论物理学习中认知建构的一般过程，本文主要内容关键词为：认知论文,物理论文,过程论文，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。
建构主义理论的一个重要概念是图式——个体对世界的知觉理解和思考方式，是心理活动的组织框架。图式是认知结构的起点和核心，是认识事物的基础。因此，图式的形成和变化是认知发展的实质，认知发展有同化、顺应和组织三个环节。
建构主义理论认为：个体的思想行为受到自己认知图式的支配，如果思想行为取得成功，这种认知图式就会得到强化，这就是同化；如果遇到矛盾，就会在心理上产生不平衡，迫使个体主动修正原有认知图式以达新的平衡，这就是顺应。同化引起认知图式量的扩展，顺应引起认知图式质的变化；但是，只有通过组织把各种不同的认知成分组成一个有机的认知结构时，才能派生出解决综合问题的整体功能，使个体的认知水平获得更大的提高。同化、顺应、平衡、组织、适应及其相互作用构成了个体认知发展的内在机制。本文试图结合高中物理教学实践的研究，探讨物理学习中认知建构三个中心环节“同化、顺应和组织”的一般微观过程。
一、物理学习中的认知同化
同化是将外界信息纳入个体已有的认知图式中去，虽然只是运用已有认知结构对新问题作出反应，但同化对个体的认知发展是非常重要的。这是因为：第一，在同化过程中，个体对获得的外界信息要进行某些调整、转化，使其与个体当前的认知结构相匹配，以利于改善个体对信息的加工能力。第二，同化把外部环境纳入自己的认知结构中，扩大了对外部世界的认识范围，使个体的思想体系得以发展。为了达此目标，建构主义提出了“随即通达教学”思想：在学习过程中，认知任务不是一次性完成的，对同一内容的学习要在不同的时间内多次进行，每一次的情境都是经过改造、具有不同目的、着眼于不同侧面，个体通过不同途径、不同方式进入同一学习内容，从而获得对该内容所涵盖知识的全面而深入的理解，并达到熟练的程度。由此，我们结合物理教学实践提出：一个从初级到高级的物理学习同化过程包括“模仿→扩展→自动化→搜寻同化”等阶段。
1.模仿
模仿是指学习者依照示范者的操作，对同样的对象进行相同的演练；如学生跟着教师用左手定则进行临摹操作。模仿对于某些技能性知识的学习是必须的，它的作用一是教师的示范动作为学生掌握知识提供表象支持；二是学生在亲自操作中体会知识运用的步骤要领。模仿是同化的初级阶段，在学习初期如果缺少模仿，可能会导致学生曲解知识。
2.扩展
在学习初期获得的认知，是知识内涵中最基本最核心的内容，为了突出其物理本质，它的表征往往概括、简约、抽象，如楞次定律用“感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”这样抽象、简约的词语来表达。但在具体问题中，认知对象有着各种不同的表现形态，或形异质同或形似质异，当个体对对象进行加工时，对抽象理论的理解又可能派生出形似实非的简约性歧义，例如会把楞次定律误解为“感应电流的磁场总是与引起感应电流的磁场方向相反”。因此在学习中，必须把高度概括的抽象理论进一步扩展——展开并加以甄别。其中展开就是把理论知识分解为要素并建立要素之间的联系。如楞次定律可分解为“感应电流的方向”“引起感应电流的磁场（原磁场）方向”“感应电流的磁场（新磁场）方向”“磁通量变化”“阻碍变化”五个要素，而要素之间的相互联系又可分解为如下两种情况：
图1
甄别包括对知识中容易曲解之处进行的诠释、适用范围的界定和相关内容的比较等。如楞次定律中“阻碍磁通量的变化”的意思并非“阻碍磁通量的方向”，楞次定律与右手定则的关系比较，楞次定律的应用范围界定等。
3.自动化
布卢姆曾说自动化是天才的四肢。个体在认知操作上的自动化，可以使他完成某种特定任务的操作更为快捷更为有效，以节省心理能量用在其他的认知任务中。例如在刚学“力的分解”时，因学生对正弦、余弦、正切、余切关系不熟练，往往把注意力集中在三角函数的计算上，分散了对受力分析、力的分解等物理属性的注意，从而形成学习上的一个难点。随着学习深入，学生对三角函数关系的熟练和力的分解的经常运用，使力的分解逐渐成为自动化的操作技能之后，又可为学习更复杂的力学问题提供基础。
实现个体认知操作的自动化，必须通过适当的练习。为此，一要目标明确，即练习要指向某种特定的学习目标进行，如左手定则、右手定则、楞次定律专题训练。二要形式恰当，变式和逆运算是两种比较有效的练习形式。如左手定则的变式练习：B、I、F的三维立体画法，包括导体在水平面、斜面、悬挂等情形；B、I、F的二维平面画法，包括磁感线和电流的直线表示、点叉表示等。逆运算就是改变运算方向，进行思维上的“倒推”操作，如左手定则的正向运算是已知电流方向、磁场方向判断安培力方向，而逆向运算是已知安培力方向和磁场方向判断电流方向。变式会使认知结构更加稳定，逆运算会使认知策略更加灵活。
4.搜寻同化
同化对个体的认知结构不作任何改造，但它却是需要个体进行主动搜寻、对接的进程，在此进程中个体要进行两次主动的搜寻：第一，对外界信息的搜寻。外界提供的信息或明或暗、似多又少，个体需要主动地搜寻以挖掘隐含条件、开放条件中的某些确定因素，并作出适当的调整和转换，才可能被相应的认知图式所同化。第二，对自身认知图式的搜寻。为能同化当前所获得的外部信息，个体还必须对保持在长期记忆中的各种不同认知图式进行搜寻，找到一个与所获信息相匹配的认知图式。在复杂的情境中，这两种搜寻往往交互进行，如果其中之一发生困难或选择有误，就无法实现信息与认知图式的对接，同化也就不可能发生。这种情况在条件过分隐蔽或过分开放的问题中，表现得尤为突出。如下题：把两个完全相同的磁电式电流表A、B按图2方式连接起来，当把A的指针向左拨动时B的指针将向哪边摆动？题目隐含了“电流表A相当于导线作切割磁感线运动，电流表B相当于通电导线受安培力作用”的信息。如果学生不能把这一外界信息搜寻出来，就不可能用左、右手定则来同化信息，使得解题受困。
图2
二、物理学习中的认知顺应
当个体的认知图式不能完全同化外界的客观事实时，心里就会出现不平衡、不协调的感受，为了克服这种感受，个体会努力去调整、改造原有的认知图式以构建新的认知图式，来适应客观现实的变化，此即顺应的心理机制。顺应使个体的认知结构发生质变，进入一种新的更稳定的平衡状态，跃向一个新的水平。但是，顺应不是自然发生的，只有当个体面临新的无法被现有认知图式所同化的情境时，才会产生顺应心理倾向。皮亚杰的“略微超前”理论指出：如果外界信息与个体认知结构毫无共同之处，以至于个体根本不可能作出任何反应时，则个体会对新的刺激产生回避心理，以“忽略”的方式恢复原有的平衡状态。只有当新信息与原有认知结构既有联系又有差异、“略微超前”于个体的认知水平时，才能引起积极的思维活动，促使顺应的发生。据此，我们提出：在物理学习中一个完整的顺应过程应包括“心向→探究→意义建构”三个阶段。
1.心向
心向即心理倾向，它对个体活动起着控制方向的作用，它的形成为顺应提供了积极的心理准备。心向通常是在原有知识的基础上，由提出新问题揭示新矛盾并造成认知冲突而引起的。
在“左手定则”的学习中，先由实验得到电流、磁场和安培力三方向的关系如图3中a所示，然后向学生提出如下问题：根据a的情况，判断b和c中的安培力方向。对此问题，学生只要根据电流反向或磁场反向、则安培力反向的结论，即可得出两者的安培力方向都向右。
图3
接着，再请学生根据a的情况判断d和e中的安培力方向。对此，学生发现d和e中的磁场与a的磁场并非反向而是相差90°，而且e的电流与a的电流方向也相差90°，无法直接套用安培力方向分别随电流方向或磁场方向的反向而反向的结论。
此时，旧的认知图式与新的问题情境的矛盾，引起了学生的认知冲突，激起学生进一步探究的欲望，亦即出现了顺应的心理倾向（心向）。
2.探究
当个体有了顺应的心理倾向后，他的思维会变得异常活跃，出现一系列心理探究活动，如猜测、假设、归纳、演绎、类比、想象等思维操作，以积极寻找问题的答案。
例如在上面的问题中，学生会提出以下一些探究方法：
①d的磁场与a的磁场方向相差90°它们的安培力方向也应相差90°，即d的安培力方向与纸面垂直，但向里还是向外尚难确定。而且这仅仅是一个猜测，没有充分的理由。
②改变观察角度，当观察角度转过90°即在a图的右边向磁场观看时，发现a与d的情形完全相符，得出d的安培力方向应垂直纸面向里。
③不改变观察角度而让图形转过90°，即保持a中B、I、F三者相对方向不变，使其整体沿顺时针方向（从上往下看）转过90°，结果a就转化为d，因此d的安培力方向垂直纸面向里。
用类似的转向法和反向法，也可确定e的安培力方向向右。
学生通过对问题的转换和重组，找到了问题的正确答案。但是，顺应的任务还没有完成，因为新的认知图式——左手定则的意义还没有建构起来。
3.意义建构
探究阶段只是找到了一个或几个同类问题的答案，其本质内涵和共同规律即新的认知图式，还需要对问题的解决过程进行再发现其意义才能得以建构。
回顾问题解决的全过程可以发现：a中安培力和电流、磁场三方向两两垂直的三维关系，是由实验得到的一个正确结论；b～e中的安培力方向都可由a演化推断出来，因此只要表示出a中三个物理量的方向关系，就可以通过转向或反向方法解决所有电流、磁场和安培力三方向关系的问题。那么，如何表示这三者的方向关系呢？最方便最简单的做法就是把这种三维方向关系固定在我们的手上：在同一平面内展开左手让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，则与四指垂直的大拇指指向就是安培力方向——左手定则。至此，新的认知图式左手定则获得意义建构，完成了顺应的认知过程。
三、物理学习中的认知组织
个体的各种认知成分都是相互联系着的，不同认知成分经过协调和整合形成一定的组织关系——认知结构。不同个体在认知能力上的局限性是由认知结构发展水平的差异造成的，认知结构发展水平的标志是整体性、发展性和多元性。整体性是指在认知结构中各成分之间呈现着有机性联系；发展性是指个体认知结构处于不断的发展变化之中，不同学习阶段其认知结构的状态不同；多元性是指认知结构的组成成分不同，通常分为知识、操作和元成分三种。从物理学的角度看，知识成分是指物理概念、规律、定律、模型等；操作成分是指解决物理问题（包括实验问题）的方法和技巧；元成分是指认知过程中的计划决策、构建策略、反思监控等成分。通常把这三种成分简称为知识、方法和元认知。
1.认知结构组织的整体性示例
高中物理电磁学的内容可归纳为如图4所示关系图表，它反映了电场、磁场、电磁感应、稳恒电流、交流电、电磁振荡各部分之间的整体性相互联系，以及这些知识之间深刻的结构层次关系。
图4
图5
图6
2.认知结构组织的发展性示例
图5（见上页）是力学中能的知识结构，图6（见上页）是高中物理涉及的各种形式能的整体知识结构。图中每个大圆表示的能量形式都包含了其中每个小圆表示的能量形式，图中箭头表示不同形式能的转化关系，箭头连线上的文字则说明能的转化途径及遵循规律。从图5发展到图6，反映了高中物理中能的知识结构发展和完善的情况。
3.认知结构组织的多元性示例
物理问题的解决是个体各种认知成分综合起作用的结果，下面以一常见电磁学问题的解决为例，分析认知结构中的三元认知成分。
题目：在竖直平面内有一平行光滑导轨MN、PQ，轨宽为d，在导轨间接一阻值为R的电阻，导轨间匀强磁场的磁感强度为B，方向如图7所示，导体ab的质量为m，能与导轨始终保持良好的接触并能沿导轨滑动，ab从静止开始下落h高度时达到最大速度，求此过程中电阻R产生的焦耳热。
图7
此题解决过程中的认知成分分析如下：
本例共涉及5种元认知成分（其中包括“受力分析→运动分析→求解方案”的解题计划）、4种方法（操作）成分和12个基本知识点，这些不同层次的认知成分组成网络化认知结构，任何一种认知成分的缺陷都会导致解题的思维链脱节，使解题失败。
四、物理学习中认知结构发展的一般模型
顺应使个体建立了新的认知图式，同化则扩展了认知图式的容量并达到高级水平：单一的认知图式只能解决相应的单项问题，这是认知发展过程中的第一次自我调节，第一次自我调节使个体的思想和客观实际相一致；不同认知图式经过协调和整合，形成一定的组织关系——整体的多元认知结构，个体掌握了整体的多元认知结构才能解决综合的实际问题，这是认知发展过程中的第二次自我调节，第二次自我调节使个体的思想和客观实际更加协调一致。这就是物理学习中个体认知结构发展的一般模型，如图8所示。成功实现这一认知发展模型，加快它的发展过程，是高效实现新课程倡导的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标的重要途径。
图8