物理学习认知障碍行为表现及纠正

湖北省孝感高级中学 湖北孝感 黄华玲  432100

摘  要：本文基于加涅的学习结果分类，分析了物理学习中认知领域的学习障碍行为及产生原因，并结合多年教学经验实施相应教学手段促其纠正。

关键词：认知障碍；物理；纠正

作者简介：黄华玲（1979-）女 湖北孝感  一级教师  华东师范大学硕士  电话：13972655768

备注：1、本篇已公开发表；

2、本篇基于硕士毕业论文而作，硕士毕业论文被上海市高校硕博士论文盲检为优秀。

加涅(R.M.Gagne)规定了五种主要的学习结果，即认为人类习得能力有五种类型，分别是言语信息、智慧技能、认知策略、态度和动作技能。其中前三种学习结果属于认知领域^[1]。实际教学中发现，一部分学生正是由于物理学习的认知障碍才导致出现学习缺乏兴趣、意志力薄弱等非智力因素方面的一系列问题，最终形成恶性循环。因此，对这部分学生而言，消除认知障碍才是解决学习障碍的根本所在。同时加涅还认为，用学习结果来区分人的能力类型，可对学习过程作界定的认识，由此可构画出教学设计的比较精细的内含^[2]。相应的，基于学习结果的分类而讨论认知障碍行为的纠正过程同样可以较精细和更具有针对性。

一、物理学习认知障碍行为表现

（一）言语信息障碍行为——问题表征能力不强

言语信息作为一种能力的学习，意味着个人能够以一种陈述的方式（说、写或其他方式）来表述已学得的东西^[3]。如将物理情景使用物理学的词汇将其说或写描述出来，将一个物理问题用一个或若干个数学公式书面表达，将物理问题用图示的方式呈现等等。而这恰恰包含了物理学习中的问题表征能力。

问题表征指在给定信息的条件下，要求学习者进行深加工，结合原有的知识和信息，对问题赋予具有个人意义的理解框架^[4]。在问题表征过程中，我们发现导致建构出错误的或者不完整的问题空间的因素包括，信息遗漏（未能将问题的有关信息全部提取出来），信息误解（对某些问题信息做了错误的分析和理解），隐喻干扰（问题信息中潜在的歧义性使学生困惑或误导学生的解题思路）等。如一个人站在阳台上，以相同的速率分别把三个球竖直向上抛出，竖直向下抛出，水平抛出，不计空气阻力。则三球落地时的速度大小。许多同学就认为是向上抛出的小球速度最大。如果使用能量守恒的数学表达式表征该题，可以很清楚的知道重力势能大小相同，初动能大小相同，那么在只有重力做功机械能守恒的情况下，到达地面时末动能相同，即速度大小一样。错误的根源在于遗漏了“一个人站在阳台上”这一势能相同要素。

（二）  智慧技能障碍行为——物理模型构建不顺利、概念规律习得不得法

  加涅把另一种可学得能力称之为智慧技能。简言之，这些智慧技能构成了怎样去获得而不是了解信息^[3]。如学生知道如何由质量和速度求该物体的动量，如何通过物理实验而了解F、M、a三者之间的关系等等。而物理学习的基础是物理模型和概念规律的学习，学生的智慧技能水平决定了物理模型和概念规律习得的实质性。其障碍行为具体行为如下：

1.运用模型不顺利

物理学科存在大量的物理模型，如单摆模型、弹性碰撞模型、点电荷模型、自由落体运动模型、平抛运动模型、简谐振动模型等。运用模型是指从复杂的背景中抽化、类比出熟悉的物理模型。如猎人的枪和松鼠在同一水平直线上，当子弹出膛的一瞬间，松鼠从树枝上无初速的落下。这就要求学生能联想到教材上的“枪射击猴子”的模型，即自由落体和平抛运动模型。该过程关键在于学生能不能抓住核心要素识别模型，如甲、乙两球在同一高处，以相同的初速率V₀同时将甲竖直向上抛，将乙竖直向下抛。设甲达最高点时乙还未落地，当甲达到最高点时，求甲乙之间距离。如果能识别出该题两个小球相对加速度为零，均可看成是匀速直线运动的模型，S=2V₀t，再求t，那么该题也就迎刃而解了。

2.建立模型不顺利

图1

建立模型不顺利表现为不能将遇到的陌生模型通过“填补法”、“理想化法”、“图示法”等变换为熟悉的模型。如图1所示，在半径为R的铅球中挖去一个半径为R/2球形空穴，空穴与球相切并通过铅球的球心。在未挖去空穴之前铅球的质量为M，求铅球与距球心为d处的一个质量为m的小球之间的万有引力的大小。面对该题，许多学生不能通过“填补法”建立学生熟悉的质点间的万有引力模型而顺利解答。

3.前概念的干扰

中学生的抽象思维在很大程度上属经验型，需要感性经验支持。前概念可以促进正确概念的形成，同时也顽固的干扰正确概念的形成。并且学生的物理前概念是学生内隐的思维结果，因此其表现带有隐蔽性，不易被教师觉察；同时这种前概念有一种思考惯性、不易被学生自己发现，学生在复述概念以及解决较明显的、单线索问题时都会应用科学概念，但在解释比较复杂的物理现象或在实际的新情境中，常常就不自觉地用他们的前概念。如“力是维持运动的原因”的错误前概念被大家所共识，但在具体受力分析时，尤其在问是否存在摩擦力时，学生又会使用这一错误的前概念。

4.不良定势思维的束缚

定势思维是指人们按习惯的、较为固定的思路去考虑问题、分析问题，表现为在解决问题过程中做特定方式的加工准备。而定势思维的束缚的根源为思维缺乏灵活性或是对概念规律的理解不透，只能遵循常规解决问题的思路。如在一条铁轨上，两辆火车分别以60公里和40公里的时速在相距100公里的地方迎面开来。一只鸟在火车开动时以100公里的时速，在开得最快的火车前沿铁轨起飞，直到它和另一辆火车相遇。在这一点上，鸟立刻往回飞，以同样的速度遇到原先那辆火车。这样直到两车不幸相撞，将鸟挤死。试问这只鸟一共飞了多少公里？”面对该题，被定势思维束缚的学生是无从下手。解题思路应该是抓住位移=速度╳时间，继而转换思路求时间，可知小鸟飞了1小时，共100公里。

5.物理公式简单数学化

表现为撇开公式的物理意义，忘记公式所表达的物理现象之间的因果关系。如R=U/I，学生常常认为是电阻的大小由电压和电流的大小而决定。再如，对F=MV²/R和F=Mω²R尤其不解F与R究竟是正比还是反比关系。

（三）  认知策略障碍行为——问题解决策略选择不适

加涅认为，认知策略就是学习者控制学习（保持和思维）过程的各种方法。具体表现为学习者运用认知策略去选择他所学的内容并加以编码，再用另一策略来回收它。最重要的是，他用认知策略去思考所学的内容，去解决问题。如对物理学习过程的关注，规划学习计划，制定学习目标，促进知识的迁移等等。在实际教学中，我们发现问题解决策略选择不适主要归结于学生元认知能力不强和迁移能力不够两个因素。

1.元认知能力不强

元认知是关于认知的认知，是个人对自己的认知加工过程的自我觉察、自我评价、自我调节。即使用认知策略来监控和控制其他学习和记忆过程的内部过程。（Flavell，1979）^[4]。教学中最忌讳的是“不用知道为什么，会用就好了”，这种方式缺乏对学习的计划、反思与监控。并且，Swanson在1990年研究表明如果没有元认知策略的使用，一个人即便有很强的其他认知能力，但在解决问题的过程中其能力也得不到有效地发挥。因此，元认知在发展认知能力的重要性是不言而喻的。元认知能力不强的学生，不能分析或获取反馈信息，也不能及时对学习过程中存在的问题做出相应的调节，使得学习过程的盲日性、冲动性较大，从而降低了学习的效率与成功的可能性。

2. 认知策略迁移能力不够

“为迁移而教”是当今教育界最响亮的口号之一。但迁移有正迁移也有负迁移，因此，在教学中教师要善于创设情境，克服学习的负迁移，培养学生的正迁移能力，从而提高学生的学习效果和自身的学习能力。认知策略迁移，不再是知识的迁移而是认知策略能力的迁移。如通过学习，使学生树立自主学习的意识，习得审视学习行为、调控学习进程，善于灵活运用已有的智慧技能，达到认知策略迁移的目的。

二、物理学习认知障碍行为表现的纠正策略

（一）言语信息障碍行为的纠正策略

1.“外化思维”，充分发挥教师的主导作用和思维示范性。教师要在读题的过程中，使用科学的、严谨的语言表征物理问题，并能适时的举容易存在遗漏信息、误解信息、隐喻干扰信息的物理问题，并做详细的思维分析，激活学生思维，帮助学生分析错误的根源，最终使学生在练习中能自主的有意识地模仿和运用。

2.问题表征“多视角”化，不仅有语言表征和文字表征，还有图示表征和物理实验现象表征等，并且这样的表征是可以相互转化的。例如用图示表征法来分析较为抽象的物理计算问题将具有很强的直观性和形象性，如v-t图，s-t图等来表征运动过程。这样可以提高学生问题表征的灵活性和对物理问题的知觉能力。

（二）智慧技能障碍行为的纠正策略

1.教学中树立建构主义的教学认识。皮亚杰在1970年发表了《发生认识论原理》提出了认识是一种以主体已有的知识和经验为基础的主动建构^[5]。强硬的灌输必然导致智慧技能的形成过程中遇到各种各样的障碍。只有学生在教师的引导下自主建构模型、习得概念规律，才能从根本上解决模型构建和习得概念规律中遇到的障碍。

在建构主义教学观下，教学是为了促进学生从旧观念向新观念的转变，教师的任务则是选择有效促使学生发生观念转变的教学策略。例如，学生普遍持有“力是维持物体运动的原因”的观念，这是长期经验和原有推理模式的结果。为了学生新观念的建立，教师在选择适当地教学策略时需要考虑以下四个因素：一是学生原有的观念和态度；二是预期的学习结果的性质；三是分析在发展或改变观念的过程中对学生的认知结构要求；四是考虑能帮助学生由现存观念转化为科学观念的各种可能的教学策略。

2.扩大思维视角，让学生领悟建模思想。例如，在讲“自由落体”时，就应该引导学生去理解，为什么要把物体的下落运动理想成“自由落体”，明确学习“自由落体”的真正的实际意义，如此一来，学生必定对自由落体的条件和要素更为明确，应用起来才能灵活自如。

3.对比分析，有效归纳。具体可以从以下几个方面实施，一是运用类比推理的方法，借助已有的物理概念、建立新的物理概念。如机械波、声波、光波、无线电波、地震波、德布罗意波等各种不同的波，尽管涉及不同的领域，但其间存在相似性和类比性，使得我们可以建立一些普适的物理概念，如波长、频率、周期、波速等。二是专题授课，合作交流。同类知识的对比，有助于知识的迁移；合作学习，有助于通过学生了解彼此的见解，检查自己遗漏了哪些知识或思维角度，从而形成更丰富、深层次的理解。同时，教师也能充分了解学生对各种现象的理解，真实了解学生的对具体问题的认知层次，并以此为据，引导学生丰富或调整自己的理解。

4.在探究式教学中习得正确的概念。如在反冲运动教学中，借助案例呈现，学生可以自主的从大量反冲实例的共同要素中归纳反冲运动的概念。再如摩擦力教学，使学生理解静摩擦力存在的条件是难点，但是通过学生自主探究学习，那么这个问题将迎刃而解。

5.运用“冲突教学”，即让学生用自己的前概念去对事例或现象进行解释，使他们产生认识上的冲突，即大脑中的原有概念与当前面临的现实产生无法调和的矛盾，从而感觉到有改变认知结构的需要。中学生的抽象思维在很大程度上属经验型，需要感性经验支持。前概念可以顽固的干扰正确概念的形成，同时也促进正确概念的形成。如“冬天，室外的铁块比木块的温度低”这样的前概念一般认为是消极的，并在教学中强迫学生从大脑中消除，其实不然，它也为建立热的良导体的提供很好的契机，借助该前概念可以形成教学中学生理解新知识的“生长点”。

6.充分利用变式教学与问题情景教学，避免定势思维的束缚。通过一系列彼此联系的练习，可以帮助学生完成知识的转化；但只有在连续的、有变化的练习（即变式教学）中，学习策略才能获得迁移，才能灵活运用。如在变式教学中进行一题多解、多题一解的训练，可以有效的避免定势思维的束缚。通过相似情境和不同情境的练习，可以启迪学生思维的同时也增加培养思维的严密性。常用的有效途径是通过创设矛盾的问题情境，以锻炼学生把握住思维的方向。如有摩擦和无摩擦，考虑重力和不考虑重力的不同情境中解决同一物理模型的物理问题，达到培养学生考虑问题全面性的能力。

（三）认知策略障碍行为的纠正策略

1.将元认知能力训练贯穿在整个教学中。首先教学中多要求学生做复述、分类、小结、列提纲、作图等工作。另外，强化学生自我纠错能力，如通过“步骤式思维”将一个物理问题分解为若干个问题，并多问问为什么，应该怎么样之类的问题。最后让学生自己制定计划，提出问题，完成某个练习任务；然后总结自己用的是什么方法，体验自己的认知加工过程，及时更正错误并反思错误的根源，明了应该采取什么措施来完善等等。

2. 及时反馈，培养认知策略迁移的能力。关于迁移的研究发现，既提供例子又提供问题解决原理时，有助于提高迁移效果。因此，教师也应当对由于认知策略的参与而产生的认知活动结果提供原理指导，及时给予反馈，做出对错或等级的评定。当学生顺利地获得问题解决之后，原有的有关认知策略的知识会由感性认识上升以理性认识，并体验到成功的喜悦，这种积极的情感会有助于认知策略的迁移。

3.强化反思行为。反思是主体自觉地对自己认识活动进行回顾、思考、总结、评价和调节的过程。如，回味在问题解决过程中最重要、最精彩的处理方法，强化对这种方法的敏感性；反思在问题解决过程中走了哪些弯路，有什么规律性的教训可以吸取，思考有没有其他解决方法，比较不同方法的优缺点。如要求学生自己做试卷分析，并结合章节的知识和能力目标认识自己的不足等。

总之，在高中物理教学过程中，要充分发挥教师的主导地位和学生的主体作用，使学生对知识（尤其是概念和规律）理解透彻，善于对比、分析、总结，从而消除认知障碍，准确无误地掌握知识，运用知识，最终促其能力的发展。

参考文献：

[1] 皮连生主编.教学设计：心理学的理论与技术[M].北京:高等教育出版社.2004,27.

[2] 钟启泉,黄志成主编.美国教学论流派[M].西安:陕西人民教育出版社,1993,155.

[3] 钟启泉,黄志成主编.美国教学论流派[M].西安:陕西人民教育出版社,1993,157.

[4] 加涅著.皮连生等译.当代心理科学名著译丛教学设计原理[M].上海:华东师范大学出版社.1999,71.

[5] 张庆林主编.当代认知心理学在教学中的应用[M].重庆:西南师范大学出版社,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

 （黄华玲《物理学习谁知障碍行为表现及纠正》在湖北省2010年中小学教育科研论文评选中获二等奖。2010.11）