結合認知結構論設計初中物理實驗課嘗試

張艷

【摘要】美國的J.S.布魯納認為，人的認識過程是把新學得的信息和以前學習所形成的心理框架聯系起來，積極地構成他的知識的過程。一個人對世界的認識是以他構想的現實模式為基礎的。利用其認知結構論知識構建初中物理教學課堂是相當適合初中學生認知習慣的。以初中物理《串聯和并聯》為課例闡述認知結構論如何應用在日常教學中。

【關鍵詞】初中物理;認知結構論;實施方法

認知結構論（cognitive structure）是用認知結構及其組織特性解釋學習的心理機制的學習理論。所謂認知結構，就是學習者頭腦里的知識結構。個人的認知結構是在學習過程中通過同化作用，在心理上不斷擴大并改進所積累的知識而組成的，學習者的認知結構一旦建立，又成為他學習新知識的極重要的能量或因素。認知學派心理學家瑞士的J.皮亞杰、美國的J.S.布魯納都強調認知結構的重要性，他們一致認為，學習含有使新材料或新經驗結為一體這樣一個內部的知識組織機構，即認知結構。布魯納認為，人的認識過程是把新學得的信息和以前學習所形成的心理框架（或現實的模式）聯系起來，積極地構成他的知識的過程。一個人對世界的認識是以他構想的現實模式為基礎的。

基于這樣的理論基礎，教學就不是教知識，而是教知識結構。在教的過程中讓學生自己去發現、解決來激發學生的興趣。初中物理的電學內容是開發學生想象、推理、動手能力的課程。在這些課程內結合認知的結構論理論，會對學生的學習有事半功倍的效能。下面，筆者以人教版初中物理九年級全冊第十五章第3節《串聯和并聯》為例，嘗試結合認知結構論的實施方法與設計意圖。

一、教學設計思路

本課的學習對象為初中九年級的學生，他們處于感性認識階段過渡到理性認知階段。依據課程標準，筆者確定了以下教學目標：（1）知識與技能：知道什么是串聯電路、并聯電路，會畫和會連接簡單的串聯電路、并聯電路。（2）過程與方法：通過簡單電路的過渡，會連接簡單的串聯、并聯電路;通過實際電路情況，了解串、并聯電路的特點;嘗試根據已有知識、經驗按要求設計簡單的串、并聯電路。（3）情感態度與價值觀：通過教學中讓學生親自參與，更調動學生的認知科學的興趣和積極性。

因為學生學習電學時間短，作圖技能和實驗操作技能還不強。所以教學中讓學生通過動手實驗，自己得出結論是很重要，是突破難點的有效途徑，只有這樣才能讓學生更好地記住并理解串、并聯電路的特點并加以運用。

二、課前準備

需要給每兩位學生準備1低壓電源（約3V），2個不同亮度的燈泡，2開關，7根導線。由于是學生自己親身參與的實驗課，兩人一組的組合更能體現小組合作，以避免某位同學因進度跟不上的情況。

三、教學過程設計

（一）在原知識結構下，通過實際感知，引起學習興趣

【學生實驗一】用1電源、2燈泡、1開關連接電路。

學習任務：是利用學生原有電路基本構成的知識結構，第一次把電路連接起來。教學目的：這個任務又比上一節課單純只有一個電源、一個用電器、一開關，若干導線要復雜。實驗目的簡單明了，就是連接電路，把燈亮起。學生通過把燈亮起。從中獲得成功感。教師在學生實驗過程中還需留意糾正學生不好的連接手法，如，不連接開關;沒有打開開關連接電路等。通過實際操作中的問題，提醒學生注意行程良好的電路連接習慣等等。簡單的電路對于學生排除自己操作問題會更有效。若放到后面才去故障分析，就會錯過學生一步一跨越的機會。操作記憶會比分析來的更為簡單直接。這個也為故障分析打下一定的基礎。

（二）形象思維過渡抽象思維，搭建新認知識結構

【學生活動一】把連接好的電路畫出電路圖。

學習任務：學生觀察自己的實物電路連接情況，在學案上形成屬于自己連接的電路圖。教學目的：形象思維過渡抽象思維。人總是重視屬于自己的東西。當學生把屬于自己的電路畫成屬于自己的電路圖，往往比畫老師的電路成功感來的強烈許多。這個過程，估計少部分學生會有點吃力，畢竟每個學生認知水平不一樣。獨立完成后，若在加小組批改討論的環節比較好。但前提必須是獨立畫圖完成。

【學生活動二】在自己的電路圖中畫出電流方向。學習任務：發現連接串聯電路只有一條回路。發現，在探究學習過程是相當重要的環節。

【學生活動三】把其中一只燈泡擰下來，觀察另外一只燈泡情況。 學習任務：串聯電路用電器相互影響。動手，就是不斷地鞏固思維鏈條。

【學生實驗二】開關裝在哪里是否對電路有影響。把開關裝在其他位置，觀察對兩個小燈泡的影響是否有所不同。學習任務：驗證串聯電路中，開關控制所有用電器，開關位置的改變不影響它對用電器的控制作用。

以上學生兩個學案活動和一個探究性實驗教學目的為：掌握串聯電路特點：1.串聯一條回路;2.用電器相互影響;3.開關位置不影響它對用電器的控制作用。

直覺是不經過復雜智力操作的邏輯過程而直接迅速的認識事物的思維活動，它是直接觀察而不是間接認識。對于并不復雜的串聯電路不需要復雜的邏輯思維過程，學生只需要直接觀察了解就可以。快速感知，學生會感覺到構建這個知識結構并不吃力。串聯電路知識架構結實，才能知識遷移學習并聯電路。下面的并聯電路特點是以串聯對比知識遷移而開展的。

（三）知識、能力的鞏固和遷移

【學生實驗三】按書本并聯連接電路圖。學生任務：連接并聯電路。

教學目的：電路圖變實物連接的練習。

在課程開始時布置把兩個小燈泡連接電路時，雖然學生不認識什么事串聯電路，但一般情況下學生會利用原有電路基本知識把兩個小燈泡按串聯電路連接。但學生每個人的想法都不一樣，也有一些學生在預先學習的情況下連接成并聯電路的。作為老師，可以先把他們這個成果保護起來，并給多一套實驗器材加以引導。除此之外，作為正常情況下，學生是不會憑空想到要連接成并聯電路。并聯電路是學生不可能在腦中有原有結構的，就算他日常接觸過也不可能會有抽象的形象。因此，可以通過興趣引領，布置一個挑戰性活動，讓學生通過以書本的并聯電路圖連接實物的方式，利用學生電路變實物的知識技能作為原有知識架構搭建新的知識網絡。實施流程如下：

【學生活動四】觀察實物或書本電路圖，并聯電路有多少條回路。在電路圖中畫出電流方向。學生任務：掌握并聯電路不止一條回路。這個可以通過在圖上畫來發現問題。

【學生活動五】電路完成后，一定是確定好連接的是并聯電路了，再進行實驗。把其中一只燈泡擰下來，觀察另外一只燈泡情況。學生任務：了解并聯電路用電器不會相互影響。

這里要解釋一下，學生連接并聯電路還是有一定難度的。可以指引有困難的學生通過兩種方式解決。第一種，可以讓學生連好一個支路，閉合開關檢查是否通路，然后在連一個支路。第二種，先搞好分流點和匯流點之間的電路元件，然后把這個整體串聯連入電路中。筆者發現由于學生認知情況不一樣，這兩種教學方法都可以適用無分優劣，就看學生思維習慣而已。我們在搭建學生知識結構過程中，還要根據學生最近發展區搭建比較好。這就是因材施教的道理。

【學生實驗四】開關裝在支路和干路對電路有影響。學生任務：熟悉開關位置對用電器的影響效果。

以上學生兩個學案活動和一個探究性實驗教學目的：1.并聯電路不止一條回路;2.用電器不會相互影響;3.開關位置是有影響的。完成對比串聯并聯電路特點列表。對比性學習對于掌握兩個相互聯系又有區別的實驗現象都相當有益處的。

（四）生活與課堂聯系，促進知識技能的遷移

通過生活生產中出現一些情況讓學生分析其串聯電路或是并聯電路，促進對其知識的遷移。利用串聯并聯電路解決生活中的問題更是知識的運用。當學生對知識能運用之時，他已經是達到本堂課的學習目的。這些舉例練習，筆者就不一一列舉。

四、總結

認知結構法是很好利用學生的內在學習動機，提高學生自信心的方法。它特別適用于從兒童過渡到青年的學生學習當中。通過直覺觀察，原有知識搭建，有利于培養學生的發現與創造的態度和探究思維定式，也有利于知識、技能的鞏固和遷移。以螺旋式課程來組織和實施初中物理的教學，適應學生這個年齡層的認知規律。經過幾年的嘗試，學生在學習串并聯電路過程中，不會覺得突兀而難懂。

[本文系廣州市第三批教育系統創新學術團隊教育類項目“初中導學案教學模式創新研究團隊”（編號：1201630039）的研究成果之一]

參考文獻：

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