基于認知的建構(gòu)與整合的高中物理教學(xué)路徑

張家琪

【摘 要】建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀認為學(xué)習(xí)是在個體與某個學(xué)習(xí)環(huán)境的相互作用中，認知結(jié)構(gòu)形成、改造和精致的過程。學(xué)習(xí)的結(jié)果，不只是對某種刺激作出特定反應(yīng)，更是頭腦中認知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。本文從規(guī)律教學(xué)和問題解決教學(xué)兩個方面，以高中特級教師的教學(xué)片段為樣本，探討物理教學(xué)中知識的認知結(jié)構(gòu)是如何建構(gòu)并發(fā)展完善的，以期打造釋放學(xué)生潛能的高校物理課堂。

【關(guān)鍵詞】認知結(jié)構(gòu)；物理教學(xué)；建構(gòu)主義

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認為，學(xué)習(xí)是在個體與環(huán)境的相互作用中，認知結(jié)構(gòu)形成、改造和精致的過程。在物理教學(xué)實踐中，讓學(xué)生在自主探究、規(guī)律總結(jié)、問題解決的過程中，構(gòu)建物理知識的基本框架，形成關(guān)聯(lián)貫通的知識網(wǎng)絡(luò)，是認知結(jié)構(gòu)理論視角下高效學(xué)習(xí)的路徑。實現(xiàn)這一路徑就需要教師關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中認知的建構(gòu)與整合，實現(xiàn)“點石成金”。

一、在認知建構(gòu)與整合中促學(xué)生“循規(guī)蹈矩”

物理規(guī)律反映物理現(xiàn)象發(fā)生、變化的本質(zhì)屬性。做一個“循規(guī)蹈矩”的物理學(xué)習(xí)者，是發(fā)展物理規(guī)律的科學(xué)認知，掌握探究事物本質(zhì)方法的應(yīng)有之義。促進學(xué)生“循規(guī)蹈矩”，需要教師科學(xué)、合理地幫助學(xué)生進行獨立自主的認知建構(gòu)。

認知的建構(gòu)與整合需要選取適當(dāng)?shù)臉永?。南京金陵中學(xué)朱建廉老師《法拉第電磁感應(yīng)定律》的教學(xué)設(shè)計就巧妙選取樣例，問題創(chuàng)設(shè)“相同”之中有“不同”，“不同”之中有“相同”，讓學(xué)生在探究中破解電磁感應(yīng)定律的“潘多拉密碼”。

1.針對兩個實例，準(zhǔn)確表述感應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生條件

問題1：圖1和2的裝置中，怎樣操作可以產(chǎn)生感應(yīng)電流使電流表指針偏轉(zhuǎn)？

問題2：在圖1和2兩例中，引起電磁感應(yīng)的原因是否相同？

2.針對“動生感應(yīng)”研究，導(dǎo)出動生電動勢的表達式

問題3：動生電動勢應(yīng)如何表達？

3.針對“感生感應(yīng)”研究，通過探究性活動完成定律的建構(gòu)

問題4：既然“感生感應(yīng)”是由“磁通量變化”所致，那么“感生電動勢”就應(yīng)與“磁通量變化情況”有關(guān)。大家同意這一判斷嗎？

問題5：“磁通量變化情況”通常指什么情況？

問題6：你覺得感生電動勢是與磁通量變化相關(guān)還是與變化的快慢相關(guān)？

問題7：感生電動勢與磁通量變化快慢間存在怎樣的關(guān)系？

問題8：能給出“感生電動勢與磁通量變化率成正比”的證明嗎？

這兩個樣例都是由“動”產(chǎn)生感應(yīng)電流，但一個是導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，一個是磁感應(yīng)強度變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。由此得出，因“動”而生的稱作“動生感應(yīng)”；因“變”而生的稱作“感生感應(yīng)”。其實細細追究，這兩種電動勢的產(chǎn)生都是由于磁通量發(fā)生了變化。

百顆千顆的珍珠即使再美麗，如果沒有用線串起來，那也只是散落、零亂的，用線穿成串才能成為完整美麗的項鏈。朱老師通過對這兩個樣例的辨析，以一連串的問題組織起教學(xué)，用層層深入的問題啟發(fā)學(xué)生主動探究，有效完成了對法拉第電磁感應(yīng)定律的認知建構(gòu)。

二、在認知建構(gòu)與整合中促學(xué)生“清源正本”

清源正本、解決實際問題是學(xué)習(xí)科學(xué)知識的最終目的和歸宿。認知結(jié)構(gòu)理論更需要關(guān)注實際問題的解決，促學(xué)生“清源正本”。為此，教師應(yīng)在教學(xué)時，利用認知結(jié)構(gòu)理論幫助學(xué)生高效地建立解決問題的根本方法，提高學(xué)生解決物理問題的能力。

金陵中學(xué)陳連余老師《恒定電流》習(xí)題課中，就為問題解決中實現(xiàn)認知建構(gòu)與整合提供了范式：

如圖3，一根表面均勻鍍有發(fā)熱電阻膜的陶瓷管，兩端有導(dǎo)電箍MN，長度L=50cm，直徑D=10cm，膜層電阻率已知?，F(xiàn)給米尺、電壓表、電流表、電源、滑動變阻器、電鍵和若干導(dǎo)線，請設(shè)計一個測定膜層厚度的實驗方案。

（1）實驗中你要測的物理量是______；

（2）計算膜層厚度的公式：__________。

答案：因膜層太薄無法直接測量，所以只能間接測量。運用伏安法可測出膜層電阻R=U/I。由電阻定律就可算出膜層的橫截面積S。將膜層沿MN方向展開，得到圖4所示長方體，其橫截面積與膜層的S等效。由此得出膜層厚度d=。

學(xué)生：老師，您怎么想到這樣去求解的呢？（教師答不上來）

在上面的教學(xué)片段中，教師給出的是專家型解法，即一開始就辯認出這題是在伏安法的基礎(chǔ)上，利用幾何知識求導(dǎo)電部分的橫截面積的類型。以膜層面積為切入口，便可流暢自然、一氣呵成地完成解題。但學(xué)生未曾見過這類題型，也不具備學(xué)科專家解決問題的思維方式。教師把這樣的解答過程講給學(xué)生聽，很可能只是讓學(xué)生抄了一遍標(biāo)準(zhǔn)答案而已。

真正符合學(xué)生認知發(fā)展的教學(xué)應(yīng)更多地關(guān)注學(xué)生遇到問題的思考過程，關(guān)注學(xué)生的解題思路。教師需要做的就是去蕪存菁，肯定學(xué)生解題思路中正確的部分，糾正錯誤的環(huán)節(jié)，并適當(dāng)在訓(xùn)練中引導(dǎo)他們形成專家型解題思路。課上，陳老師通過與學(xué)生互動，得出修正后的解答過程：……算出膜層的橫截面積S，設(shè)膜層內(nèi)、外環(huán)半徑分別為R和r，則膜層的橫截面積S=πR-πr=π（R+r）（R-r）=π（R+r）d，因為膜層很薄，R和r非常接近，所以S≈2πRd=πDd。

修正后，教師從最淺顯的如何算電阻層的橫截面積出發(fā)，列出算式，一步步利用數(shù)學(xué)方法化簡、求值，最終得到這部分面積相當(dāng)于把這一層膜沿管長剖開后近似長方體的橫截面積。這樣學(xué)生就在建構(gòu)解題認知模式中做到了“正本清源”，也能舉一反三、觸類旁通。

不論是物理規(guī)律教學(xué)還是問題解決教學(xué)，教師都要順應(yīng)學(xué)生認知發(fā)展的規(guī)律，把握學(xué)生的前認知特點與共性，尋找認知突破口，打破平衡之后重建平衡，讓學(xué)生在不知不覺中完成了認知建構(gòu)的心理過程。

【參考文獻】

[1]來自南京市金陵中學(xué)物理特級教師朱建廉的.《法拉第電磁感應(yīng)定律》.教學(xué)設(shè)計

[2]來自南京市金陵中學(xué)物理特級教師陳連余的.《恒定電流》.習(xí)題課

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