于 凡　任新成

(延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院　陜西 延安　716000)

新一輪基礎(chǔ)教育課程改革強調(diào)發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，它超越了直接傳授知識與技能的框架，包含了認(rèn)知和實踐技能的應(yīng)用，創(chuàng)新能力以及態(tài)度、動機和價值觀[1]．其中，高中階段教育的功能也從為大學(xué)輸送合格新生轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)學(xué)生的“人生規(guī)劃”能力、職業(yè)意識和創(chuàng)業(yè)精神，這些正是新課改所十分強調(diào)的．但我們會發(fā)現(xiàn)這樣一個司空見慣的“怪象”，學(xué)生能夠很好地解答課堂教學(xué)中有著固定解題模式的題目，卻很難解決現(xiàn)實生活中與我們所學(xué)相關(guān)的實際操作問題[2]．換句話說，我們的學(xué)生呈現(xiàn)出的最大問題就是“低分高能”，缺乏創(chuàng)新能力和實際動手操作能力．問題何在，我們不難發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)生涯中絕大部分接觸的問題都是結(jié)構(gòu)設(shè)置良好的問題，而現(xiàn)實生活中亟須解決的絕大部分都是結(jié)構(gòu)不良問題，我們學(xué)生卻極度缺乏對這類問題的練習(xí)．

1　結(jié)構(gòu)不良問題

在心理學(xué)領(lǐng)域，美國學(xué)者紐厄爾和西蒙對“問題”的界定受到普遍公認(rèn)，“問題是這樣一種情景，個體想做某件事，但不能即刻知道做這件事所需采取的一系列行動”[3]．基于建構(gòu)主義理論研究，1997年喬納森根據(jù)問題結(jié)構(gòu)是否明確，將問題分為結(jié)構(gòu)良好問題和結(jié)構(gòu)不良問題[4]．結(jié)構(gòu)良好問題指初始狀態(tài)(已知的關(guān)于問題條件的描述)、目標(biāo)狀態(tài)(關(guān)于構(gòu)成問題結(jié)論的描述)和中間狀態(tài)(從初始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的一系列認(rèn)知操作)三者均明確的問題．反之，結(jié)構(gòu)不良問題是指初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)和中間狀態(tài)不同程度地不明確的問題．具體來說，結(jié)構(gòu)不良問題可分為以下3種情形：一是起始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)明確，中間狀態(tài)不確定；二是起始狀態(tài)和中間狀態(tài)明確，目標(biāo)狀態(tài)不確定；三是起始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)和中間狀態(tài)均不確定[5]．

1.1　結(jié)構(gòu)不良物理問題

結(jié)構(gòu)不良問題的主要特征有：問題條件或數(shù)據(jù)部分呈現(xiàn)或冗余；問題目標(biāo)界定不明確；具有多種解決方法途徑，有時甚至沒有解決辦法；具有多種評價解決方法的標(biāo)準(zhǔn)；所涉及的概念規(guī)則和原理等不確定，或者不知道如何應(yīng)用他們解決問題；沒有一般性的規(guī)則或原理來描述或預(yù)言大多數(shù)案例；需要學(xué)習(xí)者表達個人對問題的觀點或信念；沒有確切的方法確定行為是否合適；與真實生活情境相關(guān)[6,7]．結(jié)合前人的已有研究，國內(nèi)學(xué)者孫玲玲將結(jié)構(gòu)不良物理問題定義為：“物理學(xué)研究領(lǐng)域中存在的結(jié)構(gòu)不明確、解決途徑不固定、答案可能不唯一的復(fù)雜問題”[8]．

1.2　認(rèn)知彈性理論

20世紀(jì)90年代初，美國依利諾斯大學(xué)的斯皮羅提出認(rèn)知彈性理論，具體來看這是一種針對結(jié)構(gòu)不良知識領(lǐng)域，以獲得高級知識為目的的教學(xué)思想和方法，并且他們指出：“所謂認(rèn)知彈性，意指以多種方式同時重建自己的知識，以便對發(fā)生根本變化的情境領(lǐng)域作出適宜的反應(yīng)．這既是知識表征方式(即多維度表征)的功能，又是作用于心理表征的各種加工過程(包括對對完形的修復(fù)和是對一整套圖式的加工過程)的功能”(Spiro,R.J.&Jehng,J.，1990)[9]．此理論關(guān)注的焦點是試圖揭示復(fù)雜與結(jié)構(gòu)不良領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)本質(zhì)．認(rèn)知彈性理論是建構(gòu)主義的一個新興分支，但它反對極端建構(gòu)主義中單一強調(diào)學(xué)習(xí)過程中的非建構(gòu)一面，忽視概念學(xué)習(xí)的重要性和知識獲得的系統(tǒng)性，它同時沒有與行為主義對立，反而汲取了一些行為主義中的教學(xué)觀，比如，承認(rèn)教學(xué)過程中的客觀性和規(guī)律性[10]．不難看出，認(rèn)知彈性理論是一種既“折中”卻“有立場”的過渡性學(xué)習(xí)理論．認(rèn)知彈性理論的范疇體系包括3個部分：一是適用范圍，即針對高級學(xué)習(xí)階段，在此階段的學(xué)習(xí)涉及大量結(jié)構(gòu)不良領(lǐng)域的知識或問題；二是教學(xué)方法，即隨機通達教學(xué)，適合高級學(xué)習(xí)階段的教學(xué)方法；三是學(xué)習(xí)媒介，即認(rèn)知彈性超文本，具有非線性特征的超文本有助于學(xué)生從多種觀點的角度接近概念并建構(gòu)知識表征，真正改善對復(fù)雜概念的掌握．這3部分有著密不可分的邏輯關(guān)系，相輔相成，自成一體，共同體現(xiàn)出認(rèn)知彈性理論的核心觀點：針對高級學(xué)習(xí)階段的不良結(jié)構(gòu)領(lǐng)域問題，以多角度非線性的超文本呈現(xiàn)觀點，幫助學(xué)生加深對復(fù)雜問題的進一步理解．

1.3　高中生物理學(xué)習(xí)心理特質(zhì)

根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論及一些國內(nèi)外研究，我國學(xué)者喬際平和邢紅軍教授認(rèn)為，我國國內(nèi)多數(shù)高中學(xué)生物理思維沒有進入形式運算階段，正處于具體運算階段向形式運算階段的過渡過程，這是對我國中學(xué)生物理認(rèn)知水平發(fā)展的一個基本估計．高中生物理學(xué)習(xí)心理特點主要表現(xiàn)在學(xué)習(xí)興趣與思維特征兩方面，高中生的學(xué)習(xí)興趣相比于初中生更為集中，且學(xué)習(xí)興趣開始聯(lián)系學(xué)習(xí)目標(biāo)，此階段，間接興趣比直接興趣起更大作用，學(xué)習(xí)動機與興趣趨于穩(wěn)定．觀察能力大大提高且深刻，注意力依靠意志習(xí)慣的努力而集中．高中生思維處于過渡期，學(xué)生在此過程中易產(chǎn)生“失落感”．總的來說，高中生思維具有獨立性和批判性，抽象思維和概念思維能力開始加強，教師在日常教學(xué)活動應(yīng)注重挖掘教學(xué)的智力因素[11]．

2　三者之間的聯(lián)系

在高中物理教學(xué)活動中，可以通過適當(dāng)設(shè)置結(jié)構(gòu)不良物理問題，由教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試解決進而提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和問題解決能力．由于物理學(xué)自身的學(xué)科性質(zhì)決定，結(jié)構(gòu)不良物理問題大多是與現(xiàn)實生活或?qū)嶋H生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密．具體來說，結(jié)合物理學(xué)學(xué)科自身特點，筆者認(rèn)為不良結(jié)構(gòu)物理問題的出現(xiàn)與物理學(xué)學(xué)科基本性質(zhì)有著密不可分的關(guān)系．物理學(xué)是對自然界概括規(guī)律性的總結(jié)，是概括經(jīng)驗科學(xué)性的理論認(rèn)識．物理學(xué)從實際生產(chǎn)生活出發(fā)，又最終應(yīng)用于實際中去．而絕大部分結(jié)構(gòu)不良物理問題就是與實際相結(jié)合的探究性和開放性問題．學(xué)生認(rèn)為物理難學(xué)難懂，究其原因，就是實際物理問題多變復(fù)雜，而物理教材中絕大部分題目設(shè)置結(jié)構(gòu)過于單一良好，進而導(dǎo)致學(xué)生缺乏對不良結(jié)構(gòu)物理問題的認(rèn)識與學(xué)習(xí)．

已知條件不同程度地模糊，解決思路不清晰不單一，解決方法不明確不簡單，結(jié)論不絕對等．例如，設(shè)計適合自己的家庭電路等．教師應(yīng)如何引導(dǎo)或幫助學(xué)生解決類似的結(jié)構(gòu)不良物理問題？針對結(jié)構(gòu)不良領(lǐng)域知識的認(rèn)知彈性理論在這一方面可以給我們具有可操作的建議．教師可利用多方式表征這類問題，引導(dǎo)學(xué)生多角度深層次地構(gòu)建物理知識體系，為學(xué)生解決這類問題提供相應(yīng)幫助．具體來說，教師針對高級學(xué)習(xí)階段中某同一內(nèi)容的學(xué)習(xí)要在不同時間多次進行，由于在每次學(xué)習(xí)的情境方面目的不同，著眼的問題側(cè)面會有互不重合的方面，那么每次設(shè)置的情境都是經(jīng)過改良組合的．這種反復(fù)并非為鞏固知識技能，而是通過實例把概念與具體情境聯(lián)系起來，并說明其含義．經(jīng)此，學(xué)生可以形成對概念的多角度理解，并與具體情境聯(lián)系起來，形成背景性經(jīng)驗，利于學(xué)生針對實際情境建構(gòu)用于指引問題解決的最佳圖式．

實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)．那么，檢驗一種教學(xué)方法是否適用有效，就得通過教學(xué)活動來體現(xiàn)．教學(xué)活動的教學(xué)主體對象是學(xué)生，任何一種教學(xué)方法在教學(xué)活動中的體現(xiàn)都必須考慮教學(xué)主體對象這個變量因素．認(rèn)知彈性理論作為一種針對結(jié)構(gòu)不良知識領(lǐng)域，以獲得高級知識為目的的教學(xué)思想和方法，它對學(xué)習(xí)對象的元認(rèn)知水平及非智力因素等是有要求的．高中生處于青少年時期，其思維發(fā)展迅速多變，抽象思維尤為突出，信息來源廣，接受能力強．教師可合理利用這些條件，與學(xué)生多溝通多交流，通過多種方式，提高學(xué)生元認(rèn)知水平，激發(fā)學(xué)生非智力因素，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，提高創(chuàng)新意識等．因此，教師可根據(jù)學(xué)生的身心發(fā)展水平，科學(xué)設(shè)置結(jié)構(gòu)不良物理問題，適度訓(xùn)練學(xué)生的物理思維，逐步提升學(xué)生創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生實際問題解決能力．

3　對高中物理教學(xué)啟示

3.1　轉(zhuǎn)變教學(xué)理念

教學(xué)理念是對認(rèn)識的集中體現(xiàn)，同時也是人們對教學(xué)活動的看法和持有的基本的態(tài)度和觀念，是人們從事教學(xué)活動的信念．先進科學(xué)的教學(xué)理念不僅是教育改革的風(fēng)向標(biāo)，也是有質(zhì)量的開展教學(xué)活動的先行者．從理論層面來看，高中階段教育的目標(biāo)已經(jīng)從“精英教育”走向“大眾教育”，其培養(yǎng)定位更是強調(diào)社會化、素質(zhì)化和個性化．具體來說，高中人才培養(yǎng)的目標(biāo)應(yīng)該是能夠更好地融入社會，能夠運用自身的知識創(chuàng)造性地解決實際問題，服務(wù)社會．物理教育工作者應(yīng)樹立以人為本，因材施教，強調(diào)提高創(chuàng)新意識和培養(yǎng)實際能力的教學(xué)理念．從操作層面來看，物理學(xué)作為一門與實際生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密的學(xué)科，那么就要求物理教育工作者要理性地注重教學(xué)活動的開展．在物理教學(xué)活動中，注重物理思維的引導(dǎo)和物理方法的滲透，不照本宣科，不拘泥于課本，將所教授的知識與學(xué)生日常經(jīng)驗聯(lián)系起來，使學(xué)生做到理論聯(lián)系實際．同時，教師應(yīng)能聯(lián)系實際教學(xué)經(jīng)驗，反思教學(xué)活動中值得思考和可能出現(xiàn)的問題．總的來說，物理教育工作者應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)理念，及時了解當(dāng)下最新最具科學(xué)性的教學(xué)理念，并且主動聯(lián)系自身專業(yè)知識和學(xué)科性質(zhì)理性地思考，辯證地分析．堅持“一切為了學(xué)生的發(fā)展”核心理念，堅持以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)的教學(xué)原則，不斷加強對專業(yè)知識學(xué)習(xí)，更新陳舊教學(xué)理念，立足教育發(fā)展前沿，理智地看問題．

3.2　充實教學(xué)方法

隨著教學(xué)領(lǐng)域理論體系的進一步研究與發(fā)展，教學(xué)方法也愈加豐富充實，但每一種都有相應(yīng)的優(yōu)勢特點和使用范圍，誰也不能取代誰．同時，針對一節(jié)具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容往往需要數(shù)種教學(xué)方法相互配合使用，反而能夠取得更好的教學(xué)效果．每種教學(xué)方法都是基于特定的教學(xué)理論背景之下產(chǎn)生的，且針對特定的領(lǐng)域知識．因此，認(rèn)知彈性理論也不例外，認(rèn)知彈性理論基于現(xiàn)代建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的背景之下，針對結(jié)構(gòu)不良知識領(lǐng)域．認(rèn)知彈性理論提出的隨機通達教學(xué)適用于高級知識的學(xué)習(xí)．高級知識具有復(fù)雜性，不能通過對設(shè)置簡單的結(jié)構(gòu)良好問題機械重復(fù)地訓(xùn)練習(xí)得，而是要通過結(jié)構(gòu)不良問題的解決過程逐漸獲得．隨機通達教學(xué)對于高級知識的同一內(nèi)容的學(xué)習(xí)恰是由教師給學(xué)生呈現(xiàn)與當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的情境，引導(dǎo)學(xué)生從不同時間，不同情境，不同角度，不同從層次，不同目的入手，多次重復(fù)對同一學(xué)習(xí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程，把具體概念聯(lián)系實際經(jīng)驗，通過提問促進學(xué)生認(rèn)知能力的問題(并非知識性問題)，揭示知識的多樣性與關(guān)聯(lián)性．其中，教師要注重學(xué)生的自主意義建構(gòu)過程，提高學(xué)生的自學(xué)意識，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散型思維能力和解決問題能力．總的來說，隨機通達教學(xué)的提出是對高中物理教學(xué)方法的有利豐富．

3.3　豐富教學(xué)資源

現(xiàn)今，信息多媒體技術(shù)發(fā)展迅速且日趨成熟，在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也很廣泛，多媒體教學(xué)更是現(xiàn)代教學(xué)發(fā)展的一種大趨勢．那么，合理利用信息多媒體技術(shù)對于教師的教學(xué)活動也將大有幫助．認(rèn)知彈性理論的理論范疇之一就是教學(xué)媒介——認(rèn)知彈性超文本，超文本技術(shù)是用超鏈接的方法將不同空間的文字信息組織在一起的網(wǎng)狀文本，從某種程度上來看，這就給學(xué)生提供了多角度多方面的相關(guān)學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生在隨時訪問這些非線性的電子文檔時，不僅可以參考他人所提供的信息，并且可以進行動態(tài)編輯．在結(jié)構(gòu)不良領(lǐng)域知識的學(xué)習(xí)中，這有助于學(xué)生克服知識的單一性、抽象性和問題的復(fù)雜性，有利于掌握知識概念和相關(guān)主題之間的聯(lián)系，加深學(xué)生對某一學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解．因為這一過程都是以信息多媒體技術(shù)為媒介，所以超文本技術(shù)的高效應(yīng)用則需依托信息多媒體技術(shù)的發(fā)展，這也是對多媒體教學(xué)資源的合理利用．

3.4　創(chuàng)造性利用教材

國內(nèi)現(xiàn)行高中階段物理教材有許多版本，主要有人教版、滬科版、魯科版和粵教版等．總體來看，這些教材的設(shè)置都在逐漸偏離傳統(tǒng)高中物理課程的“難、繁、舊、偏”以及“知識本位”等缺點．一般來說，現(xiàn)行教材具有以下特點：基礎(chǔ)性和時代性，注重物理學(xué)思想、方法、科學(xué)精神，注重與科學(xué)、技術(shù)、社會的聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生的興趣和體驗，強調(diào)科學(xué)探究過程，同時注重與多媒體信息技術(shù)整合等．一本好的教材是順利開展教學(xué)活動的必要基礎(chǔ)之一．因此．國內(nèi)各省市針對各自不同地域特色和不同階段要求，選用合適的配套教材．教師對教材創(chuàng)造性地應(yīng)用更是實現(xiàn)高效教學(xué)的關(guān)鍵，同時也是對教師能力的考驗和自我挑戰(zhàn)．認(rèn)知彈性理論中提到，為應(yīng)對發(fā)生變化的實際情景，教師應(yīng)幫助學(xué)生以多種方式同時重建知識體系．這就啟示我們，高中物理教師應(yīng)根據(jù)針對同一學(xué)習(xí)內(nèi)容及其要求，考慮不同學(xué)習(xí)對象心理特征、思維特質(zhì)和背景知識，結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗，整合現(xiàn)有教學(xué)資源，靈活運用教學(xué)手段，做到有的放矢地處理教材內(nèi)容．教材中一節(jié)內(nèi)容，在它的導(dǎo)入、講解與應(yīng)用過程中應(yīng)以教材各部分呈現(xiàn)作為基本參照，不同程度地結(jié)合日常生活生產(chǎn)實際，注重兩者之間聯(lián)系．給學(xué)生提供與實際情境相差無幾的問題，創(chuàng)造性地對教材各板塊內(nèi)容進行選擇與處理，幫助學(xué)生從多角度認(rèn)識和深層次學(xué)習(xí)相關(guān)知識．

3.5　發(fā)展學(xué)生思維

中學(xué)物理教學(xué)目的之一就是通過物理教學(xué)活動培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力，而思維正處于物理智力活動的核心地位．思維是具有意識的人腦對客觀事物間接的、概括的和能動的反映，它屬于認(rèn)識過程的高級階段．其中，形象思維是物理思維的先導(dǎo)，抽象思維是物理思維的核心．高中生的思維正處于“分水嶺”，物理教師通過物理教學(xué)活動培養(yǎng)高中生的物理思維并非可以“一蹴而就”，而是一個循序漸進的過程．認(rèn)知彈性理論中提到給學(xué)生在不同時間呈現(xiàn)形式多樣、層次各異、角度多元的物理情境，某種程度上可以認(rèn)為是給中學(xué)生物理形象思維提供了基礎(chǔ)的思維材料，學(xué)生通過感知物理現(xiàn)象，進而獲得感性認(rèn)識，初步形成鮮明正確的物理形象．當(dāng)學(xué)生積累了足夠多的物理表象之后，教師可以指導(dǎo)學(xué)生使用類比和聯(lián)想方法處理表象，構(gòu)建新的物理形象，培養(yǎng)學(xué)生豐富的想象力．物理形象思維很重要，但也有局限，必須結(jié)合物理抽象思維，才能在得出結(jié)論時充分發(fā)揮其作用．物理抽象思維是在學(xué)生面對許多感性材料時，教師提出一系列引起學(xué)生探究興趣的疑問后，學(xué)生積極思考，教師引導(dǎo)學(xué)生運用物理思維基本方法(比如：分析與綜合、抽象與概括、歸納與演繹、比較與分類、科學(xué)的推理等)得出簡練科學(xué)的結(jié)論以及嚴(yán)謹(jǐn)合理的知識結(jié)構(gòu)．在這兩種物理思維的培養(yǎng)過程中，學(xué)生在面對處理廣度、難度、深度多變的物理情景同時也增強了物理思維的深刻性和敏捷性，特別是學(xué)生通過多角度的思考分析問題訓(xùn)練了物理思維的靈活性和獨特性，甚至是批判性．

3.6　提高學(xué)生能力

提高學(xué)生的綜合能力是中學(xué)物理教學(xué)活動的重要目的，而如何提升也是物理一線教育工作者所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)．綜合能力包括培養(yǎng)搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力、交流與合作的能力等．學(xué)生在利用認(rèn)知彈性超文本這個教學(xué)媒介時，通過結(jié)合自我觀點瀏覽、篩選或動態(tài)編輯其他人所提供的相關(guān)信息的過程實際就是自主培養(yǎng)處理信息能力和獲取新知識的必經(jīng)之路．特別是中學(xué)生面對真實物理現(xiàn)象時，教師引導(dǎo)他們將其與相關(guān)物理知識聯(lián)系，抽象成物理模型的過程不僅是提高學(xué)生分析能力的有效手段，也是提高解決問題能力的基礎(chǔ)．教師運用多元方式幫助學(xué)生重建知識體系的方法，也會啟發(fā)學(xué)生在解決同一問題時，嘗試舉一反三，尋求解題的多種思路和方式．這實際有利于發(fā)展學(xué)生發(fā)散思維，提高學(xué)生創(chuàng)新意識和培養(yǎng)問題解決能力．

除了以上問題，還有一些東西需要我們進一步思考．認(rèn)知彈性理論對學(xué)生的元認(rèn)知水平和非智力因素有較高的要求．那么，通過哪些途徑能夠有效提升學(xué)生的元認(rèn)知水平，對教師的的能力又有哪些具體的要求以及相應(yīng)的教學(xué)反思工具該如何設(shè)計等等．也只有將這一系列問題思考清楚，才能使認(rèn)知彈性理論更好地服務(wù)于高中物理教學(xué)活動．