基于認知的建構與整合的高中物理教學路徑

張家琪

【摘 要】建構主義學習觀認為學習是在個體與某個學習環境的相互作用中，認知結構形成、改造和精致的過程。學習的結果，不只是對某種刺激作出特定反應，更是頭腦中認知結構的構建。本文從規律教學和問題解決教學兩個方面，以高中特級教師的教學片段為樣本，探討物理教學中知識的認知結構是如何建構并發展完善的，以期打造釋放學生潛能的高校物理課堂。

【關鍵詞】認知結構；物理教學；建構主義

建構主義學習理論認為，學習是在個體與環境的相互作用中，認知結構形成、改造和精致的過程。在物理教學實踐中，讓學生在自主探究、規律總結、問題解決的過程中，構建物理知識的基本框架，形成關聯貫通的知識網絡，是認知結構理論視角下高效學習的路徑。實現這一路徑就需要教師關注學生學習過程中認知的建構與整合，實現“點石成金”。

一、在認知建構與整合中促學生“循規蹈矩”

物理規律反映物理現象發生、變化的本質屬性。做一個“循規蹈矩”的物理學習者，是發展物理規律的科學認知，掌握探究事物本質方法的應有之義。促進學生“循規蹈矩”，需要教師科學、合理地幫助學生進行獨立自主的認知建構。

認知的建構與整合需要選取適當的樣例。南京金陵中學朱建廉老師《法拉第電磁感應定律》的教學設計就巧妙選取樣例，問題創設“相同”之中有“不同”，“不同”之中有“相同”，讓學生在探究中破解電磁感應定律的“潘多拉密碼”。

1.針對兩個實例，準確表述感應現象的產生條件

問題1：圖1和2的裝置中，怎樣操作可以產生感應電流使電流表指針偏轉？

問題2：在圖1和2兩例中，引起電磁感應的原因是否相同？

2.針對“動生感應”研究，導出動生電動勢的表達式

問題3：動生電動勢應如何表達？

3.針對“感生感應”研究，通過探究性活動完成定律的建構

問題4：既然“感生感應”是由“磁通量變化”所致，那么“感生電動勢”就應與“磁通量變化情況”有關。大家同意這一判斷嗎？

問題5：“磁通量變化情況”通常指什么情況？

問題6：你覺得感生電動勢是與磁通量變化相關還是與變化的快慢相關？

問題7：感生電動勢與磁通量變化快慢間存在怎樣的關系？

問題8：能給出“感生電動勢與磁通量變化率成正比”的證明嗎？

這兩個樣例都是由“動”產生感應電流，但一個是導線切割磁感線產生的感應電動勢，一個是磁感應強度變化產生的感應電動勢。由此得出，因“動”而生的稱作“動生感應”；因“變”而生的稱作“感生感應”。其實細細追究，這兩種電動勢的產生都是由于磁通量發生了變化。

百顆千顆的珍珠即使再美麗，如果沒有用線串起來，那也只是散落、零亂的，用線穿成串才能成為完整美麗的項鏈。朱老師通過對這兩個樣例的辨析，以一連串的問題組織起教學，用層層深入的問題啟發學生主動探究，有效完成了對法拉第電磁感應定律的認知建構。

二、在認知建構與整合中促學生“清源正本”

清源正本、解決實際問題是學習科學知識的最終目的和歸宿。認知結構理論更需要關注實際問題的解決，促學生“清源正本”。為此，教師應在教學時，利用認知結構理論幫助學生高效地建立解決問題的根本方法，提高學生解決物理問題的能力。

金陵中學陳連余老師《恒定電流》習題課中，就為問題解決中實現認知建構與整合提供了范式：

如圖3，一根表面均勻鍍有發熱電阻膜的陶瓷管，兩端有導電箍MN，長度L=50cm，直徑D=10cm，膜層電阻率已知。現給米尺、電壓表、電流表、電源、滑動變阻器、電鍵和若干導線，請設計一個測定膜層厚度的實驗方案。

（1）實驗中你要測的物理量是______；

（2）計算膜層厚度的公式：__________。

答案：因膜層太薄無法直接測量，所以只能間接測量。運用伏安法可測出膜層電阻R=U/I。由電阻定律就可算出膜層的橫截面積S。將膜層沿MN方向展開，得到圖4所示長方體，其橫截面積與膜層的S等效。由此得出膜層厚度d=。

學生：老師，您怎么想到這樣去求解的呢？（教師答不上來）

在上面的教學片段中，教師給出的是專家型解法，即一開始就辯認出這題是在伏安法的基礎上，利用幾何知識求導電部分的橫截面積的類型。以膜層面積為切入口，便可流暢自然、一氣呵成地完成解題。但學生未曾見過這類題型，也不具備學科專家解決問題的思維方式。教師把這樣的解答過程講給學生聽，很可能只是讓學生抄了一遍標準答案而已。

真正符合學生認知發展的教學應更多地關注學生遇到問題的思考過程，關注學生的解題思路。教師需要做的就是去蕪存菁，肯定學生解題思路中正確的部分，糾正錯誤的環節，并適當在訓練中引導他們形成專家型解題思路。課上，陳老師通過與學生互動，得出修正后的解答過程：……算出膜層的橫截面積S，設膜層內、外環半徑分別為R和r，則膜層的橫截面積S=πR-πr=π（R+r）（R-r）=π（R+r）d，因為膜層很薄，R和r非常接近，所以S≈2πRd=πDd。

修正后，教師從最淺顯的如何算電阻層的橫截面積出發，列出算式，一步步利用數學方法化簡、求值，最終得到這部分面積相當于把這一層膜沿管長剖開后近似長方體的橫截面積。這樣學生就在建構解題認知模式中做到了“正本清源”，也能舉一反三、觸類旁通。

不論是物理規律教學還是問題解決教學，教師都要順應學生認知發展的規律，把握學生的前認知特點與共性，尋找認知突破口，打破平衡之后重建平衡，讓學生在不知不覺中完成了認知建構的心理過程。

【參考文獻】

[1]來自南京市金陵中學物理特級教師朱建廉的.《法拉第電磁感應定律》.教學設計

[2]來自南京市金陵中學物理特級教師陳連余的.《恒定電流》.習題課

[3]張春興.教育心理學[M].杭州：浙江教育出版社，1998.213-214

[4]顧康清.論物理認知結構及其教學構建[J].中學物理教學參考，2003，06：2-4

[5]胡林峰.合理搭建教學支架 化解物理認知困難[J].中學物理教學參考，2016，14：7

[6]郟宣連.論物理學習中認知建構的一般過程[J].中學物理教學參考，2008，06：6-9endprint