認知理論在初中科學教學設計中的策略探究

（蕭山區回瀾初級中學，浙江 杭州 311200）

一、研究緣起

很多師都會遇到相同的困惑，特別是復習階段，老師們經常抱怨：這些學生太不用心了！這個題目剛剛前幾天講過，今天再做，還是錯了！為什么老師講過的題目錯誤率還是很高呢？真的全是學生不用心引起的？通過調查，其實每個學生心里都想取得好成績，每位同學都努力過，只是在學習過程中，不同同學的認知水平不同，對所學知識的掌握程度也不同。筆者由此想探究如何從學生的認知角度去解決這些問題，從而提高學生的學習效率。

通過長期的實踐和觀察，發現學生認知偏差產生的原因有以下幾個方面：

（一）認知結構的可利用性、可辨別性、穩定性對知識遷移的影響

認知結構的可利用性是指面對新知識的學習時，學習者原有的認知結構中是否具有用來同化新知識的適當觀念。這一特征涉及學生面對新學習任務時，他頭腦中是否有與新的學習相關的概念及其概括程度，原有相關概念概括程度越高，包容范圍越大，遷移能力就越強。

（二）學生之間思維的發展水平有差異

認知是通過思維活動獲取知識。初中學生的抽象邏輯思維在很大程度上還屬于經驗型，從初二開始，學生的抽象邏輯思維開始從“經驗型”向“理論性”轉化。不同學生思維能力的發展是不同的。因而學生的理解分析能力也會出現較大差距。

（三）知識掌握不扎實，理解不透徹、各知識點之間不能建立聯系

萬丈高樓平地起，構建一個學科的知識體系，就好比是建設一座大樓一樣要建得足夠高大、穩固，就要靠基礎知識的沉積。基礎知識就是核心知識，所有外圍知識都是建立在扎實的基礎知識之上，因此，有些學生由于某些原因導致基礎知識不踏實，再怎么大量做題也無法提高。

（四）較強的邏輯思維能力形成困難

邏輯思維是在感性認識的基礎上運用概念判斷、推理等形式對客觀世界的間接的、概括的放映過程，是科學思維的一種最普遍、最基本的類型。目前班中學生具備較強邏輯思維的人數約占四分之一，所以在分析較難題目時，只有10 來個同學能跟上思路，其余30 多個同學在云里霧里，做無效學習。看來教師除了教授知識外還要提高學生的邏輯思維能力。

二、研究策略

（一）做好鋪墊，推動知識的感悟

奧蘇伯爾通過設計組織者來改變被試的認知結構變量，提高原有認知結構的可利用性、可辨別性和穩定性，促進新的學習和保持。所謂“組織者”就是在有意義的學習中，在呈現正式學習材料之前，先提供一些引導性材料。

案例1： 教師在教初中生物部分知識的時候，往往認為生物知識相對簡單，只要記記背背就行，上課講授也會相對快一點。有一次在向學生介紹整冊書本概要時，講到初三生物也有一定難度時，同學們喊道：生物真是太難了！初一初二上生物就覺得難！唯有家里做苗木生意的孩子一臉淡定。當時覺得很意外，從教20 多年，第一次聽到這么多學生在喊生物難，要知道在以前因為生物簡單，所以很多生物內容都放在初一上完。后來經過分析，學生說難也不是沒有原因的，第一，這批孩子年幼時剛好經歷“大拆遷”，學校周邊的農村早已不存在，學生的活動范圍大多局限于室內。第二，家長對孩子的學習關心程度近幾年空前重視，早早把孩子送進培訓班學習，擠壓了孩子家務勞動時間和接觸大自然的時間。因而造成大多數學生“五谷不分”、對動植物的認識少之又少。所以教師在教授動植物知識時，學生對概念的理解全憑想象，如空中樓閣，增加了難度。

案例1 分析：這種情況，首先教師要了解學生所處的環境正在發生明顯的改變，學生的認知結構也發生改變，大多數學生對生物的認知基本上來自書本，與事實相比還是有較大的區別，因而教師的教學方法也要隨之改變，教師可以充分利用校園環境，帶領學生觀察動植物，有條件的學校可以開辟一塊土地，指導學生進行種植，也可以將課堂教學場地延伸到校外，加強家校合作，布置課外作業讓學生雙休日進行菜市場觀察，購買種子、魚、豬心進行實驗。無法就地取材的可找一些圖片、視屏進行觀看。加深學生對生物的感性認識。通過一段時間的實踐，同學們對生物的學習熱情空前高漲，能對周邊動植物進行有意識的觀察，對生物知識可以不用死記硬背了就可以掌握了。

引導性材料選取原則：

1.要立足學生的生活經驗

2.要符合學生的認知特點

3.要突出科學本質

筆者根據研究需要，總結了如下引導性材料：

（二）破舊立新，建立新的認知

學生原有認知結構建立錯誤或模糊不清，知識的遷移能力也會受到影響。要改變學生原有的認知結構，需要回歸教材，注重基礎。

案例1：質量為0.4 千克的木塊放在水平面上，求木塊重為多少？ 在做這一類題目時，有一部分同學在較長時間里習慣會答G=0.4 千克，較難扭轉過來，究其原因，是由于從小受到日常生活用語的影響，把重力和質量混為一談。

案例2 分析：由于受日常生活的根深蒂固的熏陶，同學們對于“重力”和“質量”的概念區分不清，混為一談的現象，教師可引入“老板，這條魚重幾斤？”這句話，讓同學們利用剛學的重力知識找找這句話對錯。這樣就會引起學生強力的認知沖突，激起學生的好奇心，然后教師開始講重力和質量的區別，扭轉學生的錯誤認知，同時通過反復訓練形成新的認知。通過幾天訓練，絕大多數同學能區分質量和重力概念，建立了新的認知。

案例3：如圖甲所示，小球從某高度處靜止下落到豎直放置的輕彈簧上并壓縮彈簧。從小球剛接觸到彈簧到將彈簧壓縮最短的過程中，得到小球的速度v 和彈簧被壓縮的長度△l 之間的關系，如圖乙所示，其中b 為曲線最高點。不計空氣阻力，彈簧在整個過程中始終發生彈性形變，則小球

A.到的彈力始終不變 B.運動過程動能一直增大

C.運動過程機械能不變 D.在b 點時重力等于彈力

在對小球進行受力分析過程中，有學生提出除了重力和支持力外，還應該有一個沖擊力，問他為什么說有這個力，他也只能說感覺有一個這樣的力。兒童在他們自身經驗的基礎上，形成了對世界的理解并形成了自己的理論。這種認知含糊不清，導致學習新知識的負遷移。

案例3 分析：提出“沖擊力”的是一個小男生，他或許受平時玩耍時的影響，認為運動的物體能撞擊其他物體，產生一個沖擊力。因而在分析小球受力情況時，自然而然提出了“沖擊力”。要扭轉他的這種認知，需要幫組他建立新的認知。我們首先要從力的概念開始給他梳理：1.力是物體對物體的作用。2.力的作用是相互的。小球壓彈簧時，男生認為的“沖擊力”實際上就是小球對彈簧的壓力，這個力的受力物體是彈簧，而不是小球。根據力的作用是相互的，彈簧對小球有一個向上彈力，所以這個沖擊力是不存在的。這樣從概念出發給他分析講解之后，扭轉了他的錯誤認識，建立了新的認知。如果教師不關注學生已有的概念，并為他們提供更有效的機會去更正他們原本的錯誤概念，而只是習慣于告訴學生正確的概念，就會導致學生對科學概念的不理解。

（三）面向全體學生，夯實基礎，逐步提升

在初中階段，有些學生發育較早，理解能力強，有些學生發育較遲，理解能力也相對弱一點。我們可以發現學生無論身體還是理解能力，從初一到初三都會發生巨大的轉變，因此，教師在教學過程中也要適當等等這些遲到的孩子。

案例5：上課時，同學們在教師的引導下能順利完成任務。但在獨立完成相似題目時，有不少同學會覺得無從下手。在一次監考收卷時，一位同學大喊：這種計算題我考試前背得滾瓜爛熟，偏偏這個題目數據換了一下，我又不會了。當時我很震驚，計算題居然有人在背！由此可見，在我們老師看來簡單的題目，為什么有一部分同學怎么也學不會，原來他們沒有形成科學的思維方法，只記住了一些公式，不會分析。

案例5 分析：這類學生屬于成績較差的同學這一類群，沒有較強的科學思維能力，在新課教學的時候，要特別強調做好預習作業，教師在上新課時要注意要照顧這一類同學，由淺入深，創設有意義的情境，精心設計問題，引導學生去觀察，去思考，去質疑。新課的作業講評也要特別仔細，相似題型能舉一反三，使這一類學生能在理解的基礎上進行思考，形成基本的思考能力，同時建立互助小組，使成績好的同學能力得到提高，弱勢同學不掉隊。

案例6：在上九上化學時，發現幾個本來成績很好的男同學，第一章內容上完后，成績直線下降，由于學習態度導致知識點掌握不踏實，化學式和化學方程式不能熟練掌握，導致很多題目不會分析。在教學中，特別是上化學這一塊知識時，由于知識點理解不是很難，有個別成績平時還不錯的同學，會掉以輕心，要做的筆記，要記得筆記沒有踏實完成，導致這些同學一段時間學習成績下降明顯，因而教學設計要盡量多的偏向中等同學，增加一些概念理解和記憶的訓練，由淺入深，從而達到水漲船高這種境界。

案例6 分析：識點掌握不踏實、理解不透、知識點之間不能建立聯系往往會使學生產生是似而非的情況，特別在中考時，題目內容比較綜合的情況下，選擇題失分會教嚴重。教師上課時都要重視實驗過程，讓同學們知道為什么要做這個實驗，從事物本質著手，把各個變量之間關系分析清楚，使學生知道事情的來龍去脈，最后通過記憶、對比法、核心概念變式化、一題多解、制造疑難等多種形式的強化訓練來加深學生對這一知識的理解深度。

（四）從形象思維向抽象思維轉變

學生抽象思維能力較弱，思維的進行需要具體經驗來支撐。教師在上課過程中，要借助于模型、實驗、或具體數字來幫助學生理解所學知識，引導學生在理解的基礎上向“理論型”轉變。

案例7：在做復習階段題目：有一塊冰浮在一杯濃鹽水中，（冰的密度為0.9103千克／米3）濃鹽水的密度為1.5103 千克／米3）。當冰全部熔化后，鹽水的密度和液面將（ ）

A.密度變大，液面下降 B.密度不變，液面不變

C.密度變小，液面不變 D.密度變小，液面上升

因為類似的題目以前做過幾次，所以先請同學分析一下解題思路，大多數同學能說出思路：比較V 排和V 熔水，當V 排>V 熔水時，液面下降；當V 排

案例7 分析:大部分同學會采用這種方法，初三同學也一樣，用具體數值帶入題中計算，能更直觀進行比較。但教師在學生比較完之后，有意識地用符號來進行計算，逐步引導學生由“經驗型”向“理論型”轉變。

案例8：在講授物質結構這節課時，對于“分子是構成物質的一種微粒”“分子是保持物質化學性質的一種微粒”“原子是化學變化中的最小微粒”這些概念，很多同學們往往會產生較大困惑，搞得暈頭轉向，一頭霧水。

案例8 分析：教師如果只是從理論上講解分子、原子、離子的不同點，學生很難理解，如果準備不同顏色的小球，來模擬分子、原子、離子，講清楚三者的聯系與區別，使學生對這三種微粒有較清楚的認識。然后再模擬化學變化的過程，有具體的模型支撐，這樣學生就能較輕松理解這三句話的含義了。

三、成效與反思

進行此研究，筆者能時刻了解學生的認知規律，在教學過程中，教師盡量扮演引導者角色，不是主導者，盡可能及時關注學生的表現，關注不同層次的問題和不同層次的學生的認知水準，為學生搭建有效的交流平臺，釋放學生的個性思維，給他們足夠時間去思考、梳理、探究。通過一年多時間的研究實踐，發現學生在做以前講過的題目的正確率由50%左右提高到80-90﹪，同時學生舉一反三的能力也大幅提高，初三每次月考，成績都有不同層次進步。

在本課題的研究中，筆者深刻地感受到了一些成績：

（一）教學中根據對不同層次學生的認知結構認識，采用合適的教學方法，大大提升了中下學生的學習積極性，有效的抑制了學生的兩極分化。

（二）有效改善了課堂的教學氛圍，學生積極參與到課堂當中來，師生在教學中有效互動，使課堂生機勃勃，氣氛良好。

（三）學生的思維能力在不斷提升，做題正確率逐漸提高，級里形成了一支擁有較強解題能力的隊伍。

（四）同一類型題目教師不需要再三講評，學生的學習效率大大提高。

在教學中我也常常反思，教師在長時間的教學教育中，往往會養成一些不好習性：以自我為中心，對學生高高在上，不肯俯身傾聽學生的心聲，造成教學效果不佳，如果教師能不斷學習教學理論，學習一些心理學知識，站在學生角度看問題，那么，對于初中階段學生來講，最難的問題也會迎刃而解。