布魯納認知結構理論對高中物理常見力教學的啟示①

羅軍兵

(1. 西南大學科學教育研究中心,重慶　400715；2. 安順學院教育科學學院,貴州　安順　561000)

?

布魯納認知結構理論對高中物理常見力教學的啟示①

羅軍兵1,2

(1. 西南大學科學教育研究中心,重慶400715；2. 安順學院教育科學學院,貴州安順561000)

三種常見力的教學是高中物理教學的基礎,其中包含著紛繁復雜的知識點,往往給教師的“教”和學生的“學”都帶來了很大的困擾.布魯納的認知結構理論強調(diào)教學要讓學生積極、主動地去掌握學科的基本結構,這種結構具有整體性、聯(lián)系性、層次性等特性,教師在三種常見力的教學中應體現(xiàn)這些特性.

布魯納;認知結構理論;高中物理;三種常見力

布魯納認知結構理論認為人們同周圍環(huán)境的所有相互作用，都涉及與現(xiàn)有類別相關的刺激,據(jù)此構成編碼系統(tǒng),形成了人的內(nèi)在認知結構.如果輸入刺激與人們已有的類別全然無關,它們是很難被加工的.學生的學習就是不斷地對信息進行分類和組合,輸入到已有的認知結構中,使他們的認知結構不斷地形成和改變.由此可見,理解學科結構、知識結構對學生的學習特別重要,布魯納強調(diào)“不論我們教什么學科,務必使學生理解各門學科的基本結構”.任何一門學科都由一系列的知識碎片組成,要使學生對信息進行積極的加工,使其與已有的認知結構發(fā)生聯(lián)系,而不是成為被動的知識接受者,教師必須幫助、指導學生對學科的知識結構進行理解加工,而不是照本宣科,我國新課程改革也強調(diào)課程實施過程中教師主動性、能動性的發(fā)揮.重力、彈力、摩擦力這三種力是高中物理最常見的三種力,對它們的教學是高中物理力學模塊教學的基礎,也對高中物理其它模塊的教學有重要影響.因此,學生剛進入高中階段就要進行這三種常見力的學習,而這三種常見力涉及的知識點數(shù)量繁多,教師在進行教學時,需要幫助、指導學生對其進行理解、加工,構建相應的認知結構,從而實現(xiàn)有效教學.

1　三種常見力的教學應體現(xiàn)整體性

布魯納認知結構理論所強調(diào)的要理解、掌握學科基本結構,不是各知識點、單元的簡單的堆積,而是一個具有復雜結構的系統(tǒng).這個系統(tǒng)由若干個大系統(tǒng)和小系統(tǒng)組成,這里的大系統(tǒng)和小系統(tǒng)都是相對的,如就高中物理學科的所有教學內(nèi)容而言,它是一個大系統(tǒng),力學部分的教學內(nèi)容就是一個小系統(tǒng),而相對于力學中的某一模塊教學內(nèi)容,力學部分的教學內(nèi)容則變成大系統(tǒng),不管是大系統(tǒng)還是小系統(tǒng)都是具有一定結構的,都具有整體性.三種常見的力作為高中物理力學中的一個小系統(tǒng),也有其特定的結構,也具有整體性,因此對三種常見力的教學必須從整體上考慮,進行整體教學.

一方面,要對三種常見力的教學內(nèi)容進行理解、分析,把握其整體知識結構.三種常見力的教學內(nèi)容在高中物理教材中是分三節(jié)內(nèi)容，按重力、彈力、摩擦力的順序呈現(xiàn)的,是符合教材體系結構的,有其合理的一面.但在實際教學中教師如果將這三種常見力的教學內(nèi)容放在一起去理解、分析,會發(fā)現(xiàn)他們有共同的結構體系,如三種常見力的

教學內(nèi)容都可按照概念、產(chǎn)生條件和力的三要素等主線遞進展開,如圖1所示是以彈力為例，按照三條主線展現(xiàn)的教學內(nèi)容.

圖1

對三種常見力的教學要從整體上進行設計，如課時上如何進行協(xié)調(diào)分配？各維度、各層次教學目標如何整體設定,是直線遞進式還是螺旋上升式設定？教學內(nèi)容如何整體處理得詳略得當,互補鞏固加深？教學過程如何在整體上前后照應、高效開展？總之,只有將三種常見力作為整體進行教學,才能合理處理教學內(nèi)容,實現(xiàn)教學目標.

2　三種常見力的教學應體現(xiàn)相互聯(lián)系性

布魯納的認知結構理論所強調(diào)的學科基本結構中的各個結構、要素不是相互孤立的,而是相互聯(lián)系的.如在三種常見力的知識結構體系中,不僅在各個小結構內(nèi)部各要素之間存在相互聯(lián)系，在如圖1展示的彈力小結構中,三條主線之間并不是相互獨立的:彈力的產(chǎn)生條件可由彈力的概念引出、三要素與產(chǎn)生條件又是密切相關等等,而且各個小結構之間也存在著緊密聯(lián)系，如物體間存在彈力是產(chǎn)生摩擦力的必要條件,在一定條件下彈力大小可以等于物體的重力等等,也就是說它們之間形成了縱橫交錯、彼此緊密聯(lián)系的網(wǎng)狀知識結構.而在教學實踐中,教師往往將知識點從學科知識結構、單元中分離出來,呈現(xiàn)割裂狀態(tài)、點狀分布,使其從學科知識結構體系中孤立出來,也失去了與結構體系中其他知識的聯(lián)系,這就使學生感到知識的雜亂無序,不利于學生相關的認知結構的建構.

三種常見力的教學涉及多方面的聯(lián)系,如教學內(nèi)容與學生生活的聯(lián)系、三種常見力知識與相關學科知識的聯(lián)系等,而三種常見力的各知識點之間的聯(lián)系也是教學過程中要處理好的重要方面.三種常見力的各知識點之間的聯(lián)系不僅包括重力、彈力、摩擦力等各小結構內(nèi)的知識教學聯(lián)系,也包括各小結構彼此之間的教學聯(lián)系,這種教學聯(lián)系可通過分化與集中、承前與啟后、綜合與貫通等方式進行.如在進行三種常見力的教學時,教師需要指導、幫助學生對重力、彈力、摩擦力的知識進行分析、歸納,尋找各知識之間的聯(lián)系與區(qū)別,對其進行歸類,進而構建具有內(nèi)在邏輯聯(lián)系的三種常見力的知識結構體系.再如,在進行摩擦力產(chǎn)生條件的教學時,要與已學過的彈力產(chǎn)生條件聯(lián)系,指出彈力和摩擦力產(chǎn)生條件的關系，在進行三種常見力的三要素教學時,要有意識地將它們放在一起，通過比較的方法進行教學.

3　三種常見力的教學應體現(xiàn)層次性

布魯納認知結構理論的學科知識結構中的各知識點、各單元并不都是在一個水平上的,而是具有層次性的.學科知識是具有內(nèi)在邏輯一致性的統(tǒng)一體,這些知識之間存在抽象性、概括性和包攝性高與低的關系,也就是存在上位知識與下位知識的關系,也正是在此基礎上,奧蘇貝爾在上世紀六、七十年代提出了先行組織者的概念.以物理概念為例,物理概念是物理學科知識結構體系的核心要素,它按照抽象概括程度由高到低分為學科核心概念、主題核心概念、重要概念和基礎概念等層次,這很好地說明了學科知識結構的層次性及其內(nèi)在的邏輯關系.

三種常見力的知識結構的層次性要求對三種常見力進行教學時,要將三種常見力的上位知識逐層解構,要使學生理解上位知識必須使學生掌握下位知識.如在圖1中,要講解彈力的概念,必須讓學生明白形變的知識,而要使學生明確認識形變的知識,就要讓學生理解彈性形變和非彈性形變概念,同樣要講解清楚彈性形變的概念,就要講解清楚彈性限度的概念；再如,在講解滑動摩擦力的大小計算公式Ff=μFN時,要讓學生理解Ff就要講解清楚μ和FN,即講解清楚什么是動摩擦因數(shù)、什么是正壓力,它們的大小受哪些因素影響.當然,學科知識結構的層次性并不是說一定要先講解下位知識再講解上位知識,因為一些上位知識涉及到的相關知識學生可能已經(jīng)具備,這時先講上位知識學生也可以理解.因此,先講上位知識還是先講下位知識要根據(jù)學生已有的知識經(jīng)驗與待講解的知識本身特點而定,如圖1中,對形變概念進行講解時,就不必要先講解彈性形變、非彈性形變概念,因為理解形變概念所需的形狀和體積這些相關知識已經(jīng)具備.但是,根據(jù)學科知識結構的層次性要求,教學中要使學生全面、深入地理解上位知識,必須先讓學生理解、掌握下位知識.

4　三種常見力的教學應體現(xiàn)參與性

布魯納的認知結構理論指出學生對學科基本結構的理解、對認知機構系統(tǒng)的構建不是外在強加的,而是要學生主動對信息進行理解、加工、建構的,需要學生全面參與到教學過程中來.為此,布魯納提出發(fā)現(xiàn)學習,他強調(diào)教學要注重學習的過程,而不僅僅是學習的結果,我們教一門學科,不是要建造一個活著的小型藏書館,而是要讓學生自己去思考,參與知識獲得的全過程.

在進行三種常見力的教學時,教師同樣需要使學生積極、主動地參與到教學過程中來,并通過指導、幫助學生使其對三種常見力的知識進行分化、提煉與概括,理解三種常見力的知識結構,并通過學生的自組織活動將三種常見力的知識納入到學生自身的認知結構中.這就需要在進行三種常見力的教學時,一方面,教師要采用自主學習、合作學習、探究學習等方式,給學生創(chuàng)造一種學生能夠獨立探究的情境,而不是給學生提供三種常見力的現(xiàn)成知識.如讓學生自己去體驗感受重力大小及方向、彈力與摩擦力的產(chǎn)生,通過學生的自主探究活動,可以使學生在行為、思維及情感等各方面全面參與到教學過程中來.另一方面,要調(diào)動學生學習三種常見力的內(nèi)部動機,使學生積極、主動地參與到教學過程中來.內(nèi)部動機是促進人的行為的內(nèi)部動力,要使學生積極、主動地參與到教學過程中,教師必須要激發(fā)學生的內(nèi)部動機.布魯納也特別強調(diào)學生內(nèi)部動機的形成,他的發(fā)現(xiàn)教學法就有利于激勵學生的好奇心,促進學生內(nèi)部動機的形成.在進行三種常見力的教學時,除了教學方式上要有利于激起學生的好奇心外,也要將三種常見力的教學內(nèi)容與學生的生活實際緊密聯(lián)系,來激發(fā)學生的好奇心、求知欲,進而激發(fā)學生學習三種常見力的內(nèi)部動機.如將三種常見力的教學內(nèi)容與重力的方向豎直向下在建筑上的應用、射箭時弓弦的形變對箭的彈力影響、摩擦力的存在對我們走路和拿起重物的作用等日常生活常見的一些現(xiàn)象密切聯(lián)系在一起,可以使學生感到常見力的教學內(nèi)容是熟悉的、有用的,進而引起學生學習的興趣,激起他們的好奇心、求知欲,使學生能夠積極、主動地參與教學過程.

5　結語

總之,教師從整體性、聯(lián)系性、層次性和學生的參與性等方面來處理三種常見力的教學問題,可以使學生更好地理解、掌握三種常見力的知識結構,進而使三種常見力的知識更容易理解掌握,也有利于對常見力的記憶保持、學習遷移，能夠縮小其中“高級”知識和“初級”知識間的間隙.另外,強調(diào)知識結構的整體性、聯(lián)系性、層次性和學生的參與性等,也有利于培養(yǎng)學生在關聯(lián)結構、抽象擴展結構水平上去分析和解決問題的能力,即有利于培養(yǎng)學生高層次思維能力.

[1] 陳琦,劉儒德.當代教育心理學[M].北京:北京師范大學出版社,2007:161-162.

[2] 人民教育出版社，課程教材研究所,物理課程教材研究開發(fā)中心.物理1(必修)[M].北京:人民教育出版社,2010:51-59.

[3] 李政濤.當代教學設計中的整體意識和結構意識[J].教育發(fā)展研究,2006，(14).

[4] 黃慧.語文教學內(nèi)容優(yōu)化設計的基本思路[J].內(nèi)蒙古師范大學學報(教育科學版),2010，(4).

[5] 施良方.科學概念學習論[M].北京:人民教育出版社,2001:239.

[6] 張玉峰,郭玉英.層次分析:價值、變量與模型[J].物理教師,2015，(11).

①本文系2013年度重慶市人文社會科學重點研究基地重點項目“高考與高中理化生新課程的適切性研究”(項目批準號:13SKB028)的研究成果之一.