认知结构理论及其对自然科学教学设计的启示，本文主要内容关键词为：教学设计论文,自然科学论文,其对论文,认知论文,启示论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
教学设计是在教学工作开始之前，根据一定的教学目的和要求，依据现代教学理论的基本观点，通过对教学过程各要素的分析，设计教学活动和流程的过程。教学设计不同于有关教和学的理论，教和学的理论关心的是教学规律是什么、学习机制是什么等问题，而教学设计则关心的是“怎么做”的问题，即为了达到某种教学目标，在一定的教学条件下，如何去选择和确定最佳的教学策略和如何实际操作的问题。但科学的教学设计必须以教和学的理论和规律为依据，离开了科学的教和学的理论，教学设计将成为空中楼阁。本文对有关认知结构理论做一浅显的概括，力求发现蕴藏其中的科学的教学设计原理，为我们进行教学设计提供理论指导，使教学设计有据可依，更加科学化。
一、认知结构理论概要
认知结构理论不是由某一位心理学家独立创建的理论体系，而是由许多心理学家从不同的角度，对认知结构进行独特的理解和研究而形成的理论体系，它的内容十分丰富。认知结构理论，从分类上讲，是属于“学”的理论，从它的形成和发展过程分析，这一理论充分体现了教学过程中对学生主体地位的重视。
认知结构就是一个人观念的全部内容和组织，或是一个人在某一知识领域的全部观念和组织，是在感知理解客观现实的基础上，在头脑中形成的一种心理结构。从内容上讲，认知结构就是学生头脑中已有的知识经验；从组织上讲，主要是指知识经验程度的层次性，人们能否认知和正确认识客观事物，取决于其头脑中已有的认知结构及认知结构中知识贮存的形式，认知结构又具有通过加工、同化和顺应新知识处理新问题的功能。但是，在认知结构理论的发展过程中，不同的心理学家对“认知结构”的含义作了不同角度的阐述，其中贡献最大的是奥苏伯尔和布鲁纳。
皮亚杰认为儿童智慧能力的发展是主体在环境的作用下，借助于顺应和同化改变认知图式。皮亚杰的发生认识论是关于认知结构的发展理论，认为认知结构是一个动态的发展体系。
布鲁纳的认知结构学习理论认为认知结构是知识的有组织结构，它们以编码系统式结构结合在一起，从最一般意义上把存在于头脑中的所有知识看作是整体的认知结构。这种结构对新习得的知识能否加以编码，取决于这种知识能否获得意义。
奥苏伯尔认为认知结构就是书本知识在学生头脑中的再现形式，是有意义学习的结果和条件。他的有意义学习理论强调认知结构的地位，提出了“先行组织者”学习策略，简单地说，就是在学习概念之前先学习更一般、更简单的概念（上位概念），这种上位概念作为新概念的先行组织者来同化下位概念。奥苏伯尔还提出了影响新知识学习的三个认知结构变量。奥苏伯尔认知同化理论对自然科学陈述性知识的习得可做如下描述：学生的原有知识→新知识呈现→新旧知识相互作用→形成新的认知结构。而其中新知识的呈现方式是造成学生认知冲突，形成新的认知结构的关键。
布卢姆的掌握学习理论认为学生对学习任务缺乏必要的认识准备时，要达到掌握程度是不可能的，强调了认知结构中元认知的重要性。
认知结构理论是关于学习的理论，主张研究学生个体的心理活动，认为学习是个体积极的信息加工过程，它又可分为两个主要学派——信息加工学派和建构主义学派。信息加工学派关心的问题是学习者个体的心理加工过程，其主要贡献是信息加工的心理模型，他们用信息流的观点把认知结构的形成看作是：知识的输入→编码→译码→储存→提取的过程。他们对认知结构的形成、保护和激活做了深入微的研究。建构主义学派认为学习过程就是认知结构不断变化和重新组织的过程，存在于人头脑中的认知结构始终处于变动和构建之中，认知构建就是在外在刺激和学习者个体特征相结合的情况下进行渐进和累积的自我建构的过程。
二、认知结构理论对自然科学教学设计的启示
认知结构理论从一个角度提示了人类学习的本质和规律，解释和说明了学习过程的心理机制，教学设计就是要应用学习理论和其他一些理论来解决教学过程中的具体问题。认知结构理论对教学设计的启示如下。
（一）重视学生的原有认知结构
因为新的学习内容只有被原认知结构所同化和顺应才能被学生所接纳。皮亚杰的发生认识论认为：当儿童遇到新情境时，在认知过程中总是试图用原图式（即结构）去同化以达到认识上的平衡或顺应以调整原有图式，或达到新的平衡。如果新情境和原认知结构相协调，学生就容易把新情境纳入到原有的认知结构中去，否则就难纳入，教学效果就差。例如，根据化学方程式的计算，是自然科学中综合程度较高的一块内容，它集化学式的书写、相对分子质量的计算、化学方程式的书写、质量守恒定律的理解和数学计算于一体，对学生的认知结构来说是一次巨大的跨越，也是一次质的飞跃，在根据化学方程式计算前，应先复习有关化学方程式的意义、质量守恒定律的含义、相对分子质量的计算等背景知识，使学生的原认知结构得以巩固，这样就会为新知识纳入到原有的认知结构中提供有利条件，也使得原有认知结构得以完善和发展。
（二）要重视学科知识结构和学生认知结构的关系
教材中的知识主要以语言、文字、图像等形式进行表达，而学生头脑中的认知结构主要以语义方式（图式）简略表征，两者有一定的差异，教材中的知识只有通过教师的讲解、分析和学生的感知、理解才能纳入学生的认知结构中，所以影响学生学习效率的直接因素是学生的认知结构而不是教材的知识结构。
一本好的教材往往十分注重教材中知识的逻辑结构、顺序结构和学生的心理和认知结构的完美统一。所以在做教学设计时要重视对教材内容的分析和对学生知识基础及认识发展水平规律的分析，实行因材施教和因题施教，对不同的学生、课题和知识内容实行不同的教学方法，如对不同的学生进行分层教学正是这一思想的具体体现。
（三）要重视对原认知的激活和构建
如前所述，认知结构理论的建构主义学派认为认知过程是建构性质的，它包括个体对外界刺激发生反应的过程和学习者有意地控制、转换和建构的过程，即激活和构建的过程。学生只有在元认知被激活的状态下，才能与新知识相互作用，构建新的认知结构。而这一过程的关键是如何创设使学生产生认知冲突的问题情境，如在学习“功的原理”时，学生已知使用机械有的可以省力，有的可以省距离，有的可以改变力的方向，此时可设问有没有一种机械，既可以省力又可以省距离，即可以省功，这样既能激活元认知，又能有效地引入新课。
（四）要重视学生的信息加工过程
学生认知过程中，知识信息的输入、贮存、提取、学生作业等各种学习行为，如复述、分析、比较、综合、归纳等，看作是信息的加工过程，而信息加工的主要方式是编码。能否编码取决于知识能否获得意义，如果输入的信息能获得意义就能得到及时、完整的编码，信息就会顺利地转入储存过程，提取也容易，否则就无法纳入原有的认知结构中，游离于学生的知识之外。信息的输入和输出是一个复杂的过程，在教学设计中必须重视学生“学”的规律，重点落在如何使学生编码信息上，如在整个化学用语的教学设计中，教师把元素、化学式、化学方程式等概念讲清楚并不难，因为这是教师的行为，难的是如何使繁多的符号获得编码，形成长时记忆，这时可采用分散记忆、化整为零的方法把化学用语这套符号系统分散到各章节中进行教学，同时，通过信息的双重编码，即由映像——情节记忆——言语语义记忆，用“顺口溜”“谐音记忆法”使信息获得意义，便于学生进行编码，形成记忆，并在练习和解决实际问题中不断完善，使其达到自动化程度。
（五）积极构建学生的认知结构
认知结构理论强调以学生为中心进行教学设计，建构主义学派认为学生认知结构的建构是一个积极主动的思维过程，而不是被动地接受和灌输。这就要求在自然科学的教学设计时，要积极创设问题情境，善于用探究法、发现法、问题解决法等先进的教学模式去组织教学，让学生主动地去收集、分析、处理有关信息和资料，善于提出问题并对所学问题提出各种假设，然后努力加以验证，充分突出以学生为中心的地位，并在这种探究活动中去构建学生的认知结构，获得科学的探究方法和技能。
学生认知结构的构建是一个非常复杂的心智过程，在进行自然科学的教学设计时，必须抛弃注入式的教学所导致认知结构的封闭和僵化，而必须发挥学生的主动性，重视问题情境的创设，突出科学探究的学习方式，使学生的认知结构形成一个开放体系，促进学生能力的形成和发展。教师在这个过程中要转变角色，成为学生学习的组织者、引导者、合作者。
三、对认知结构理论的局限性的认识
以奥苏伯尔和布鲁纳为代表的认知结构理论提示了知识学习的最本质的特征之一，即新知识的学习过程是以已有的知识经验为基础，通过对新知识内容的理解，掌握新知识的实质性意义的过程。但是，这种学习理论适合于解释学生的知识学习，特别是陈述性知识的学习过程，而不太适合解释程序性知识（如操作技能、言语技能、认知策略等）的学习过程。所以以这一理论为基础的教学方法也只适用于陈述性知识的学习与教学，而对程序性知识的教学会感到茫然，找不到理论依据，这是这一理论的最大局限性。
科学教学的内容是十分丰富的，既有陈述性知识的学习，又有程序性知识的学习和能力的培养。教学方法也是多种多样的。科学的核心是探究，新课程标准中明确指出，探究式教学应作为科学教学的一种重要方法加以重视，这就要求我们不但要学习认知结构理论，还要学习有关探究式教学的理论。
总之，为不断提高自然科学教学设计的水平，就要不断学习各种先进的教学理论，为我们进行教学设计提供科学的理论依据和实用的操作方法。
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