周 佳

(江蘇省常熟中學(xué)，江蘇 常熟 215500)

由認(rèn)知彈性理論談高三物理“非良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)的教學(xué)

周 佳

(江蘇省常熟中學(xué)，江蘇 常熟 215500)

物理教學(xué)中的“非良構(gòu)”知識(shí)一直是教學(xué)的難點(diǎn)，由于知識(shí)本身的復(fù)雜性與實(shí)例的不規(guī)則性，學(xué)生很難真正掌握。本文從認(rèn)知彈性理論出發(fā)，結(jié)合高三物理教學(xué)的特點(diǎn)，以“平拋運(yùn)動(dòng)”的高三復(fù)習(xí)課為例，討論高三物理中“非良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)的教學(xué)。

高三物理；認(rèn)知彈性；非良構(gòu)知識(shí)

在高三物理教學(xué)中，學(xué)生總是會(huì)提出這樣的困惑：書本上的知識(shí)點(diǎn)并不難掌握，但為什么這些知識(shí)點(diǎn)放到題目中就不會(huì)做了？很多教師把原因歸結(jié)于題目做得少，進(jìn)而實(shí)施“題海戰(zhàn)術(shù)”，不但增加了學(xué)生的負(fù)擔(dān)，而且教學(xué)效果也不理想。要解決這一問題，應(yīng)先從物理知識(shí)自身的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 物理中的“良構(gòu)”與“非良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)

根據(jù)斯皮羅的認(rèn)知理論，知識(shí)的結(jié)構(gòu)可分為“良構(gòu)”與“非良構(gòu)”兩種。所謂“良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)指的是關(guān)于某一主題的事實(shí)、概念、規(guī)則和原理，這些要素以一定的層次結(jié)構(gòu)組織在一起，具有良好的組織，只要教師引導(dǎo)恰當(dāng)，學(xué)生是比較容易掌握的。物理中的一些基本概念與規(guī)律，如位移、速度、加速度、平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等，這些概念本身具有嚴(yán)格的定義與邏輯關(guān)系，屬于“良構(gòu)”知識(shí)領(lǐng)域。

“非良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)則是指將“良構(gòu)”領(lǐng)域的知識(shí)應(yīng)用于具體情境中時(shí)產(chǎn)生的知識(shí)，也就是有關(guān)概念應(yīng)用的知識(shí)，其主要的特性有：

(1) 概念的復(fù)雜性

知識(shí)應(yīng)用的每個(gè)實(shí)例中，都包含著許多應(yīng)用廣泛的概念間的相互滲透。例如“平拋運(yùn)動(dòng)”在具體實(shí)例中可能會(huì)出現(xiàn)斜拋、類平拋等不同形式，出現(xiàn)諸如力、速度、加速度、能量等概念之間的聯(lián)系。

(2) 實(shí)例的差異性

同類的各個(gè)具體實(shí)例中，所涉及概念的種類與數(shù)目不同，且各種概念的地位和作用方式也不同。例如同樣是平拋運(yùn)動(dòng)，物體分別在重力場(chǎng)和電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，所涉及的物理量及其規(guī)律就有所不同。

高三物理教學(xué)關(guān)注的是學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的遷移與綜合運(yùn)用能力，新課教學(xué)中的“良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)在此時(shí)就體現(xiàn)出“非良構(gòu)”的特性。

2 傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

傳統(tǒng)教學(xué)并不區(qū)分“良構(gòu)”與“非良構(gòu)”知識(shí)，往往將“良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)的教學(xué)策略不合理地推廣到“非良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)中來。

首先，傳統(tǒng)教學(xué)將物理概念、規(guī)律的應(yīng)用看成是已學(xué)知識(shí)的簡(jiǎn)單羅列，忽視各部分之間的相互聯(lián)系，教學(xué)僅是對(duì)所學(xué)知識(shí)的重復(fù)陳述及專題式的強(qiáng)化訓(xùn)練，使學(xué)生的理解簡(jiǎn)單化和片面化，妨礙了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)在具體情境中的遷移與運(yùn)用。其次，傳統(tǒng)教學(xué)僅僅注重問題的解決，忽視解決問題的多種方法與途徑，這樣從單一角度看待概念、現(xiàn)象和實(shí)例是一種過分簡(jiǎn)化，將會(huì)使學(xué)生對(duì)概念應(yīng)用產(chǎn)生片面的、靜止的和機(jī)械的認(rèn)識(shí)，勢(shì)必會(huì)阻礙學(xué)生在新情境中靈活使用所學(xué)知識(shí)。

3 基于認(rèn)知彈性理論的“非良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)教學(xué)

認(rèn)知彈性理論產(chǎn)生于20世紀(jì)90年代初,主要由美國(guó)依利諾斯大學(xué)的斯皮羅等人提出，該理論是一種針對(duì)“非良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)，以獲得高級(jí)知識(shí)為目的的教學(xué)思想和方法。所謂認(rèn)知彈性指的是“以多種方式同時(shí)重建自己的知識(shí)，以便對(duì)發(fā)生根本變化的情境領(lǐng)域做出適宜的反誚?！闭J(rèn)知彈性理論有以下兩個(gè)基本原理：

(1) 多元認(rèn)知表征

只有在顯示多元事實(shí)時(shí)才能以最佳方式對(duì)結(jié)構(gòu)不良領(lǐng)域的現(xiàn)象進(jìn)行思考，即要求從多于一個(gè)觀點(diǎn)的角度審視某一概念。這能增強(qiáng)對(duì)該概念自身的理解，同時(shí)也能增強(qiáng)將這一理解遷移至其他領(lǐng)域的能力。

(2) 概念與案例構(gòu)成多維和非線性的“十字交叉”形態(tài)

有理由、有根據(jù)地正確理解會(huì)因背景的不同而存有差異，因此要通過多情境來學(xué)習(xí)知識(shí)。可見認(rèn)知彈性理論主張結(jié)合情境性的、非線性的、多維度的學(xué)習(xí)。

在高三物理教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過相關(guān)的知識(shí)與規(guī)律，主要考查學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)在不同情境中的應(yīng)用，即“抽象——具體”這一個(gè)步驟，因此“喚醒”學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的抽象知識(shí)，并使其掌握在具體情境中所產(chǎn)生的“非良構(gòu)”知識(shí)是高三物理教學(xué)的主要任務(wù)?；凇胺橇紭?gòu)”知識(shí)的特點(diǎn)及認(rèn)知彈性理論，在高三物理中“良構(gòu)”和“非良構(gòu)”知識(shí)的教學(xué)具有如圖1所示的特點(diǎn)。

圖1

3.1 實(shí)例的情境化

由于“非良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)是在具體情境中產(chǎn)生的，因此實(shí)例應(yīng)當(dāng)結(jié)合相關(guān)的情境給出。將準(zhǔn)備復(fù)習(xí)的知識(shí)鑲嵌在相應(yīng)的情境中，幫助學(xué)生形成經(jīng)驗(yàn)性背景，能夠讓學(xué)生順利“喚醒”知識(shí)，并且也為情境中出現(xiàn)的更加復(fù)雜的概念復(fù)習(xí)做準(zhǔn)備。

3.2 情境的多樣化

“非良構(gòu)”知識(shí)在不同的情境中所涉及的概念與表現(xiàn)形式各不相同，因此多樣性的情境是必要的。以“平拋運(yùn)動(dòng)”的復(fù)習(xí)課為例，教師可以展示以下三個(gè)情境。

圖2

情境一：播放MIT開放課程中Walter Lewin教授做的一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)視頻，如圖2、3所示，Walter Lewin教授扮演了一位獵人，此時(shí)他在山坡上瞄準(zhǔn)了與他處于同一高度的一只“猴子”，當(dāng)他扣動(dòng)扳機(jī)時(shí)猴子也恰好從樹上掉落。

圖3

情境二：NBA是大家喜愛觀看的一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)(如圖4)，在某次比賽中，投籃者從B處將籃球斜向上拋出(如圖5)，不計(jì)空氣阻力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)籃球恰好垂直擊中籃板上的A點(diǎn)。

圖4

圖5

情境三：示波器是一種多功能的電學(xué)儀器(如圖6)，其中的部分結(jié)構(gòu)如圖7所示，該部分由兩塊金屬板組成，金屬板長(zhǎng)為L(zhǎng)，板間距為d，金屬板帶上等量異種電荷，兩板間的電壓為U，電子從金屬板的中間以速度v進(jìn)入，已知電子的質(zhì)量為m，帶電量為e，不計(jì)電子的重力。

圖6

上述三個(gè)不同的情境分別展現(xiàn)了平拋、斜拋、類平拋這三種運(yùn)動(dòng)，三種運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式雖然不同，但后兩種運(yùn)動(dòng)均可看成是平拋運(yùn)動(dòng)的“特殊形式”。學(xué)生通過對(duì)情境的分析，在“喚醒”平拋運(yùn)動(dòng)的概念與規(guī)律的同時(shí)，也體會(huì)到了平拋運(yùn)動(dòng)在不同情境中的表現(xiàn)形式，情境的多樣化有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的泛化與分化。

3.3 問題角度的多樣化

“非良構(gòu)”知識(shí)存在著概念的復(fù)雜性和實(shí)例的差異性，對(duì)問題的單一理解會(huì)遺漏某些方面。認(rèn)知彈性理論認(rèn)為在學(xué)習(xí)過程中對(duì)于信息的意義建構(gòu)可以從不同的角度入手，從而可以獲得不同方面的理解。因此對(duì)于上述三個(gè)情境，可以分別提出以下問題。

情境一：

問題1：Walter Lewin教授能擊中猴子嗎？為什么？

問題2：若Walter Lewin教授與猴子的水平距離為10m,子彈離開槍管的速度為100m/s，猴子下落時(shí)離地面的高度為10m，求猴子被擊中的位置。

問題3：若Walter Lewin教授是在地面上瞄準(zhǔn)猴子的，他還能擊中猴子嗎？

問題1考查平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，要求學(xué)生能從所給的情境中建立合理的物理模型，并做出定性的分析。問題2在第一問定性分析的基礎(chǔ)上通過給出相關(guān)的物理量，考查學(xué)生對(duì)于平拋運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的掌握情況及定量計(jì)算的能力。問題3將平拋運(yùn)動(dòng)拓展為斜拋運(yùn)動(dòng)，問題的難度有所提高，要求學(xué)生能夠?qū)⑵綊佭\(yùn)動(dòng)的處理方法遷移到斜拋運(yùn)動(dòng)中，是對(duì)學(xué)生處理問題能力的一個(gè)提升。

情境二：

問題1：若已知A點(diǎn)距B處的高度為H，投籃者距籃板的水平距離為S，求投籃者投出籃球的初速度及其角度。

問題2：若投射點(diǎn)向籃板方向水平移動(dòng)一小段距離，仍使投出的籃球垂直擊中B點(diǎn)，則有哪些可行的方式？

問題1考查學(xué)生對(duì)于平拋運(yùn)動(dòng)逆過程的掌握情況，學(xué)生必須要抓住情境中“垂直擊中”這個(gè)特點(diǎn)，運(yùn)用逆向思維將斜拋看成是平拋的逆運(yùn)動(dòng)。問題2是一個(gè)開放型的問題，要求學(xué)生從平拋運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律入手，引入變量進(jìn)行分析，該過程不僅培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維與創(chuàng)造性思維，而且在學(xué)生討論的過程中也增強(qiáng)了學(xué)生相互協(xié)作的能力。

情境三：

問題1：電子將做怎樣的運(yùn)動(dòng)？離開兩極板間電場(chǎng)時(shí)的位置在哪？

問題2：電子離開極板間電場(chǎng)時(shí)的速度是多少？

問題1考查學(xué)生能否通過受力分析，將平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法順利遷移到電場(chǎng)的情境下。問題2是一個(gè)綜合性問題，要求學(xué)生從不同角度(運(yùn)動(dòng)、功能關(guān)系、能量守恒)來分析類平拋運(yùn)動(dòng)，使學(xué)生對(duì)于平拋運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)更加具體與全面。問題角度的多樣化使學(xué)生能夠較為全面地認(rèn)識(shí)“非良構(gòu)”知識(shí)，在掌握概念的同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的多種能力。

3.4 形式的多樣化

這里的“形式”是一個(gè)廣義的概念，可以是教師展現(xiàn)情境的形式，如圖片、視頻、實(shí)驗(yàn)、文字等，也可以是學(xué)生學(xué)習(xí)的形式，如獨(dú)立式、合作式等。還可以是評(píng)價(jià)的形式，如隨堂檢測(cè)、問答、學(xué)生自評(píng)等。以“平拋運(yùn)動(dòng)”的復(fù)習(xí)課為例，三個(gè)情境分別以視頻、圖片、實(shí)物展現(xiàn)給學(xué)生，教學(xué)的過程中有學(xué)生的討論，也有單獨(dú)的思考(如表1)，形式的多樣化不僅有助于提高課堂的張力，使更多的學(xué)生參與到學(xué)習(xí)中來，而且能夠讓學(xué)生從不同途徑學(xué)習(xí)“非良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)，增加了其認(rèn)知的靈活度。

表1

3.5 強(qiáng)化時(shí)段的多樣化

根據(jù)斯金納的操作性條件作用理論，間隔強(qiáng)化比連續(xù)強(qiáng)化更有助于知識(shí)的掌握。因此在強(qiáng)化過程中可以采取定時(shí)強(qiáng)化與變時(shí)強(qiáng)化相結(jié)合的方法。所謂定時(shí)強(qiáng)化指的是每隔固定的時(shí)間段后進(jìn)行強(qiáng)化，變時(shí)強(qiáng)化指的是不定時(shí)地對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行強(qiáng)化，例如平拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)可以在每次月考或期中、期末考試中進(jìn)行定時(shí)強(qiáng)化，也可通過隨堂測(cè)驗(yàn)或在后續(xù)教學(xué)中不定時(shí)地穿插平拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)來強(qiáng)化。

4 結(jié)語

高三的物理教學(xué)更強(qiáng)調(diào)知識(shí)的運(yùn)用與遷移，知識(shí)點(diǎn)與復(fù)雜的情境相結(jié)合，因此會(huì)產(chǎn)生大量的“非良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)。在這樣的背景下，情境、角度、形式等多樣化的課堂體現(xiàn)了在認(rèn)知彈性理論下教學(xué)的非線性與多維度的特點(diǎn)，符合“非良構(gòu)”領(lǐng)域知識(shí)教學(xué)的特點(diǎn)。當(dāng)然，非良構(gòu)領(lǐng)域知識(shí)的學(xué)習(xí)是非常復(fù)雜的，在不同類型的學(xué)習(xí)中，認(rèn)知彈性理論的應(yīng)用模式也是各不相同的，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的情況來靈活地選擇相應(yīng)的教學(xué)方法，這樣才能更加有效地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

[1] 劉儒德.一種新建構(gòu)主義—認(rèn)知靈活性理論[J].心理學(xué)，1999，(4).

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