试论物理学科认知领域的学习分类——学习心理学的视角，本文主要内容关键词为：学习心理学论文,认知论文,视角论文,试论论文,学科论文，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。
现代教学设计理论认为，学习存在不同的类型，不同类型的学习需要不同的内部过程和条件，教学应匹配相应的内部学习过程，才能取得良好的效果。不同的学习心理学家从不同的视角，用不同的术语阐述学习的类型，造成学习者的许多困惑。在物理学科领域，对学习的分类多是基于经验的，同时也没有揭示出习得特定学习内容的内部机制、学习后的外显行为，难以有效地指导教师的教学。本文拟梳理公认的学习分类体系间的异同，然后提出适合物理学科认知领域的学习分类。
一、学习分类理论
（一）学习的内容及过程——奥苏贝尔的有意义学习分类理论
美国心理学家戴维·奥苏贝尔（David P.Ausubel）提出有意义学习理论。该理论首先区分了学习材料的逻辑意义、潜在意义和学习者个体的心理意义。所谓的有逻辑意义的材料指对人类来说是有意义的材料，这种对人类的意义就是存储于学生头脑之外的“历史上人类共享的知识”；潜在意义是指个体具有适当原有知识的条件下能被个体同化的人类知识；心理意义是指个体习得的知识。
奥苏贝尔理论的基本观点：
1.依据习得意义与否将学习分为：有意义学习和机械学习两类。
“不管某个命题本来具有多少潜在意义，如果学习者是要任意地和逐字逐句地记忆它（如一系列任意相联系的词）的话，那么学习过程和学习结果必是机械的或无意义的”[1]。
即学习者外显行为上如果逐字逐句陈述所学内容，其学习就是机械的。
有意义学习后，学习者能用“用形式不同的等值语言表达，则引起的心理内容的实质不变”，即学习者外显行为上能用自己的语言正确陈述所学内容。
2.奥苏贝尔将学习分为：符号学习、概念学习、命题学习、知识的运用、问题解决及创造。
表征学习是指学习单个符号或一组符号的意义，也就是说学习符号代表什么。
概念学习是指建立一类对象和其本质属性之间联系，此处主要指日常概念。
命题学习是指建立若干概念之间关系，包括概念、规律、原理、模型、方法等的学习。
3.有意义学习实质：就是通过自己的努力，将以语言、文字为载体所承载的人类意义转化为自己心理意义的过程。
4.有意义学习后的内部变化：就是符号代表的新知识与学习者认知结构中已有的适当观念建立非人为和实质性的联系。
5.有意义学习的内部过程：同化，包含上位同化、下位同化、并列结合等三种形式。
学习总有特定的内容，课本上的概念、原理，在未被个体习得前，是“人类的知识”，经过学习者内部的“同化”过程，在新知识和认知结构中原有知识间形成“非人为和实质性”联系，个体形成“心理意义”，外在的人类知识转化为个体的知识。如果学习人类知识表现的内容是符号，就是符号学习，如果学习内容是概念，就是概念学习，如果学习的内容是解决问题，就是解决问题学习。
也就是说，奥苏贝尔学习分类侧重从“人类知识”即学习材料的形式不同而对学习进行分类。奥苏贝尔学习理论为教学研究提供一种非常重要的思路：学习分类应将学习内容（人类知识）、学习者学习的内部过程、内部心理变化（个体心理意义）联系起来，全面地反映学习活动中涉及的各要素。
（二）学习后内部表征的类型——加涅的学习结果分类
美国心理学家罗伯特·加涅（Robert M.Gagné）将个体的素质划分为：先天的、发展中形成的、后天习得三种。其中前两种素质主要由遗传因素决定，教育环境对其发展影响有限。
学生后天习得的素质在加涅的学习理论中称为学习结果，它们是学校教学的目标。加涅研究提出支配人类行为表现的五种学习结果：智慧技能、认知策略、言语信息、态度和动作技能，也就是说，个体经过千差万别的外在学习形式，其后对应内部的变化类型，分门别类打成“包”，就是这五类，加涅所提出的这一学习结果分类是得到国际公认的分类框架。
加涅认为这些习得的素质必须作为人类的行为表现被观察到，也就是说，如果学习者表现出能“说”，即习得“言语信息”这一学习结果；如果学习者表现出能“做”，即习得技能，若技能用于对内部思维过程的调节、控制，称为“认知策略”这一学习结果；除认知策略外，显示出的技能，一般针对对象都是思维活动以外的，称为“智慧技能”学习结果。
智慧技能：个体运用符号对外办事的能力。智慧技能由低级到高级依次是：辨别—概念—规则—高级规则，高层级技能的获得以低一级技能的获得为基础。
比如，学生学习牛顿第二定律后，能解决如下问题：
一个质量为2 kg的物体，受到两个力作用，一个力大小为10N，方向向右，另一个力大小为20 N，方向向左，则该物体的加速度为多大？
显示出学生出现受“规则”F=ma所支配的行为，称为习得规则。
言语信息：个体表现为能够陈述观念的能力。
认知策略：控制学习者自身内部过程的技能。
态度：影响个人对人、对事、对物选择的倾向。关于态度学习结果的性质和培养可参看文献[2]。
动作技能：平衡而流畅、精确而适时的操作能力。
在物理课程学习中，一般没有新的动作技能学习，实验中的“动手”能力，并不是学生手的肌肉不会动或协调不好，而是因缺乏相应的智慧技能，不知道如何借“手”来完成一定的智力任务。比如要求学生正确连接电路，不能完成任务的学生，多数是不知在电路中如何正确地连接电阻、电源、电表等，即缺少电路连接的知识及相应的技能，而不是无法协调肌肉，导致无法完成连接动作，所以，在中学物理课程学习中强调的动作技能，其实质是知识和技能的学习。
加涅划分了“对外”和“对内”的技能，将认知策略作为一个独立的、可以习得的性能提出来，为教育教学中将认知策略或者说方法列为具体目标提供了学习心理学的基础。
加涅的学习分类，将学习后学习者的行为，与其内部性能变化（认知心理学称为内部表征）的类型联系起来。
（三）学习后外显行为——布卢姆教育目标分类
布卢姆（B.Bloom）等人研究出版的《教育目标分类学》是一部公认的、有影响的著作，为观察、分析学习活动和进行评价提供了一个框架。
布卢姆将教育目标分为：认知、动作和情感三个领域，其中认知领域的教育目标分为：识记、领会、应用、分析、综合、评价等六个水平层次。
当时心理学家未对知识和智慧技能的心理实质做深入系统的研究，只能根据测量学的观点，从操作上区分知识和智慧技能。凡是测验情境中的任务与教学中呈现的材料基本相同，学生只凭记忆就可以正确回答的测验题，所测量的就是“识记”层次；凡是测验任务不同于教学所呈现的材料，学生需对处理的材料进行变化、组织，这样测验题所测量的是智慧技能，由高到低能力可分为知识领会能力、运用能力、分析能力、综合能力和评价能力等。
“领会”是最简单的理解，是指把握知识意义的能力。当学生能够用与原先学习情景不同的方式或能用自己的方式呈现所学的内容，说明学生达到该内容学习的“领会”层次。领会的外显行为表现主要有：解释、转换、推断。
解释——所谓解释，实际是学生能够用自己的语言来陈述概念、定理的意义，而不拘泥于原文的呈现方式。
转换——将材料从一种形式变成另一种等价的表达方式，包括将文字转化为图表、图表转化为文字、变化文字表述方式等。
推断——根据交流中描述的条件，在超出既定资料之外的情况下，延伸各种趋向或趋势。
对同一知识点，能够反映学生达到“领会”层次的问题形式上也多样。
1.请陈述光的反射定律，并举出满足光反射定律的实例。（解释行为，填空题）
2.张晓同学说：如果入射光线绕法线逆时针转动，则反射光线绕法线顺时针转动。他的说法正确吗，请陈述理由？（解释行为，辨析题）
3.请用作图的方式演示光的反射定律。（转换行为，简答题）。
4.一束光照射到物体上，当光束靠近入射面，则反射光线将________（填靠近或远离）入射面。（推断行为，填空题）
以上测试题，均指向定律本身，涉及对定律的适用条件、内涵的考察，测试题与原文呈现方式不同，属于“领会”同一层次。
“应用”是指把所学知识应用于新情境的能力，它包括概念、原理、规律、方法、理论的应用。
“分析”是指把复杂的知识整体材料分解成部分，并理解各部分之间联系的能力。
“综合”与“分析”相反，是指将所学知识的各部分重新组合，形成一个新的知识整体的能力。
布卢姆教育目标分类依据学习者表现出的外显行为做出习得能力水平的推断。
（四）学习后内部表征方式——现代认知心理学分类
认知心理学是以信息加工观点为核心的心理学。关于习得知识和知识的表征方式，认知心理学有如下一些观点：
1.依据学习后外显行为上的差异，推论存在两类不同的知识。
陈述性知识是指个人具有有意识提取线索，因而能直接陈述的知识，也就是说，学习者具备陈述性知识的外显表现是学习者能“陈述什么”。
程序性知识是个人无有意识的提取线索，因而其存在只能借助某种作业形式间接推测的知识。学习者具备程序性知识的外显表现是学习者能“做什么”。认知策略是指学习者用于支配自己的心智加工过程的内部组织起来的技能，也属于程序性知识。
2.两类知识内部表征方式不同。
（1）陈述性知识的表征方式：命题与命题网络、表象、图式等等。
命题网络：命题一般由论题和关系项组成，关系项表明这两个论题之间的联系。如果两个或两个以上的命题有共同成分或关系项，这些命题就可通过这些共同成分联系起来形成网状结构，即命题网络。如物理学科中的动量定理。
动量定理：物体在一段时间内的动量变化，等于物体受到的冲量。
上述定理可以分解为三个子命题。①物体受到冲量；②冲量等于动量的变化；③动量的变化是在一段时间内的。
其构成命题网络可如下图所示：
因此，当学习者内部出现命题网络表征，其外显行为就可表现为：能够以相互联系的方式逐一陈述涉及各个意义单元，即能用“与原文呈现不同”的方式陈述定理中所涉及的各概念以及概念间存在的关系，而不是逐字逐句地背诵定理。
图式：就像是围绕某个主题组织起来的认知框架，它是一些观念及其关系的集合[3]，是对一范畴中对象具有共同属性构成结构的整体编码表征方式。有学者将图式视为陈述性知识的综合表征形式[4]，强调围绕某一主题的各种表征形式的综合，在物理课程的学习中，同样存在一些图式，如认识一种物理规律，可以从以下几个方面进行：
内容：________；
物理对象或过程：________；
存在规律：________；
适用范围：________；
应用实例：________。
显然，如果学习者已经具有物理规律图式，那么在学习新的物理规律时，学习者就可以有针对性地挑选新规律中满足上述若干方面的性质填充进去，从而可以减少学习的盲目性。
（2）程序性知识的表征方式：产生式或产生式系统。
现代认知心理学提出，表征程序性知识最小的单位是产生式[5]。产生式这个术语来自计算机学科，计算机之所以能完成各种运算和解决问题，是因为它存储了一系列以“如果/则”形式编码的规则的缘故；认知心理学家认为，人经过学习，同样可以在头脑中存储一系列“如果/则”形式的规则，这种规则是一个由条件和动作组成的指令（C-A规则），其中的C不是外部刺激，而是处于短时记忆中的信息，A也不仅是外显的反应，还包括内在的心理活动。
[例1]如果识别出一个气体系统体积不变（条件），则判定该气体的压强与温度成正比（行动）；
[例2]如果识别出一个物体受两个力且物体静止（条件），则判定该物体所受两个力是一对平衡力（行动）。
信息加工心理学研究将人类内部的加工过程和机制、加工后内部的变化（内部表征）及外显行为的变化联系起来，并划分为不同的知识类型。
二、学习分类理论之间的联系
就学校环境中的学习，一般包含学习内容（人类知识）、学习内部过程、内部表征方式、外显行为等方面，以上介绍的分类理论所讨论的对象基本相同，但不同学者从不同侧面对学习进行分类，其中存在相互间的联系。
【学习内容一】（影响电阻大小的因素）研究表明，导体电阻的大小跟导线长度、横截面积和材料种类、温度有关。
1.经过奥苏贝尔学习理论中的“机械学习”，学生能完成如下问题：
[例]大量实验表明，导体电阻的大小与________、________、________和________有关。
即学生能够按原先学习的环境相同的方式复述学习内容，达到布卢姆学习分类中的“识记”层次，或者说习得了加涅分类中的学习结果——“言语信息”。
2.学生经过奥苏贝尔学习理论中的“有意义学习”（命题学习），学生能够完成如下问题：
[例1]本节课学习后，关于影响导体电阻大小的主要因素，你认为有哪些，请写出来________，并举出例子________。
[例2]张晓同学说：导体的横截面积越大，则导体电阻越大，你认为这种说法是否正确，并陈述理由________。
[例3]下列哪一个因素与导体电阻大小无关？（
）
（A）导体的体积（B）导体的截面积
（C）导体的表面积（D）导体的长度
即学生能够按原先学习的环境不同的方式呈现所学内容，因问题仍然只涉及所学规律的本身，所以达到布卢姆教育目标分类中的“领会”层次，或者说习得了加涅分类中的学习结果——“言语信息”，也可以说习得以命题网络方式存储的陈述性知识。
3.学生经过奥苏贝尔学习理论中的知识“应用”，能完成如下问题：
[例]有一标有“2.5 V 0.3 A”的小电珠，李燕计算它的灯丝电阻是8.3 Ω，但用欧姆表（测量电阻的仪器）测得的结果是2.5 Ω，关于这种差异，最合理的解释是：金属的电阻随________而改变。
问题情景涉及所学知识以外的事物，学生能解决，达到布卢姆教育目标分类中的“应用”层次，或者说个体出现受所学规则支配的行为，习得了加涅分类中的学习结果——“规则”。也就是习得以产生式方式存储的程序性知识。
【学习内容二】
[例]一个塑料球在水面上时，有2/5体积露出水面，将它放入另一种液体中静止，有3/4的体积没入液体中，这种液体的密度有多大？
学习者阅读习题了解如下信息：
已知：同一个物体，一次漂浮在水面上，一次漂浮在未知液体中；
静止在水面时，露出水面的体积占总体积的2/5：
静止在未知液体液面时，在液体内的体积占总体积的3/4；
求：未知液体的密度。
学生要获取上述信息，需要分离出该问题情景中的物理要素及各要素间的关系，即需要布卢姆学习分类中的“分析”。
如何从自己认知结构中挑选出求解该习题所需的物理规律，并先用哪个物理规律、后用哪个物理规律有序排列，这就需要学习者具有解决的方法（或者说认知策略）。
解决此类习题方法：分别列出漂浮方程；然后结合阿基米德定律
和
求解。
学习者将不同的物理规律结合起来解决了问题，即需要布卢姆分类中的“综合”。从结果上看，形成了不同规律的连结，即达到加涅学习结果分类中的“高级规则”。
也就是说，在奥苏贝尔的“问题解决和创造”学习过程中，要运用学习者已有的知识背景分解问题中的各相关要素（布卢姆教育目标中的“分析”），在一定的方法（加涅分类中的“认知策略”）引导下挑选必要物理规律并有序排列（布卢姆中的“综合”）解决问题，从学习结果上称习得高级规则（加涅分类），或习得以产生式系统存储的程序性知识。
三、物理课程认知领域的学习分类
（一）认知领域学习分类的新思路
以上讨论，为认知领域学习分类提供了一些新的思路：
第一，就学科知识的学习来说，有具体的学科知识内容、学习者经历内部的加工过程、也会有一定的内部表征、及相应外显行为的变化等方面要素，学习分类应能综合体现以上诸要素为宜。
第二，学科教学的直接目标是学科的知识，故从学习内容角度对学习进行分类为宜。
第三，问题解决的有关研究表明，系统化的知识对问题解决（特别是对知识丰富领域的问题解决）有帮助；且系统化知识具有相对应的内部表征：命题网络、图式等。
故应将系统化的知识作为一项独立学习内容。
第四，认知策略的运用总是伴随特定学科知识目标实现，学习分类也应揭示出不同类型学习过程中可能运用的策略。
就学校环境中的学习，一般包含学习内容（人类知识）、学习内部过程、内部表征方式、外显行为等方面，如果理解特定类型学习的内部过程，就可以帮助教师合理地选择教学事件，促进教学的效果。
文献[6]中指出：认知策略是用于提高解决问题效率的技能，是选择、组合、排列解决问题所需的技能。认知策略的操作对象是个体已习得的、存储于自己认知结构中的，用于解决当前问题所需的必要技能，所以认知策略是对内操作的技能。
认知策略有适用条件即适用解决那类问题，有可执行的步骤。解决一个具体问题有强方法和弱方法，强方法不仅解决问题的步骤具体，且每一步都聚焦到解决该问题所需必要技能，所以效率高。弱方法由于适用范围宽泛，每一步都需学习者经历另一个子问题解决，故对具体问题解决效率较低。个体在解决具体问题时，总是先尝试使用有效的强方法，若没有强方法，再退而求其次采用相对强的方法，实在没有强方法可用，只得使用相对弱的方法。
文献[7]中指出，对物理概念和规律的学习，主要经历学习途径：经验事实归纳、实验事实归纳；理论演绎等；学习途径不同，学习者经历子环节不同，解决子问题类型不同，解决策略不同，比如实验归纳途径，一般经历“提出问题、猜想和假设、规划实验方案、设计实验、执行实验获取数据、处理数据获得结论、验证”等子环节，其中各子环节涉及的策略主要有：
提出问题环节：模型法；
猜测和假设环节：求同、差异、共变等归纳法；
规划实验方案环节：控制变量法、演绎法等；
设计实验环节：设计实验通用策略、转化法、等效替代法等；
处理数据环节：整理数据的方法有列表法、直方图、作图法；处理数据的方法有演绎法、归纳法（如求同法、差异法、共变法等）。
有效的教学：教师应遵循各环节中相应方法指引，帮助学生选择解决子问题的技能，从而解决问题、习得所学知识。
（二）物理课程认知领域学习分类
鉴于此，物理课程学习划分如下类型：
1.物理课程事实性知识意义的学习。
此类学习内容有两个，其一是符号的学习，如学生学习用符号“F”表示力、电场强度用“E”表示等；其二是事实知识学习，如学生学习：“赫兹发现了电磁波”；“爱因斯坦于1915年创立了广义相对论”、“一个标准大气压大小约为1.013×
帕斯卡”等。
此类学习主要涉及记忆知识的方法，如组块记忆法、推理记忆法、联想记忆法等。
2.物理概念和规律意义的学习。
学生学习物理概念和原理，学习后能用自己的语言解释概念和原理的实质，并举例说明，即达到“领会”层次。
此类学习过程中涉及认知策略主要有：模型法、理想实验、转化、等效替代、归纳、演绎等方法（各策略应用的环节见前所述）。
3.物理概念和规律应用的学习。
学生学习后，能表现出物理概念和原理中蕴含规则所支配的行为，达到“应用”层次。
此环节所需解决的问题，主要是用所学物理概念和原理就可解决的，也就是单一规律的应用，所涉及的方法主要是演绎推理。
4.物理课程系统化知识的学习。
与系统化知识学习相关的策略有：列表法、层级图法、逻辑关系法等。
5.物理课程问题解决的学习。
包含解决问题的策略学习。
较为复杂的物理习题，其求解一般需要多个物理定理与概念的运用。由于物理课程习题，其解决目标、解决条件、解决途径均是明确的，因此属于结构良好的问题，对于结构良好问题，一般存在针对特定类型问题有效的解决方法（强方法），如物理学科中，解决三力平衡问题的“相似三角形”法、动态电路变化问题的“并同串反”法等；习题解决领域也存在一般方法（弱方法），如适用于解决物理课程填空题的方法：直接法、赋值法、图象法、极端假设法等。
结构不良的学科问题，如研究性学习中的问题，其解决主要用手段—目标法、逆推法、子目标等弱方法以及领域中的弱方法来完成。
该分类可用如下表格表示：
（三）该学习分类的特点及对教学的启示
1.该分类将学习类型与学习内容、学习内部过程、学习外显行为之间建立联系。教师可以依据学习内部过程合理安排教学事件，促进教学效果；可以依据外显行为制定测量项目，对教学目标实现与否进行检验，从而帮助教师有依据地完成教学设计工作。
2.该分类将认知策略与具体的学习活动建立联系。研究表明，认知策略都是与具体认知活动相伴的，这就为结合具体学科内容学习进行策略教学提供了可能。
本文提出学习分类中，将不同类型学习活动与其中可能运用的具体策略之间建立联系，这要求教师不仅要明了学科知识的教学目标，同时也应关注其中会运用到的那些策略或方法以及适用条件，在适当的时机帮助学生达成“过程与方法”目标，在教学中做到：既教知识，又教方法。
经过近一个世纪的发展，“学习心理学”关于人类学习的内部过程、学习后内部表征及外显行为表现等方面的研究成果，已经能够初步解释人类的学习机制，这就为教师根据学生“学”的规律来规划教学活动、真正实现“将教学建立在学生的学习基础之上”提供了可能性。本文基于学习分类理论的研究，提出科学的课程认知领域学习分类，将学习内容、学习内部过程、内部表征、外显行为以及对应的教学目标等教学诸要素联系起来。新分类有助于教师依据学习过程合理安排教学事件、依据外显行为规划适当的测试项目，这在一定程度上减少学科课程教学的盲目性。
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