖4 閉合電路歐姆定律的電路圖

引發(fā)沖突：學(xué)生：“不變”．如果變阻器滑片移動(dòng)呢？“不變！”學(xué)生回答非常自信．實(shí)驗(yàn)結(jié)果和學(xué)生的認(rèn)知水平發(fā)生了強(qiáng)烈的沖突(學(xué)生在初中一直認(rèn)為電源兩端電壓是保持不變的)，極大地激發(fā)了學(xué)生的探究熱情，為學(xué)生進(jìn)一步探究設(shè)置了非常好的情境．

消除沖突：在上述電路中再串聯(lián)一只電阻R0，如圖5所示．

圖5 在圖4電路中又串聯(lián)一只電阻

師：開(kāi)關(guān)閉合后，如果將變阻器滑片向左移動(dòng)，將會(huì)看到什么現(xiàn)象？

生：電壓表示數(shù)要變小．

師：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，變阻器滑片向左移動(dòng)時(shí)電壓表示數(shù)為什么變?。?/p>

生：由于變阻器連入電路的阻值減小，回路中電流變大，電阻R0兩端電壓變大，因而變阻器兩端電壓變小，電壓表示數(shù)變?。?/p>

師：根據(jù)前后兩次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你有什么想法或猜測(cè)？

生：兩次現(xiàn)象相同，感覺(jué)電源好像有電阻似的？

師：請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)電源存在內(nèi)電阻的假設(shè)．

在學(xué)生充分討論交流的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出圖6所示的電路，證實(shí)了電源存在內(nèi)阻的猜想．

圖6 證實(shí)電源存在電阻的實(shí)驗(yàn)

不論是概念的形成還是規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都源于學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的沖突，在物理教學(xué)中，作為揭示學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)與新觀念對(duì)立的重要手段“實(shí)驗(yàn)”． “實(shí)驗(yàn)是在學(xué)習(xí)者的面前引起日常生活中不可能經(jīng)驗(yàn)到的現(xiàn)象．違背學(xué)習(xí)者常識(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將造成學(xué)習(xí)者意識(shí)中的認(rèn)知失衡狀態(tài)，擺脫這種認(rèn)知矛盾狀態(tài)求得解決的需求，就成了學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)”．

3 認(rèn)知建構(gòu)的機(jī)制——同化與順應(yīng)學(xué)習(xí)

學(xué)生解決認(rèn)知沖突和矛盾的過(guò)程是個(gè)體在與環(huán)境的不斷相互作用中其內(nèi)部心理結(jié)構(gòu)不斷變化的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，如果學(xué)生能夠利用已有的圖式把刺激整合到自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，這就是同化．同化過(guò)程是學(xué)生主體過(guò)濾、改造外界刺激的過(guò)程，通過(guò)同化，加強(qiáng)并豐富原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，同化使圖式得到量的變化．不能利用原有圖式接受和解釋當(dāng)前的刺激情景時(shí)，其認(rèn)知結(jié)構(gòu)由于刺激的影響而發(fā)生改變，這就是順應(yīng)．順應(yīng)是當(dāng)學(xué)生主體的圖式不能適應(yīng)客體的要求時(shí)，就要改變?cè)袌D式，或創(chuàng)造新的圖式，以適應(yīng)環(huán)境需要的過(guò)程．順應(yīng)使圖式得到質(zhì)的改變．同化表明主體改造客體的過(guò)程，順應(yīng)表明主體得到改造的過(guò)程．通過(guò)同化和順應(yīng)建構(gòu)新知識(shí)，不斷形成和發(fā)展新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)．如在探究感應(yīng)電流的方向由哪些因素決定，遵循什么規(guī)律的過(guò)程中，學(xué)生在獲得圖式---導(dǎo)體切割磁感線時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁鐵插入線圈、磁鐵從線圈中抽出產(chǎn)生感應(yīng)電流，用開(kāi)關(guān)或變阻器控制一個(gè)線圈中的電流，能夠在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流等，概括它們的共性和特征，進(jìn)行同化或順應(yīng)過(guò)程，使學(xué)生逐步建立產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，在獲得產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件圖式后，教師再定向指導(dǎo)學(xué)生對(duì)磁鐵插入線圈、磁鐵從線圈中抽出過(guò)程中感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向的研究，再用產(chǎn)生感應(yīng)電流條件圖式來(lái)同化或順應(yīng)磁鐵插入線圈、磁鐵從線圈中抽出感應(yīng)電流的方向，就能使我們進(jìn)一步鞏固、深化理解感應(yīng)電流方向的特點(diǎn)：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化---楞次定律．這一過(guò)程可用框圖7表示．

圖7 學(xué)習(xí)框圖

4 認(rèn)知建構(gòu)的條件——問(wèn)題引領(lǐng)學(xué)習(xí)

學(xué)生學(xué)習(xí)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的建構(gòu)過(guò)程，即不斷地由舊的認(rèn)知結(jié)構(gòu)向新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，學(xué)生必須通過(guò)對(duì)知識(shí)的應(yīng)用，獲得知識(shí)遷移能力；通過(guò)對(duì)更高層次問(wèn)題的解決，以拓寬思路，重建自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到舉一反三、融會(huì)貫通的目的．

譬如在“力的分解”這一節(jié)的教學(xué)中，關(guān)于斜面上物體所受重力的效果分解，在完成分解得出兩個(gè)分力的表達(dá)式后，呈現(xiàn)如下引領(lǐng)性的問(wèn)題：兩個(gè)分力作用在什么物體上？斜面對(duì)物體的支持力、摩擦力多大？為什么？若斜面光滑，物體受到的合力多大？為什么？若斜面粗糙，當(dāng)斜面傾角增大時(shí)，物體所受的摩擦力大小如何變化？支持力大小如何變化？這些問(wèn)題具有明顯的遞進(jìn)性，在力的效果分解基礎(chǔ)上進(jìn)行了知識(shí)的應(yīng)用與知識(shí)間的綜合，涉及兩力平衡、力的合成和摩擦定律等，顯著地?cái)U(kuò)大了教學(xué)效果，提升了學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力．這種問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)過(guò)程就是認(rèn)知結(jié)構(gòu)遷移和重建過(guò)程，也是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與發(fā)展過(guò)程．

總之，學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過(guò)程，就是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換與建構(gòu)的過(guò)程；學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換是一個(gè)復(fù)雜的心理過(guò)程，其前題是造成學(xué)生的認(rèn)知沖突．教師的教學(xué)就是引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突、并幫助學(xué)生解決認(rèn)知沖突、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換與構(gòu)建學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)；教學(xué)有必要深入研究學(xué)習(xí)中的認(rèn)知過(guò)程，以尋求教與學(xué)的最佳契合點(diǎn)．

1 (美)加儂，(美)柯蕾著.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)設(shè)計(jì).宋玲,譯.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社

2 布魯克斯著.建構(gòu)主義課堂教學(xué)案例.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社

3 高文，徐斌艷，吳剛主編.建構(gòu)主義教育研究.北京：教育科學(xué)出版社

4 張雅軍著.建構(gòu)主義指導(dǎo)下的自主學(xué)習(xí)理論與實(shí)踐.武漢：華中師范大學(xué)出版社

2016-08-29)