試論中學生物理學習的認知水平障礙及干預策略

　　摘要：在學生的物理學習中，由于認知水平發展與教材要求之間的矛盾，存在著認知障礙。物理學習的過程，也就是學生物理認知結構形成、發展和完善的過程。分析學生認知障礙產生的原因、特點，并采取相應的干預性教學策略，是當前物理教學的一項重要任務。
　　關鍵詞：認知水平；認知障礙；干預策略
　　
　　筆者認為，學生的物理學習，存在著各種各樣的學習障礙，如思維障礙、情感障礙等。本文試對學生物理學習的認知水平障礙產生的原因、特點及消除障礙的教學策略，從教學角度闡述筆者的實踐和認識。
　　一、學生認知水平發展的特點
　　根據皮亞杰的“發展認識論”，可以把人的認知水平分為4個層次。0歲～2歲，感知運算階段（發展最佳期）；2歲～7歲，前運算階段（發展最佳期）；7歲～12歲，具體運算階段（發展最佳期）；12歲～18歲，形式運算階段（發展最佳期）。具體運算階段：一般還離不開具體事物的支持，運算還要依靠物體、實物和能觀察到的實際事物來進行，不能依靠詞語、假設來進行。只要問題是具體的而非抽象的，兒童可以完成相當復雜的運算。形式運算階段：學生的思維能夠擺脫具體事物的束縛，能夠運用假設、演繹、推理來進行思考。事實上，在我國，通過抽樣調查發現，初高中學生，絕大多數還處于具體運算階段，部分初中學生還處于前運算階段，只有13.2%的初中生、15%的高中生的認知水平處在形式運算階段。而我們現行的中學物理教材，從初中三年級的磁場、電磁感應開始，就要求能運用形式運算階段的認知水平進行認知活動，高中物理教材，基本上要求達到形式運算階段的水平。這就造成了一個十分嚴峻的問題，學生較低的認知水平與教學高要求之間存在著矛盾。
　　例如：在學習了浮力的相關知識后問初中生：把同一木棒，分別浸入水和油中，哪一種情況木棒所受的浮力大（如圖1）？相當多的學生會認為F油＜F水。這樣的學生，認知水平還處于前運算階段。如問高中學生：“如圖2有P、Q兩小球在光滑的AB和CD導軌上運動，初速度V0相等，誰選到達終點？”很多學生會說沿AB軌道的P球先到達B點。問其原因，說：“P、Q速度相等，CD比AB路程長，所需要的時間長。所以P比Q先到。”這說明他還不具備形式運算的能力。
　　據報道，1994年美國有個教育考察團到北京來進行文化交流，到了北京某重點中學。一開始，由該中學的老師命題，對10名優秀學生進行物理測驗，成績較好，令老外們驚嘆不已。于是，其中有個美國學者當堂給學生出了幾個比較簡單的物理題，每題給出了10個已知條件，其中只有4～5個在解題過程中有用，其余為多余條件，結果沒有一個學生能解完所有的題。這說明什么呢？一方面固然是由于我們的學生學習過程中已造成一種思維定式：“題目中的所有已知條件都是有用的，已知不用全，是不能解題的”；另一方面，在于我們平時的解題訓練，實質上解題的模型已經在題設條件中加以框定，學生只要把已知條件往固有的公式、規律上套，就能進行，而學生自己并不能獨立地運用形式運算的手段，建立合理的物理模型。
　　二、解決學生認識水平與教學要求間矛盾的教學策略——因材施教
　　學生認知水平低于教材的要求，造成學生物理學習的另一類結構性障礙。物理教學中，我們不能“削足適履”（降低要求），也不能“揠苗助長”，只能充分運用“因材施教”的教學策略。具體地說，物理教學思想必須堅持以實驗為基礎，以各種教學媒體的綜合運用為手段，激發學生的興趣，引導學生自主學習，學會學習，從而達到促進學生認知水平發展的教育目標。
　　（1）以實驗為基礎。成功的課堂教學，總是在鮮明生動的問題情景中展開的。物理實驗，總是會通過其生動有趣的物理過程、奇異美妙的實驗現象，深刻豐富的物理思想，展示其誘人的特殊魅力，從而引發學生追求知識，探索自然奧秘的學習動機，并促進學生的認知水平的發展。新課程中學物理教材（人教版），共安排有二百多個演示實驗和15個學生實驗，它們在整個中學物理教學中充當著極其重要，又具獨特功能的角色。要讓學生清楚地認識物理現象的本質，掌握物理變化的規律，學會物理研究的方法，我們在運用實驗手段時，要抓住三個環節：一是利用實驗，展示問題情景，激發學生的學習興趣，讓學生熱愛學習；二是教學過程中要有豐富的信息，如穿插學生隨堂小實驗，讓學生高效率地獲取知識；三是教學活動應調動學生多種感官參與學習，讓學生主動學習，學會學習。例如：《光的衍射》一節的教學，我們是通過展示問題情景、設計實驗方案、學生隨堂實驗并觀察單縫衍射演示、總結歸納、延伸拓展知識結構這樣一個系列展開的。
　　（2）要充分利用多媒體“輔助”教學。多媒體輔助物理課堂教學的優點，是眾所周知的。筆者認為，我們要充分利用它的長處，把自然世界中，或實驗過程中許多變化萬千、稍縱即逝的現象，通過它“再現”或“定格”在學生的視野中。如“平拋運動”的過程，我們可以在做完演示實驗后，再通過多媒體動畫演示，把它變化過程的細節、豎直方向和水平方向的分運動與自由落體，與勻速直線運動進行比較，使學生在頭腦中形成真實、清晰的表象。這對學生掌握知識，發展認知水平是大有裨益的。通過實驗、板書、錄音、錄像、掛圖、幻燈等多種教學媒體的有機組合，對學生了解物理現象，發展思維水平，提高科學素養，都是十分有益的。我們在教學活動中，必須認真地加以研究。
　　（3）發展學生抽象概括思維能力。要解決學生認知水平和教學要求之間的矛盾，從根本上講，要發展學生的認知水平。學生認知水平發展的重要途徑之一，是抽象、概括思維能力的發展。抽象是通過分析綜合，把事物的一般的本質的屬性抽出來而舍棄非本質的屬性和特征的一種思維過程。概括是通過分析綜合把事物的一般的本質的屬性聯合起來并推廣到同一類事物上去的過程。抽象和概括是相輔相成、相互依存的。列寧說過：“認識是人們對自然界的反映，但并不是簡單的、直接的、完全的反映，而是一系列的抽象過程，即概念、規律等等的構成、形成的過程……”這里所說的“一系列抽象”過程就是用比較、分類、類比、歸納和演繹、分析和綜合等抽象概括思維的方法，對硬性材料進行“去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里”的整理加工，將非本質的東西摒棄掉，從而把握其本質屬性的過程。在物理教學中，我們也應該根據人類認識自然規律的認識規律，通過一定的程序，完成我們的教學，從而促進學生思維水平的發展和提高。
　　例如，在《電磁感應》一節的教學中，筆者先通過演示一些生動的實驗，讓學生充分感知到電磁感應的現象及變化過程，這時，電磁感應在學生的認識中是“感性的具體”。然后，我們分別研究通電、斷電，磁鐵的插入、拔出，滑線變阻器滑動觸頭的左右移動，使學生認識上升為“抽象的規定”。同時，“抽象的規定”只是分別反映了電磁感應現象的某個側面，但都沒有全面深刻地反映電磁感應現象的本質聯系。教學中再通過科學的概括，幫助學生認識到本質規律是：穿過閉合線圈的磁通量增加或減少時，即磁通量發生變化時，在回路中會產生感應電流。由此，學生對電磁感應的認識才逐步升華，形成“思維中的具體”。教學過程中具體與抽象相統一，在科學的抽象概括活動中，使學生掌握認識事物的發展變化的規律，對學生形成學科的學習方法和抽象概括思維能力的提高具有良好的促進作用。
　　總之，中學生物理學習能否成功，在很大程度上取決于我們能否成功地幫助學生徹底地清除他們學習中的認知障礙。當然，中學生物理學習的障礙，除了本文所講的認知障礙外，還有思維性障礙、情感性障礙，本文所述，僅是冰山一隅而已。
　　（磐安縣第二中學）