从认知同化学习理论看物理概念的教学，本文主要内容关键词为：认知论文,学习理论论文,物理论文,概念论文，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。
概念是思维的基本形式之一，反映的是客观事物一般的、本质的特征.概念在日常生活、科学技术等方面得到普遍应用，因此，探讨概念形成的内在心理学过程，并以此指导物理概念的教学活动，对每一位物理教师都具有重要的意义.
一、认知同化理论的学习观
奥苏伯尔（D.P.Ausubel）是认知同化学习理论的奠基人.他认为，学习是认知结构的组织与重新组织，知识获得的最终表现是认知结构的形成和发展.奥苏伯尔对认知结构在知识掌握中的作用进行了详细的研究，认为影响课堂教学中意义接受学习的最重要的因素是学生的认知结构.“所谓认知结构，就是学生现有知识的数量、清晰度和组织方式，它是由学生眼下能回想出的事实、概念、命题、理论等构成的.”（注：施良方：《学习论——学习心理学的理论与原理》，人民教育出版社2000年版，第223页.）由于认知结构的稳定性和清晰度直接影响着知识的获得与保持，所以，教学中应着重发展学生良好的认知结构.
奥苏伯尔对认知结构的形成和发展持同化论的观点.他认为，在学生获得知识的过程中，新信息进入短时记忆，与来自长时记忆的原有知识建立一定的联系，构建新知识的心理意义并纳入原有的认知结构中的适当部位，从而得到理解，这种旧知识吸纳新知识的过程叫“同化”.如果原有的认知结构与新知识的差别太大或发生矛盾，则学习者必须先对原有的认知结构进行修改或重建新的结构，依靠修改或重建后的认知结构去组织新知识，这种过程叫做认知结构的“顺应”.通过不断的同化和顺应，形成新的概念和规律，发展认知结构.认知结构一旦形成，就会影响新的学习和知识保持.认知结构具有以下三个特征（亦称三个变量）：（1）学生认知结构中能与新知识建立联系的有关概念、原理及其概括程度是否可以利用.如果它们可以利用，就为学习和记忆新材料提供了必要的固定点.（2）新知识与要同化它的相关知识之间的分辨程度如何.两者的可分辨程度越高，越有助于相关知识的迁移和防止新、旧知识的混淆，使新知识能够作为独立的实体保存下来.（3）认知结构中同化新知识的起固定点作用的概念是否稳定、清晰.这既会影响到为新知识提供固定点的强度，也会影响到学生能否对新旧知识作出区别.可见，学生是否具有起固定作用的概念，对学习是否有意义起着重要作用.（注：张大钧主编《教育心理学》，人民教育出版社1999年版，第110-112页.）
从学生学习知识的过程来看，要学习的新知识与其认知结构中起固定作用的原有观念大致有以下三种关系：其一，新学习的知识观念是原有观念的下位观念，即原有的观念较为概括，而新观念则较为具体，新学习的内容从属于认知结构中已有的包摄性较广的概念.在这种学习中，新知识与原有知识的有关部分关联，学习是把新知识归入认知结构中有关部分的过程.如在学习了力的概念之后再学习重力、弹力和摩擦力.其二，新观念是原有观念的上位观念，这是指在认知结构中原有几个观念的基础上学习一个包容程度更高的命题，即原有的观念是从属观念，而新学习的观念是总括性观念.上位学习遵循从具体到一般的归纳概括过程.如在学习了气体实验三定律之后再学习理想气体状态方程.其三，新观念与原有观念处于并列地位，构成并列结合关系.此时新、旧知识处于同一个层次，新知识往往由一些已经学习过的观念经过合理的结合重组而构成，它们与整体的有关认知内容一般是吻合的，所以它们能与认知结构中的有关内容的一般背景联系起来，从而具有潜在的意义.学生可以通过自己已经掌握的规律理解新知识，使自己的知识得到广泛的迁移.许多新命题和新概念的学习，都具有这类意义.
一般说来，新知识贮存在认知结构中相应的有关概念的相互联系之中，其中的一个概念（不论是新习得的还是已有的）势必是另一个概念的上位概念，而且，这个上位概念必然比另一个概念更稳定.这有助于我们了解学生是怎样把新知识组织到认知结构中去的.
二、概念的获得
“概念的获得，实质上就是要理解一类事物共同的关键属性，也就是说，使符号代表一类事物而不是特殊的事物.”（注：陈琦、刘儒德主编：《当代教育心理学》，北京师范大学出版社1999年版，第141、142、143页.）概念的形成和概念的同化是获得概念的两种基本方式.概念形成需要的是对物体或事件的直接经验，主要是通过发现学习的形式，从这些物体或事件中抽象出它们的关键属性.儿童的学习多属此类.
学生在教学条件下接受的是系统的学习，获得概念的主要形式是概念的同化.“所谓概念的同化，就是利用学习者知识结构中原有的概念，以定义的方式直接向学习者提示概念的关键特征，从而使学习者获得概念的方式.”（注：陈琦、刘儒德主编：《当代教育心理学》，北京师范大学出版社1999年版，第141、142、143页.）例如，学生在学习万有引力定律时，教师直接告知学生万有引力定律的定义
，学生首先要接受这一新概念，并与自己认知结构中原有的知识（如力是物体间的相互作用，力是产生加速度的原因）联系起来，把新概念纳入原有概念之中（如万有引力是力的一种表现形式，遵从力的一般规律）；其次，学生必须精确分化新
上述同化过程中可以看出，在以下定义进行的概念同化过程中，学生必须积极主动地进行认知活动.但是，在意义接受学习结束后，同化过程并没有结束，学生只有将新知识不断地改组或重新整合，才能更好地习得并保持知识.
三、物理概念教学要注意的环节
所谓物理概念，就是“反映物理现象和物理过程本质属性的一种抽象，是在大量观察、实验的基础上，运用逻辑思维方法，把一些事物本质的、共同的特征集中起来加以概括而形成的.”（注：查有梁等著：《物理教学论》，广西教育出版社1998年版，第270页.）它不仅是物理基础知识的重要组成部分，而且是构成物理规律、建立物理公式和完善物理理论的基础和前提.如果学生没有建立起一系列清晰、准确的物理概念，不能理解特定的语言所代表的物理概念的含义，就失去了进一步学习的基础.所以，正确认知和深刻理解物理概念是至关重要的.
概念的习得既然有形成与同化两种方式，那么概念的教学也应采取相应的方法.一种是概念形成的教学方法（可用上位学习同化模式来解释），即先向学生呈现某个概念的正例和反例，然后要求他们总结、归纳出一个定义；另一种是概念同化的教学方法（可用下位先行同化模式来解释），即先给学生一个定义，然后要求他们识别正例和反例.概念同化是从上位到下位的学习，其先决条件是学生的认知结构中已有同化下位概念的一般上位概念.如果学生的认知结构中已有清晰而固定的向心力的概念，那么，只要向学生说明洛仑兹力的性质，学生就会掌握和应用这个概念.有经验的教师多采用概念同化的教学方法.但“不管采用什么样的教学方法，教学时都必须涉及概念的四个方面：概念的名称、定义、有关和无关特征、正例和反例”.（注：陈琦、刘儒德主编：《当代教育心理学》，北京师范大学出版社1999年版，第141、142、143页.）为了帮助学生有效地掌握概念，在教学时应注意以下几点.
（一）以准确的语言揭示概念的本质，讲清概念的物理意义
如R=U/I是在实验的基础上导出的，学生往往从数学角度去理解该公式，误认为R∝U、R∝1/I，这时教师要强调电阻这个概念是怎样从物理现象中抽象概括出来的，它反映了导体本身哪方面的属性，同时指出物理公式的因果关系不会由于数学表达式的变化而发生逆转.
（二）讲清物理概念建立的来龙去脉，建立概念提出前的感知环节
美国学者D.Hestenes等人的研究表明：传统的教学方法，很难改变学生头脑中的一般感觉性错误概念，并且这和不同教师的不同教学风格基本无关，而按照传统的教学观点，这些教师的教学都是很出色的.因此，建立概念提出前的感知环节尤为重要.首先，要使学生回忆、了解建立物理概念所依据的实验事实和已知的规律，为学习新概念寻找一个起固定作用的固定点（能够吸收和固定新概念的原有上位概念），这是形成物理概念的基础.因为学生了解与概念有关的实验事实或规律的过程，实际上就是建立感性认识的过程，亦是对研究对象形成正确、清晰的表象的过程.其次，应使学生了解建立概念所经历的抽象思维过程，这不仅是学生理解物理概念的关键，也是培养学生能力的重要途径.第三，充分利用电教手段，消除学生头脑中业已存在的一般感觉性错误概念带来的负面影响.“忽视清晰的感知，对逻辑分析操之过急，是导致学生不理解或错误理解概念的重要原因.”（注：阎金铎等编著：《北京师范大学物理系〈物理教学论〉》讲义，第175-176页.）
如讲授单摆振动的周期时，可先介绍伽利
到渠成.
（三）讲清概念的内涵和外延，促进同化过程的顺利进行
物理概念的内涵主要包括：1.该概念反映的是哪一类客观事物的哪些本质属性；2.它是如何定义的，如果是物理量，其量值是怎样测量和计算的，单位是什么.必须指出的是，构成物理概念内涵的本质属性可能不止一个，因此，在理解物理概念的内涵时，不能把物理概念理解为是某类事物的所有属性.例如，可以从力的性质（电场强度）和能的性质（电势）两个不同的方面同时描述电场的本质属性.
物理概念的外延主要指其适用范围和条件，该概念与相近概念之间的区别和联系.
在学习库仑定律时，学生往往会从r→∝时f→0出发，转向相反的方面考虑，误认为r→0时f→∝.这时，教师应向学生指出r→0时，库仑定律成立的前提已不复存在，相互作用的带电体已不能视为点电荷，其间的相互作用力在中学学习阶段已不能求出.
（四）正例和反例要综合运用
概念教学时以例说理是必不可少的，尤其在教那些对学生而言是比较难的概念时，需要运用较多的例子.正例传递的信息最有利于概括，为了便于学生从例子中概括出共同的特征，需要加强变式的教学.反例传递的信息则最有利于辨别，有助于加深对概念本质的认识.反例的适当运用，可以有效排除学习中无关特征的干扰.然而，对于不同的教学方法，例子的作用是不同的.概念形成教学方法下，必须同时呈现若干正例和反例，其目的是让学生发现同类事物的共同本质特征；概念同化教学方法下，由于概念的本质特征已在定义中被揭示出来，学生没有发现的任务，举例的目的是便于学生证实已抽象出来的特征，因此，往往只需要一个例子.
（五）在实践中应用概念，提高学生学习概念的兴趣
适度训练和及时反馈，有助于学生在练习中更好地理解和掌握概念，在反馈中纠正对概念的错误认识.运用概念于实际，是概念的具体化过程，而概念的每一次具体化，都会被进一步丰富和深化，学生对概念的理解就会更全面更深刻.在这一过程中，学生不是消极地套用教师传来的知识，而是根据自己的理解把教师讲授的知识纳入自己的经验系统中，构建自己的认知结构，按自己的方式掌握概念，学习概念的兴趣就会提高.
（六）给学生留下充裕的时间积极思考
在学生学习概念时，必须为他们提供足够的时间来同化给予他们的信息.也就是说，当学生提出了假设，教师给予反馈后，直至接受下一项任务之前，要给学生留有一定的时间进行思考.实验表明，这是影响概念学习的一个关键因素.
（七）要注意概念教学的阶段性，选择恰当的时间引导学生区分易混淆的物理概念
“由于物理概念难学，要求学生一次性理解和掌握是不符合认知规律的.学生掌握物理概念的过程，大致可分为领会、运用、完善、扩展四个阶段.”（注：阎金铎等编著：《北京师范大学物理系〈物理教学论〉》讲义，第175-176页.）
领会阶段：掌握概念的定义、有关的数学表达式，初步理解其物理意义以及主要内涵.
运用阶段：直接应用初步理解了的概念，分析或解决简单的问题.
完善阶段：理解概念的全部内涵，掌握概念的外延，明确与其他相关概念的区别和联系.对物理量，要弄清它是状态量还是过程量；它的定义用的是哪一种量度方式；它的决定式和计算式又是什么；哪些是它的决定因素.
扩展阶段：深刻理解概念，并能熟练、灵活运用之，即概念的深化和活化阶段.
以上四个阶段中，前两个阶段的时间衔接比较紧凑，第二个阶段应为第三个阶段做必要的铺垫.后两个阶段之间可以有一段时间间隔.
一般地说，在领会阶段，学生对易混概念很难区分.比较适宜的区分时间是在学生对易混概念中每个概念本身都已有相当程度的理解并已有混淆的实际体会时.区分的方法除了文字、公式、单位、条件等宏观的对比之外，还应根据物理概念的精细性，突出有关特征，控制无关特征，运用变式和比较，列举正例和反例，酌情追述概念建立的过程，从来源上分出易混的原因，以达彻底清晰概念的目的.（注：阎金铎等编著：《北京师范大学物理系〈物理教学论〉》讲义，第175-176页.）
如何提高物理概念的教学效率，可以说是一个永恒的教学主题.认知同化学习理论虽然可以比目前其他的学习理论更好地解释学习的心理学过程，但对同化与顺应的心理学机制的研究仍然不够深入，对知识的类型也没有作出具体区分，似乎显得过于笼统.如何充分利用认知同化学习理论的研究成果，指导物理概念的教学，进而指导中学物理的教学，还需要开展全面、深入的研究.