協(xié)作知識(shí)建構(gòu) 消解認(rèn)知沖突
——兼論“動(dòng)能定理有無(wú)單一方向的分解式”

馬宇澄 黃 皓

（1.無(wú)錫市教育科學(xué)研究院，江蘇 無(wú)錫 214001；2.無(wú)錫市第一女子中學(xué)，江蘇 無(wú)錫 214002）

1 問(wèn)題背景

協(xié)作知識(shí)建構(gòu)是近年來(lái)新興的建立在協(xié)作交互基礎(chǔ)之上的教學(xué)法，它在消解學(xué)生認(rèn)知沖突方面有其獨(dú)到的價(jià)值和作用.

2022年某市高三一模測(cè)試，試卷第13題的該市得分率僅24%，0分率高達(dá)58.3%，均為全卷之冠.筆者在閱卷和做試卷分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生大范圍地出現(xiàn)了應(yīng)用“單一方向的動(dòng)能定理”解題的情況.

學(xué)生的答題情況至少表明以下兩點(diǎn).

其一、有代表性的認(rèn)知沖突已經(jīng)形成，亟待轉(zhuǎn)變；

其二、教師通過(guò)講評(píng)以消解主體內(nèi)認(rèn)知沖突的教學(xué)策略在應(yīng)對(duì)此類(lèi)問(wèn)題時(shí)很可能是低效或無(wú)效的，否則很難解釋為什么不同層次的學(xué)生群體都會(huì)出現(xiàn)同樣的“低級(jí)錯(cuò)誤”.

2 試題情況

2.1 試題

如圖1所示，一無(wú)限長(zhǎng)通電直導(dǎo)線固定在光滑水平面上.一質(zhì)量為0.02kg的金屬圓環(huán)在該平面內(nèi)以大小v0=2m/s、方向與電流方向成60°角的初速度滑出，直到達(dá)到穩(wěn)定.求：

圖1

（1）整個(gè)過(guò)程金屬圓環(huán)產(chǎn)生的電能；

（2）整個(gè)過(guò)程金屬圓環(huán)受到安培力的沖量.

2.2 命題意圖分析

試題以計(jì)算題形式出現(xiàn).要求學(xué)生以電磁感應(yīng)為背景，從理解（閱讀題目、建立模型），推理（分析過(guò)程、速度的矢量性）以及綜合（運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系、安培力做功與金屬圓環(huán)動(dòng)能變化之間的聯(lián)系、安培力的沖量與金屬圓環(huán)動(dòng)量變化之間的聯(lián)系）3個(gè)方面考查學(xué)生物理思維能力.

2.3 答題情況分析

由于學(xué)生對(duì)動(dòng)能定理的標(biāo)量性認(rèn)識(shí)不清，從而大量出現(xiàn)了如圖2、3所示等閱卷前意想不到的錯(cuò)解.該題得分率竟低于壓軸題，且不同層次的學(xué)校學(xué)生答題表現(xiàn)差異不大；對(duì)此，教師和學(xué)生均需深刻反思.

圖2

圖3

3 協(xié)作知識(shí)建構(gòu)、消解認(rèn)知沖突

3.1 認(rèn)知沖突的劃分

協(xié)作知識(shí)建構(gòu)中的認(rèn)知沖突具體劃分詳如圖4.依據(jù)待消解認(rèn)知沖突的特點(diǎn)，筆者確定以消解主體間認(rèn)知沖突為抓手.

圖4

學(xué)生意識(shí)到認(rèn)知沖突后，一般會(huì)有兩種情況，強(qiáng)烈的求知興趣或焦慮情緒.實(shí)踐表明，如果執(zhí)教者不能通過(guò)有意義的協(xié)商進(jìn)行認(rèn)知再評(píng)價(jià)，進(jìn)而走向更高質(zhì)量的知識(shí)建構(gòu)，學(xué)生的求知興趣會(huì)被削弱，焦慮情緒則被放大，由此他們很可能通過(guò)附和教師的講解來(lái)逃避協(xié)作學(xué)習(xí).所以，在認(rèn)知沖突的消解過(guò)程中，師生、生生交互協(xié)商是關(guān)鍵.基于此，執(zhí)教者應(yīng)設(shè)計(jì)并提供支架以促進(jìn)認(rèn)知沖突的消解.

理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué) 專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室一般是面向相關(guān)專(zhuān)業(yè)的大三學(xué)生使用，受眾面較窄，開(kāi)放程度小，利用率較低。可考慮面向其他專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)理論加實(shí)驗(yàn)型選修課，即設(shè)定某一方向?qū)嶒?yàn)內(nèi)容，先開(kāi)展一定學(xué)時(shí)的理論學(xué)習(xí)，再開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，一方面可提高專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放性及利用率，另一方面給學(xué)生提供更多的跨專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)空間。

3.2 支架設(shè)計(jì)的依據(jù)和原則

協(xié)商性對(duì)話是認(rèn)知沖突能否消解的關(guān)鍵所在.因此，本次實(shí)踐中支架設(shè)計(jì)的依據(jù)有.

其一、支架的設(shè)計(jì)需要保障學(xué)生發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，除非學(xué)生需要，執(zhí)教者不介入學(xué)生對(duì)其觀點(diǎn)的思考與建構(gòu)；其二、增強(qiáng)支架操作性和實(shí)踐性以幫助學(xué)生更加直觀明了地理解支架所提示的行為內(nèi)容.

依據(jù)協(xié)作知識(shí)建構(gòu)支架設(shè)計(jì)四原則（如圖5所示），筆者設(shè)計(jì)了選擇類(lèi)、改善類(lèi)兩類(lèi)對(duì)話結(jié)構(gòu)性支架，據(jù)此開(kāi)展相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證支架效果.個(gè)人以為取得了正向引導(dǎo)作用及后續(xù)積極效果.

圖5

3.3 教學(xué)實(shí)施

3.3.1 表達(dá)觀點(diǎn)、尋找依據(jù)

選擇類(lèi)認(rèn)知沖突指的是學(xué)生小組在面對(duì)兩種對(duì)立的觀點(diǎn)時(shí)只能且必須做出選擇時(shí)產(chǎn)生的沖突.

教學(xué)片段1：

師：依據(jù)選擇類(lèi)支架（如圖6所示），正式授課前布置任務(wù)，討論“單一方向的動(dòng)能定理是否成立？”，要求學(xué)生給出依據(jù).

圖6

甲方（占學(xué)生總數(shù)32%）觀點(diǎn)：不成立.功和能都是標(biāo)量，不能進(jìn)行矢量分解.依據(jù)有《對(duì)幾道物理題“謬解”的教學(xué)思考》《中學(xué)物理教學(xué)參考》2005年第4期；一模卷教師的批改；“知乎”“愛(ài)問(wèn)知識(shí)人”上的解答等.

乙方（占學(xué)生總數(shù)45%）觀點(diǎn)：成立.建立直角坐標(biāo)系，將力和速度都分解到坐標(biāo)軸上，即可在x軸或y軸方向上應(yīng)用動(dòng)能定理.依據(jù)有《存在動(dòng)能定理的“分量形式”嗎？》，物理教師，2002 年第5期；《動(dòng)能定理能在某個(gè)方向上使用嗎》《中學(xué)物理教學(xué)參考》2005年第8期；《動(dòng)能定理是否有單方向的分解 式》《物 理 通 報(bào)》2021 年 第12 期；“作 業(yè)幫”上的解答等.

丙方（占學(xué)生總數(shù)23%）觀點(diǎn)：不知道，甲、乙方講得都有道理.

在這個(gè)教學(xué)片段中，認(rèn)知沖突產(chǎn)生后，沖突雙方均無(wú)法說(shuō)服對(duì)方，在無(wú)法明確界定對(duì)錯(cuò)的情況下，觀點(diǎn)難以統(tǒng)一，討論即陷入循環(huán)與僵持.

3.3.2 解釋、反饋，協(xié)商性對(duì)話

改善類(lèi)認(rèn)知沖突指的是通過(guò)師生、生生協(xié)作找出沖突觀點(diǎn)中錯(cuò)誤或不完善的地方，從而對(duì)觀點(diǎn)的內(nèi)容、邏輯等方面進(jìn)行修改，在有意義協(xié)商的基礎(chǔ)上最終達(dá)成一致的沖突.

教學(xué)片段2：

師：依據(jù)改善類(lèi)支架（如圖7 所示），布置任務(wù)：對(duì)支持者相對(duì)多數(shù)的乙方觀點(diǎn)進(jìn)行探討.生：乙方代表闡述對(duì)自己觀點(diǎn)的理解和疑問(wèn).我的理解：動(dòng)能定理存在建立在直角坐標(biāo)系基礎(chǔ)上的單一方向“分解式”.

圖7

我的疑問(wèn)：動(dòng)能是標(biāo)量，所以“分解”好像是說(shuō)不通的.

我的解釋?zhuān)骸皠?dòng)能定理單一方向的分解式”應(yīng)該是特定情境下的專(zhuān)有名詞，與常規(guī)理解不同.

生：甲方、丙方展開(kāi)熱烈討論，最后形成一致意見(jiàn).物理定理的正確性取決于所依據(jù)的定律、理論和數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程的正確性，但以《動(dòng)能定理是否有單方向的分解式》為代表的文章，其推導(dǎo)過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，因此無(wú)法判斷，需要教師協(xié)助.

師：協(xié)助學(xué)生分析推導(dǎo)過(guò)程，形成如下共識(shí).

這些文章的推導(dǎo)思路，其實(shí)都是兩步.第1步，對(duì)于二維運(yùn)動(dòng)或三維運(yùn)動(dòng)建立直角坐標(biāo)系，將力和速度都分解到坐標(biāo)軸上；第2步，計(jì)算坐標(biāo)軸上某一方向合力與位移的標(biāo)積（合外力對(duì)物體所做的功），發(fā)現(xiàn)等于這一方向上物體動(dòng)能的變化.

生：繼續(xù)熱烈討論.

代表性意見(jiàn)1：對(duì)于一維運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能定理當(dāng)然成立，這需要特別證明嗎？ 這些看似復(fù)雜的推演，好像并沒(méi)有什么新發(fā)現(xiàn).

代表性意見(jiàn)2：對(duì)于一維運(yùn)動(dòng)，在規(guī)定正方向后，矢量即可轉(zhuǎn)化為標(biāo)量，如再進(jìn)行推算，結(jié)果完全相同，過(guò)程卻要簡(jiǎn)潔得多.

代表性意見(jiàn)3：如果文章中的推導(dǎo)邏輯成立，那么對(duì)于直角坐標(biāo)系坐標(biāo)軸上某一方向的運(yùn)動(dòng)，也可以說(shuō)動(dòng)量定理是個(gè)標(biāo)量式.

生：學(xué)生達(dá)成共識(shí).乙方、丙方表示，在沒(méi)有更完善的證明之前，他們將不再使用“動(dòng)能定理單一方向的分解式”解答問(wèn)題.

在上述教學(xué)片段中，認(rèn)知沖突的源頭在于觀點(diǎn)本身的不完善，因此執(zhí)教者引導(dǎo)學(xué)生對(duì)觀點(diǎn)的論據(jù)進(jìn)行細(xì)節(jié)反思，在協(xié)商性對(duì)話中形成標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而達(dá)成一致.這樣就可以打破沖突雙方的僵持，減少學(xué)生個(gè)體面臨沖突時(shí)的不確定感或低效能感，通過(guò)支架引導(dǎo)有效消解認(rèn)知沖突，協(xié)作知識(shí)的建構(gòu).

4 結(jié)語(yǔ)

本次教學(xué)實(shí)踐并不會(huì)終結(jié)教師間的爭(zhēng)議，但它有力地證明了如能有理、有據(jù)、有技術(shù)地在核心概念形成處組織適度、必要的學(xué)生活動(dòng)，學(xué)生之間的深度交互與協(xié)作是可以真實(shí)發(fā)生的，學(xué)生的協(xié)作學(xué)習(xí)能力與效率也必將隨之提高.