戚 鵬 程

(1.南陽師范學院 地理科學與旅游學院，河南 南陽 473061；2.南陽師范學院 環(huán)境資源與地理信息省級實驗教學示范中心，河南 南陽 473061)

認知是人類獲得知識和應用知識的過程[1]，包括從初級到高級的五個層級，即神經(jīng)層級、心理層級、語言層級、思維層級和文化層級[2].認知規(guī)律是特定人群在認知方面相對穩(wěn)定性的共同特點.認知能力是學生發(fā)展核心素養(yǎng)體系的基礎(chǔ).研究和掌握學生的認知能力水平和認知規(guī)律對教育和教學有著兩方面意義:其一，可以利用受教育者的既有認知規(guī)律更好地開展教學[3]；其二，可以科學地改善受教育者認知模式和提升認知能力[4]，從而提升學生發(fā)展核心素養(yǎng).

近年來，學者們就各階段學生的認知規(guī)律進行了若干研究，為教育教學改革提供了重要依據(jù)[5-7].但是，以往研究大多只針對認知的單一方面(例如觀察、記憶、思維等)，缺少對特定學生類群認知特點的系統(tǒng)全面的研究.

理科是指理學學科門類，包括物理學、化學、天文學、地理學、大氣學、海洋學、生物學等，是高等教育學科體系的重要組成部分，肩負著揭示物質(zhì)世界基本規(guī)律和支撐應用型科技發(fā)展的雙重責任.理科人才質(zhì)量的高低關(guān)系到國家的基礎(chǔ)研究水平和源頭創(chuàng)新能力.基于學生認知規(guī)律開展專業(yè)教學并有目的地提升其認知能力對于理科人才培養(yǎng)具有重大意義.

1 理科大學生的主要認知規(guī)律

1.1 神經(jīng)與心理層級的認知規(guī)律

當代大學生大致處于18～21歲年齡階段，其神經(jīng)系統(tǒng)已經(jīng)基本成熟，并且正處于敏銳和活躍的時期.他們經(jīng)過了基礎(chǔ)教育階段的學習并通過了中考、高考的篩選，其神經(jīng)層級的認知能力總體上是合格甚至是優(yōu)秀的，表現(xiàn)出較為敏感和準確的感知覺，這是他們學習理科專業(yè)知識和未來從事相關(guān)工作的重要基礎(chǔ).

心理層級的認知主要包括觀察和記憶.觀察是有目的和計劃的高級感知.理科大學生普遍具有較強的觀察力，但是面對復雜觀察對象時需要教師給出明確的目標和重點.另外，理科專業(yè)人員應具有專業(yè)特質(zhì)的感知覺和觀察力，例如化學專業(yè)對化學反應的觀察,生物專業(yè)對生物外形和解剖結(jié)構(gòu)的觀察，地理專業(yè)對土壤、巖石的觀察及其對遙感圖像、專題地圖的判讀等，這些能力皆有賴于大學階段的培養(yǎng).

記憶是任何學習活動必不可少的認知形式.大學生的記憶能力普遍處于較強的水平.然而，正是這種記憶力強的優(yōu)勢，加之對學習本質(zhì)的誤解和一些錯誤考核制度的誤導，致使不少學生在學習中過分地倚重記憶，常見具體表現(xiàn)是：對于某一段內(nèi)容，學生會讀一遍，背一遍，繼而又讀一遍，然后再背一遍，如此往復.越臨近期末，對這一認知模式的倚重越為明顯.

“注意”并不是一種認知活動，但它的確是一個心理層級的概念——它是人的感知活動指向和集中于某種事物的能力，是感知的品質(zhì).課堂上學生“注意”的高低對教學效果有明顯影響.多數(shù)大學生具備自主調(diào)控注意力的能力.但是，大學生在課堂上能否持久保持高度注意與教學方法和手段有明顯關(guān)系.實踐經(jīng)驗表明，在理論課中，若單純采用講授法，在40分鐘內(nèi)大約有三分之一的學生不能持續(xù)地保持注意力；若根據(jù)學生狀態(tài)實時調(diào)整教學方法，加強師生之間的互動，適時地采取教學激勵，則可以明顯增加學生注意力的穩(wěn)定性.另外，理論課的開始幾分鐘和最后幾分鐘往往是學生注意力普遍較差的時段.在實驗課中，學生的注意力往往比在理論課中更高一些，實驗課的體驗性和交互性較強，相對于理論課，不容易引起神經(jīng)系統(tǒng)的疲勞；就實驗項目的類型來比較，學生在探索型和創(chuàng)新型項目中的注意力要強于驗證型和基礎(chǔ)型項目.在實驗課的最后時段，多數(shù)學生仍能保持較強的注意力.

1.2 語言層級的認知規(guī)律

語言認知主要包括語言理解和語言表達兩個方面.前者包括“聽”和“讀”，后者包括“說”和“寫”.

學生的學習效果與其語言理解能力密切相關(guān)，因為大多數(shù)理科學習活動必須以讀懂書面材料或聽懂教師話語為起點.教學中發(fā)現(xiàn)，各級學生的語言理解能力可以滿足其學習的基本需要.大學生就業(yè)后必然面對復雜的專業(yè)化書面材料，要讀懂這些材料需要較強的專業(yè)語言理解能力.大學階段需要強化這種能力.

理科學生必須具備較強的語言表達能力，以滿足將來工作中對語言表達的基本需要.教學中發(fā)現(xiàn)，理科生中有不少學生存在語言表達能力不足的問題，尤其是書面表達方面.語言表達能力低下在他們的畢業(yè)論文撰寫過程中表現(xiàn)得尤為突出.畢業(yè)論文初稿中常見語言問題有表述含糊、成分缺失、語序混亂和誤用別字等.

導致大學生語言能力低下的原因有很多，其中互聯(lián)網(wǎng)和新媒體的影響不容忽視，這包括部分互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁上的不規(guī)范語言給學生做出了錯誤的示范，有些學生在網(wǎng)絡(luò)社交中養(yǎng)成了隨意表達的習慣.

1.3 思維層級的認知規(guī)律

思維是人類特有的高級認知層級.思維的品質(zhì)和水平是影響學生在校期間學習效率和效果的重要因素.

思維的分類甚為復雜，其中最常見的分類法是將思維分為形象思維、邏輯思維和直覺思維.形象思維和邏輯思維是理科學習中最基本的兩種思維形式:前者具有直觀性、穿越性、發(fā)散性與超越性等非線性特征；后者具有嚴密性、條理性、收斂性等線性特征[8].一方面，大學理科內(nèi)容往往涉及復雜的結(jié)構(gòu)和過程或?qū)W生未曾感知過的事物，學習這些內(nèi)容時，形象思維顯得十分重要,學生很難越過形象思維直接地進行邏輯思維,演示一個圖片、一段視頻、一個模型或一個實物，其教學效果遠勝幾十分鐘的語言描述;另一方面，理科是關(guān)于物質(zhì)世界的實質(zhì)和規(guī)律的學科，要透過表象看實質(zhì)、找規(guī)律，所以理科工作者必須具有較強的分析、綜合、抽象、判斷、推理和演繹的能力，這些都屬于邏輯思維的范疇.經(jīng)過中學階段的學習，大學新生的邏輯思維能力已得到一定發(fā)展,但在大學階段中理科學生的邏輯思維能力還需被進一步地訓練，以提升思維的深刻性、全面性、敏捷性、靈活性、獨立性、批判性和創(chuàng)造性，這樣才能滿足大學學習和未來工作的需要.直覺思維是指對一個問題未經(jīng)逐步分析，僅依據(jù)內(nèi)因的感知迅速地對問題的答案作出判斷或猜想[9]，常與“靈感”“頓悟”“預感”等詞語相關(guān)聯(lián)，通常被認為是文學和藝術(shù)中的重要思維形式,而對于理科學習和工作來說，這種思維在特定條件下也有著重要作用.

認知主體對各個層級和形式的認知有不同的偏好程度，將這些偏好程度的組合稱為該主體的認知模式，例如“重記憶輕思維”模式和“重思維輕記憶”模式等.許多理科學生在不同程度上有“重記憶輕思維”的傾向，他們希望教師提供已整理好的知識點、上課所用幻燈片以及題庫，然后通過反復的閱讀以圖記住其中的“考點”.即便是開展思維，也是以“記住”為終極目標,其學習范圍也往往局限于教材.另有一部分學生，他們不喜歡機械式記憶，但勤于思考、敢于設(shè)疑，閱讀面較大，積極參加實踐和科研項目,至畢業(yè)時，他們的高階思維已得到了較好的發(fā)展.若干事實表明，后一類學生常常能在后來的人生道路上取得更高的成就.

1.4 認知動機對認知模式的影響

認知動機明顯影響學習者的認知模式.近景、利己的學習動機常使學習者的認知模式局限于機械性記憶和低階思維,而遠景、利他的動機更容易激發(fā)高階思維，幫助學習者獲得真正有用的知識和能力.

理科主要研究物質(zhì)世界的基本規(guī)律，這樣的學科性質(zhì)決定了其教學內(nèi)容以基礎(chǔ)理論為主.一個國家發(fā)展理科(或者說自然科學)的目的：一是滿足人類的基本認知需求；二是為實用型科學技術(shù)提供基礎(chǔ)支撐和原始動力；三是為公共事業(yè)提供理論依據(jù)；四是展示國家實力.若站在國家、社會和人民的角度看，這樣的學習和工作充滿了價值和意義,而若完全站在個人利益角度看，會認為理科很不實用，若僅是為了得到一紙文憑而努力，終難真正步入科學的殿堂.在一些人看來，自然科學工作是艱苦的：要么是踏冰臥雪、風吹日曬的野外觀測，要么是終日在實驗室中與藥品和儀器為伴.我國科學家們十年如一日的堅守和付出的支撐力是什么？應該是為人民服務的初心和振興祖國科學事業(yè)的情結(jié).這些高尚動機不但支持他們克服了無數(shù)的艱辛和困難，也推動他們采用學以致用的認知模式，激發(fā)出巨大的科技創(chuàng)新能力，使他們在學術(shù)研究和服務社會方面取得了巨大成就.這一實例證明高尚認知動機對改善認知模式的積極作用.

2 對認知規(guī)律的運用

2.1 對注意規(guī)律的運用

根據(jù)學生的注意規(guī)律，理科教師在教學中應注重以下方面：(1)做好課前組織和課程導入，從開始就抓住學生的注意；(2)教學過程中要根據(jù)教學內(nèi)容的特點變換教學方法和手段，教學語言的語調(diào)、語氣和節(jié)奏也不能一成不變，這樣做可以有效避免單一化帶來的沉悶和枯燥；(3)教師的一切教學行為要根據(jù)學生的反饋及時調(diào)節(jié).一節(jié)成功的課，不是一個既定教案的機械化展開，而是一場與學生共同完成的認知活動，貫徹這種原則開展教學，才能使學生注意保持持續(xù)的集中.

根據(jù)學生在實踐教學中的注意規(guī)律，建議在教學管理方面，應給予實驗課更多的時間自由度.例如，可以讓實驗課兩節(jié)或三節(jié)連上(4～5小時)，因為如果一次實驗課歷時僅1～2小時，實驗準備還要占去許多時間，學生的注意剛剛集中就已接近下課.如果延長單次實驗的時間，則可以充分利用“學生一旦真正投入到實驗當中就可以較長時間保持注意”的規(guī)律，從而大幅地提升教學效率.

2.2 對思維規(guī)律的運用

在大學教學中要注意形象思維在教學中的重要性，不能因為大學生已處于成人階段而錯誤地認為他們不再依賴形象思維.錢學森先生曾經(jīng)指出：“科學上的創(chuàng)新光靠嚴密的邏輯思維不行，創(chuàng)新的思想往往開始于形象思維，從大跨度的聯(lián)想中得到啟迪，然后再用嚴密的邏輯思維加以驗證.”利用理科大學生觀察力強、倚重形象思維的規(guī)律，對于涉及復雜結(jié)構(gòu)或過程的教學內(nèi)容，應加強直觀教學，以圖片、視頻、動畫、模型、實物、虛擬現(xiàn)實以及直觀語言等直觀手段幫助學生進行形象思維.大學理科教師在備課過程中通常較為重視直觀教學材料的收集和組織,這是值得肯定的做法.另一方面，我們也應意識到，圖片、視頻在輕松傳遞大量信息的同時，它們強烈的感官刺激也給學生留下了關(guān)于認知對象的“標準照”式的印象，知識被標準化和模式化了，學生們關(guān)于該對象的認知可能會永遠停留在對這個“標準照”的記憶中，思維的發(fā)散性和創(chuàng)造性被大大地限制.因此，直觀教學并不是處處可用的金科玉律.大學教師應在充分分析教學內(nèi)容的性質(zhì)和難度以及學生的接受能力的前提下選定合理的教學方法,這正是備課的重要內(nèi)容.教學過程中，還應注意對直觀教學手段的使用時機，并要積極地引導學生從形象思維升華到邏輯思維，及時地將教學活動推向揭示事物本質(zhì)和規(guī)律的層面，讓學生能夠?qū)⒏鶕?jù)模式化的認知對象所建立的知識進行泛化和演繹.

3 對錯誤認知習慣的糾正

理科大學生最為常見的錯誤認知習慣是“重記憶輕思維”.這種錯誤傾向主要歸因于以下方面：(1)中學時代應試學習思想的“慣性”；(2)部分學生急功近利和放松自我要求；(3)大學階段的成績考核制度不盡合理，這又包括“重期末，輕平時”和“成績評判標準單一”兩種情況.為了改變這一現(xiàn)狀，建議采取以下三種舉措.

首先，要引導學生樹立高尚的認知動機，從而引發(fā)正確的認知模式.良好的大學教育應該在社會主義核心價值觀的引領(lǐng)下，基于國家和社會需求的學科內(nèi)涵，建立和傳承具體的專業(yè)價值觀念[10]，幫助學生正確認識作為一個理科人的個人價值、個人需求與對國家和社會的責任三者間的關(guān)系.引導學生摒棄唯分數(shù)、唯升學、唯文憑的傳統(tǒng)思想，為實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢而學習，以“為國家和人民服務”的認知動機促成“學以致用”的認知習慣.

其次，引導學生通過認識學習的本質(zhì)實現(xiàn)認知習慣的轉(zhuǎn)變.應讓學生意識到學習是人的基本需要，是主動獲取知識的過程；進入大學以后，學生們可以拋卻“分數(shù)至上”的桎梏，在科學世界里自由翱翔，而思維正是飛翔的翅膀；理科學習的目標不僅是記住多少條概念和原理，更應學會分解復雜系統(tǒng)、尋找科學證據(jù)和建立科學邏輯的方法，并引導學生體驗蘊藏在知識之中和獲取知識的過程之中的樂趣.

再次，要改革學習考核制度.針對學生在臨近期末時搞突擊式記憶的現(xiàn)象，要降低期末成績在最終成績中的比重，增加平時成績的比重.無論期末考核還是平時考核，其內(nèi)容都應該以學生對知識理解程度及其思維能力水平為重點.考核中應適量地增加論述題、材料題等主觀題型的比重，降低填空題、名詞解釋題等客觀題型的比重.

4 對認知能力的培養(yǎng)

在大學教學中，不但要遵循學生認知規(guī)律開展教學，而且要將培養(yǎng)學生的認知能力納入培養(yǎng)目標體系.在認知能力培養(yǎng)過程中應注重以下原則.

4.1 綜合化培養(yǎng)原則

認知能力的培養(yǎng)通常是綜合的，也就是說在一個教學活動中往往可以同時培養(yǎng)學生的多種認知能力.即便有時可以單獨強化某項能力，也應關(guān)注多種能力之間的相互關(guān)系.

4.2 因材施教培養(yǎng)原則

應充分重視學生在認知能力和習慣方面的個體差異，進行因材施教，即分別施以不同的培養(yǎng)路徑和方法.最理想的教學是基于每個學生的認知特點和水平設(shè)計不同的學習活動和教學方法，使每個學生按各自的方式去理解和接受知識.在傳統(tǒng)工作中，這種差異化教學由于工作量巨大而難以真正開展.不過，近年來出現(xiàn)的線下線上混合式教學為開展差異化教學提供了若干有利條件，讓這種教育理想有可能成為現(xiàn)實.

實施因材施教時，還應避免 “只揚其長，不補其短”的誤區(qū).社會生產(chǎn)對勞動者的各項認知能力是有底線要求的，一個人的某種認知能力存在短板，即便其他認知能力很強，其短板最終會影響其事業(yè)發(fā)展.所以，不僅要引導個體發(fā)揮認知能力方面既有的長處，還應察覺個體的認知能力短板并助其補足這些短板.

4.3 以用促能培養(yǎng)原則

專業(yè)知識學習是提升認知能力的載體和途徑.學習的過程就是高級的認知過程，就是使用認知能力的過程，能力在使用中得以增強.引導學生在學習中合理使用各種認知能力即是對認知能力的培養(yǎng).

4.4 認知能力培養(yǎng)的相關(guān)案例

結(jié)合一個案例來闡釋這三個原則.植物種類鑒定是生物、地理、生態(tài)等專業(yè)的重要實踐教學內(nèi)容.其過程一般是：①整體感知植物標本，判斷它屬于什么門和綱；②對其根、莖、葉、花、果實的顯著特征進行觀察，對這些特征進行抽象，把抽象結(jié)果與記憶中各科的主要特征進行對比，綜合判斷它屬于哪一科；③根據(jù)屬種檢索表確定它是何屬何種.上述三個原則在該教學中的體現(xiàn)如下.首先，該過程體現(xiàn)了認知的綜合性——步驟①中使用了直覺思維，步驟②涉及抽象、分析、綜合和記憶，步驟③涉及抽象、比較和綜合.所以，這個教學中要注重對多種認知能力的綜合訓練.其次，在教學中發(fā)現(xiàn)，學生的表現(xiàn)差別很大，例如，在步驟③中，部分學生喜歡將標本與圖鑒上的植物圖片進行比對，而另外的學生則喜歡使用文字化的檢索表,這些差別的背后是學生認知習慣的差異.所以，在這種教學中要特別注重因材施教.再次，這種實訓的根本目的不僅是讓學生記住哪個植物屬于什么類群，也不僅是讓其鞏固對植物科屬特征的記憶，而是讓其通過使用系列認知能力來提升這些認知能力，這即為以用促能的思想.然而，近年來，出現(xiàn)了若干種基于智能手機的植物識別軟件，通過對植株拍攝照片就可得到貌似正確的植物名稱.有些學生在實訓中十分依賴這種技術(shù)，看起來輕松快捷，事實上他們錯失了提升認知能力的機會.

5 認知能力培養(yǎng)的代表性模式

認知能力培養(yǎng)最為有效的模式是以學生為主體的教學.例如，可以將具有“科學背景深厚、學術(shù)觀點紛雜”特點的教學內(nèi)容設(shè)計為“導讀-研討”的教學模式，其教學案例如表1所示.

表1 “導讀-研討”教學模式典型教學案例

在這種教學模式中，學生成為求知路上的探索者，而教師則走出“真理代言人”的角色成為學習向?qū)?，既要帶路又要與學生共同面對求知路上的難題.提倡生生平等和同學間的幫助和激勵，每個成員既能發(fā)揮自己的能力長項又能積極地帶動團隊其他成員的能力發(fā)展.

在這種教學模式中，學習是一個內(nèi)外因共同驅(qū)動的認知過程.在上課的開始階段，學生的認知活動在某種程度上是外部驅(qū)動的，即服從于教師的要求和調(diào)度，而在中后階段，發(fā)現(xiàn)問題和解答問題(自己的和別人的)成為認知的動機，在其牽引下主動獲取和處理各種信息，不斷對既有知識進行重構(gòu)、細化和擴張.在圍坐研討的情景中，交流、質(zhì)疑、解答和辯論及其衍生的相應情緒和情感，自我效能感、成功帶來的滿足感、對團隊的責任感、同伴的激勵、對手的競爭等，這些都成為推動學生認知并提升其認知品質(zhì)的力量.

“導讀-研討”教學模式讓知識學習回歸知識產(chǎn)生的源頭.在這樣的教學中，學生對知識的認知被放回到知識產(chǎn)生的學術(shù)背景，聯(lián)系具體問題來理解知識，讓其了解人類如何在科學實踐中通過反復觀察、實驗和思辨而不斷地逼近真理.更深遠地看，這是培養(yǎng)學生學會用辯證思維來看待和解決今后生活和工作中遇到的各種復雜問題的方法.

6 結(jié)束語

本文從神經(jīng)層級、心理層級、語言層級和思維層級系統(tǒng)分析了理科大學生的認知規(guī)律，提出了運用學生注意規(guī)律和思維規(guī)律的教學改革策略以及對錯誤認知習慣的糾正方法.認為高尚的認知動機有助于理科大學生改善認知模式.在認知能力培養(yǎng)中應該注重綜合化、因材施教和以用促能三個原則.“導讀-研討”式教學是培養(yǎng)學生認知能力的有效模式.