物理認知結構的完善與有效學習

廖小兵

(廣州市第三中學 廣東 廣州 510120)

有效學習就是善于優化學習環境以達到學習目標的學習活動[1]．也有人將有效學習表述為在教師的指導下，學生在學習活動中能夠積極有效地運用各種學習資源和學習策略主動地學習，以最少的時間投入取得最佳的學習效果.它包括學習過程的有效性和學習結果的有效性；一方面體現于學生在學習過程中的“會學”，另一方面又表現在學習結果具有較高的達成度，即“學會”[2]．

有效學習的上述表述中，強調了學生學習準備的主動意向，知識基礎、學習過程的資源利用，方法選擇、學習效果的整體多維和全面發展．其實，當學生動機、教師指導、學生參與、內容編排、媒體使用等方面都適當的話，有效學習的核心還是在于學生認知結構的完善.只有借助認知結構才會有新知識的生長點，才會有對新知識的理解、內化，而不斷發展、完善的認知結構又會成為更新的知識之生長點，正是這種有效的循環，才是有效學習的本質．

1 物理認知結構在學習起始的促生作用

學生原認知結構是促使有效學習發生的動因；原認知結構中的相關知識點是新知識的生長點．奧蘇伯爾認為，認知結構中組織知識的方式包攝性最廣的概念在結構中占據最高層次，以便為每一新學知識單元提供理想的固定點；學習要從一般到個別．而布魯納認為學習應從個別到一般，只有熟練掌握具體信息，才會掌握一般編碼系統[3]．兩者盡管有不同，但面對外界新的信息刺激，學生借助原有認知結構，使結構中的知識點與新信息的內容、類別進行判別、比較，并發現差異，在這相互作用中發生認知結構的不和諧，從而促使同化、順應的發生，才會有新知識學習的發生．

現實教學過程中，布魯納的論點更符合個體認知發展的趨勢.學生的物理學習都是從具體的物理實驗現象開始的．學生由具體的物理現象作為外部刺激信息，并以問題的形式反映出來，打破了原有認知結構的平衡．如初中物理的平衡狀態條件是二力平衡.到高一，面對物體受到三個以上力的情形時，就無法用二力平衡.學生原有認知結構中平衡狀態的二力平衡平衡條件概念內容就不和諧；學生面對的問題是如何判斷受多個力物體的平衡？或受多個力物體的平衡條件是什么？在這種情況下，學生自然有探索新知的意向.這種不和諧、不平衡就成為學生有效學習的動機之一．當學生由平衡二力的合力為零推至受多個力物體的平衡條件為合力為零時，學生認知結構中的平衡條件知識已以探索結果順應為合力為零的內容，而原知識結構中的二力平衡就是這合力為零新知識的生長點．

2 物理認知結構在學習過程的吸納作用

當原認知結構的平衡被打破，進行有效學習，學生的認知結構中被激活的相關知識會像一條條伸出的吸盤，通過理解和編碼將新知識吸納進認知結構中．

2.1 理解吸收

物理知識的有效學習過程是已有知識能夠理解新學知識的過程，也是認知結構拓展和延伸的自我構建過程．學生原認知結構的不和諧，會激活學生認知結構中的相關知識，促使新舊知識發生聯系，促成同化、順應的發生.學生的有效學習就使新知識被原認知結構所吸納，新舊知識一起整合成新的認知結構．

初中物理通過觀察海波熔解實驗學習熔點知識的過程中，當學生觀察到固液共存的狀態下，溫度不變的現象時，就會用有關溫度計、溫度、固液物態等知識去分析、理解這個現象．這種理解導致的“聯系”，使得原有的溫度、固液物態等知識將支撐著“熔點”這個新知識，它們也成為熔點知識在舊知識網絡的固定點，并將熔點知識吸收進原有的認知結構中，而熔點知識就是原認知結構的拓展和延伸．

2.2 編碼納入

布魯納認為學生的學習過程是從掌握具體知識到形成一般編碼系統的過程．編碼就是將新信息加以分組、組合、編排,并不斷地調整和重組的過程．學生學習過程中，在理解的基礎上，能夠將知識信息予以編碼貯存，即恰當地分組、組合和編排，將知識進一步內化．如共點力平衡條件是合力為零的知識，由力、力的圖示、合力、力的合成、平衡態等知識支撐.但在納入學生認知結構的過程歸類、分組、編排工作中，不同的學生可能有不同的結果.有的學生會將合力為零的平衡條件歸入“力”的知識系列之下，有的學生就會歸到“運動狀態”的知識系列之下，也有可能會歸為兩個知識系列之間的鏈接中．在分類過程中，學生的認知結構會將相關聯的知識與其比較、將相近的知識與其區分，在比較、區分中使新知識清晰，也使它更深地納入學生的認知結構，達到內化的目的．

3 物理認知結構在學習宗旨的指向作用

有效學習的宗旨是使學生形成一個完善的物理認知結構；該宗旨引領著有效學習的方向和具體操作內容．

物理認知結構是物理知識通過內化在學生頭腦中形成的內容和組織[4]．內容是指物理知識，即物理學科的基本概念、規律和原理在學生頭腦中的映射．組織則包含兩個方面，一是指物理知識系統的邏輯聯系，二是學生頭腦中的物理技能、方法、策略等．學生頭腦中形成的物理認知結構就是把知識、方法和策略融成一個完整的、有機的整體，做到對概念、規律的理解融會貫通、駕輕就熟，對分析、思考、解決問題的方法、途徑、技巧能靈活運用、得心應手．學生的學習在于物理“內容”的厚實、準確，“組織”中的邏輯聯系的清晰，方法策略的豐富．

在實際教學中，“內容”的工作遠強于“組織”的工作，“組織”工作中技能習得工作又遠強于邏輯體系形成，以及方法、策略積累的工作．學生的有效學習只有在認知結構中“組織”部分完善的基礎上，才會起到學習的發動作用，才會成為新知識的生長點.其組織良好的認知結構才會有新知識眾多的固定點，才會從每個固定點都能伸出有強大吸力的吸盤將新知識吸納入認知結構，發生有效的重組和整合．可見，促成有效學習的關鍵的具體操作有如下幾個方面.

3.1 形成物理知識邏輯體系

物理知識結構在很大程度上真實地反映了客觀事物的自在結構，有其自身的邏輯體系；課本物理內容的呈現都體現了這種邏輯關系.一般來說，物理認知結構與物理自身的知識結構的吻合度越高，其合理性就越大．學生能將所學的知識按照物理知識結構的形式建構認知結構，理清物理知識的邏輯關系，就能很好地起到完善認知結構的作用．

(1)知識的層級關系

物理概念可以借助概念圖的制作理清層級關系．首先確定主概念.將主概念所涉及的分支物理概念通過歸類形成各個分支，通過排序分成不同的層級．排序中把概括性最廣、最一般的概念放在頂層，依次向下.概括性較低，比較具體的位于較低層次.最具體的概念位于最底層．例如功和能的知識，涉及功和機械能兩個概念，為兩大主概念的概念整合．功概念涉及力和位移．機械能概念涉及動能和勢能.而動能概念涉及質量和速度，勢能概念則涉及質量、重力加速度和高度等．功和機械能是最頂層的.力和位移、動能和勢能是第二層的.質量、速度、重力加速度和高度等是最底層的．知識的層級關系如表1.

表1 功和能知識的層面關系

(2)知識的鏈接核心

物理知識往往是從一個實驗、一個點生長起來的體系；這個點是知識生長的基礎，起著知識鏈接的核心作用．力知識的核心是力的作用效果．呈現一個力需要力的圖示，力的圖示是展示力的三要素，而這三要素的確定就是因為任一要素改變都會影響力的作用效果．合力與分力的聯系是效果相同.力的分解除平行四邊形定則還有就是按力的實際作用效果分解．力的知識由力的作用效果串在一起，又都是由它生長起來的．

再如功和能知識的核心是功是能量變化的量度.電場知識的核心就是電場的基本屬性(即其對電場中的電荷施以電場力的作用)．

(3)知識生長的軌跡

知識的延伸方式也能體現知識的邏輯關系．伽利略打破了力是維持運動原因的觀點，那就要解決兩個問題：一是力不是維持運動的原因，那是什么的原因(效果)？二是運動不靠力維持，那靠什么維持？由伽利略理想實驗這個生長點，延伸出力是改變狀態的原因和運動靠慣性維持的牛頓定律知識體系．

3.2 物理策略性知識的積累

知識開始被加工(建構與轉化)時，一方面，知識通過精加工等活動內化于認知結構中，此為陳述性的知識；另一方面，知識通過變式練習等應用，將命題轉化為產生式，并融入相應系統，此為程序性知識．程序性知識就包含用于對外的智慧技能和用于對內調控的認知策略(或稱策略性知識)．知識的學習過程有了策略性知識的積累，才會使認知結構得到改組或重構,進而豐富、完善認知結構．策略性知識的積累可以通過以下兩種方法.

(1)挖掘物理知識探索過程體現的方法

物理知識的探索過程中有很多本學科的物理方法，如α粒子散射實驗通過散射物推出原子核結構的方法，伽利略通過理想實驗打破舊的觀點，推理形成新理論的方法，質點和點電荷的理想模型方法，物理實驗對現象歸納的方法等都對認知結構的完善起到促進作用．

(2)在物理題解的回顧過程習得解題方法

物理解題的過程體現了思維過程和解題步驟.在理解解題過程的基礎上，將解題思路作為對象進行分析、歸納，提煉出題目的條件和背景、解題步驟、解題的切入點、解題方向，以及解題每一步的原理或定律．在這種回顧中可以習得解題方法，積累解題策略，可以使求解新的題目時知識提取因有明確的策略幫助選擇而更加迅速、知識的運用更加靈活．通過提高元認知水平，使認知結構中策略性知識與物理陳述性知識融為整體．

參考文獻

1 孫萬福.釋義“ 有效學習”.中國遠程教育，2004(20)

2 馬玲亞.略論有效學習的指導策略.教學與管理，2002(30)

3 李斐.現代認知結構論的學習觀——關于布魯納與奧蘇伯爾學習理論的比較.瓊州大學學報，2000(1)

4 周曉明,陳明光.淺析物理認知結構的特征及其構造.中山大學學報論叢，2001，21(1)