刍议思维类程序型知识的物理教学，本文主要内容关键词为：刍议论文,物理教学论文,思维论文,程序论文,知识论文，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。
迄今为止，对知识的定义还众说纷纭，但可以简单地认为知识就是主体与环境相互作用后而获得的经验。现代认知心理学从形式上把知识分为陈述型知识(declarative knowledge)和程序型知识(procedural knowledge)两大类型，这种分类方法不仅为研究知识的获取和运用提供了思路和方法，而且也使得对知识的探讨从根本上脱离了传统的哲学思辨的范畴，并向着具体科学的方向走了一大步。高中物理包含着丰富的程序型知识，思维类程序型知识作为一种基本程序型知识，在中学物理教学中有着极其重要的意义及价值。
1 陈述型知识和程序型知识
陈述型知识，也称为描述型知识，就是能被陈述和描述的知识。陈述型知识可以分为3种基本的形式：命题、表象和序列。这3种基本形式分别用来表示单个的观念、单个的表象和单个的关系。图式是一种高水平的陈述型知识，它具有综合的特征，组合了命题、表象和序列这3种低水平的陈述型知识单元。图式是一种有组织的知识结构，是对涉及某一范畴所有成员的典型特征及关系的认识。
程序型知识是一套关于办事的操作步骤和过程的知识，也称操作型知识。这类知识主要用来解决“做什么”和“如何做”的问题，可用来进行操作和实践。程序型知识是以“产生式”(Production)这种动态的形式在人的头脑中进行表征的。所谓产生式实际上是一种“条件—行动”的规则，即一个产生式总是对某一或某些特定的条件满足时发生的某种行为编了程序，从而以“如果—那么”的形式来表示。
程序型知识分为有意识控制的程序型知识和自动化程序型知识，前者在执行时需要意识的监督，而后者则可以在完全没有意识监督的情况下进行。有意识控制的程序型知识有如下几个特征：(1)执行起来更慢，也更具顺序性；(2)必须进行有意识监督；(3)通常可以用言语表述。自动化程序型知识通常具有如下几个特点：(1)执行起来快；(2)可执行得非常精确；(3)无需或只需很少的意识监控；(4)通常不能被言语所表达。程序型知识的自动化程度对于知识的学习具有特别的意义。
2 中学物理中的思维类程序型知识
中学物理中包含着大量的陈述型知识，如各种概念、定义、定理、定律以及知识结构或体系等。高中物理中也包含着丰富的程序型知识，如阅读技能、表达技能、运算技能、思维方法、问题解决技能等等，其中阅读技能、表达技能、运算技能、思维方法是基本程序型知识，而问题解决技能则是复杂的程序型知识。在问题解决的过程中要综合运用阅读技能、表达技能、运算技能、思维方法。
在上述的基本技能中，思维方法即思维类程序型知识是物理学习的重要内容，是学生必须具备的并应得到充分发展的一类知识，也是问题解决的基础。
中学物理中的思维类程序型知识有很多，例如等效替代法、类比法、化归思想、控制变量法、模型法、理想实验、比值法、乘积法、外推法、近似思想、放大思想等等。我们不妨构造如图1所示的思维类程序型知识的三维图，借助此图来分析这类知识。
图1
对照思维类程序型知识三维图（图1），当思维类程序型知识处于心智一端时就是思维方法，处于躯体一端时就是具体操作方法或动作思维(action thinking)方法。当思维类程序型知识处于特殊领域时就是思维技术(tactics)，用于一般领域时就是思维策略(strategy)。当思维类程序型知识处于自动化应用一端时就是思维技能，处于可控制一端就是有意识思维。当思维方法处于有意识思维一端时，对思维方法的应用还不够熟练，还要不断地回忆下一步要做什么，这时的思维方法实际更像是陈述型知识。有意识思维是思维类程序型知识学习的初步阶段。
当然，思维类程序型知识的三个维度的两端之间也是一个连续体，没有一个明确的界限。
对于中学物理思维类程序型知识的学习而言，这类知识的3个端点，即明确的思维方法、自动化的思维技能和具体领域的思维技术，对于学习者而言具有特别重要的意义。
3 中学物理中思维类程序型知识教学的意义
在中学物理教学中，虽然思维类程序型知识的意义特别重要，但是陈述型知识却得到格外的重视，教师们往往十分重视概念的建立、规律的理解和知识体系的建构。有的教师虽然也会教学生对概念、规律进行运用，但是这样做的目的往往也只是为了加深对概念和规律的理解，或者为了强化这些知识结构。
在新课程背景下，不少教师已认识到了过程和方法教学的重要性，但实际上大多也只是把方法和过程当作陈述型知识来进行教学，或在进行陈述型知识教学时穿插方法教学，对于思维方法教学的特点和地位的认识还没有达到一定的认识高度。虽然教师们也会介绍解题方法和技巧，并注意提高学生分析、解决问题的能力，但对于程序型知识的重要性特别是思维类程序型知识的教学意义还缺乏深刻的认识。思维方法的教学本质上属于程序型知识的教学，这种思维类程序型知识教学的重要性主要表现在如下几个方面。
3.1 可以更直接地提高学生的思维品质
工作记忆是大脑信息加工系统的一部分，在工作记忆中大脑对已经意识到的主要信息进行心理运作。工作记忆既具有加工处理功能，又具有与加工处理功能相关的维系功能。两种功能合在一起，构成了大脑用于心理运作的认知资源。
工作记忆就像电脑的内存，但是这种可利用的认知资源与电脑相比又极为有限，就是说在任何时刻用于心理运作的资源是非常有限的，所以怎样有效地利用认知资源就显得特别重要。如果人具有某些自动化的程序，就能在几乎无须付出意识的条件下执行某些任务，从而有效地节约认知资源，这恰恰有助于克服工作记忆容量有限的问题。
与自动化的程序型知识相比，有意识控制的程序型知识显然要占用认知资源。由此看来，人在某一时刻进行缜密思考的量是有局限的。一般而言，人不能在同一时刻使用多项有意识控制的程序型知识。比如说，人一般不可能一边算账一边与别人谈话，因为管理多位数加减乘除的程序同管理听与说的程序都需要人占用认知资源，都要付出有意识的努力。
教师总希望自己的学生能迅速、准确、轻松地完成学业任务，不仅希望学生能流畅地阅读，清晰地表达，熟练地计算，而且更希望学生能够熟练地运用思维类程序型知识去建立概念、理解规律、分析处理问题。掌握自动化程序型知识的最大益处，是使人能够腾出工作记忆中有限的空间，来处理更为复杂的任务，这样不仅可以提高和增加思维的流畅性，而且由于占用的认知资源少，还可以对问题作更深入的思考，从而更直接地提高思维的深刻程度。
3.2 可以更有力地提高学生解决问题的技能
认知心理学采用“专家—新手比较研究范型(paradigm)”来研究影响问题解决的本质因素，得出专长的特征有：(1)在自己的领域内能够感知很大的有意义的模式和组块；(2)对于与自己领域相关的信息，具有高超的短时记忆及长时记忆；(3)自己领域内的基本技能的执行速度是很快的；(4)能够在深层水平（原理水平）对问题进行表征；(5)在动手解决问题之前，花费大量的时间分析问题；(6)具有很强的自我监控技能。专长(expertise)的实质是：(1)本领域里更多和更好的观念性或功能性理解；(2)本领域内更多和更好的自动化基本技能；(3)有更多和更好的特定领域策略。可以把专长的发展看成为知识的转化过程，即个体在学习一个原理时，最初只停留在陈述性水平上；经过一定的练习之后，陈述型知识就向程序型知识转变（获得某种技能或能力）；随着个体获得与积累个别的程序型知识，又会发生对个别程序型知识记忆调配的转变，也就是获得某种策略性知识。专长的形成之路大体上遵循了这样的一条路径。由以上认知心理学的研究结论可以看出，掌握丰富的物理思维类程序型知识是物理问题解决专长的重要特征，也是物理问题解决专长的本质之一。学习物理思维类程序型知识，经过具体的物理问题解决练习后形成物理思维技能，进而形成对物理问题的原理级层次的表征，这是物理问题解决专长发展的必然之路。
所以，在中学物理教学中进行思维类程序型知识的教学可以有力地提高学生物理问题解决专长的形成，提高学生问题解决的技能。
3.3 可以更有效地提高学生思维的艺术性
通过问题解决的训练，使得学生对思维方法的运用达到一定的熟练程度，这时便可以形成思维技巧、思维技能。思维技巧、思维技能的进一步发展，则将上升到思维艺术的高度。这里说的“艺术”不是指“以生动形象的形式反映社会生活”的艺术，这里的“艺术”是作为方法或方式的“艺术”，是一种专门化的熟练技巧和灵巧的解决问题的方式，是一种富有创造性的解决问题的方法或方式。当一种方式比另一种方式更省时、省力或更富有效益，从而让人感受到美的享受时，这种思维方法就成了思维艺术。所以，思维艺术就是一种高效的、具有创新特质的、给人以美感的思维技巧和思维技术。
重视思维类程序型知识的教学，加强思维类程序型知识的训练，引导学生学会感受思维方法之美、欣赏思维方法之美，进而达到感受创造思维方法之美，这就达到了思维艺术的境界。
4 中学物理中思维类程序型知识的教学策略
完整的知识包括陈述型知识和程序型知识。陈述型知识和程序型知识相互联系，相互影响，由于思维类程序型知识常处于一种隐性的地位，这类知识不会影响陈述型知识的系统性、严密性，因此容易被中学物理教师们忽略，在教学中甚至被当作是可有可无的“软任务”。鉴于思维类程序型知识在物理教学中的重要意义，我们必须改变这种被忽略的状况，让程序型和陈述型知识的教学处于同样重要的地位。中学物理中思维类程序型知识的教学策略与和在教学中应注意的问题有以下几点。
4.1 思维类程序型知识的习得应以陈述型知识的掌握为基础
知识在问题解决中是极其重要的，影响问题解决的往往不仅在于是不是掌握思维方法，还在于是不是掌握了使用这些方法的特定领域的知识。现代认知心理学的研究已经证实，特定领域的知识是制约思维过程的一个至关重要的因素。就是说，学生即便是学会了这样或那样的方法，但如果头脑中缺少解决问题所必需的陈述型知识，没有良构的图式，也不能使问题得到顺利的解决。
一般程序型知识的习得往往要经历以下几个阶段：
(1)认知阶段(cognitive stage)。在这一阶段，学生将使用自己一般的产生式或弱方法，对某一技能做出陈述性解释，并对这一技能的各项条件以及在这些条件下将要执行的相应行动，形成最初陈述性编码的表征。
(2)联系阶段(associative stage)。在这一阶段，将发生两种变化：①最初对技能所作的陈述性表征将转变为特殊领域中的程序型知识；②构成该程序的各个部分的产生式的连结，即形成一系列条件与行动的配对，从而得以增强。
(3)自动化阶段(autonomous stage)。在这一阶段，整个程序将得到进一步的完善与协调。
所以，在进行思维类程序型知识的学习时，应先要有陈述性的表述，让学生清楚地认识到某种思维方法的使用条件、使用步骤等，然后再不断地练习、使用这种方法。
4.2 促使学生知识块的形成
只有个体将所获得的知识不断地精致化、结构化，形成互相关联的组块，才能在形成问题表征时提取这些组织，产生有利的问题表征。学困生的知识缺乏组织，甚至是混乱的，常包含着许多孤立的定义和对概念片面的、甚至是错误的理解。正如有的学者指出的那样，学困生的头脑中不仅没装什么东西，而且还装错了许多东西。这样的知识结构不仅不能提取必要的知识，而且还会阻碍后继的学习。学优生的知识结构具有结构化、层次性，也就是说其认知图式是良构的。专长发展之路的一个重要途径是对问题的记忆、多而大的记忆组块，进而带领学生探究出解决问题的具体方法，并掌握一些解决问题的口诀，这样便可有效地促进学生形成记忆组块，提升学生分析、解决这一类相关问题的速度和准确度。
问题解决者的经验可视为一个连续体：一端无经验，即处于完全新异的情境；另一端的任务和情境十分熟悉，加工已达到完全自动化。对问题解决者来说，大量现实中的问题在初遇时都是新异的，需要创造性地解决，一旦解决后则易成为常规问题。经验是专家和新手间的重大差别之一，经验使专家形成多而大的记忆组块，能把更多的问题转化为常规问题，而较少付出心理努力，较少动用心理资源，表现出更大的认知灵活性和更强的问题解决能力。
4.3 科学地安排教学程序
任何学习都是一个渐进的、由浅入深的过程，对于思维类程序型知识的教学同样应遵循这样的规律。
(1)循序渐进。要先易后难，先简单后复杂，诸多具体方法技能不可能一次习得，所以一次只能教少量的方法并加以练习。
(2)从特殊到一般。要学习具体、基础、特殊的思维方法，再学习抽象、高级、一般的思维方法，如在讲物理模型法时，可以先从质点这个简单的模型切入，再讲其他理想模型，并一步提出概念模型、条件模型、过程模型，最后讲模型法的一般科学思维。
循序渐进、从特殊到一般的教学次序既符合认识规律，同时也不断地为先前的思维方法应用创造了条件。
4.4 进行必要而适度的训练
学生在学习新策略时，教师应安排一些与此相关的例子或习题进行训练，使学过的方法得到一定的运用和巩固。但在训练时也要注意策略和方法，在训练的量上要遵循适度的原则。首先，认知心理学研究表明，训练不宜密集地进行，即不能在短时间内采用大量练习的办法；其次，适当地延长训练内容的间隔，使学习者有充分的时间去消化和理解；再者，每次训练只能围绕一个中心进行，切忌贪多求快，但是我们也不能走向另一个极端，新课程的背景和当前江苏省的“五严”新政形势下，强调减轻学生的学习负担，但如果以此过分地放松训练，则反而更不利于学生的学习。
中学生面临着多科目、多样化的学习任务，只有基本功扎实的学生才有剩余的时间和精力去拓展学习，因为注意合理分配的一个必要条件就是多项操作技能中的一部分已达到相当熟练甚至自动化的程度。一个学生掌握的知识、技能越熟练，进一步的学习就会越轻松，因为练习一项基本功看起来是费了一些时间，但解决同类问题的劳动强度便会明显减轻。从这种意义上讲，对思维类程序型知识的运用达到熟练和自动化程度的要求反而具有“减负”的功效。当其他条件都相同时，具有这种知识的学生显然有更强的综合实力，更容易实现创新。