物理學習認知障礙行為表現(xiàn)及糾正

湖北省孝感高級中學 湖北孝感 黃華玲  432100

摘  要：本文基于加涅的學習結果分類，分析了物理學習中認知領域的學習障礙行為及產(chǎn)生原因，并結合多年教學經(jīng)驗實施相應教學手段促其糾正。

關鍵詞：認知障礙；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)定了五種主要的學習結果，即認為人類習得能力有五種類型，分別是言語信息、智慧技能、認知策略、態(tài)度和動作技能。其中前三種學習結果屬于認知領域^[1]。實際教學中發(fā)現(xiàn)，一部分學生正是由于物理學習的認知障礙才導致出現(xiàn)學習缺乏興趣、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，對這部分學生而言，消除認知障礙才是解決學習障礙的根本所在。同時加涅還認為，用學習結果來區(qū)分人的能力類型，可對學習過程作界定的認識，由此可構畫出教學設計的比較精細的內(nèi)含^[2]。相應的，基于學習結果的分類而討論認知障礙行為的糾正過程同樣可以較精細和更具有針對性。

一、物理學習認知障礙行為表現(xiàn)

（一）言語信息障礙行為——問題表征能力不強

言語信息作為一種能力的學習，意味著個人能夠以一種陳述的方式（說、寫或其他方式）來表述已學得的東西^[3]。如將物理情景使用物理學的詞匯將其說或寫描述出來，將一個物理問題用一個或若干個數(shù)學公式書面表達，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習中的問題表征能力。

問題表征指在給定信息的條件下，要求學習者進行深加工，結合原有的知識和信息，對問題賦予具有個人意義的理解框架^[4]。在問題表征過程中，我們發(fā)現(xiàn)導致建構出錯誤的或者不完整的問題空間的因素包括，信息遺漏（未能將問題的有關信息全部提取出來），信息誤解（對某些問題信息做了錯誤的分析和理解），隱喻干擾（問題信息中潛在的歧義性使學生困惑或誤導學生的解題思路）等。如一個人站在陽臺上，以相同的速率分別把三個球豎直向上拋出，豎直向下拋出，水平拋出，不計空氣阻力。則三球落地時的速度大小。許多同學就認為是向上拋出的小球速度最大。如果使用能量守恒的數(shù)學表達式表征該題，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械能守恒的情況下，到達地面時末動能相同，即速度大小一樣。錯誤的根源在于遺漏了“一個人站在陽臺上”這一勢能相同要素。

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

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

1.運用模型不順利

物理學科存在大量的物理模型，如單擺模型、彈性碰撞模型、點電荷模型、自由落體運動模型、平拋運動模型、簡諧振動模型等。運用模型是指從復雜的背景中抽化、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動模型。該過程關鍵在于學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同時將甲豎直向上拋，將乙豎直向下拋。設甲達最高點時乙還未落地，當甲達到最高點時，求甲乙之間距離。如果能識別出該題兩個小球相對加速度為零，均可看成是勻速直線運動的模型，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量為M，求鉛球與距球心為d處的一個質量為m的小球之間的萬有引力的大小。面對該題，許多學生不能通過“填補法”建立學生熟悉的質點間的萬有引力模型而順利解答。

3.前概念的干擾

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

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公里的時速在相距100公里的地方迎面開來。一只鳥在火車開動時以100公里的時速，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生是無從下手。解題思路應該是抓住位移=速度╳時間，繼而轉換思路求時間，可知小鳥飛了1小時，共100公里。

5.物理公式簡單數(shù)學化

表現(xiàn)為撇開公式的物理意義，忘記公式所表達的物理現(xiàn)象之間的因果關系。如R=U/I，學生常常認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系。

（三）  認知策略障礙行為——問題解決策略選擇不適

加涅認為，認知策略就是學習者控制學習（保持和思維）過程的各種方法。具體表現(xiàn)為學習者運用認知策略去選擇他所學的內(nèi)容并加以編碼，再用另一策略來回收它。最重要的是，他用認知策略去思考所學的內(nèi)容，去解決問題。如對物理學習過程的關注，規(guī)劃學習計劃，制定學習目標，促進知識的遷移等等。在實際教學中，我們發(fā)現(xiàn)問題解決策略選擇不適主要歸結于學生元認知能力不強和遷移能力不夠兩個因素。

1.元認知能力不強

元認知是關于認知的認知，是個人對自己的認知加工過程的自我覺察、自我評價、自我調(diào)節(jié)。即使用認知策略來監(jiān)控和控制其他學習和記憶過程的內(nèi)部過程。（Flavell，1979）^[4]。教學中最忌諱的是“不用知道為什么，會用就好了”，這種方式缺乏對學習的計劃、反思與監(jiān)控。并且，Swanson在1990年研究表明如果沒有元認知策略的使用，一個人即便有很強的其他認知能力，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，元認知在發(fā)展認知能力的重要性是不言而喻的。元認知能力不強的學生，不能分析或獲取反饋信息，也不能及時對學習過程中存在的問題做出相應的調(diào)節(jié)，使得學習過程的盲日性、沖動性較大，從而降低了學習的效率與成功的可能性。

2. 認知策略遷移能力不夠

“為遷移而教”是當今教育界最響亮的口號之一。但遷移有正遷移也有負遷移，因此，在教學中教師要善于創(chuàng)設情境，克服學習的負遷移，培養(yǎng)學生的正遷移能力，從而提高學生的學習效果和自身的學習能力。認知策略遷移，不再是知識的遷移而是認知策略能力的遷移。如通過學習，使學生樹立自主學習的意識，習得審視學習行為、調(diào)控學習進程，善于靈活運用已有的智慧技能，達到認知策略遷移的目的。

二、物理學習認知障礙行為表現(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)揮教師的主導作用和思維示范性。教師要在讀題的過程中，使用科學的、嚴謹?shù)恼Z言表征物理問題，并能適時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，并做詳細的思維分析，激活學生思維，幫助學生分析錯誤的根源，最終使學生在練習中能自主的有意識地模仿和運用。

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驗現(xiàn)象表征等，并且這樣的表征是可以相互轉化的。例如用圖示表征法來分析較為抽象的物理計算問題將具有很強的直觀性和形象性，如v-t圖，s-t圖等來表征運動過程。這樣可以提高學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.教學中樹立建構主義的教學認識。皮亞杰在1970年發(fā)表了《發(fā)生認識論原理》提出了認識是一種以主體已有的知識和經(jīng)驗為基礎的主動建構^[5]。強硬的灌輸必然導致智慧技能的形成過程中遇到各種各樣的障礙。只有學生在教師的引導下自主建構模型、習得概念規(guī)律，才能從根本上解決模型構建和習得概念規(guī)律中遇到的障礙。

在建構主義教學觀下，教學是為了促進學生從舊觀念向新觀念的轉變，教師的任務則是選擇有效促使學生發(fā)生觀念轉變的教學策略。例如，學生普遍持有“力是維持物體運動的原因”的觀念，這是長期經(jīng)驗和原有推理模式的結果。為了學生新觀念的建立，教師在選擇適當?shù)亟虒W策略時需要考慮以下四個因素：一是學生原有的觀念和態(tài)度；二是預期的學習結果的性質；三是分析在發(fā)展或改變觀念的過程中對學生的認知結構要求；四是考慮能幫助學生由現(xiàn)存觀念轉化為科學觀念的各種可能的教學策略。

2.擴大思維視角，讓學生領悟建模思想。例如，在講“自由落體”時，就應該引導學生去理解，為什么要把物體的下落運動理想成“自由落體”，明確學習“自由落體”的真正的實際意義，如此一來，學生必定對自由落體的條件和要素更為明確，應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方面實施，一是運用類比推理的方法，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；合作學習，有助于通過學生了解彼此的見解，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，教師也能充分了解學生對各種現(xiàn)象的理解，真實了解學生的對具體問題的認知層次，并以此為據(jù)，引導學生豐富或調(diào)整自己的理解。

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

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

6.充分利用變式教學與問題情景教學，避免定勢思維的束縛。通過一系列彼此聯(lián)系的練習，可以幫助學生完成知識的轉化；但只有在連續(xù)的、有變化的練習（即變式教學）中，學習策略才能獲得遷移，才能靈活運用。如在變式教學中進行一題多解、多題一解的訓練，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，可以啟迪學生思維的同時也增加培養(yǎng)思維的嚴密性。常用的有效途徑是通過創(chuàng)設矛盾的問題情境，以鍛煉學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，達到培養(yǎng)學生考慮問題全面性的能力。

（三）認知策略障礙行為的糾正策略

1.將元認知能力訓練貫穿在整個教學中。首先教學中多要求學生做復述、分類、小結、列提綱、作圖等工作。另外，強化學生自我糾錯能力，如通過“步驟式思維”將一個物理問題分解為若干個問題，并多問問為什么，應該怎么樣之類的問題。最后讓學生自己制定計劃，提出問題，完成某個練習任務；然后總結自己用的是什么方法，體驗自己的認知加工過程，及時更正錯誤并反思錯誤的根源，明了應該采取什么措施來完善等等。

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

3.強化反思行為。反思是主體自覺地對自己認識活動進行回顧、思考、總結、評價和調(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。如要求學生自己做試卷分析，并結合章節(jié)的知識和能力目標認識自己的不足等。

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

參考文獻：

[1] 皮連生主編.教學設計：心理學的理論與技術[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.當代心理科學名著譯叢教學設計原理[M].上海:華東師范大學出版社.1999,71.

[5] 張慶林主編.當代認知心理學在教學中的應用[M].重慶:西南師范大學出版社,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《物理學習誰知障礙行為表現(xiàn)及糾正》在湖北省2010年中小學教育科研論文評選中獲二等獎。2010.11）