物理學(xué)習(xí)認(rèn)知障礙行為表現(xiàn)及糾正

湖北省孝感高級中學(xué) 湖北孝感 黃華玲  432100

摘  要：本文基于加涅的學(xué)習(xí)結(jié)果分類，分析了物理學(xué)習(xí)中認(rèn)知領(lǐng)域的學(xué)習(xí)障礙行為及產(chǎn)生原因，并結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)實(shí)施相應(yīng)教學(xué)手段促其糾正。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知障礙；物理；糾正

作者簡介：黃華玲（1979-）女 湖北孝感  一級教師  華東師范大學(xué)碩士  電話：13972655768

備注：1、本篇已公開發(fā)表；

2、本篇基于碩士畢業(yè)論文而作，碩士畢業(yè)論文被上海市高校碩博士論文盲檢為優(yōu)秀。

加涅(R.M.Gagne)規(guī)定了五種主要的學(xué)習(xí)結(jié)果，即認(rèn)為人類習(xí)得能力有五種類型，分別是言語信息、智慧技能、認(rèn)知策略、態(tài)度和動作技能。其中前三種學(xué)習(xí)結(jié)果屬于認(rèn)知領(lǐng)域^[1]。實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，一部分學(xué)生正是由于物理學(xué)習(xí)的認(rèn)知障礙才導(dǎo)致出現(xiàn)學(xué)習(xí)缺乏興趣、意志力薄弱等非智力因素方面的一系列問題，最終形成惡性循環(huán)。因此，對這部分學(xué)生而言，消除認(rèn)知障礙才是解決學(xué)習(xí)障礙的根本所在。同時(shí)加涅還認(rèn)為，用學(xué)習(xí)結(jié)果來區(qū)分人的能力類型，可對學(xué)習(xí)過程作界定的認(rèn)識，由此可構(gòu)畫出教學(xué)設(shè)計(jì)的比較精細(xì)的內(nèi)含^[2]。相應(yīng)的，基于學(xué)習(xí)結(jié)果的分類而討論認(rèn)知障礙行為的糾正過程同樣可以較精細(xì)和更具有針對性。

一、物理學(xué)習(xí)認(rèn)知障礙行為表現(xiàn)

（一）言語信息障礙行為——問題表征能力不強(qiáng)

言語信息作為一種能力的學(xué)習(xí)，意味著個(gè)人能夠以一種陳述的方式（說、寫或其他方式）來表述已學(xué)得的東西^[3]。如將物理情景使用物理學(xué)的詞匯將其說或?qū)懨枋龀鰜?，將一個(gè)物理問題用一個(gè)或若干個(gè)數(shù)學(xué)公式書面表達(dá)，將物理問題用圖示的方式呈現(xiàn)等等。而這恰恰包含了物理學(xué)習(xí)中的問題表征能力。

問題表征指在給定信息的條件下，要求學(xué)習(xí)者進(jìn)行深加工，結(jié)合原有的知識和信息，對問題賦予具有個(gè)人意義的理解框架^[4]。在問題表征過程中，我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致建構(gòu)出錯(cuò)誤的或者不完整的問題空間的因素包括，信息遺漏（未能將問題的有關(guān)信息全部提取出來），信息誤解（對某些問題信息做了錯(cuò)誤的分析和理解），隱喻干擾（問題信息中潛在的歧義性使學(xué)生困惑或誤導(dǎo)學(xué)生的解題思路）等。如一個(gè)人站在陽臺上，以相同的速率分別把三個(gè)球豎直向上拋出，豎直向下拋出，水平拋出，不計(jì)空氣阻力。則三球落地時(shí)的速度大小。許多同學(xué)就認(rèn)為是向上拋出的小球速度最大。如果使用能量守恒的數(shù)學(xué)表達(dá)式表征該題，可以很清楚的知道重力勢能大小相同，初動能大小相同，那么在只有重力做功機(jī)械能守恒的情況下，到達(dá)地面時(shí)末動能相同，即速度大小一樣。錯(cuò)誤的根源在于遺漏了“一個(gè)人站在陽臺上”這一勢能相同要素。

（二）  智慧技能障礙行為——物理模型構(gòu)建不順利、概念規(guī)律習(xí)得不得法

  加涅把另一種可學(xué)得能力稱之為智慧技能。簡言之，這些智慧技能構(gòu)成了怎樣去獲得而不是了解信息^[3]。如學(xué)生知道如何由質(zhì)量和速度求該物體的動量，如何通過物理實(shí)驗(yàn)而了解F、M、a三者之間的關(guān)系等等。而物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)是物理模型和概念規(guī)律的學(xué)習(xí)，學(xué)生的智慧技能水平?jīng)Q定了物理模型和概念規(guī)律習(xí)得的實(shí)質(zhì)性。其障礙行為具體行為如下：

1.運(yùn)用模型不順利

物理學(xué)科存在大量的物理模型，如單擺模型、彈性碰撞模型、點(diǎn)電荷模型、自由落體運(yùn)動模型、平拋運(yùn)動模型、簡諧振動模型等。運(yùn)用模型是指從復(fù)雜的背景中抽化、類比出熟悉的物理模型。如獵人的槍和松鼠在同一水平直線上，當(dāng)子彈出膛的一瞬間，松鼠從樹枝上無初速的落下。這就要求學(xué)生能聯(lián)想到教材上的“槍射擊猴子”的模型，即自由落體和平拋運(yùn)動模型。該過程關(guān)鍵在于學(xué)生能不能抓住核心要素識別模型，如甲、乙兩球在同一高處，以相同的初速率V₀同時(shí)將甲豎直向上拋，將乙豎直向下拋。設(shè)甲達(dá)最高點(diǎn)時(shí)乙還未落地，當(dāng)甲達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，求甲乙之間距離。如果能識別出該題兩個(gè)小球相對加速度為零，均可看成是勻速直線運(yùn)動的模型，S=2V₀t，再求t，那么該題也就迎刃而解了。

2.建立模型不順利

圖1

建立模型不順利表現(xiàn)為不能將遇到的陌生模型通過“填補(bǔ)法”、“理想化法”、“圖示法”等變換為熟悉的模型。如圖1所示，在半徑為R的鉛球中挖去一個(gè)半徑為R/2球形空穴，空穴與球相切并通過鉛球的球心。在未挖去空穴之前鉛球的質(zhì)量為M，求鉛球與距球心為d處的一個(gè)質(zhì)量為m的小球之間的萬有引力的大小。面對該題，許多學(xué)生不能通過“填補(bǔ)法”建立學(xué)生熟悉的質(zhì)點(diǎn)間的萬有引力模型而順利解答。

3.前概念的干擾

中學(xué)生的抽象思維在很大程度上屬經(jīng)驗(yàn)型，需要感性經(jīng)驗(yàn)支持。前概念可以促進(jìn)正確概念的形成，同時(shí)也頑固的干擾正確概念的形成。并且學(xué)生的物理前概念是學(xué)生內(nèi)隱的思維結(jié)果，因此其表現(xiàn)帶有隱蔽性，不易被教師覺察；同時(shí)這種前概念有一種思考慣性、不易被學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在復(fù)述概念以及解決較明顯的、單線索問題時(shí)都會應(yīng)用科學(xué)概念，但在解釋比較復(fù)雜的物理現(xiàn)象或在實(shí)際的新情境中，常常就不自覺地用他們的前概念。如“力是維持運(yùn)動的原因”的錯(cuò)誤前概念被大家所共識，但在具體受力分析時(shí)，尤其在問是否存在摩擦力時(shí)，學(xué)生又會使用這一錯(cuò)誤的前概念。

4.不良定勢思維的束縛

定勢思維是指人們按習(xí)慣的、較為固定的思路去考慮問題、分析問題，表現(xiàn)為在解決問題過程中做特定方式的加工準(zhǔn)備。而定勢思維的束縛的根源為思維缺乏靈活性或是對概念規(guī)律的理解不透，只能遵循常規(guī)解決問題的思路。如在一條鐵軌上，兩輛火車分別以60公里和40公里的時(shí)速在相距100公里的地方迎面開來。一只鳥在火車開動時(shí)以100公里的時(shí)速，在開得最快的火車前沿鐵軌起飛，直到它和另一輛火車相遇。在這一點(diǎn)上，鳥立刻往回飛，以同樣的速度遇到原先那輛火車。這樣直到兩車不幸相撞，將鳥擠死。試問這只鳥一共飛了多少公里？”面對該題，被定勢思維束縛的學(xué)生是無從下手。解題思路應(yīng)該是抓住位移=速度╳時(shí)間，繼而轉(zhuǎn)換思路求時(shí)間，可知小鳥飛了1小時(shí)，共100公里。

5.物理公式簡單數(shù)學(xué)化

表現(xiàn)為撇開公式的物理意義，忘記公式所表達(dá)的物理現(xiàn)象之間的因果關(guān)系。如R=U/I，學(xué)生常常認(rèn)為是電阻的大小由電壓和電流的大小而決定。再如，對F=MV²/R和F=Mω²R尤其不解F與R究竟是正比還是反比關(guān)系。

（三）  認(rèn)知策略障礙行為——問題解決策略選擇不適

加涅認(rèn)為，認(rèn)知策略就是學(xué)習(xí)者控制學(xué)習(xí)（保持和思維）過程的各種方法。具體表現(xiàn)為學(xué)習(xí)者運(yùn)用認(rèn)知策略去選擇他所學(xué)的內(nèi)容并加以編碼，再用另一策略來回收它。最重要的是，他用認(rèn)知策略去思考所學(xué)的內(nèi)容，去解決問題。如對物理學(xué)習(xí)過程的關(guān)注，規(guī)劃學(xué)習(xí)計(jì)劃，制定學(xué)習(xí)目標(biāo)，促進(jìn)知識的遷移等等。在實(shí)際教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)問題解決策略選擇不適主要?dú)w結(jié)于學(xué)生元認(rèn)知能力不強(qiáng)和遷移能力不夠兩個(gè)因素。

1.元認(rèn)知能力不強(qiáng)

元認(rèn)知是關(guān)于認(rèn)知的認(rèn)知，是個(gè)人對自己的認(rèn)知加工過程的自我覺察、自我評價(jià)、自我調(diào)節(jié)。即使用認(rèn)知策略來監(jiān)控和控制其他學(xué)習(xí)和記憶過程的內(nèi)部過程。（Flavell，1979）^[4]。教學(xué)中最忌諱的是“不用知道為什么，會用就好了”，這種方式缺乏對學(xué)習(xí)的計(jì)劃、反思與監(jiān)控。并且，Swanson在1990年研究表明如果沒有元認(rèn)知策略的使用，一個(gè)人即便有很強(qiáng)的其他認(rèn)知能力，但在解決問題的過程中其能力也得不到有效地發(fā)揮。因此，元認(rèn)知在發(fā)展認(rèn)知能力的重要性是不言而喻的。元認(rèn)知能力不強(qiáng)的學(xué)生，不能分析或獲取反饋信息，也不能及時(shí)對學(xué)習(xí)過程中存在的問題做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使得學(xué)習(xí)過程的盲日性、沖動性較大，從而降低了學(xué)習(xí)的效率與成功的可能性。

2. 認(rèn)知策略遷移能力不夠

“為遷移而教”是當(dāng)今教育界最響亮的口號之一。但遷移有正遷移也有負(fù)遷移，因此，在教學(xué)中教師要善于創(chuàng)設(shè)情境，克服學(xué)習(xí)的負(fù)遷移，培養(yǎng)學(xué)生的正遷移能力，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和自身的學(xué)習(xí)能力。認(rèn)知策略遷移，不再是知識的遷移而是認(rèn)知策略能力的遷移。如通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生樹立自主學(xué)習(xí)的意識，習(xí)得審視學(xué)習(xí)行為、調(diào)控學(xué)習(xí)進(jìn)程，善于靈活運(yùn)用已有的智慧技能，達(dá)到認(rèn)知策略遷移的目的。

二、物理學(xué)習(xí)認(rèn)知障礙行為表現(xiàn)的糾正策略

（一）言語信息障礙行為的糾正策略

1.“外化思維”，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和思維示范性。教師要在讀題的過程中，使用科學(xué)的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z言表征物理問題，并能適時(shí)的舉容易存在遺漏信息、誤解信息、隱喻干擾信息的物理問題，并做詳細(xì)的思維分析，激活學(xué)生思維，幫助學(xué)生分析錯(cuò)誤的根源，最終使學(xué)生在練習(xí)中能自主的有意識地模仿和運(yùn)用。

2.問題表征“多視角”化，不僅有語言表征和文字表征，還有圖示表征和物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表征等，并且這樣的表征是可以相互轉(zhuǎn)化的。例如用圖示表征法來分析較為抽象的物理計(jì)算問題將具有很強(qiáng)的直觀性和形象性，如v-t圖，s-t圖等來表征運(yùn)動過程。這樣可以提高學(xué)生問題表征的靈活性和對物理問題的知覺能力。

（二）智慧技能障礙行為的糾正策略

1.教學(xué)中樹立建構(gòu)主義的教學(xué)認(rèn)識。皮亞杰在1970年發(fā)表了《發(fā)生認(rèn)識論原理》提出了認(rèn)識是一種以主體已有的知識和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的主動建構(gòu)^[5]。強(qiáng)硬的灌輸必然導(dǎo)致智慧技能的形成過程中遇到各種各樣的障礙。只有學(xué)生在教師的引導(dǎo)下自主建構(gòu)模型、習(xí)得概念規(guī)律，才能從根本上解決模型構(gòu)建和習(xí)得概念規(guī)律中遇到的障礙。

在建構(gòu)主義教學(xué)觀下，教學(xué)是為了促進(jìn)學(xué)生從舊觀念向新觀念的轉(zhuǎn)變，教師的任務(wù)則是選擇有效促使學(xué)生發(fā)生觀念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略。例如，學(xué)生普遍持有“力是維持物體運(yùn)動的原因”的觀念，這是長期經(jīng)驗(yàn)和原有推理模式的結(jié)果。為了學(xué)生新觀念的建立，教師在選擇適當(dāng)?shù)亟虒W(xué)策略時(shí)需要考慮以下四個(gè)因素：一是學(xué)生原有的觀念和態(tài)度；二是預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果的性質(zhì)；三是分析在發(fā)展或改變觀念的過程中對學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)要求；四是考慮能幫助學(xué)生由現(xiàn)存觀念轉(zhuǎn)化為科學(xué)觀念的各種可能的教學(xué)策略。

2.擴(kuò)大思維視角，讓學(xué)生領(lǐng)悟建模思想。例如，在講“自由落體”時(shí)，就應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生去理解，為什么要把物體的下落運(yùn)動理想成“自由落體”，明確學(xué)習(xí)“自由落體”的真正的實(shí)際意義，如此一來，學(xué)生必定對自由落體的條件和要素更為明確，應(yīng)用起來才能靈活自如。

3.對比分析，有效歸納。具體可以從以下幾個(gè)方面實(shí)施，一是運(yùn)用類比推理的方法，借助已有的物理概念、建立新的物理概念。如機(jī)械波、聲波、光波、無線電波、地震波、德布羅意波等各種不同的波，盡管涉及不同的領(lǐng)域，但其間存在相似性和類比性，使得我們可以建立一些普適的物理概念，如波長、頻率、周期、波速等。二是專題授課，合作交流。同類知識的對比，有助于知識的遷移；合作學(xué)習(xí)，有助于通過學(xué)生了解彼此的見解，檢查自己遺漏了哪些知識或思維角度，從而形成更豐富、深層次的理解。同時(shí)，教師也能充分了解學(xué)生對各種現(xiàn)象的理解，真實(shí)了解學(xué)生的對具體問題的認(rèn)知層次，并以此為據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生豐富或調(diào)整自己的理解。

4.在探究式教學(xué)中習(xí)得正確的概念。如在反沖運(yùn)動教學(xué)中，借助案例呈現(xiàn)，學(xué)生可以自主的從大量反沖實(shí)例的共同要素中歸納反沖運(yùn)動的概念。再如摩擦力教學(xué)，使學(xué)生理解靜摩擦力存在的條件是難點(diǎn)，但是通過學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)，那么這個(gè)問題將迎刃而解。

5.運(yùn)用“沖突教學(xué)”，即讓學(xué)生用自己的前概念去對事例或現(xiàn)象進(jìn)行解釋，使他們產(chǎn)生認(rèn)識上的沖突，即大腦中的原有概念與當(dāng)前面臨的現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生無法調(diào)和的矛盾，從而感覺到有改變認(rèn)知結(jié)構(gòu)的需要。中學(xué)生的抽象思維在很大程度上屬經(jīng)驗(yàn)型，需要感性經(jīng)驗(yàn)支持。前概念可以頑固的干擾正確概念的形成，同時(shí)也促進(jìn)正確概念的形成。如“冬天，室外的鐵塊比木塊的溫度低”這樣的前概念一般認(rèn)為是消極的，并在教學(xué)中強(qiáng)迫學(xué)生從大腦中消除，其實(shí)不然，它也為建立熱的良導(dǎo)體的提供很好的契機(jī)，借助該前概念可以形成教學(xué)中學(xué)生理解新知識的“生長點(diǎn)”。

6.充分利用變式教學(xué)與問題情景教學(xué)，避免定勢思維的束縛。通過一系列彼此聯(lián)系的練習(xí)，可以幫助學(xué)生完成知識的轉(zhuǎn)化；但只有在連續(xù)的、有變化的練習(xí)（即變式教學(xué)）中，學(xué)習(xí)策略才能獲得遷移，才能靈活運(yùn)用。如在變式教學(xué)中進(jìn)行一題多解、多題一解的訓(xùn)練，可以有效的避免定勢思維的束縛。通過相似情境和不同情境的練習(xí)，可以啟迪學(xué)生思維的同時(shí)也增加培養(yǎng)思維的嚴(yán)密性。常用的有效途徑是通過創(chuàng)設(shè)矛盾的問題情境，以鍛煉學(xué)生把握住思維的方向。如有摩擦和無摩擦，考慮重力和不考慮重力的不同情境中解決同一物理模型的物理問題，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生考慮問題全面性的能力。

（三）認(rèn)知策略障礙行為的糾正策略

1.將元認(rèn)知能力訓(xùn)練貫穿在整個(gè)教學(xué)中。首先教學(xué)中多要求學(xué)生做復(fù)述、分類、小結(jié)、列提綱、作圖等工作。另外，強(qiáng)化學(xué)生自我糾錯(cuò)能力，如通過“步驟式思維”將一個(gè)物理問題分解為若干個(gè)問題，并多問問為什么，應(yīng)該怎么樣之類的問題。最后讓學(xué)生自己制定計(jì)劃，提出問題，完成某個(gè)練習(xí)任務(wù)；然后總結(jié)自己用的是什么方法，體驗(yàn)自己的認(rèn)知加工過程，及時(shí)更正錯(cuò)誤并反思錯(cuò)誤的根源，明了應(yīng)該采取什么措施來完善等等。

2. 及時(shí)反饋，培養(yǎng)認(rèn)知策略遷移的能力。關(guān)于遷移的研究發(fā)現(xiàn)，既提供例子又提供問題解決原理時(shí)，有助于提高遷移效果。因此，教師也應(yīng)當(dāng)對由于認(rèn)知策略的參與而產(chǎn)生的認(rèn)知活動結(jié)果提供原理指導(dǎo)，及時(shí)給予反饋，做出對錯(cuò)或等級的評定。當(dāng)學(xué)生順利地獲得問題解決之后，原有的有關(guān)認(rèn)知策略的知識會由感性認(rèn)識上升以理性認(rèn)識，并體驗(yàn)到成功的喜悅，這種積極的情感會有助于認(rèn)知策略的遷移。

3.強(qiáng)化反思行為。反思是主體自覺地對自己認(rèn)識活動進(jìn)行回顧、思考、總結(jié)、評價(jià)和調(diào)節(jié)的過程。如，回味在問題解決過程中最重要、最精彩的處理方法，強(qiáng)化對這種方法的敏感性；反思在問題解決過程中走了哪些彎路，有什么規(guī)律性的教訓(xùn)可以吸取，思考有沒有其他解決方法，比較不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)。如要求學(xué)生自己做試卷分析，并結(jié)合章節(jié)的知識和能力目標(biāo)認(rèn)識自己的不足等。

總之，在高中物理教學(xué)過程中，要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)地位和學(xué)生的主體作用，使學(xué)生對知識（尤其是概念和規(guī)律）理解透徹，善于對比、分析、總結(jié)，從而消除認(rèn)知障礙，準(zhǔn)確無誤地掌握知識，運(yùn)用知識，最終促其能力的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 皮連生主編.教學(xué)設(shè)計(jì)：心理學(xué)的理論與技術(shù)[M].北京:高等教育出版社.2004,27.

[2] 鐘啟泉,黃志成主編.美國教學(xué)論流派[M].西安:陜西人民教育出版社,1993,155.

[3] 鐘啟泉,黃志成主編.美國教學(xué)論流派[M].西安:陜西人民教育出版社,1993,157.

[4] 加涅著.皮連生等譯.當(dāng)代心理科學(xué)名著譯叢教學(xué)設(shè)計(jì)原理[M].上海:華東師范大學(xué)出版社.1999,71.

[5] 張慶林主編.當(dāng)代認(rèn)知心理學(xué)在教學(xué)中的應(yīng)用[M].重慶:西南師范大學(xué)出版社,1995, 249.

Performance and Correction of Cognition Barrier Behavior in Physical Study

HUANG Hua-ling¹  ZHENG Jun²

(1.    Department of physics; East China Normal University; Shanghai 200062;China

2. Xiaogan University; Xiaogan 432100; China)

Abstract: The main body of a book result has classified owing to Gagne 's studying, has analyzed physics cognition obstacle behavior and creation cause in studying, and having put corresponding teaching means into practice urging whose transformation combining with teaching experience many years.

Keywords: Cognition obstacle; Physics; Correct

 （黃華玲《物理學(xué)習(xí)誰知障礙行為表現(xiàn)及糾正》在湖北省2010年中小學(xué)教育科研論文評選中獲二等獎。2010.11）