物理学习智慧技能障碍的表现及教学建议，本文主要内容关键词为：物理学论文,障碍论文,技能论文,建议论文,习智慧论文，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。
加涅（R.M.Gagne）的学习结果分类理论将人类习得能力分为五种类型：言语信息、智慧技能、认知策略、态度和动作技能。[1]其中，智慧技能（intelligent skills）是学习者运用概念和规则处理信息或问题的能力。[2]中学物理课程标准要求学生掌握物质、运动和相互作用、能量等内容，懂得运用物理概念和规律解决实际问题。由此可见，学生的智慧技能水平决定了他们对物理知识的习得程度。本文本着提高物理教学质量的目的，试图分析学生在物理学习中存在的智慧技能障碍，并提出教学建议。 二、智慧技能障碍 现代认识心理学的信息加工理论认为，学生习得知识分陈述性知识和程序性知识。在程序性知识领域中，“对外办事”的技能就是智慧技能。如果按照习得的程序以及心理运算的复杂程度去划分，智慧技能存在4个层次：辨别、概念、规则及高级规则。在物理学习情境中，智慧技能表现为对物理概念、规律和方法等知识的理解与运用。[3]例如，学生懂得运用楞次定律判断感应电流方向。然而我们在教学中却发现学生在学习物理知识时存在不少智慧技能障碍，主要表现在以下3个方面。 1.相异构想干扰知识的习得和运用 物理学的研究对象是自然环境中的物质及其规律，而学生又生活在自然环境中，因此他们能从大量现象中获得对物理知识的感性认识。所以在学习某一物理知识前，学生已经形成对相关物理事物和现象的理解。但很多情况下这些想法与科学的物理概念大相径庭，国内外的研究者将此种现象称为“相异构想”（alternative conceptions）。这就是智慧技能的概念层次出现障碍的表现，它将会干扰学生习得和运用物理知识，使学生的对事物的认识就不能准确反映事物的本质属性。 首先，相异构想具有顽固性，会妨碍科学物理概念的形成。如果教师没有及时纠正学生的相异构想，那么相关物理知识的同化和顺应将受到干扰，从而导致学生片面甚至错误地理解物理知识的科学含义。而且美国学者Docktor和Mestre（2012）在研究概念转变时发现，学生的部分相异构想存在可观察的“事实依据”或“个人经验”作为支持。[4]这些相异构想对物理知识学习的干扰更大，同时它们的纠正也更加艰难。例如，错误想法“速度越大惯性越大”与观察结果“汽车速度越大，刹车时间越长”是一致的，这会干扰学生学习“质量是惯性的唯一量度”这个结论。 其次，相异构想具有隐蔽性，会干扰科学物理概念的运用。相异构想与学生的物理思维活动联系十分紧密，但它又隐藏于思维活动中，因此教师难以察觉学生的相异构想。而且相异构想还存在“惯性作用”：学生在复述概念或解释简单问题时都会应用科学概念，但在解决复杂物理问题，特别是情景丰富性问题时，他们就会不自觉地调用相异构想。[5]因此，学生也很难发现自身存在的相异构想。例如，学生在做选择题时知道“力是维持物体运动的原因”是错误的，但当他们面对具体问题情境，如从斜面下滑的木块时，他们就认为木块下滑的原因是受到“下滑力”的作用。 总之，物理概念不仅是物理知识的重要组成部分，也是构成物理规律、完善物理理论的基础和前提。因此，如果学生在智慧技能的概念层次出现障碍，他们在习得和运用知识的过程中将会受到严重干扰。 2.零散知识影响思路的形成和发展 DiSessa（2004）的零散知识理论（knowledge in pieces）认为：学习不良学生头脑中的概念只是一些局部的、零散的知识成分，是一个个缺乏内在逻辑联系的独立图式。[6]学生能逐个回忆零散知识，也能根据特定情境调用这些知识，但他们认为不同情境下的同一知识是不等价的。这就是指学生没有全面掌握物理概念和规律，没有系统建立知识之间的逻辑联系，他们在智慧技能的规则层次存在障碍，具体表现为以下两个方面： 第一，在新情境中无法根据已有信息调用知识。由于存在智慧技能障碍的学生对知识的记忆往往处于机械记忆水平，没有形成高效的知识结构，所以他们根据已知信息从记忆中检索和调用知识都较为困难。例如，学生对运动学公式十分熟悉，但面对计算题却常常感到无从下手，或者只是套用公式。这就是学生欠缺程序性知识的表现，他们没有将知识转化为智慧技能。 第二，相关知识干扰物理问题解决。物理知识是相互联系的，同时也是有层次的。有些知识适用于一般情况，而有些知识只能用在特定情景。但学生对物理知识的内涵、外延以及适用条件理解不透，因而在解决物理问题时存在偏差。例如，动能定理与动量定理都是依据牛顿第二定律结合运动学公式推导出来的。据此有些学生就错误地认为：因为运动学公式只适用于匀变速直线运动，所以两个导出定理也只适用于匀变速直线运动；牛顿第二定律是矢量式，两个定律也是矢量式。 3.定势思维影响问题的分析和解决 智慧技能中的高级规则是指综合运用各种简单规则解决复杂问题的能力，它是学习者在问题解决过程中的思维产物。如学生没有形成较高层次的智慧技能，即便他们已经掌握了相关的物理知识，但是在解决复杂问题时摆脱不了原有认知结构的束缚，便形成消极的定势思维。其影响通常体现在物理规律的运用上，表现为呆板的经验和僵化的思维限制了问题解决策略的选择。 例如，相距100 km的火车A、B分别以60 km/h和40 km/h的速度相对而行。一只鹰以50 km/h的速度从A车头飞到B车头，再转头飞向A车头，如此往复，直至两车相遇，求鹰飞过的路程。存在思维定势的学生在分析此题时，习惯性地想分段求出鹰的路程，却发现无从下手。但是如果学生摒弃分段求解的常规经验，抓住运动的全过程，紧紧围绕s=vt，就能发现解决问题的关键是求鹰的运动时间。即，鹰飞了1h，经过路程是50 km。 受定势思维束缚的学生在思考问题时经常从目标出发，寻找与目标有关的公式，然后观察公式中的未知量，再列出未知量的数学表达式，如此逐步推演，直至待求量完全由已知量表示为止。这种“链式推理”定势使学生的思维总是沿着单一的常规方法前进，不能发展思维的灵活性，从而导致学生无法形成高水平的智慧技能。因此，教师要注意探寻学生的定势思维，并运用适当的教学方法培养其思维的发散性。 三、克服智慧技能障碍的教学建议 建构主义认为学习是学生依据已有的知识经验进行主动建构的过程。所以教师要在了解学生学习情况的基础上，充分发挥其主导作用，灵活运用教学方式，力求使学生主动将物理知识内化到认知结构中，从而彻底克服智慧技能障碍。下文将就教学中如何克服学生的认知障碍提出教学建议。 1.悬疑教学消除相异构想 布鲁纳说，激起人类探索欲望的主要条件是有适度的不确定性。如果教师能创设出与相异构想有关的悬疑情景，激发学生的疑惑，并加以适当引导，学生就会积极主动地参与学习。因此在物理教学中，设置悬疑是引起学生理性探索欲望，纠正学生相异构想的有效方法。 首先，教师要依据学生存在的相异构想设置问题“诱疑”，让学生发表看法；然后通过实验、推理等方式“设疑”，使学生发现当前的实验现象或推理结果与原有认知存在不可调和的矛盾，从而产生疑惑和探索欲望；接下来，结合实验现象或逻辑推理开展新课“释疑”，使学生明白其中的物理知识和思维过程；最后，让学生利用习得的知识检验令他们产生相异构想的情景，[7]达到“消疑”的目的。 例如，受生活经验“树叶飘落”的影响，很多学生都存在“重的物体下落快，轻的物体下落慢”这种相异构想。对此，教师可利用硬币和白纸“诱疑”：“同时释放硬币和白纸，谁下落较快？”由于相异构想的影响，学生会认为硬币下落较快。学生判断之后，教师开始“设疑”：将白纸揉成团，然后在同一高度同时释放纸和硬币，两者几乎同时落地。猜想和现实的差异使学生产生疑惑，激发学生主动思考：为什么硬币重，却不会先落地？影响物体下落快慢的因素有哪些？由此顺利提出研究问题，开始“释疑”：继续对比展开的白纸和硬币、展开的白纸和成团的白纸、硬币和粘了白纸的硬币3种情况，使学生明白物体下落的快慢与重力无关，与物体受到的空气阻力有关。最后，联系相异构想的源头“消疑”：让学生分析为什么石头下落快，树叶下落慢。 因为悬疑教学中既有实际的“情节”，又有持续相关的“疑惑”，因此它能吸引学生的注意力。同时，通过对比“诱疑”和“消疑”两次思考结果，学生会发现隐藏在头脑中的相异构想。这时他们就会加倍留意相关物理知识，从而达到消除智慧技能障碍的目的。 2.变式教学联系零散知识 存在智慧技能障碍的学生头脑中存储着很多零散知识，尽管知识之间缺乏系统的组织，但零散知识理论指出“在相似情景中重复练习零散知识有助于学生形成完整的科学概念”。[8]因此，教师可针对学生理解不深的物理知识开展变式教学，通过创设多种问题情境，让学生综合运用知识，从而建立知识之间的逻辑联系。 在变式教学中，教师可以通过改变关键字、无关特征或分析角度等方式不断刺激学生，促使学生联系零散知识。教学内容的组织应该考虑新知识与学生原有认知结构的关系，精心设计变式问题，使之符合学生的“最近发展区”。变式教学还应做到“变”中有“同”，教师要及时引导学生“求同存异”。只有这样，学生才能在解答变式时辨明概念之间的关系，消除知识之间的矛盾。