摘 要：通过对高中物理各单元思维障碍的统计分析，尝试在认知冲突中进行知识结构的构建，重视程序性知识的积累，并使之有序化，提高教学有效性。
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关键词：思维障碍；知识构建；程序性知识；教学有效性
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）6-0011-3
如何教得有效，如何学得有效是教育长期关注的核心问题。笔者用两年时间，通过在单元复习课中采用“学案导学”教学模式，引导学生整理知识结构，分析思维障碍，并就高中物理各单元知识的思维障碍，对三个教学班近120人进行统计分析。在此基础上，结合建构主义认知理论，在教学实践中，尝试在认知冲突中进行知识结构的构建，重视学生程序性知识的积累，并使之有序化，提高学生解决问题的能力，实现“有效教学”。物理认知结构是学生头脑中拥有的物理知识结构，是学生对物理世界的观念的加工和组织[1]。
众所周知，房子建造之前首先要进行地质勘探。在教学中，就是要了解学生原有的知识结构（前概念）。房子地面上的建造过程最起码要经历两个阶段。第一阶段是主体框架施工，一层一层往上造，相当于新课学习。主体框架施工完成后，需要排布管、线，进行装修，相当于单元复习（模块复习）。与房子的建造类似，物理认知结构的构建过程也可以分为两个阶段。第一阶段是某一知识点（单元）知识结构的构建阶段，这一阶段的重点是夯实基础。因为，只有知识结构的主要框架牢固而稳定，知识结构在丰富和完善的过程中才不会“变形”，甚至“倒塌”。
1 在原有知识结构上，让学生参与思维加工活动，构建物理概念
事实上，概念习得的过程是一个从具体物理现象中逐级“抽取”本质特征的过程。
例如，高中物理的第一个概念――质点。列举：①研究列车从上海开到北京的运动（动画展示）；②研究地球绕太阳公转运动（动画展示）；③研究木块从斜面上滑下（实验演示）。
引导学生“抽取”：物体的形状、大小对研究的运动无关（或几乎没有影响），或者物体各点运动情况相同这一特征，构建质点的概念。
列举：④研究列车通过一座桥的运动（图片展示，列车和桥的长度差别不明显）；⑤研究地球的自转运动；⑥研究削球时乒乓球的转动。在例子变式中，使概念的本质特征得以留存，干扰因素被逐一排除。
《电场》中，电势、电势能的概念一直使学生产生思维障碍。因此，在教学中，教师就必须从学生的实际情况出发，逐步引导学生对电势及电势能的概念的正确理解。
步骤一：运用类比学习抽象概念
电势能类比重力势能，电场力做功与电势能的变化关系类比重力做功与重力势能的关系，通过类比思维方法把电势能的概念纳入到认知结构中。
电势的概念也是与电场强度类比而来，但是，学生对一些概念理解得还不是很透彻，“电势有正负，是一切正的电势都大于负的，还是比较它们的绝对值？”“负电荷从A到B，外力作负功，A点电势是否一定较高？”大部分学生仍然对电势概念的认知存在障碍。
步骤二：让学生参与思维加工过程
与电场强度的定义一样，对电势的定义在类比的基础上，进行“稀释还原”教学，让学生参与思维加工过程。
1） 将理想化的正检验电荷放入电场中一点，分析Ep/q。
2） 改变检验电荷的电荷量，分析Ep/q。
3） 将电荷换成负检验电荷，放入电场中同一点，分析Ep/q。
4） 改变检验电荷的电荷量，分析Ep/q。
5） 改变电场中的位置，分析Ep/q。
6） 学生得出结论：不论正、负检验电荷，Ep/q为恒量。一般情况下，不同的点，Ep/q不同。
我们把放入电场中某一点的电荷的电势能跟它的电量的比值，叫做这一点的电势，用φ表示。它反映了电场具有的性质，与q的多少，正负，甚至检验电荷是否存在都没有关系。
让学生经历一次与电场强度类似的过程，有助于电势概念的习得。
步骤三：在变式中深化对概念的理解
7） 根据电势定义，分析正点电荷周围的电势。
8） 根据电势定义，分析负点电荷周围的电势。
9） 顺着电场线移动正点电荷，通过分析电势能的变化，判断电势的变化。
10） 顺着电场线移动负点电荷，通过分析电势能的变化，判断电势的变化。
……
在具体的情境中，以问题的形式分析电势和电势能，从而得出顺着电场线电势逐渐降低；正点电荷周围电势为正，负点电荷周围电势为负（无穷远处电势能为零），深化了电势的概念。
2 重视程序性知识的积累
现代认知心理学根据知识的不同表征方式和作用，将知识分为陈述性知识和程序性知识。陈述性知识是个人具有有意识地提取线索，因而能直接陈述的知识，主要解决“是什么”和“为什么”一类的问题；程序性知识是个人没有有意识地提取线索，只能借助某种作业形式间接推测其存在的知识，主要用来解决“怎么做”的问题。[2]
在物理教材中，陈述性知识处于显性状态，具有比较严谨的结构，而程序性知识常常处于隐性状态，不易被关注。其中，程序性知识中的一类――认知策略，教材中几乎没有痕迹。
如果在学习中只关注“是什么”和“为什么”一类的问题，而对“怎么做”以及“怎样去思考”“怎样去学习”这类问题很少涉及，那么，必然会出现上课时听得懂老师的讲课，回到家也及时复习了，可是自己做题时，总觉得无从下手，进行受力分析之后，如果物体一多，就不知道如何分析，也不知如何合理地将整体法和隔离法相结合来解题等类似问题。
《力和力的平衡》一节的24份复习记录表中只有14份提及“受力分析”，《牛顿运动定律》中不能熟练地运用整体法和隔离法，《圆周运动》中对公式掌握不熟练，不知道该用哪个公式，不能很快列出方程……纵观学生思维障碍的典型实例，绝大部分列举问题属于程序性知识的构建不足。 如何积累程序性知识呢？
方法一：明确对程序性知识的要求
由于程序性知识的隐含性，学习前要进行分析和确认。例如，拓展课程《摩擦力》，教材中介绍了有关概念，例题中隐含了利用平衡条件求静摩擦力的方法，在确定学习目标时就要明确：①会求滑动摩擦力；②会求静摩擦力。
方法二：在问题解决过程中，促进程序性知识的生成
通过具体情境中的问题，如：
1） 手握住杯子时杯子受到的摩擦力（演示实验）。
2） 筷子插在米桶中提起，筷子受到的摩擦力（演示实验）。
3） 用弹簧秤拉水平桌面上重10 N的木块，拉力依次为2 N、5 N，木块均不动，求桌面对木块的摩擦力？当弹簧秤的拉力增加为8 N时，木块刚好被拉动。木块在运动过程中，弹簧秤示数略微减小至7.5 N，求桌面对木块的摩擦力？你能计算出木块与桌面之间的摩擦系数吗？
在问题解决过程中，学生生成了程序性知识：
1）如果要计算摩擦力，首先应该依据两接触面是否发生相对滑动，判断是属于静摩擦力还是滑动摩擦力？
2）如果属于静摩擦力，静摩擦力属于被动力，根据物体的平衡条件进行判断。
3）如果属于滑动摩擦力，根据f=μN进行判断。
方法三：在变式中将程序性知识内化为智慧技能
按照现代认知心理学的观点：不同知识类型应该有不同的学习目标和学习过程，陈述性知识一般要求“懂”，而程序性知识则要求“会”和“熟”。那些上课一听就懂，题目却不会做的学生，主要问题可能出在，对程序性知识只停留在“懂”的层次，没有对学习任务不断的接触和反应，形成某种熟练技能。
例如，《摩擦力》中，可以通过以下变式训练，将程序性知识内化为智慧技能。
4）用20 N的水平力把重10 N的木块按在竖直墙壁上静止，求墙壁对木块的摩擦力？如果水平力减小至8 N，发现木块开始下滑，木块与墙壁之间的动摩擦系数为0.5，求墙壁对木块的摩擦力？
5）如果重10 N的木块是被按在两块板之间静止不动，两边均用水平推力20 N，求木块所受的摩擦力？木块与墙壁之间的动摩擦系数为0.5，问至少要用多大的平行于两块板的力拉动木块，才能使木块移动？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）
6）思考：如果10 N的木块放置在倾角为30 °的斜面上，木块与斜面之间动摩擦系数为0.5，求：如果木块静止不动，斜面对木块的摩擦力？如果木块沿斜面下滑，斜面对木块的摩擦力？
认知策略是程序性知识的一种类型，是对内调控的技能，调节和制约着学习的过程。认知策略的学习受个体自我认知发展水平的制约。对自己认知过程和结果的认知被称为“反省认知”，也被译为“元认知”。长期坚持提高元认知水平将有助于认知策略的习得。
3 促进知识有序化
认知心理学把人的认知过程假设为信息加工过程，信息贮存的质量关系到提取的能力。这就要求我们贮存的知识不能是孤立的，应有横向和纵向的比较和联系，形成有层次的知识网络体系。这也是学习的第二个阶段――单元复习（模块复习）阶段要实现的学习目标之一。
步骤一：指导学生构建知识结构图
鼓励学生沿“主线―网络―立体结构”建立知识结构图。
例如，在力学模块中，主线是力和运动、功和能。以力和运动为基础，不断演绎力的瞬时效应（牛顿第二定律）、空间累积效应（动能定理）和守恒定律（机械能守恒定律），可以略微补充介绍力的时间积累效应（动量定理）和动量守恒定律。学生如果有这样的认知结构，在解决具体问题时就越容易形成双向推演的过程。
步骤二：注重知识的比较和联系
步骤三：在交流和评价中完善
在交流与评价“知识结构图”的环节中，在各小组的知识结构图中，选择1～2组内容有特色的，印发给各个小组，让所有同学帮她们一起以完善的方式引起认知的冲突，构建新的认知结构。通过知识结构图的构建和学习中的反思，有助于促进知识的有序化。
参考文献：
[1]梁树森.物理学习论[M].南宁：广西教育出版社，1996.
[2]皮连生.学与教的心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2003.
（栏目编辑 赵保钢）
浅谈高中物理提高教学有效性的尝试
- 投稿研究
- 更新时间2015-09-02
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