构建高中物理学生认知结构的研究

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【摘要】学好物理的关键是能否构建一个科学、合理的认知结构，使之对物理知识融会贯通、举一反三，对方法、途径驾轻就熟、运用灵活。教学中如能重视构建学生的认知结构，则对学生学习物理是大有帮助的。

【关键词】认知结构；构建；策略

物理学的知识结构是科学技术中的基本结构，其思想和方法可以为其它科学技术提供思维模式。也就是说，物理学的知识结构是开放型的，具有很大的活力和发展潜力，即具有很强的同化，迁移和再组织功能。因此，学习物理学应当经历一个把所学知识结构内化为认知结构，把认知结构活化为智力，把智力外化为能力的过程。根据多年来的高中物理教学经验，我们对如何构建高中物理学生认知结构进行了认真的研究。

一、对知识结构和认知结构关系的认识：

知识结构与认知结构是教育心理学的两个基本概念，也是建构有效课堂教学的两个重要因素。一门学科的概念、原理和规律是有内在联系的，这种内在的本质联系就构成了这门学科的知识结构。而认知结构是个体在感知和理解客观现实的基础上，在头脑里形成的一种心理结构，它由个体过去积累的知识和经验组成。在认知过程中，个体新的感知与已形成的认知结构发生相互作用，从而影响对当前事物的认识。现代认知心理学派认为，学习是认知结构的组织与重新组织。他们既强调已有认知结构和经验的作用，也强调学习材料本身内在的逻辑结构，即知识结构。在学习过程中，两者以相辅相成、相互促进的方式活动着。

知识结构会直接影响学生的认知结构，而认知结构又直接影响学生对问题的解决。知识结构与认知结构的统一是提高教学质量的关键。

二、构建高中物理学生认知结构的意义：

建构主义认为：物理学习的本质是物理环境对学生的认知结构发生作用并引起认知结构的改变，使学生头脑中的认知结构扩展、更新或重建。

建构主义强调以学生为中心，要求学生由知识的灌输对象转变为信息加工的主体、认知结构的主动建构者。同时要求教师由知识的灌输者转变为学生主动建构的帮助者、促进者。

建构主义认为，学生的物理认知结构由以下三种要素组成：

（1）学生学习过的物理现象、概念、规律、方法的内容和它们的相互关系所形成的组织结构。　其中物理现象是这一结构的表皮，物理概念是结构的关节点，物理规律结构的骨架，而科学观念、方法是联系物理现象、概念、规律的纽带。

（2）学生所掌握的表达物理概念或概念间关系所使用的语言本身的逻辑及数学的逻辑。

（3）学生为了实现问题的解决，而在前二种要素中抽取若干内容经过有机组合所生成的物理知识组块，它们处于认知结构的最。

在具体的教学工作中，教师应该依据这一理论帮助学生将零乱的物理概念、规律、观念、方法有机组构起来，构建完整、有序的认知结构，并使之活化。

三、构建高中物理学生认知结构的策略：

当代认知心理学认为，学习过程是学生的一个主动建构过程。在学习过程中，学生总是以自己已有的认知结构与新的知识相互作用，去同化或吸收外部给予的信息和刺激，通过外部刺激的重组和顺应，或者学生已有的认知结构的改变、同化，学生从而获得认知结构的发展。因此，在教学活动过程中，教师应营造适于学生建构的氛围和空间，使学生主动探究，进行有效学习，获得完善的认知结构。完善的认知结构是指贮存于长时记忆系统内的陈述性知识、程序性知识和策略性知识的实质性内容和彼此之间的协调关系。它具有三方面特征：（1）可利用性。指学生在学习新知识时其原有认知结构中具有可以同化新知识的固定点。（2）可辨别性。指新的知识学习与原有认知结构之间的异同可以清晰地被辨认出来。（3）稳定性。指认知结构原有的起固定作用的观念是牢固稳定的。

那么，如何使学生进行有效地学习，完善其认知结构呢？

1、发展知识的有序性，完善学生的认知结构

建构主义认为任何一个新知识的学习活动都是在学生已有的认知结构的基础上的主动建构过程，学生原有的知识和认知结构是学生进行意义建构化的必要条件。物理学习中认知结构的变化，是指学生头脑中知识结构的扩展、更新或重建，从而形成知识组合的有序。

在学生学习的过程中教师有责任指导学生建立起较完善的知识结构，从而提高认知水平。如在教学中应让学生明确：高中物理共有力、热、电、光、原五大部分；而电磁学的研究则分为“场”和“路”两个方面；“场”的研究又从力的观点和能的观点入手，分别引入了“电场力”、“场强”和“电势差”、“电势能”等概念。而这些概念又存在一定的联系等等。通过知识结构的梳理，可使学生进一步明确各概念及规律的上位、下位、并列关系，起到提纲挈领的作用。

在教学中我们可以从以下三个方面入手：

（1）课堂上，教师在课堂上随时做总结归纳，让学生体会到概括在学习中的作用。

（2）每天讲新课之前，由一位同学对前一天所学的知识做复习，教师进行针对性的指导和点评。起到示范概括总结方法的作用。同时起到及时修正学生头脑中不良知识结构的作用。

（3）指导学生做每一章的知识结构图，使学生对所学知识进行全面的梳理，建立起知识间的实质性联系。从而达到完善学生认知结构的目的。

2、加强合作学习，促进学生认知结构的重构

建构主义学习理论认为协作发生在学习过程的始终，对学习过程的各个阶段均有重要的作用，这里的协作人可以是教师，也可以是同学。要让学生达到自主学习的状态，就要打破教师的一言堂，首先解放教师自己，在教学形式上实行开放式。即将学生分成不同的学习小组，在小组中开展学习活动，各个小组按好、中、差层次合理分配，尽量全员参与，相互沟通，相互合作，共同负责，以此促进学生知识的建构。

按照最优化的教学过程必定是信息量流通的最佳过程的原理，合作学习无疑是一种极佳的教学方式，它能使学生互相启发、互相帮助，对不同智力水平、思维方式、认知风格的学生实现“互补”，达到共同提高，让学生的认知结构得到进一步升华。但如果运用不当，合作学习的这些作用就无法发挥。因此，领会合作学习的精髓，正确运用合作学习的方法，应当成为教师关注的重点。

为提高合作学习的有效性，我们必须做到如下几点：

（1）准确掌握合作学习的规则。教师应根据学习任务的性质采用相应的策略：或先明确分工再合作，使每个成员都可以发挥自己的特长，既快又好地完成任务；或先独立思考，再分别说出自己的想法，最后形成集体的意见。

（2）精心选择合作学习的内容　。选择的内容要考虑学生之间可能会有不同的认识，有不同的发现等等，这些内容往往是教学的重点或难点，是学生靠个体自主学习很难解决的。这样，才能把学生的差异变成一种教学资源，学生才会积极参与合作学习，才会收到相互启发的功效。

（3）加强对合作学习的指导。课堂上，教师要真正关注学生。小组合作学习时，教师不能袖手旁观，而要深入到小组中去，了解他们合作的效果、讨论的焦点、思考的疑难点。教师还应考虑学生需要什么，如何去引导他们，从而灵活地组织安排下一个活动。

3、加强科学探究，重构学生的认知结构

以探究的方式学习物理是当前物理教学的发展趋势。在物理教学改革中，有许多人担心强调科学探究会影响学生掌握物理知识。用科学探究的思想指导物理教学不是忽视物理知识的学习，而是注重了学生对物理知识的自主建构过程，科学探究与知识的建构是在同一过程中发生的。建构知识与传授知识的本质区别在于：传授是自上而下的，知识的来源是教师和教材，接受者是学生。而建构则是自下而上的，学生的头脑本来就不是一张白纸，他们对于物理现象和问题存在着大量的前概念和特殊的认识和思维方式，这些原有认识只有在科学探究的过程中经过冲突和挑战才可能真正转变，科学的观念和思维方式才能真正建立起来。国内外物理教育的大量研究结果表明，学生学习科学知识的过程是在原有认识的基础上自主建构知识的过程，学生的原有认识和在探究过程中产生的认知冲突在物理知识的建构过程中起着十分重要的作用。

4、借助现代教育技术手段，优化学生的认知结构

学生的学习过程就是把学习内容同化到已有的认知结构中去，或改组自己原有的认知结构，形成新的认知结构的过程，这也是两种结构实现统一的过程。学生的认知结构直接关系到掌握新知识的质量，最初的认知结构如果不适当，就会成为进一步学习的障碍。比如，学生在学习新知识前，他的头脑中已有了一种简单的认识，形成了一定的概念，我们称之为“日常概念”。有时候，日常概念与科学概念不一致，或者不完全一致，这对于学生掌握科学概念，就造成了困难。这是由于大脑的先入为主、动力定型的惰性特点所造成。因此，教师必须把科学的学习方法教给学生，帮助他们形成合理的认知结构。同时，教师还要善于运用电教手段反馈信息及时、准确的特点，帮助他们改正已有不科学的认识结构。为了使学生的认知结构不断获得改进，教师还应通过各种方式引导他们习惯于对自己的认知活动进行分析，不断调整自己的认知结构。

利用现代媒体创设物理情景激发学生兴趣：物理学是一门深奥抽象而又充满逻辑推理的自然科学，因此不少学生感到物理难学，对物理课常常是望而生畏。所以，将抽象的知识形象化，激发学生学习兴趣，是提高物理教学的关键。我们在教学中应用多媒体的声、光、色、形、像、动画等功能，创设物理情景，将抽象的物理概念转化为形象生动的物理画面，激发了学生学习物理的兴趣。如超重失重现象中宇航员的完全失重的模拟，有效地帮助学生总结出超重失重的条件；天体运动的模拟及动态分析，使学生更好地理解万有引力定律及应用；α粒子散射及核裂变的模拟，将微观世界抽象的规律形象而生动地展示给学生；左手定则中，通电导线在磁场中所受作用力的方向跟磁场方向及电流方向之间的关系，通过多媒体动态展示出来，使学生很容易建立三个物理量空间的立体关系。因此，通过软件模拟，可以将教材上抽象静止的画面变成栩栩如生的动态情景，降低了物理学习难度，激发了学生的学习兴趣。

在物理教学过程中，教师要善于运用现代化教育手段引导学生不断改进自己原有的认知结构，使之更加合理、完善。

如何更好地构建高中物理学生认知结构，值得我们在今后的教学实践中不断地进行探究和研究。