物理學(xué)習(xí)過程中的認知障礙及其對策

許華軍

摘要：本文從一般的認知規(guī)律出發(fā)，揭示學(xué)習(xí)物理過程中容易出現(xiàn)"認知障礙"的環(huán)節(jié)， 并相應(yīng)地建立解決這些問題的教學(xué)模式和過程模型，有效地消除學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過程中出現(xiàn)的畏難情緒，建立自信，增強學(xué)習(xí)物理的興趣，從而能在減輕學(xué)生負擔(dān)的基礎(chǔ)上提高物理的教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：認知障礙；過程模型

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B文章編號：1672-1578（2017）12-0178-02

1.緣起

物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和核心是物理知識的學(xué)習(xí)，物理知識結(jié)構(gòu)、物理技能、科學(xué)態(tài)度和方法的學(xué)習(xí)均要以物理知識為依據(jù)，或緊密結(jié)合物理知識的學(xué)習(xí)而展開。從認知心理角度來講，物理知識的學(xué)習(xí)是學(xué)生個體的物理認知結(jié)構(gòu)與物理環(huán)境相互作用的過程，也是物理認知結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化的過程，即物理心理結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程。具體而言，學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的過程是不間斷地形成、發(fā)展、完善自己的認知結(jié)構(gòu)的過程，也就是使物理現(xiàn)象、物理概念和物理規(guī)律在學(xué)生心智中合理組合，配置形成認知網(wǎng)絡(luò)的過程。從學(xué)習(xí)的具體過程和認知活動角度講，物理知識的學(xué)習(xí)是通過一系列的心理活動，如：感覺、知覺、表象、記憶、判斷、思維、推理、想象、抽象、概括、具體化、系統(tǒng)化等，對外來信息或存在資料進行加工處理而完成的。

2.研究物理知識學(xué)習(xí)的具體過程，探求"認知障礙"出現(xiàn)的環(huán)節(jié)和表現(xiàn)形式

2.1物理知識學(xué)習(xí)和掌握過程中的典型認知階段和環(huán)節(jié)。物理知識包括物理現(xiàn)象、物理概念和物理規(guī)律三個要素。物理現(xiàn)象即實驗基礎(chǔ)以及自然界中與物理有關(guān)的實際現(xiàn)象。它們可以通過感官觀察或借助儀器觀測對自然界和實驗室中發(fā)生的物理事件直接描述。如： "串、并聯(lián)電路的特點"、"布朗運動"、"薄膜干涉現(xiàn)象"、"光的色散"等。物理概念是組成物理知識的基本元素，是一類物理現(xiàn)象的共同特征和本質(zhì)屬性在人腦中概括和抽象的反映。物理概念的學(xué)習(xí)在整個物理學(xué)習(xí)中處于核心地位，概念理解得如何從根本上決定了學(xué)習(xí)的效果。物理規(guī)律是物理知識的骨架，它表現(xiàn)為物理概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，反映出物理現(xiàn)象和過程在一定條件下發(fā)展、變化的必然趨勢。

不同類型的物理知識的學(xué)習(xí)對思維活動要求的側(cè)重點不同，但都要遵循認識活動的基本規(guī)律。關(guān)于人的認識的發(fā)展過程，列寧曾作過這樣的概括："從生動的直觀到抽象的思維，并從抽象的思維到實踐，這就是認識真理、認識客觀實在的辨證的途徑。"物理知識的認知過程正是經(jīng)歷了這樣的途徑，通過認識上的兩次飛躍而不斷完成的。抓住了認識上的兩次飛躍，就抓住了物理知識學(xué)習(xí)認知過程的關(guān)鍵。

第一次飛躍，即從感性認識上升為理性認識的飛躍，它包括：

（1）感知階段是感性知識的形成過程。物理知識學(xué)習(xí)中有兩種感知形式，一種是以觀察實驗為形式的對正在發(fā)生的物理現(xiàn)象的感知，另一種是以聽講、閱讀為形式的對教材中材料的感知。比如在感知單擺運動的觀察實驗中，要測量擺動周期，就需要學(xué)生用眼盯準擺同平衡位置重合的時刻、同時用手起動秒表、用口數(shù)著擺動次數(shù)、用耳鑒聽自己的讀數(shù)，當(dāng)看到擺最后一次通過平衡位置時，及時止動秒表，整個過程交織著多種感官活動，在觀測中互相制約、協(xié)調(diào)進行，使學(xué)生對單擺的運動獲得比較完整的感性認識。

（2）建立物理表象階段是對感性知識的加工改造，是從具體感知到抽象思維的過渡和橋梁。表象即是對事物的直接和形象的認識，又是對事物的初步概括和抽象的認識，表象是從感知過渡到思維的中介環(huán)節(jié)。在物理知識的學(xué)習(xí)中，學(xué)生自覺地進行表象活動，利用表象使物理概念形象化，促成從形象思維到抽象思維的轉(zhuǎn)化，從而順利地掌握概念。如：學(xué)生在學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象時，通過觀察實驗獲得了一些物理現(xiàn)象：①導(dǎo)線在磁極間作某種運動時，連在電路中的電流會顯示出回路中有電流產(chǎn)生；②當(dāng)磁鐵插入或拔出線圈時，與線圈相連的電流表會顯示出線圈中有電流產(chǎn)生；③當(dāng)改變愿線圈中的電流時，與副線圈相連的電流表會顯示出副線圈中有電流產(chǎn)生。從中概括出：在與電流表相連的回路所包圍的區(qū)域中，如果磁通量有了變化，電流表會有電流產(chǎn)生。

（3）形成物理概念和掌握物理規(guī)律是學(xué)生將感性認識上升到理性認識的核心階段。實質(zhì)上是思維過程，具體而言，學(xué)生經(jīng)過感知而獲得的物理表象在認知結(jié)構(gòu)中原有知識經(jīng)驗的支持下，轉(zhuǎn)化為頭腦中的抽象的規(guī)定，它是通過分類、概括、抽象等思維加工活動完成的。怎樣才算理解一個物理概念呢？例如：在理解"位移"這一概念時，要明確①為什么引入這一概念？②它的內(nèi)涵。如：是描述什么的物理量？是否是矢量？它的大小和方向如何定義？它的單位是什么？③它的外延，即概念所反映的本質(zhì)屬性的對象，也就是概念的適用范圍。④了解它與路程的區(qū)別與聯(lián)系。物理規(guī)律是物理過程中各概念之間的必然聯(lián)系，是在形成物理概念的基礎(chǔ)上進行的，它的主要思維活動是抽象、判斷和推理。如：在學(xué)習(xí)了位移、速度、加速度這些概念及勻變速直線運動的特點以后，學(xué)生就能自己總結(jié)出勻變速直線運動的基本規(guī)律：vt = v0 + at、 s= v0t +12at2。

（4）物理認知結(jié)構(gòu)的重新組合階段是感性認識上升到理性認識的一個重要環(huán)節(jié)，它是一個回憶、歸類、概括、判斷、推理、分析、綜合的思維加工過程。物理認知結(jié)構(gòu)的變化，主要是指使頭腦中已知的散亂的物理現(xiàn)象形成秩序，或使頭腦中的知識結(jié)構(gòu)擴展、更新或重建。例如：學(xué)生在認知結(jié)構(gòu)中已經(jīng)有了相互并列的概括、三個氣體實驗定律（玻意爾-馬略特定律、查理定律、蓋-呂薩克定律）的基礎(chǔ)上，經(jīng)過推理、概括、抽象得出理想氣體狀態(tài)方程。由三個氣體實驗定律到掌握理想氣體狀態(tài)方程，認知結(jié)構(gòu)的更新，使物理知識變得易于理解和記憶。

第二次飛躍即運用知識解決物理問題的階段。

一方面，需要從認知結(jié)構(gòu)中提取有關(guān)的知識和方法，另一方面，解決問題將鞏固、深化、活化認知結(jié)構(gòu)中的已有知識，并有可能進一步豐富認知結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。通過解決問題，學(xué)生靈活地把理性知識運用于實際，思維從抽象上升到具體，使知識從弄懂到會用，對物理環(huán)境做出可觀察的反應(yīng)，從而完成認識上的第二次飛躍。具體而言，學(xué)生通過感知、表象、形成概念、整合，對所學(xué)的物理知識已有所領(lǐng)會，但實際掌握過程到此并沒有完結(jié)，而是在教師的引導(dǎo)下學(xué)生能提出更深層次的問題，需要在新情境中推廣、應(yīng)用物理知識，需要自己構(gòu)想認知策略，需要較為復(fù)雜的邏輯判斷和推理。

2.2物理知識學(xué)習(xí)和掌握的各階段之間的聯(lián)系及轉(zhuǎn)化依據(jù)。首先，這些階段是由低到高，由簡單到復(fù)雜依次深入和上升的，后一階段都是在前一階段順利完成的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，同時后一階段又是前一階段的提升和發(fā)展。

其次，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的順利轉(zhuǎn)化的依據(jù)是：（1）完整地觀察實驗、模型，仔細閱讀教材、查閱數(shù)據(jù)，并能正確體會其中含義，同時激活已有知識，將新、舊知識有機結(jié)合起來，才能確切地歸納、概括出概念、規(guī)律、定律。（2）正確理解概念、規(guī)律、定律的本質(zhì)要素，并具有遷移應(yīng)用的能力、分析、辨析新問題的能力，才能順利延伸到實踐應(yīng)用中。

上述這些必須的條件或依據(jù)中只要其中某一環(huán)節(jié)或節(jié)點出現(xiàn)認知障礙，物理知識的學(xué)習(xí)就會中斷，或變得零散、不成系統(tǒng)，在應(yīng)用時會遇到困難。所以有必要測查出在哪些環(huán)節(jié)上最易出現(xiàn)認知障礙。

2.3物理知識學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中的認知障礙的特征及表現(xiàn)形式。根據(jù)本人的教學(xué)實踐，有意識地對學(xué)有困難的學(xué)生針對認知階段的環(huán)節(jié)進行觀察，并持續(xù)一年的跟蹤測查，方法主要有"談話法"、"分析診斷法"、"自我反省法"等。最終總結(jié)出以下幾種典型的認知障礙：

（1）感知信息障礙。物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，離開了對物理現(xiàn)象的觀察，物理學(xué)就成了無源之水，無本之木。但由于實驗觀察的局限性，查閱資料、數(shù)據(jù)的不完整性，感知物理環(huán)境的局限性，造成感知信息障礙。例如：在沒有觀察到足夠多的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，就不可能很好地理解和掌握電磁感應(yīng)這一概念，更不可能理解電磁感應(yīng)定律。

（2）新舊知識銜接障礙。新知識在形成結(jié)論前往往需要舊知識作依托，由于沒有及時鞏固，遺忘率較高，使新舊知識不能有機地連貫起來，造成新舊知識銜接障礙。例如：在應(yīng)用牛頓第二定律解決動力學(xué)的兩類基本問題時，有的同學(xué)把勻變速直線運動的基本規(guī)律及一些推論忘記了，所以就覺得無從下手，難以掌握。

（3）相關(guān)知識干擾障礙。物理概念之間既相互聯(lián)系，又相互區(qū)別。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念時，常常不能區(qū)分相鄰、相近的物理概念，這是相關(guān)知識的表現(xiàn)之一。例如：很多學(xué)生不能正確區(qū)分速度和加速度的概念，在理解速度和加速度的概念時，所犯的錯誤主要是：不能把特定的瞬時速度和特定的時刻聯(lián)系起來：不能區(qū)別速度和速度變化，忽視速度發(fā)生變化時的時間間隔。相關(guān)知識的表現(xiàn)之二是前科學(xué)概念對物理概念的干擾。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理之前，頭腦中并不是一張白紙，他們從日常生活中積累了不少與物理有關(guān)的感性經(jīng)驗，對事物的物理屬性有了一定的認識，形成了一定的觀念即前科學(xué)概念。其中有些經(jīng)驗中形成的觀念是錯誤的或片面的，從而干擾了正確概念的形成。例如：認為鐵球比鋁球下落的快；摩擦力總是阻礙物體的運動；甲把乙推倒了，說明甲推乙的力比乙推甲的力大；物體受力才運動等。

綜上所述，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往受到上述認知障礙的阻擋，而不能順利地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，所以需要構(gòu)建一種學(xué)習(xí)的過程模型，在實施過程中教師進行有目的的引導(dǎo)和訓(xùn)練，針對性地消除學(xué)生可能出現(xiàn)的認知障礙，從而避免學(xué)習(xí)中的低效重復(fù)，切實減輕學(xué)生的課業(yè)負擔(dān)，提高學(xué)習(xí)的效率。

4.結(jié)語

構(gòu)建物理知識學(xué)習(xí)的過程模型，其主要目的是要改變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，把學(xué)生當(dāng)作學(xué)習(xí)的主人，讓學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，明確學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié)和步驟，看到自己學(xué)習(xí)中的問題所在，并設(shè)法逾越障礙。同時掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法去去探究物理知識的本質(zhì)和內(nèi)涵，充分開發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的潛能。教師從課堂的主角中退下來，在學(xué)習(xí)過程中起好導(dǎo)演和點撥作用，幫助學(xué)生去跨越知識的鴻溝，消除認知障礙。實踐證明，按這種過程模型學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅學(xué)會了知識，更掌握了學(xué)習(xí)方法，提高了學(xué)習(xí)的能力，繞過了學(xué)習(xí)過程中的攔路虎，讓學(xué)習(xí)由被動轉(zhuǎn)化為主動，切實地減輕了學(xué)生的負擔(dān)，真正做到高效有意義的學(xué)習(xí)。

參考文獻：

[1]《物理學(xué)習(xí)論》閻金鐸 主編，廣西教育出版社，1996年12月第一版

[2]《物理思維論》閻金鐸 主編，廣西教育出版社，1996年12月第一版

[3]《教育心理學(xué)--學(xué)與教的原理》邵瑞珍編著，上海教育出版社，1993年版