高考物理复习中学生认知结构的整合建构_物理论文

高考物理复习中学生认知结构的整合构建，本文主要内容关键词为：中学生论文,认知论文,物理论文,结构论文，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。

一、高考复习中学生认知结构整合构建的特点

现代建构主义学习理论认为，学生构建认知结构的方式有两种，其一是将原有的认知与新的情境发生相互作用，例如新课教学中新知识的学习；其二是对原有认知结构进行重组和整合，例如复习教学中对原有知识和方法的巩固学习。物理习题教学主要通过学生原有认知与问题系统发生相互作用（解答问题过程）来对原有物理认知结构（包括物理知识、物理解题思路和方法、思维素质和能力等）进行重组和整合，重组和整合的目的是构建一个新的意义物理认知结构。高考复习是一种重要的习题教学，高考复习中，学生虽然做了很多物理习题，但学生认知中往往存在较多的缺乏内在逻辑关系、没有解决或没有弄清的物理问题，虽然学生在教师指导下对原有物理认知结构进行多次的构建活动，但学生认知结构往往存在如下缺陷：(1)比较特殊，缺乏概括性；(2)比较肤浅，缺乏稳定性；(3)比较模糊，缺乏清晰性；(4)比较混乱，缺乏系统性。造成上述学生认知缺陷的原因是多方面的，既有学生自身主观原因（例如学生知识基础、思维能力、学习兴趣和态度等），也有学习内容上的原因（例如所学内容的难度、教学要求等）。但笔者认为，一个重要的原因是复习教学中学生缺乏对所解答的大量问题进行合理的整合，教师缺乏引导学生对原有认知结构进行整合构建。

学生认知结构整合构建的特点是：教师根据学生认知基础和学生所解答过的原有问题，对一些共性化、差异性、逻辑性问题进行重组性的整合解答，在帮助学生构建一个具有内在逻辑关系问题系统的同时，对所整合问题系统中所包含的物理知识、解题思路和方法、思维素质和方法进行重组和整合，从而达到构建良好认知结构的目的。高考复习中学生认知结构整合构建过程的框图如图1所示，它是基于学生原有认知结构，整合学生所解答的原有问题（或部分新的问题），教师引导学生解答所整合的问题系统，对问题系统中包含的物理知识、解题思路和方法、思维素质和方法进行有意义地整合构建，从而促进学生认知结构的概括化、稳定化、清晰化和系统化。

图1

二、高考复习中学生认知结构整合构建的内容

根据学生物理认知结构的组成要素结合物理高考复习特点，高考复习中学生认知结构整合构建的内容包括如下几个方面。

（一）整合物理知识，整合构建知识结构

1.整合包含易错抽象知识的问题，消除错误认识

某些比较抽象的物理知识往往成为学生学习中的难点，从而造成学生在解答相关问题时多次发生错误或失败。针对学生在解答原有问题过程中暴露出来知识结构的缺陷，应该对包含这些重要抽象知识的易错问题进行整合，引导学生整合解答这些问题，在整合过程中对这些知识进行新的同化和顺应，消除错误认识。

例如，学生在解答与交变电有效值相关的问题时常多次发生错误，暴露出学生对有效值理解和掌握上存在缺陷，可把学生容易发生错误的3个问题（见附1）进行整合。

附1：包含抽象知识的易错问题整合

题1.如图2所示，导线面积为S，匀强磁场磁感应强度B与时间关系为。回路中总电阻为R。试求在时间内回路产生的热量。

题2.如图3所示，匀强磁场B方向水平向右，金属框边长为L，质量为m，总电阻为R。现在将框绕cd边以ω的角速度从水平转动到竖直位置，不计一切摩擦。试求在这一过程中外力（除重力和线圈受到安培力外）对线圈所做的功。

题3.如图4所示，OACO为闭合金属导轨，O、C处分别接有短电阻丝，阻值都为及（其他电阻不计）。OAC满足，面积为，匀强磁场B方向垂直于导轨平面。一足够长的平行y轴的金属棒贴着导轨以速率。水平向右在导轨上从O点滑动到C点。求：在上述过程中电阻上产生的热量。

图2

图3

图4

学生解答附1中3个问题时出现的普遍错误是求热量公式中U用感应电动势的平均值。发生错误的原因：一是感应电动势平均值定势较强，二是缺乏求解不同情形下正弦交变电有效值的策略和方法。题1、题2可从磁通量变化规律角度抽象出教材中正弦交变电原始模型（线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的中心轴匀速转动），揭示电动势与时间关系(ε=BSωcosωt)，题3问题可从动生电动势与时间关系角度揭示电动势变化规律，最后结合求解热量。

学生在教师引导下重新整合解答这3个问题后，分析揭示错误原因，寻求消除错误策略，明确了平均值与有效值的区别，理解了平均值和有效值概念的适用情形，把握了求解有效值的思路和方法，促使了学生对有效值概念及求解方法真正意义上的同化，构建新意义上有效值和平均值的知识结构。

2.整合包含相似、相异物理模型的问题，揭示物理模型间的联系和区别

针对原有物理问题中包含的一些重要的、共性化的物理模型，引导学生对这些已做物理问题进行整合，通过整合能加深学生对物理模型本质的认识，提高建模能力和解题的迁移能力。例如，“最大速度”模型（物体做加速度变小的加速运动时，加速度为零时，速度达到最大）是一个很重要的热点模型，教学中可把基于这个模型的有关问题进行整合，学生通过整合解答这些问题揭示解答这类问题的共同思路（运用牛顿第二定律结合动态变化分析揭示物体运动情况）。

针对学生容易混淆相异物理模型，可以把包含这些模型的易错问题进行整合，让学生在整合解答中揭示这些“形同质异”问题和模型的本质区别，整合构建一个清晰化模型结构。例如，学生在解答具体竖直平面内圆周运动问题时常混淆外表相似本质不同的模型，从而导致解题中错误。教师可把“外球面”模型（例如物体通过拱形桥顶部运动）、“细线”模型（例如过山车通过轨道最高点）、“细杆”模式（例如打夯机上转动物通过最高点）三个“形同质异”问题进行整合，并且引导学生分析解答三个整合问题，揭示三个问题中所包含物理模型的差异，从而构建了一个清晰的物理模型结构。

（二）整合解题方法，构建方法结构

1.整合解答包含相似方法的问题，内化解题方法

不同物理问题中往往渗透相似的解题方法，对哪些包含相似解题方法的问题进行整合，可以加深学生对这些重要解题方法的认识，内化解题方法，促进认知中方法结构的综合贯通。

例如，附2中题4、题5两个问题虽然外表不同，但都渗透相似的解题方法。解答题4问题可运用力的矢量三角形方法，解答题5问题可运用速度矢量三角形法。学生通过整合解答这两个易错疑难问题，加深了对“矢量三角形”解题方法的认识，并在认知中得到内化。

附2：包含相似解题方法问题的整合

题4.如图5所示，重为G的小球用轻细绳悬挂在O点，现再对它施加一个大小为F的作用力(F＜G)，使细绳偏离竖直方向而小球仍处于静止状态。求细线与竖直方向的最大夹角θ。

图5

题5.河宽d=400m，水流速度为，小船在静水中的速度为，问：以最短航程渡河，船头应向何方向？最短航程为多大？

2.整合包含解答某类问题多种方法的问题，全面系统把握解答某类问题的思路方法

每一种方法都有一定的适用范围，对包含不同解题方法的问题进行整合，有利于揭示不同方法间的联系与区别，引导学生全面系统地解答某类问题的思路方法。例如，可对包含电阻测量多种方法（常规伏安法、差值伏安法、比较法、间接测量法、替代法）的实验问题进行整合，让学生通过整合解答这些实验问题来揭示不同电阻测量方法的特点，从而全面系统地把握电阻测量方法。

（三）整合思维素质，构建良好思维结构

学生作业和考试中发生错误往往是由于缺乏解题所需的良好思维素质引起的。具体表现为：由于思维缺乏正确性而没能明确题中显性条件，或看错题中显性条件；由于思维缺乏深刻性而没能揭示题中隐含条件；由于思维缺乏批判性而没能辨别“形同质异”问题，导致“张冠李戴”；由于思维缺乏完整性而没能全面考虑问题中多种可能情形，导致局部、片面地解题。高考复习教学中，针对学生在解答原有问题时所暴露出来的思维素质缺陷，从思维正确性、深刻性、批判性、完整性等角度对原有问题进行整合，通过整合来揭示学生解答错误的思维原因，寻求解决策略，培养学生良好的思维素质，从而实现思维素质的整合构建。

例如，附3中整合的三个问题都为开放性多解问题，题6中由于电荷性质不明引起多解，题7中由于通过最低点速度方向不明引起多解，题8中由于题中各字母型条件关系不明引起多解。学生通过多解型问题的整合解答，训练了思维的完整性，整合构建解题所需良好思维素质结构。

附3：包含思维完整性问题的整合

题6.如图6所示，匀强磁场B宽度为L，某带电粒子质量为m，带电量为q，重力不计，从磁场边界A点以与左边界成θ方向射入磁场。问：粒子以速度为多大可以穿过磁场？

题7.如图7所示，匀强磁场B方向如图，单摆摆长为L，摆球质量为m、带电量为+q，最大摆角为θ。试求摆球摆到最低点时绝缘细线对小球的拉力。

题8.如图8所示，质量为m、带+q电量的小环穿在水平放置绝缘杆上，两者问动摩擦因数为μ，匀强磁场B方向如图。现给环一水平初速度。试求环在运动过程中杆对环所做功。

图6

图7

图8

三、高考复习中学生认知结构整合构建的策略

（一）一般性整合构建，促进认知结构的概括化

高考复习中学生往往思维缺乏严谨性，认知结构缺乏概括化，具体表现为：比较熟悉特殊情形下物理规律，而缺乏对有关物理规律性一般含义的认识；熟记特殊情形结论，套用特殊结论来解答一般性问题，而缺乏解答物理问题的基本思路。针对学生上述认知结构的缺陷，可对学生已做的一些问题情境、所包含知识、解题方法具有逻辑关系的问题进行概括性整合，把特殊的问题纳入到一般的问题中，同时揭示这些问题情境、包含知识、解题方法间的特殊和一般关系。通过概括性整合，不仅能简化问题系统，把握基本的知识和一般的解题方法，促进学生认知结构的概括化。

例如，针对学生练习中暴露出来对动生电动势ε=BLv缺乏一般性理解、缺乏解答电磁感应力电综合问题基本思路，可针对多种情形下导体棒或线圈在匀强磁场中运动这一易错的热点问题进行如下概括性整合构建。

附4：一般性整合构建的问题

题9.如图9所示，光滑水平导轨宽度为L，匀强磁场B方向如图所示，电阻阻值为R，其他电阻不计。质量为m的金属棒受水平向右恒力F作用运动。试求棒的最大速度。

题10.如图10所示，边长为L的导线圈放在光滑水平面上，电阻为R，质量为m，存水平恒力F作用下匀速通过两匀强磁场边界OO'，，方向如图。试求导体棒运动的速度。

图9

图10

题11.如图11所示，在水平面上相距为b的两根平行直导轨间有竖直方向等距离分布的匀强磁场，每个磁场的长都是a，相间排列，所有这些磁场都以速度v向右匀速运动，这时跨在两导轨间的长为a、宽为b的金属框MNQP（悬浮在导轨正上方）在磁场力作用下将会向右运动。设金属框的总电阻为R，运动中所受到阻力恒为f，求：金属框能达到的最大速度。

图11

附4中，题9为导体棒在静止磁场中运动问题，比较特殊简单，学生往往套用公式解答。题10为导线圈在静止磁场中运动问题，二棒切割的双电源问题，比较一般；题11为线圈在运动磁场中运动的电磁感应力电综合问题，是二棒相对切割的双电源问题，所用知识和情景最一般。这三个问题从特殊到一般，从简单到复杂，实施了概括性整合。通过概括性整合，使学生深刻理解了动生电动势一般性计算公式（为导体棒相对磁场切割速度），把握了解答电磁感应力电综合问题的基本解题思路（运动性质分析、电路结构分析、电磁感应过程分析），促进了认知结构的概括化。

（二）相似性整合构建，促进认知结构的稳定化

高考复习中学生虽然做了很多练习，但由于缺乏对所解答问题的整合，没能揭示某些情境相似、解题所用知识和方法相同的问题内在联系，导致认知结构缺乏稳定化。针对学生上述认知结构的缺陷，可对学生已做的外表不同但本质（物理模型、物理过程、解题思路方法等）相似的问题进行整合，做到多题归一。相似性整合不仅能简化问题系统，而且能加深对这些相似问题的理解，促进学生原有认知结构的稳定化。

例如，附5中三个问题虽然外表不同，但物理过程相似（经历相似的多个物理过程），都渗透相似的解题思路方法，即都运用能量方法结合整体方法或运用力和运动结合数列知识求解。在平时练习中，学生由于缺乏解答这类问题的思路和方法，解题时往往发生错误或导致失败。在高考复习中，对这三个问题进行相似性整合，引导学生进行整合解答，学生深化了对摩擦力作用下物体运动性质、能量转化情况的理解，进一步归纳出共性的解题方法（能量整体方法和隔离数列方法），提高了分析综合能力，促进了认知结构的稳定化。

附5：相似性整合构建的问题

题12.如图12所示，水平面光滑，质量分别为M、m(M＞m)的木块和木板间动摩擦力为f，一起以的初速度向右运动，木板与竖直墙发生弹性碰撞，板足够长。试求木块相对木板通过的路程。

图12

图13

题13.如图13所示，质量为M、足够长的棒上端套有一质量为m的细环，环与棒间动摩擦力为f=kmg(k＞1)。开始棒下端离地距离H，棒与地发生弹性碰撞，空气阻力不计。试求从断开轻绳OA到棒和环都静止过程中环相对棒通过的路程。

题14.如图14所示，电场强度E方向水平，质量为m、带电量为-q的电荷与绝缘导轨间的最大静摩擦力等于动摩擦力f(Eq＞f)，电荷与竖直墙发生弹性碰撞，电量不变。现给电荷→水平向右初速度，试求电荷在导轨上运动通过的最大路程。

图14

（三）比较性整合构建，促进认知结构清晰化

一些外表相似但物理模型、已知条件、求解目标、包含物理知识和解题方法等本质不同的“形同质异”问题往往扰乱学生认知结构，导致学生认知结构比较混乱。高考复习中，可对这些“形同质异”问题进行比较性整合，引导学生揭示它们之间的联系与区别。通过比较性整合理顺原有问题系统，训练学生思维的批判性，促进学生认知结构清晰化。

例如，附6中所整合的三个问题中，虽然外表相似（物体都在传送带上运动），但由于传送带长度、动摩擦因数和倾角等条件不同，导致物体在整个运动过程中运动性质不同。题15中物体做加速度为的匀加速运动；题16中物体先做加速度加速运动，然后做匀速运动；题17中物体先做加速度加速运动，然后做加速度加速运动。通过对这三个问题的比较性整合，揭示了这三个“形同质异”问题的本质区别，使学生认识到运动性质分析的重要性，把握了运用牛顿第二定律结合动态分析法分析物体运动性质的思路和方法，促进认知结构中问题系统和解题思路的清晰化。

附6：比较性整合构建的问题

题15.如图15所示，传送带倾角为θ=30°，长度为L=5m，传送带以V=6m/s顺时针转动，物体从传带顶部A由静止释放，物体与传送带间动摩擦因数。试求物体从A运动到底部B的时间。

图15

题16.如图15所示，传送带以V=10m/s的速度逆时针转动，与水平面夹角θ=30°，传送带A端到B端距离为16m。在传送带A端静止释放一小物，物体与传送带间动摩擦因数。试求物体从A运动到底部B的时间。

题17.如图15所示，传送带以10m/s的速度逆时针运动，与水平面夹角θ=37°，传送带A端到B端距离为16m.在传送带A端静止释放一小物体，物体与传送带间动摩擦因数，试求物体从A运动到底部B的时间。

（四）系统性整合构建，促进认知结构系统化

1.知识的系统性整合构建

某一物理问题往往包含某一知识的某一方面或几个方面属性，把多个问题进行整合能够全面地构建知识多方面属性，促使认知结构的系统化。

例如，在高考复习，可对包含动生电动势ε=BLv多方面属性问题进行整合，学生通过整合解答这些问题，明确了ε=BLv中L为有效切割长度、v为垂直导体方向切割磁场速度、v为导体相对磁场运动切割速度，明确了导体棒转动切割时感应电动势计算公式（为棒两端速度），通过整合构建，全面系统地把握了动生电动势的多方面属性。

2.方法的系统性整合构建

解答某类问题往往可以运用不同的方法，某一方法往往具有特定的适用特点和适用范围，把渗透不同方法的问题进行系统化整合，可以分析比较不同方法的适用特点，揭示不同方法的适用范围，加深学生对解决某类问题所用不同方法的系统性认识，促进认知中方法结构的系统化。

例如，在高考复习教学中，可以把附7中渗透不同推理方法的3个问题进行系统化整合。题18问题可用函数推理、模型结合等效方法进行推理，题19可用图象方法、巧选参照系方法进行推理，题20可用不等式、矢量三角形方法进行推理。通过引导学生系统性整合解答这些问题，揭示这些推理方法的适用特点，比较系统地把握常用的推理方法，从而促进认知结构中推理方法的系统化。

附7：包含方法的系统性整合的问题

题18.如图16所示，两个同种金属做成边长相同的正方形导线框a、b，a的质量比b大。它们都从匀强磁场的上边界无初速释放，在它们全部进入磁场前，速度达到稳定。下列说法正确的是()