協作知識建構 消解認知沖突
——兼論“動能定理有無單一方向的分解式”

馬宇澄 黃 皓

（1.無錫市教育科學研究院，江蘇 無錫 214001；2.無錫市第一女子中學，江蘇 無錫 214002）

1 問題背景

協作知識建構是近年來新興的建立在協作交互基礎之上的教學法，它在消解學生認知沖突方面有其獨到的價值和作用.

2022年某市高三一模測試，試卷第13題的該市得分率僅24%，0分率高達58.3%，均為全卷之冠.筆者在閱卷和做試卷分析時發現，學生大范圍地出現了應用“單一方向的動能定理”解題的情況.

學生的答題情況至少表明以下兩點.

其一、有代表性的認知沖突已經形成，亟待轉變；

其二、教師通過講評以消解主體內認知沖突的教學策略在應對此類問題時很可能是低效或無效的，否則很難解釋為什么不同層次的學生群體都會出現同樣的“低級錯誤”.

2 試題情況

2.1 試題

如圖1所示，一無限長通電直導線固定在光滑水平面上.一質量為0.02kg的金屬圓環在該平面內以大小v0=2m/s、方向與電流方向成60°角的初速度滑出，直到達到穩定.求：

圖1

（1）整個過程金屬圓環產生的電能；

（2）整個過程金屬圓環受到安培力的沖量.

2.2 命題意圖分析

試題以計算題形式出現.要求學生以電磁感應為背景，從理解（閱讀題目、建立模型），推理（分析過程、速度的矢量性）以及綜合（運動與力的關系、安培力做功與金屬圓環動能變化之間的聯系、安培力的沖量與金屬圓環動量變化之間的聯系）3個方面考查學生物理思維能力.

2.3 答題情況分析

由于學生對動能定理的標量性認識不清，從而大量出現了如圖2、3所示等閱卷前意想不到的錯解.該題得分率竟低于壓軸題，且不同層次的學校學生答題表現差異不大；對此，教師和學生均需深刻反思.

圖2

圖3

3 協作知識建構、消解認知沖突

3.1 認知沖突的劃分

協作知識建構中的認知沖突具體劃分詳如圖4.依據待消解認知沖突的特點，筆者確定以消解主體間認知沖突為抓手.

圖4

學生意識到認知沖突后，一般會有兩種情況，強烈的求知興趣或焦慮情緒.實踐表明，如果執教者不能通過有意義的協商進行認知再評價，進而走向更高質量的知識建構，學生的求知興趣會被削弱，焦慮情緒則被放大，由此他們很可能通過附和教師的講解來逃避協作學習.所以，在認知沖突的消解過程中，師生、生生交互協商是關鍵.基于此，執教者應設計并提供支架以促進認知沖突的消解.

理論結合實驗教學 專業實驗室一般是面向相關專業的大三學生使用，受眾面較窄，開放程度小，利用率較低。可考慮面向其他專業學生開設理論加實驗型選修課，即設定某一方向實驗內容，先開展一定學時的理論學習，再開展相關實驗項目，一方面可提高專業實驗室的開放性及利用率，另一方面給學生提供更多的跨專業學習空間。

3.2 支架設計的依據和原則

協商性對話是認知沖突能否消解的關鍵所在.因此，本次實踐中支架設計的依據有.

其一、支架的設計需要保障學生發揮自己的主觀能動性，除非學生需要，執教者不介入學生對其觀點的思考與建構；其二、增強支架操作性和實踐性以幫助學生更加直觀明了地理解支架所提示的行為內容.

依據協作知識建構支架設計四原則（如圖5所示），筆者設計了選擇類、改善類兩類對話結構性支架，據此開展相應的教學實踐來驗證支架效果.個人以為取得了正向引導作用及后續積極效果.

圖5

3.3 教學實施

3.3.1 表達觀點、尋找依據

選擇類認知沖突指的是學生小組在面對兩種對立的觀點時只能且必須做出選擇時產生的沖突.

教學片段1：

師：依據選擇類支架（如圖6所示），正式授課前布置任務，討論“單一方向的動能定理是否成立？”，要求學生給出依據.

圖6

甲方（占學生總數32%）觀點：不成立.功和能都是標量，不能進行矢量分解.依據有《對幾道物理題“謬解”的教學思考》《中學物理教學參考》2005年第4期；一模卷教師的批改；“知乎”“愛問知識人”上的解答等.

乙方（占學生總數45%）觀點：成立.建立直角坐標系，將力和速度都分解到坐標軸上，即可在x軸或y軸方向上應用動能定理.依據有《存在動能定理的“分量形式”嗎？》，物理教師，2002 年第5期；《動能定理能在某個方向上使用嗎》《中學物理教學參考》2005年第8期；《動能定理是否有單方向的分解 式》《物 理 通 報》2021 年 第12 期；“作 業幫”上的解答等.

丙方（占學生總數23%）觀點：不知道，甲、乙方講得都有道理.

在這個教學片段中，認知沖突產生后，沖突雙方均無法說服對方，在無法明確界定對錯的情況下，觀點難以統一，討論即陷入循環與僵持.

3.3.2 解釋、反饋，協商性對話

改善類認知沖突指的是通過師生、生生協作找出沖突觀點中錯誤或不完善的地方，從而對觀點的內容、邏輯等方面進行修改，在有意義協商的基礎上最終達成一致的沖突.

教學片段2：

師：依據改善類支架（如圖7 所示），布置任務：對支持者相對多數的乙方觀點進行探討.生：乙方代表闡述對自己觀點的理解和疑問.我的理解：動能定理存在建立在直角坐標系基礎上的單一方向“分解式”.

圖7

我的疑問：動能是標量，所以“分解”好像是說不通的.

我的解釋：“動能定理單一方向的分解式”應該是特定情境下的專有名詞，與常規理解不同.

生：甲方、丙方展開熱烈討論，最后形成一致意見.物理定理的正確性取決于所依據的定律、理論和數學推導過程的正確性，但以《動能定理是否有單方向的分解式》為代表的文章，其推導過程過于復雜，因此無法判斷，需要教師協助.

師：協助學生分析推導過程，形成如下共識.

這些文章的推導思路，其實都是兩步.第1步，對于二維運動或三維運動建立直角坐標系，將力和速度都分解到坐標軸上；第2步，計算坐標軸上某一方向合力與位移的標積（合外力對物體所做的功），發現等于這一方向上物體動能的變化.

生：繼續熱烈討論.

代表性意見1：對于一維運動，動能定理當然成立，這需要特別證明嗎？ 這些看似復雜的推演，好像并沒有什么新發現.

代表性意見2：對于一維運動，在規定正方向后，矢量即可轉化為標量，如再進行推算，結果完全相同，過程卻要簡潔得多.

代表性意見3：如果文章中的推導邏輯成立，那么對于直角坐標系坐標軸上某一方向的運動，也可以說動量定理是個標量式.

生：學生達成共識.乙方、丙方表示，在沒有更完善的證明之前，他們將不再使用“動能定理單一方向的分解式”解答問題.

在上述教學片段中，認知沖突的源頭在于觀點本身的不完善，因此執教者引導學生對觀點的論據進行細節反思，在協商性對話中形成標準，進而達成一致.這樣就可以打破沖突雙方的僵持，減少學生個體面臨沖突時的不確定感或低效能感，通過支架引導有效消解認知沖突，協作知識的建構.

4 結語

本次教學實踐并不會終結教師間的爭議，但它有力地證明了如能有理、有據、有技術地在核心概念形成處組織適度、必要的學生活動，學生之間的深度交互與協作是可以真實發生的，學生的協作學習能力與效率也必將隨之提高.