施國春 李 穎

（渤海大學教育與體育學院，遼寧錦州121000）

學科教學

基于工作記憶的高效物理課堂設計研究

施國春 李 穎

（渤海大學教育與體育學院，遼寧錦州121000）

高效率的學習成為學生、家長以及社會各界人士的呼聲。高效率的物理課堂設計關鍵在于以學生的認知加工特點為基礎，因此以工作記憶與物理學習成績之間的關系為視角，提出“以學生為中心”的物理課堂設計應包含三點：一是避免以語言講解為示范的課堂設計；二是促進以物理實驗為紐帶的生成教學；三是加強“生生”“師生”合作教學。

工作記憶；課堂設計；物理成績

物理是中學非常重要的學科，其重要性不僅在學科成績中占有重要的位置，而且關乎青少年抽象邏輯思維的發(fā)展和形成，如何促進學生高效地學習，設計出高效的物理課堂成為教師的棘手問題。高效課堂的設計是以“學生為中心”的設計模式，“以學生為中心”的設計建立在學生對學習信息感知、編碼、存儲和提取基礎上。最近心理學研究表明工作記憶是影響學生學習成效的重要認知支持系統(tǒng)，工作記憶是一種對信息進行暫時加工和貯存的能量有限的記憶系統(tǒng)［1］，它由三個子系統(tǒng)組成：語音回路、視覺空間模板和中央執(zhí)行系統(tǒng)。語音回路負責詞語形式信息的編碼和暫時儲存，語音回路與閱讀有很強的相關，相關研究表明閱讀困難的核心缺陷在于語音回路的缺陷［2］；視覺空間模板負責視覺空間信息的編碼和暫時儲存并能夠操作心理表象，目前有關數(shù)學學習困難的研究表明，數(shù)學學習困難的缺陷可能存在于視覺空間模板上的缺陷；中央執(zhí)行系統(tǒng)負責工作記憶系統(tǒng)中信息加工過程的控制、協(xié)調并與長時記憶系統(tǒng)進行信息交流［3］，以往研究表明無論語文學習困難還是數(shù)學學習困難，都可能存在著中央執(zhí)行系統(tǒng)上的缺陷。工作記憶不同于短時記憶，短時記憶是對信息暫時的儲存，而工作記憶除了具有暫時儲存的功能外，更強調對信息的加工控制，如：抑制無關信息、協(xié)調短時記憶和長時記憶的信息、選擇學習策略等等。因此有研究者提出工作記憶等于“短時記憶＋執(zhí)行注意”?；诠ぷ饔洃浽趯W科學習中的重要作用，本研究以工作記憶與物理學習成績之間的關系為基礎，探討如何設計高效的物理課堂。

一、工作記憶與物理學習成績之間關系的探討

為了能清楚地探討工作記憶與物理學習成績之間的關系，本研究對物理學困生和非學困生進行了工作記憶的測量，工作記憶共包含三個維度，分別為語音回路、視覺空間模板和中央執(zhí)行系統(tǒng)。語音回路測量包括閱讀廣度、計算廣度和運算—詞語廣度；視覺空間模板包括點矩陣、距離估計和字母旋轉；中央執(zhí)行系統(tǒng)使用Flanker任務進行測驗。本研究共進行了兩個方面的數(shù)據(jù)分析：一方面進行了工作記憶與物理學習成績之間的回歸分析（如表1所示）；另一方面對物理學困生和非學困生進行了差異檢驗

（如表2所示）。

表1 工作記憶各個維度對物理成績的回歸分析

從表1分析可以看出，工作記憶三個維度除了語音回路，視覺空間模板和中央執(zhí)行系統(tǒng)分別進入回歸方程，回歸系數(shù)分別為0．357，0．312，0．361，0．402，達到顯著性水平；而語音回路中的閱讀廣度、計算廣度和運算—詞語廣度沒有進入回歸方程，回歸系數(shù)不顯著，這說明視覺空間模板和中央執(zhí)行系統(tǒng)對物理成績具有預測作用，而語音回路則沒有預測作用。

表2 物理學困生和非學困生在工作記憶各個維度上的差異分析

從表2分析可知：物理學困生和非學困生在語音回路中的閱讀廣度、計算廣度和運算－詞語廣度三者得分上的差異不大，沒有達到顯著性水平，但是在視覺空間模板和中央執(zhí)行系統(tǒng)各個維度上的得分分別為－3．45＊，－3．32＊，－3．64＊＊，－3．92＊＊，都達到了顯著性水平。這說明物理學困生和非學困生在工作記憶上的差異體現(xiàn)在視覺空間模板和中央執(zhí)行系統(tǒng)之間的差異，物理學困生存在著工作記憶廣度的缺陷，其缺陷體現(xiàn)在視覺空間模板和中央執(zhí)行系統(tǒng)。

二、基于工作記憶的高效物理課堂設計

1．避免以語言講解為主導的示范教學

以語言為主導的示范教學是接受學習的具體表達形式，它是教師以語言講解為主，通過對知識分析、總結，然后系統(tǒng)地傳授給學生的傳統(tǒng)教學手段，其優(yōu)點是高效、系統(tǒng)、直接。以語言為主導的示范教學的哲學基礎是認為語言是通往知識理解的途徑，學生解題障礙在于無法理解題中語言文字的釋義。本研究以實證的方式證明語言理解和語言信息在物理學習中的有限性，語音回路在工作記憶中主要負責語音信息的儲存與加工。本研究表明語音回路對物理學習成績不具有預測作用，物理學困生和非學困生在語音回路的三個維度閱讀廣度、計算廣度和運算—詞語廣度上不存在著差異，可以進一步確定語言信息的存儲和理解以及提取不是造成學生物理學習成績不良的決定性因素。因此，以語言講解為主導的傳統(tǒng)物理課堂教學不應是物理學習的主導形式。

以語言講解為主導的示范教學不應該成為物理課堂的主導形式是因為物理學科的學習更多依賴的是學生的抽象邏輯思維，其功能也是促進學生抽象邏輯思維的發(fā)展。皮亞杰認為語言理解與抽象邏輯思維之間只有極少的關系。［4］抽象邏輯思維是一種思維運算，思維的運算來源于活動，抽象邏輯思維是主體對活動的反省抽象。［5］盡管語言與抽象邏輯思維之間沒有多大關系，詞匯通常不是達到理解的捷徑，但學生所使用的語言卻常常標志著他們邏輯思維的階段。［6］由此可見，傳統(tǒng)物理課堂以語言為主導的講解方式是建立在學生原有的抽象邏輯思維基礎上來通達新的知識，是以考試為導向的“死記硬背”、“題海戰(zhàn)術”的教學方式，但沒有從真正意義上促進學生的抽象邏輯思維形成與發(fā)展，這與我國新課程改革的目標背道而馳。

2．促進以物理實驗為紐帶的生成教學

物理學習依賴于抽象邏輯思維，思維的抽象邏輯性取決于可逆性思維運算。本研究表明視覺空間模板對物理成績具有預測作用，物理學困生和非學困生存在著視覺空間模板的缺陷。視覺空間模板主要處理兩種視覺空間信息：一種是視覺信息，主要體現(xiàn)在物體的物理屬性，如顏色、大小、形狀等；另一種是空間信息，與位置、位移和運動有關。從研究數(shù)據(jù)可以看出，視覺空間模板中的字母旋轉要比點矩陣和距離估計更具有預測作用。視覺空間模板以及視覺空間模板中的字母旋轉之所以能很好地預測學生的物理學習成績，是因為視覺空間模板包含了抽象邏輯思維的核心元素——思維的可逆性，所謂的可逆性是指動作可以在心理上逆轉。依據(jù)皮亞杰的觀點，內化的動作以及動作在心理上的逆轉來源于主體的實踐活動。從學科教育來講，物理實驗是學生進行物理知識學習和探索的有效實踐方式。

以物理實驗為紐帶的生成教學強調實驗在物理學科學習中的重要作用，它不僅是實現(xiàn)知識－技能目標的手段和途徑，更重要的是實現(xiàn)過程與方法目標的實踐基礎，也是實現(xiàn)情感、態(tài)度和價值觀目標的重要載體和工具。物理實驗之所以能夠實現(xiàn)上述三種課程目標，是因為物理實驗不僅符合學生認知生成和發(fā)展的特點，還在于它符合物理學的學科特點。物理學是以實驗為基礎的科學，物理學中所有概念的形成、理論的建立、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都是建立在實驗的基礎之上，實驗既是其形成的重要和主要途徑，也是其發(fā)展的動力源泉。不少物理理論就是在物理實驗的基礎上涌現(xiàn)出來的，例如盧瑟福建立的原子核結構模型的基礎是α粒子散射實驗出現(xiàn)的大角度散射現(xiàn)象；普朗克的能量量子假設則是在解釋黑體輻射實驗規(guī)律時萌發(fā)出來的。物理學的發(fā)展充分表明，實驗不僅是一種研究物理問題的科學方法或者手段，而且是一種物理學的基本思想和基本觀點。

3．加強“生生”“師生”的合作教學模式

本研究表明中央執(zhí)行系統(tǒng)在工作記憶中對物理學習成績預測作用最大，物理學困生和非學困生存在最大的差異是中央執(zhí)行系統(tǒng)。中央執(zhí)行系統(tǒng)之所以能更好地預測學生的物理成績，是因為中央執(zhí)行系統(tǒng)具有協(xié)調語音回路和視空間模板、抑制無關刺激、提取策略和操縱注意資源等功能。盡管中學生思維發(fā)展特點是抽象邏輯思維占主導，形式邏輯思維迅速發(fā)展，但是在抽象邏輯思維發(fā)展的過程中，學生仍然受到具體形象思維的限制，即物理經(jīng)驗表征處于優(yōu)勢。不能抑制外在的物理特征優(yōu)勢，就很難去偽存真，透過現(xiàn)象抓住事物的本質，這是物理學習不良的根本原因。因此如何促進學生抽象邏輯思維的形成，為物理學習提供思維支架以及如何通過物理學科的學習促進學生思維的發(fā)展成為物理課程設計的關鍵和核心環(huán)節(jié)。

抽象邏輯思維的發(fā)展受到兩個發(fā)面的制約：一是思維的自我中心性；二是兒童缺乏對自己思維的自覺意識。［7］合作學習是克服思維自我中心性和思維自覺意識缺乏的有效途徑。皮亞杰認為，兒童在與別人合作的過程中相互切磋，共同提高，“兒童如果不同他人進行思想交流與合作，就無法把他的運算組成一個連貫的整體?！保?］同伴的思維最接近學生自己的思維，通過與同伴交流，學生能反觀自我的思維狀態(tài)，進而有利于去自我中心，加強對自我思維的覺察，培養(yǎng)客觀的批判態(tài)度和科學的推理行為。合作可以包含兩個方面：一是學生之間的合作；二是學生與老師的合作。

［1］Baddeley A．Working Memory［J］．Science，1992，255（5044）：556．

［2］李莉，顧琦一．工作記憶與語言水平對外語聽力、閱讀理解的影響［J］．海外英語，2014（5）：26．

［3］Baddeley A，H Emslie，J Kolodny，J Duncan．Random Generation and the Executive Control of Working Memory［J］．Journal of Experimental Psychology，l998，51：819－821．

［4］柯普蘭．兒童怎樣學習數(shù)學［M］．李其維，等譯．上海：上海教育出版社，1985．

［5］李其維．評發(fā)生認識論的“反省抽象”范疇［J］．心理科學，2004，27（3）：514－518．

［6］皮亞杰，加西亞．走向一種意義的邏輯［J］．李其維，譯．上海：華東師范大學出版，2005．

［7］林敏，孫志風．簡評皮亞杰關于反省抽象及其發(fā)展的研究［J］．華東師范大學學報：教育科學版，2006，24（2）：66－71．

［8］皮亞杰．發(fā)生認識論原理［M］．王憲鈿，等譯．北京：商務印書館，1996．

［責任編輯：陳學濤］

G633．7

A

1002－1477（2015）06－0041－03

10．16165／j．cnki．22－1096／g4．2015．06．011

2014－07－06

遼寧省教育廳人文社會科學項目（W2011075）。

施國春（1979－），女，遼寧葫蘆島人，博士，講師；李穎（1977－），女，遼寧葫蘆島人，碩士，講師。