探究分布式認(rèn)知理論下的物理教學(xué)設(shè)計(jì)

徐翠艷+鄭冕+符偉

【摘要】隨著素質(zhì)教育理念的提出和運(yùn)用，人們?cè)絹碓街匾暯虒W(xué)過程中對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的培育。而其科學(xué)觀點(diǎn)的革新也加速了人類認(rèn)知的進(jìn)步，在這一形勢下，分布式認(rèn)知理念應(yīng)運(yùn)而生。它強(qiáng)調(diào)人類在獲取知識(shí)的過程中，是依靠一系列實(shí)踐活動(dòng)，通過對(duì)較多的分布式信息或系統(tǒng)進(jìn)行分析，從而在交互過程中獲取新的認(rèn)知。本文通過這一理論知識(shí)的啟發(fā)，在研究該理論的基本內(nèi)容后，提出了一些將其運(yùn)用在物理教學(xué)設(shè)計(jì)的一些要點(diǎn)，并通過一些實(shí)例分析，研究了教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)過程。

【關(guān)鍵詞】分布式認(rèn)知 物理教學(xué)設(shè)計(jì) 素質(zhì)教育

【中圖分類號(hào)】G642.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）39-0121-02

一、引言

我國的教育事業(yè)發(fā)展較快，近年來開展了一系列教學(xué)改革活動(dòng)，要求教育工作者將學(xué)生的綜合素質(zhì)作為教學(xué)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)教書育人的目的。在大學(xué)物理的教學(xué)中，知識(shí)點(diǎn)有一定難度，學(xué)生需要形成較為系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，并具備一定的理解深度，能夠?qū)⑵溥\(yùn)用到生活或今后的學(xué)習(xí)中。分布式認(rèn)知框架中，學(xué)習(xí)過程是成為了一種交互體驗(yàn)，在學(xué)習(xí)者之間；學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)對(duì)象之間；學(xué)習(xí)者與工具之間都形成了較為緊密的紐帶。將其運(yùn)用到大學(xué)物理教學(xué)中，能夠有效提升教學(xué)效率，并且這種學(xué)習(xí)過程產(chǎn)生的結(jié)果較為寬泛，符合素質(zhì)教育理念的要求?；诖?，本文研究了大學(xué)物理教學(xué)中運(yùn)用分布式理念的重要意義和主要實(shí)現(xiàn)途徑。

二、分布式認(rèn)知理論

分布式認(rèn)知提出較久，它認(rèn)為人類的認(rèn)知活動(dòng)應(yīng)該是存在社會(huì)的各種意識(shí)形態(tài)中，而不是局限于某一個(gè)體。信息包括外部的直接信息和內(nèi)部的深層表征信息。認(rèn)知這一概念則存在于各個(gè)形態(tài)中，包括個(gè)體內(nèi)部、傳播媒介、信息所在環(huán)境、文化背景、時(shí)間狀態(tài)、以及各個(gè)信息之間的關(guān)系等等[1]。相比于其他類型的認(rèn)知理念，可以看出這種理念更符合信息的實(shí)際分布狀態(tài)，也符合人類的正常認(rèn)知習(xí)慣，也更加接近當(dāng)前哲學(xué)意識(shí)中的世界原貌觀。在分布式認(rèn)知理念中，信息的分布式是錯(cuò)綜復(fù)雜的，又是有跡可循的；是深入細(xì)致的，又是包羅萬象的；是各有千秋的，又是同文共軌的。

因此，分布式認(rèn)知理念與實(shí)際的聯(lián)系較高，能夠產(chǎn)生極高的社會(huì)實(shí)踐價(jià)值，將其運(yùn)用到物理教學(xué)中，還能夠提升學(xué)生對(duì)知識(shí)認(rèn)知的全面性，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架中完成涉及范圍廣、精研程度高的學(xué)習(xí)行為。這種實(shí)踐特性為分布式認(rèn)知在大學(xué)物理教學(xué)中的運(yùn)用提供了可行性[2]。而且，大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中，有較多實(shí)踐行為，要求學(xué)生運(yùn)用豐富的知識(shí)解決生活中的問題，且需要運(yùn)用較深層次的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行仿真程度較高的模型模擬分析。這也向教學(xué)工作者提出了重視知識(shí)全面性、真實(shí)性、實(shí)踐性的要求。在這一形式下，將分布式認(rèn)知運(yùn)用到大學(xué)物理教學(xué)中具有重要實(shí)踐意義。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)要求

大學(xué)生的學(xué)習(xí)已經(jīng)展現(xiàn)出了較高的個(gè)體差異，且學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往有不同的興趣愛好和志愿發(fā)展方向，這就要求在教學(xué)方案中實(shí)現(xiàn)個(gè)體的開放，尊重每一位學(xué)生的個(gè)體訴求，并使用科學(xué)的教學(xué)手段和豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)將其融入到整體教學(xué)活動(dòng)中。因此，可以開展小組合作模式的教學(xué)，將教學(xué)知識(shí)體現(xiàn)給全體學(xué)生，同時(shí)產(chǎn)生不同的認(rèn)知結(jié)果。在設(shè)計(jì)教學(xué)方案時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)。

1.問題知識(shí)表征

首先，大學(xué)物理與高中相比，定律、規(guī)律更加抽象，在較多的模擬場景內(nèi)開展了一些理論研究，導(dǎo)致學(xué)生理解這些定律有些困難。教師就可以將這些模擬場景運(yùn)用多媒體技術(shù)展示，通過圖像信息的模擬，學(xué)生能夠形象直觀地看到物理教學(xué)中一些傳統(tǒng)手段無法直觀看到的元素，從而提升教學(xué)效率。另外，教師在教學(xué)過程中需要注意各種信息媒介下知識(shí)點(diǎn)的體現(xiàn)方式，將物理規(guī)律隱藏在模擬動(dòng)畫中。

2.任務(wù)分工

在小組的合作過程中，知識(shí)分布的全面化和分散化有較多的任務(wù)量，這就需要小組開展良好的分工合作。而且，在教學(xué)過程中，學(xué)生的個(gè)體差異較大，教師的教學(xué)活動(dòng)需要面向全體學(xué)生，這就要求教師設(shè)計(jì)教學(xué)的難度梯度，引起所有學(xué)生的注意力，在良好的興趣中開展教學(xué)活動(dòng)。在自主學(xué)習(xí)過程中，可以多開展探究式內(nèi)容，并由小組之間的分工合作實(shí)現(xiàn)探究內(nèi)容與學(xué)習(xí)過程的互聯(lián)。

3.交互活動(dòng)

在課堂的教學(xué)活動(dòng)中，存在著學(xué)生個(gè)體的內(nèi)部互動(dòng)，但更多的是學(xué)生與學(xué)習(xí)材料、工具以及教師、同學(xué)之間的互動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)教學(xué)方案時(shí)，要將這種互動(dòng)重點(diǎn)體現(xiàn)，良好的互動(dòng)不僅能活躍課堂氣氛，提高教學(xué)效率，還能夠降低教學(xué)難度，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

四、物理教學(xué)案例

為了進(jìn)一步分析分布式理論在物理教學(xué)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用效果，本文例舉了一些大學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)方案。

1.巧設(shè)問題，歸納知識(shí)

在學(xué)習(xí)這一部分的內(nèi)容時(shí)，主要需要教學(xué)的有兩個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，一是剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的能量定律，二是剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量守恒定律[3]。在教學(xué)時(shí)，要采取循序漸進(jìn)的方式，首先向?qū)W生介紹力矩做功的相關(guān)定，此時(shí)要重點(diǎn)介紹右手法則，將力矩的定義和方向判別在深入理解貫徹的基礎(chǔ)上融入到“手掌”中。在教學(xué)時(shí)，教師需要主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生使用右手法則，這種教學(xué)互動(dòng)能夠引起學(xué)生的興趣，并且在“手勢”教學(xué)中活躍了教學(xué)氛圍[4]。另外，可以向?qū)W生提問：為什么要使用右手來鑒別方向？有什么方便的地方嗎？左手可以完成嗎？通過這種啟發(fā)式的問題，學(xué)生能夠更好地理解扭矩，為之后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。然后在學(xué)習(xí)有關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的內(nèi)容時(shí)，可以利用多媒體技術(shù)展現(xiàn)出轉(zhuǎn)動(dòng)過程的微分思想，并通過一些實(shí)例進(jìn)行分析。

例如某圓盤的質(zhì)量是m，半徑是R，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I的計(jì)算過程就可以運(yùn)用以下的微積分思想：

將圓盤分成無限個(gè)環(huán)裝，對(duì)其中的一個(gè)環(huán)求轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，

就有dI=r2dm

因此整個(gè)圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量經(jīng)過積分計(jì)算，就可以得出為mR2/2[5]。

在進(jìn)行例題教學(xué)時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，如何對(duì)圓盤進(jìn)行微分，是按照轉(zhuǎn)動(dòng)方向的圓心進(jìn)行逐層分割，還是以旋轉(zhuǎn)軸所在任意平面為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行有截面分割。這樣學(xué)生能夠更好地理解轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的定義和相關(guān)概念。使用多媒體技術(shù)需要合理，在此處可以運(yùn)用多媒體技術(shù)展示圓盤的微分形式，如下圖1所示。endprint

圖1 圓盤微分

在完成該例題的教學(xué)后，可以再向?qū)W生提問：把圓盤變?yōu)閳A環(huán)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算方式一樣嗎？將轉(zhuǎn)軸位置變換，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算方式一樣嗎？將分析對(duì)象換為細(xì)棒、求殼、球體等形狀呢？然后引導(dǎo)學(xué)生開展相應(yīng)的微積分計(jì)算，得出其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式，不僅實(shí)現(xiàn)了知識(shí)點(diǎn)的歸納總結(jié)，還實(shí)現(xiàn)了計(jì)算方法的溫習(xí)鞏固。計(jì)算結(jié)果（部分）如表1所示[6]。

表1 部分計(jì)算結(jié)果

剛體 轉(zhuǎn)軸 J

細(xì)棒（長l，質(zhì)量m） 過中心，垂直 ml2/12

細(xì)棒（長l，質(zhì)量m） 過某一點(diǎn)，垂直 ml2/3

圓盤（半徑R，質(zhì)量m） 過中心，垂直 mR2/2

球殼（半徑R，質(zhì)量m） 過球心 2mR2/3

2.追根溯源，歸納演繹

在大學(xué)物理學(xué)習(xí)過程中，可以發(fā)現(xiàn)很多的教學(xué)內(nèi)容實(shí)際都是圍繞著同一主線，從小學(xué)到大學(xué)的學(xué)習(xí)階段也是知識(shí)點(diǎn)越來越靠近現(xiàn)代，內(nèi)容越來越抽象的。這是因?yàn)椋虒W(xué)過程實(shí)際類似于人類對(duì)世界的認(rèn)知過程，越靠近新發(fā)現(xiàn)的理論，理解難度就會(huì)越高。基于此，可以將知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)融入到物理歷史中，在前人的認(rèn)識(shí)發(fā)展中尋求更準(zhǔn)確、更接近于正確的物理認(rèn)知。并且向?qū)W生僧介紹一種演繹推理的思想，以實(shí)際場合的某一具體事件或一系列現(xiàn)象，證明某一理論的正確性。例如，在萬有引力的教學(xué)過程中，就可以介紹相關(guān)的理論和實(shí)踐證明內(nèi)容。首先由牛頓提出了理論構(gòu)想，然后根據(jù)這一理論進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的太陽系行星運(yùn)行軌道的實(shí)際效果與理論有較大偏差，而理論計(jì)算的材料則來源于星系觀察，因此推算星系觀察有所遺漏，并進(jìn)一步分析太陽系存在著第九行星[7]。最終由天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了海王星，并與萬有引力支持下的理論計(jì)算基本符合，由此進(jìn)一步驗(yàn)證萬有引力的正確性。這種歸納演繹、發(fā)現(xiàn)證明的方式促進(jìn)了物理的發(fā)展，在發(fā)展遇到瓶頸時(shí)，通過這種逆向推理，提高了物理發(fā)展規(guī)律。在大學(xué)物理教學(xué)中向?qū)W生介紹這種思考方式，能夠有效提升教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提升。

另外，歸納演繹的方法也可以為學(xué)生對(duì)某一類知識(shí)的認(rèn)知提供借鑒方法，這也符合分布式認(rèn)知理論的特性和教學(xué)要求。例如在對(duì)光的認(rèn)知教學(xué)中，就可以向?qū)W生光的波粒二象性認(rèn)知過程。首先是牛頓提出光具有微粒性，滿足了反射等特性，但無法滿足衍射等特性；隨后惠更斯提提出光具有波動(dòng)性，能夠同時(shí)反映光的反射、衍射等現(xiàn)象。然后光電效應(yīng)有催生了“光量子，”隨后，現(xiàn)代物理提出光具有動(dòng)量，最終愛因斯坦提出光具有波粒二象性[8]。在之后的實(shí)驗(yàn)中，這一假說得到了證明。通過想學(xué)生介紹認(rèn)知事物的過程和方法，有助于學(xué)生養(yǎng)成良好的物理思維，是一種自然辨證地看待問題的方法。學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)更加寬泛，影響更深刻，理解更透徹，還能將這種思維運(yùn)用到其他的學(xué)科學(xué)習(xí)甚至生活中，即總結(jié)分析現(xiàn)象，進(jìn)而提出假說，然后修正證明，這種科學(xué)的物理思維是大學(xué)物理教學(xué)的重要內(nèi)容。

五、結(jié)束語

本文研究了分布式認(rèn)知理論在大學(xué)物理教學(xué)中的運(yùn)用，并以實(shí)際案例進(jìn)行了簡單說明。在運(yùn)用分布式理論開展教學(xué)時(shí)，要注意將教學(xué)過程設(shè)定得符合大學(xué)生群體特征，要具備較高的專業(yè)性和全面性，在各個(gè)知識(shí)點(diǎn)相聯(lián)系的氛圍中引起學(xué)生的求知欲。另外，在任何學(xué)習(xí)階段，教師都需要注意培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，因此在設(shè)計(jì)教學(xué)方案時(shí)，要多設(shè)置探究型內(nèi)容，從而幫助其養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)習(xí)慣。在條件允許的情況下，可以由教師帶領(lǐng)學(xué)生開展系列實(shí)驗(yàn)，在親身實(shí)踐中領(lǐng)悟更多知識(shí)點(diǎn)。分布式認(rèn)知認(rèn)為知識(shí)存在于各種意識(shí)形態(tài)中，知識(shí)所處的環(huán)境、存在的媒介都使認(rèn)知的一部分。因此，開展物理實(shí)驗(yàn)也是分布式教學(xué)的重要實(shí)現(xiàn)方法，除了本文到的課堂教學(xué)方法，在課外實(shí)驗(yàn)、實(shí)際生活中，學(xué)生也可以開展學(xué)習(xí)活動(dòng)。

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作者簡介：徐翠艷（1975-），女，漢族，遼寧朝陽人，學(xué)歷：碩士，職稱：副教授。研究方向：理論物理及物理教學(xué)研究。endprint