例談地理規律學習中的認知沖突

張維四，李玉梅

（1.北京市第一五六中學，北京 100000；2.首都師范大學附屬實驗學校，北京 100000）

建構主義的觀念認為：學習是學生個體積極主動建構的過程，知識是學生個體經驗的合理化。隨著我國教育的改革和發展，這樣的現代教育理念逐漸為廣大教育工作者所接受。“以問題為中心培養學生能力”的理念逐步貫徹到地理教學活動中。問題為中心教學的內核是思維能力培養，而科學思維的本質是理論和證據的協調。[1]地理教學中學生對地理規律學習往往有畏難情緒，有些是學不懂、有些是不會用，究其根本是學習中產生的認知沖突沒有得到很好的解決。地理規律學習介于地理感性知識和理性知識之間，認知沖突多孕育于證據和理論的不協調之中，這是地理教與學的真問題。

一、地理規律與認知沖突

地理規律是反映地理事物發展過程中的本質聯系和必然趨勢的知識，是人們對地理事實所反映的地理事物的表象聯系進行抽象、概括等思維過程中獲得的知識。[2]地理規律包括地理分布的空間規律、地理演變的時間規律和地理要素聯系的關聯規律。地理規律能夠將地理事物中的零散知識整合起來的同時揭露其本質結構和特征，是一種具有一定抽象程度的地理原理性知識[3]，是地理感性知識的進一步發展，處于地理概念和推理的較高發展階段。從知識的表征方式看，地理規律屬于地理程序性知識范疇。地理規律的普適性和特殊性是地理學的重要特性[4-5]，自然地理規律的一般性和例外性充分體現了本學科復雜系統的特點[6]。這種復雜性為地理規律學習的認知沖突形成提供了前提。

地理規律屬于地理理性知識，其學習方法主要有兩個，即從例子到規律的學習和從規律到例子的學習，同時要注意例證與規律的有機統一。[7]地理規律學習要基于新的地理判斷過程，從龐雜的地理感性知識中發現與探索，借助地圖等直觀手段分析。地理規律的學習方法的本質是歸納法和演繹法，基于演繹法的地理規律教學的步驟是呈現、剖析、驗證地理規律，比較地理差異，解析地理原因；基于歸納法的地理教學的步驟是呈現地理事實、尋找共性特征、猜想、修正、總結地理規律。[8]地理規律的學習不能止于某種地理規律結論的得出，還要運用地理規律解決實際的地理問題。地理規律在一定范圍內具有普適性，要堅持其普適性；但又不能完全生搬硬套，要結合地理情境具體問題具體分析；要關注其運用的限制條件，鼓勵學生在運用地理規律的過程中提出質疑和批判。[9]

認知沖突是指人們意識到認知結構與外在信息或者認知結構各個成分之間存在矛盾的一種知覺狀態。[10]認知沖突的理論理據在于皮亞杰的個體建構主義，他認為兒童的認知結構可以看成是一種“圖式”，該“圖式”是通過“同化”與“順應”的過程逐步構筑起來的，并且在“平衡——不平衡——新平衡”的循環往復中得到不斷的豐富和提高。所謂“平衡”與否是指，頭腦中的認知結構與環境是否適應，其中“同化”是個體與環境的互動中外界事物納入已有的認知結構，使其在數量上得以發展，而“順應”是個體的認知結構不能使新的經驗同化時，便對原有認知結構進行調整和引起質變，即創立新“圖式”的過程。皮亞杰的理論認為順應是解決認知沖突的一種方法，即個體在新的情境下，原有認知結構與現實環境不相適應時，只能改變已有的認知結構以適應現實情境，這樣既解決了原有的認知沖突，又促使人的認知活動不斷發展。奧蘇貝爾在尋找新舊知識鏈接關系時，提出了三種同化模式概念：上位學習、下位學習和并列結合學習。歸納與演繹、同化與順應、上位學習與下位學習都說明思維的過程具有一定的方向性，這種方向的正確性能夠影響思維結果的產生。

認知沖突的學科教學多體現在教師利用認知沖突的理論創設教學情境，優化學科教學。[11-15]本文從學生的困惑角度探討地理規律學習中認知沖突的表現，即學生頭腦中的地理規律與地理現象、地理規律、其他學科規律的不協調的現象，同時基于沖突產生的心理因素分析，指出這種不協調現象可以通過同化和順應方式得以化解的地理教學方法（如圖1）。

圖1 地理規律認知沖突示意圖

二、地理規律學習中的認知沖突現象例析

1.地理規律內部的認知沖突

例1.某學生提問：

（1）低緯度地區的氣溫日較差大于高緯度地區的氣溫日較差，而低緯度地區的氣溫年較差卻小于高緯度地區的氣溫年較差。緯度位置對溫差的影響是正相關，還是負相關？

（2）山區的氣溫日較差小于山下的平原（如泰山的日較差小于濟南），而高原的氣溫日較差卻大于同緯度的平原（如青藏高原上的拉薩大于長江中下游的上海）。隨海拔的升高，氣溫日較差到底是增大還是減小呢？

提出問題（1）的學生是想對溫差的緯度因素進行歸納，但歸納中遇到了困難。這種困難從表面上看是沒有對氣溫年較差和日較差做具體的分析，從深層上看是歸納的方向出現了問題。歸納是認識的進一步抽象與概括，是認識的深入，是用簡煉的語言解釋更為廣闊的現象，從而揭示事物之間本質的聯系。氣溫形成與變化的本質是大氣的受熱過程原理。如果拋開這個原理，直接對年較差和日較差進行上位學習的歸納，其實是思維方向上的一種誤區。考慮原理進行的思路，往往要從分析的角度說明最高氣溫怎樣形成、最低氣溫怎樣形成。而這樣的視角從學習本質上看是一種下位學習。

提出問題（2）的學生是想把地形起伏和氣溫日較差之間建立起一種地理規律，但是共性特點并沒有被提取出來，因為從本質上講氣溫日變化的原理是大氣的受熱過程。可以說兩個問題的提出都是源于進一步歸納規律的動機，兩個問題思考方向都是想把地理環境最為基本的要素（如緯度、地形）和自然環境現象直接建立聯系，這兩個問題的困擾都是出現了歸納要素相同（地形、緯度、溫差）但歸納規律相反的問題，歸納沒有成功是因為共性不足。所以要分析差異對歸納過程的影響，在差異的事物中提出其本質聯系。

針對問題（2），教師可以先從地形的差異入手。山地與高原的區別在于山地起伏較大，而高原頂面比較平坦，這種差異造成同一海拔高度大氣與下墊面的關系的差異，這種差異體現在研究對象（同一海拔的某地）距離地面輻射來源地的差異和大氣稀薄程度的差異。與山地比較，高原氣溫日較差較大的原因在于，白天高原稀薄的大氣對太陽輻射的削弱作用較小，到達高原面的太陽輻射較多，高原面產生的地面輻射較多，該輻射加熱大氣后使氣溫升高比較明顯；夜間高原稀薄的大氣的保溫作用較小，使得高原大氣的氣溫降低比較明顯。

圖2 山地與高原大氣接受的地面輻射對比示意圖

從圖2 中可以看出山頂附近大氣的直接熱源不僅是山頂一點的地面輻射，還有周圍山坡和平原的地面輻射，但高原附近大氣的直接熱源往往更多的來自于高原頂部。山頂附近大氣的保溫作用來源不僅是山頂一點稀薄大氣的大氣輻射，還有周圍山坡和平原之上的大氣輻射，但高原附近大氣保溫作用來源更多是高原頂部稀薄大氣的大氣輻射。可見，基于地形差異下的距下墊面距離成為氣溫日較差的影響因素，該距離越大氣溫日較差越小。與高原相比，山地大氣距離下墊面的距離較大而氣溫日較差相對較小。

針對問題（1），教師可以從氣溫日較差和氣溫年較差的對比入手。氣溫日較差和氣溫年較差的共性都是特定時段內最高氣溫與最低氣溫的差值，而最高氣溫往往出現在熱量積累向熱量虧損的轉換位置，最低氣溫往往出現在熱量虧損向熱量積累的轉換位置，熱量的積累與虧損是多種輻射的結果。日和年的最大差異是時間尺度的差異，一日分正午與子夜，一年分盛夏與隆冬。從根本來源看，氣溫形成來自太陽輻射（輻射功率和時間的乘積）。太陽輻射功率在中學可以看成太陽高度角，而太陽輻射時間可以用晝長來代表。為了盡量簡化，并突出其影響的最大因素，選取中緯度地帶的較高緯度地區和較低緯度地區作為比較的對象。較高緯度夏季晝長明顯，冬季晝短明顯，而較低緯度冬夏晝長相差不大，多年平均的結果是各地晝長的時間約為每日12 小時，所以在研究氣溫日變化中可以不考慮晝長的差異。在一年之中，中緯度地區冬夏的太陽高度的變化幅度是相同的，所以在研究氣溫年變化中可以不考慮太陽高度角的變化。基于以上思考，進行如下表格對比（參見表1）。

表1 中緯度地區不同緯度氣溫日較差和氣溫年較差對比分析表

基于太陽輻射這個最重要的因素，就可以協調緯度因素對不同時間尺度氣溫變化的認知沖突。分析氣溫溫差的基本思路，要還原到大氣受熱過程原理。先分析其能量根本來源太陽輻射是否有差異，有怎樣的差異，再分析因下墊面差異造成的影響。可見，地理規律內部的認知沖突往往可以通過該規律背后的地理原理去協調、去統合。而統合的基礎是分析沖突雙方的差異。

2.地理規律間的認知沖突

例2.某學生提問：

（1）在圖3 中甲圖的地理規律是否與丙圖的地理規律相沖突？

（2）在圖3 中甲乙兩圖的情況是否說明不存在丙圖的規律？

圖3 某學生繪制的山區不同海拔高度溫度的差異對比圖

可以看出，圖3 中甲乙兩圖對地理規律的表達存在一定問題，即“冷”與“熱”的標注存在問題。經詢問學生發現，錯誤認識的來源是海陸風到山谷風的類比遷移的偏差（如圖4）。

圖4 某學生繪制的基于海風遷移得出的谷風示意圖

在熱力環流變式教學活動中變換同類事物的非本質特征以突出事物的本質特征，使學生知道冷熱差異能夠引起氣流運動。該學生只是把海陸熱力環流的圖像機械地搬到了山谷熱力環流之中。學生認知沖突產生的原因在于沒有能夠發現并理解其中所謂的熱力環流變式中的非本質特征（冷熱形成的原因）。為什么存在山谷的冷熱變化，什么是“風”，風形成的直接原因和根本原因是什么，學生有所不知。基于學生認知，教師讓學生比較圖4中甲圖與乙圖中“熱”“冷”標注位置的差異。可以看出圖4 甲圖中冷熱只有水平分布的不同，而乙圖中還增加了垂直方向上的差異。這樣的差異對規律的表達有無影響呢？因為形成風的原因是水平氣壓梯度力，而熱力環流原理中水平氣壓差形成原因可以歸結為水平方向上的冷熱不均。所以學生所繪制的圖3 甲圖與乙圖的冷熱位置是錯誤的（不是水平的），這個錯誤更正之后，認知沖突也就不存在了。為了深化認識，教師還可以從山區不同位置的氣溫日變化的規律角度說明，同一海拔高度的山坡附近大氣比山谷中的大氣與下墊面的距離是有差異的，這種差異造成了該地接受太陽輻射、地面輻射和大氣輻射存在差異，因而氣溫日變化不同。山坡與同海拔山谷比較，氣溫日較差較大。白天山坡氣溫較高，而同海拔高度的山谷氣溫較低，進而山谷氣壓較高，氣流從山谷運動到山坡，稱為谷風。

地理規律解讀與運用往往是通過示意圖的方式來表達的。示意圖的類比與遷移運用會出現遷移變形的結果，這種遷移變形從表面上看是對變化的忽視，從深層次上看是對圖像的膚淺解讀。信息在傳遞的過程中難免會衰減和失真，而教師和學生都要抓住重要的信息，力圖減少這方面的損失。

3.地理規律與其他學科規律的認知沖突

例3.某學生問：從物理規律上看，一團自由大氣氣溫越高氣壓越低，這個規律在分析鋒面與氣團時適用，如暖氣團氣溫較高氣壓較低、冷氣團氣溫較低氣壓較高。但青藏高原氣溫低且氣壓也低，是否說明這是前面物理規律的特例（或不適用）。

提出該問題的學生是針對氣壓在不同地理情境下應用后產生的認知沖突，鋒面兩側的氣壓狀況和青藏高原的氣壓狀況是客觀事實。所以就要對矛盾的另一方面，即所謂的物理規律進行討論。氣溫是影響氣壓高低的一個重要因素，但氣溫不是影響氣壓的唯一因素。所以該學生的問題是出自對物理規律的不全面理解。基于此教師要引導學生正確理解氣壓這個概念，氣壓的產生來自于空氣分子對大氣某一面積的撞擊，所以氣壓高低的重要影響因素是兩個：空氣分子密度和空氣分子運動速度。教師可以讓學生解釋為什么暖氣團氣壓低，進而發現溫度較高的氣體易受熱膨脹使分子密度變低，得出氣壓較低的結論。在此基礎上可以認為暖氣團氣壓較低的依據是空氣熱膨脹作用下的低密度，而青藏高原氣壓較低的原因是海拔較高，空氣稀薄的低密度。進而還原了其物理本質，空氣密度影響下的氣壓規律。

地理問題往往是復雜的，只有深入全面地理解其他學科規律，才能真正地理解復雜地表的現象。這樣的事例啟發教師教學時一方面要深入全面地認識和運用其他學科規律，另一方面要慎用演繹法去推導地理規律。

4.地理規律與地理事實的認知沖突

例4.參見圖5，某學生提問：中國雨帶的運動規律表示7、8 月長江中下游地區不受雨帶控制，出現長達月余的伏旱天氣，而武漢、上海的氣候統計圖表表示這里夏季（6、7、8 月）是降水較多的月份。從地理規律看是“旱”，從地理事實統計看是“多雨”。這樣的情況是否矛盾？

圖5 中國夏季降水分布和統計對比圖

雨帶的移動是基于地理事實的總結，而氣溫曲線和降水量柱狀圖是地理事實的統計。所謂沖突的兩個方面是客觀的，問題出現在對兩個事物的解讀，也就是說學生對降水與干濕的認知結構需要調整。為了能夠順利地調整學生的認知結構，教師需要完善學生頭腦中“雨”和“旱”的概念。為了更好地形成知識上的整合，教師可以采用豐富區域地理環境細節的方法，諸如長江中下游夏季臺風帶來降水的情況、短時對流雨的情況、稻谷茁壯生長的情況等。這樣學生頭腦中的“多雨”也就不僅僅是長時間降水的特點，也包括短時間暴雨帶來的降水量多的特征。伏旱是由于持續數日氣流下沉，太陽輻射強，氣溫高，蒸發旺盛帶來的干旱天氣。不同地區，持續的時間標準也不同（10—20 天的尺度）。若在該時段的間隔中出現降水量較大天氣系統過境，也能使該月的降水量維持在較高水平。另外，夏季多雨還指降水的季節分配情況，而伏旱不僅包含了伏天降水的減少，還包含了由于氣溫增高而引起蒸發加大等因素。這種基于豐富感性知識的概念辨析方法：一方面豐富了學生的認知，進而使學生的辯證思維水平得到提高；另一方面深化了學生的認知，為理解此地夏季光、熱、水豐富有利于農業發展的教學提供了便利。

詞匯的單一性和解讀的多元性是地理規律和地理事實產生認知沖突的直接原因，而概念的抽象性和事實的復雜性是地理規律和地理事實的認知沖突的基礎。這樣的認知沖突提示教師在建立某種地理概念和地理規律之前要重視感性材料的呈現，建立某種地理概念和規律要分析其內涵和外延，做好相關的類比和對比工作。不僅如此，教師還要努力促成學生的認知結構在同化和順應中從舊平衡向新平衡演進。

三、地理規律學習中認知沖突產生的原因和對地理教學的啟發

1.學生學習地理規律產生認知沖突的背景

學生學習地理規律產生認知沖突的主要時段是高中學段，尤其表現在高三第一學期。隨著年齡的增長，學生知識的豐富程度日益提高，書本知識和生活經歷的積累為認知沖突的形成提供了大量的素材。地理規律屬于地理理性知識的范疇。地理問題具有區域性和綜合性的特點使地理規律的呈現與解讀具有很強的復雜性。其復雜性體現在區域差異的多樣、時間演變的多環節、對象尺度的多層、要素聯系的多元等方面，呈現出大量的多因一果、一因多果的情況。中學時段，學生思維發展到抽象邏輯推理水平的形式運算階段。學生年齡的增長不僅是知識的豐富也是能力的提升，學生具有一定概括能力的同時其心理也有進一步抽象歸納的需求。另外，地理規律教學方法中提出對于學習者己經掌握的地理規律，要經常演繹使用，擴大其適用范圍[16]，但這種擴大不正確時可能會引起認知上的沖突。可見，認識素材的增量、認知能力的提高以及地理規律學習本身都可以成為地理規律學習中認知沖突產生的背景。

2.學生學習地理規律產生認知沖突的條件

第一，地理感性知識積累的不足。感性知識是理性知識形成的基礎。感性地理知識的缺乏限制了地理思維活動的展開空間，或者當學生思維做多元展開時難以判斷取舍、去偽存真。感性地理知識的缺乏也會造成地理概念理解偏差，進而形成地理認知沖突。

第二，基礎知識不扎實的干擾。地理規律認知沖突產生的兩個方面往往是學生頭腦中對地理規律二次加工的結果。信息的傳遞與加工會造成信號的衰減與失真，這樣的地理規律本身就是錯誤的，認知沖突就是真與偽的沖突。這種失真就是基礎知識不扎實的表現。尺度、限定條件、某些因素的忽視，某些術語的誤讀等都是基礎知識不扎實的表現。這就使得認知沖突成為可能。

第三，地理原理掌握不夠。地理原理是地理抽象思維進一步發展的結果，只有克服地理規律認知沖突才可能形成與之相關的地理原理。地理原理的不足就難以從逆向角度化解地理規律認知沖突。地理原理掌握不夠的另一種表現就是不用地理原理去分析地理問題，造成地理原理與地理規律兩張皮。不按地理原理去認識地理規律實際上是把地理規律的整合引向了錯誤的路徑，勢必引發地理規律學習中的認知沖突。

第四，概念與圖像解讀的偏差。地理學科的一大特點是圖像豐富，地理認知往往是從圖像開始的，而不同的人對圖像的理解是有差異的，這種理解差異往往會大于人們對文字的理解的差異。地理學科的另一大特點是貼近人們的生活，許多術語的提出往往來自生活。這樣就使人們容易用生活的邏輯理解學科的邏輯，而不同地區人們生活環境的差異造成這種解讀的多元性；但是科學是嚴謹的，不允許有這樣多元的解讀，也就造成了認知上的沖突。

第五，思維鏈條短，過渡直接。地理規律是地理事物聯系的一種總結。由于地理環境的復雜性造成了其聯系的普遍性與多樣性。如果只抓住聯系的兩端而不注重聯系的實際發生過程，就會造成對這種聯系的誤解，如果這樣的聯系又能夠被同化于頭腦的認知結構中，則這樣的聯系就會被學生作為地理規律去運用。在運用過程中，錯誤的規律難以解釋地理問題時，這種認知沖突就會產生。而正因為思維鏈短、過渡直接的特點，使這種不正確的地理聯系特別容易被學生頭腦中原有的認知結構同化，所以地理學習中地理規律的誤讀更為普遍與隱蔽。

第六，機械類比、忽視差異。所謂類比是把甲事物的屬性認為成與甲具有一定相似特征的乙事物的屬性。地理規律在解釋世界的過程中容易衍生新規律也容易泛化，這就為不恰當的類比提供了條件。如果在類比過程中忽視了類比對象的關鍵差異，則會產生不正確的認識，繼而產生認知沖突。地理環境的復雜使得類比或規律運用時，情境存在多元的差異，能不能正確地看待這樣的差異對學生的地理思維提出了更高的要求。

3.對地理教師教學的啟示

地理規律的總結與應用要密切結合地理原理。地理原理的使用可以導向地理規律應用與衍生的正確方向，可以細化地理思維鏈條、還原地理過程，從而使地理規律學習精準化。同時教師的相關學科基礎知識也要比較扎實，避免出現學科之間的干擾。另外，地理教師在應用演繹法進行教學時，一定要注意用多元的視角審視教學過程，避免出現絕對化和單向度的傾向，同時注意規律的適用范圍，避免衍生造成的地理規律泛化和窄化的問題。

地理規律的總結和應用之前要有一定的地理感性知識作為基礎。感性知識為正確理解概念提供了條件，感性知識也可以幫助修正某些規律認識上的不足。感性地理知識的豐富提供了廣闊的區域背景、多樣的區域細節、多層的區域尺度、多元的區域要素、多維的區域聯系視角。從而使正確的地理規律建立更順暢而少有認知沖突。另外，基于地理感性知識歸納地理規律的方法也是中學地理學習的主要方法，因為有些地理規律如果從其他學科演繹得出可能會減弱地理學科的課堂特色，會把地理課上成物理課或生物課；而且從其他學科演繹對地理教師的多學科知識素養要求較高。

地理規律的總結和應用要注重圖像與概念的解讀與分析，要注重示意性內容與真實情景的比較分析。用對比的方法由此及彼、由表及里、去粗取精、去偽存真，避免知識的機械類比和理論的不當遷移。教師解讀地理圖像和概念時，尤其要注意地理要素或地理過程的空間尺度、時間節律等方面的差異。教師在解讀圖像和概念之前，尤其要考慮示意性內容的典型正例與反例，以及他們之間的關系，以應對教學中可能暴露的認知沖突。

總之，地理規律學習中產生的認知沖突有些是可以避免的，有些是難以避免的，還有些是教師為了服務教學有意創設的。但是，這些認知沖突總要解決，其解決的基礎是區分、尊重眾多不一致現象，并樂于做出調和的嘗試，進而分析地理規律認知沖突產生的原因、形成的條件和心理機制，從而形成解決的辦法。總的來講，感性知識的歸納、原理過程的演繹、圖像概念的解讀和沖突方面差異的對比，往往成為破解認知沖突的基本方法。▲