主张教学时促进学生认知结构【提高学生认知结构可辨别性,促进大学物理教学】
时间：2019-01-04 03:28:55 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要: 本文作者介绍了高等教育心理学关于“认知结构”和“学习迁移”的概念及理论,分析、研究了认知结构的一个重要因素――可辨别性,并在实际大学物理教学工作中,采用知识类比法来调节和优化认知结构的可辨别性,实现了学生学习过程中的正迁移,从而增强了教学效果,提高了教学质量,有力地促进了大学物理的教学工作。
关键词: 大学物理教学 认知结构 正迁移
1.引言
大学物理学作为高校理工科学生的一门必修课,不仅具有科学的严谨性和很强的实践性,而且具有广泛的应用性和不断的创新性。学生在学习新的物理知识时总是以原有的学习为基础,原有的学习可能促进也可能干扰后继的学习。这种原有的知识结构作用于所学新知识的情况在很大程度上影响到学习效果,因此受到教育学家和心理学家的普遍重视,这就是高等教育心理学中的“认知结构”及“学习迁移”的问题,其成为学习问题研究中的一个重要方面。
所谓“认知结构”[1],简单来说就是学生在学习过程中在其头脑中已经建立起来的知识结构;而“学习迁移”[2]指的是已经获得的知识、方法、技能对学习新知识的影响。积极的影响称之为正迁移,而消极的影响称之为负迁移。可辨别性是认知结构的一个重要的因素,如果我们在大学物理实际教学工作中采取科学的方法调节并优化这一因素,就能够促使正迁移产生,从而促进教学工作,提高教学效果,极大地促进大学物理的教学工作。
2.“认识结构”的可辨别性与“正迁移”
美国著名认知教育心理学家奥苏伯尔认为学生的学习主要是有意义的接受学习[3]。学生在有意义的接受学习过程中在其头脑中必然会建立一定的知识结构,这就是高等教育心理学中所称的“认知结构”。具体地说,“认知结构”就是指学生在某一学科的特殊知识领域内观念的全部内容及其组织。可辨别性是“认知结构”的一个重要因素,是指新的学习内容与同化它的起固定作用的原有内容的分化程度。如果一个学生的原有知识是按一定的结构、分层次严密组织好的,则他在遇到新的学习任务时,不仅能迅速在原有的认知结构中找到新知识的固定点,而且易于辨别新旧知识的异同。
奥苏伯尔在有意义的接受学习基础之上提出了一种新的“学习迁移”理论,称为认知结构说[4]。认知结构说认为在有意义的接受学习中,学生的认知结构是有效影响学习迁移的重要因素。学生应该积极地利用旧知识理解新知识,把新知识纳入到己有的认知结构中,这个过程实际上就是有效的正迁移过程。因此,教师通过调节可辨别性,使学生的“认知结构”组织有序、层次分明,易于实现正迁移,是至关重要的。
3.采取知识类比的策略,提高“认知结构”的可辨别性,促进学习正迁移
“类比”是人们认识事物本质特征的一种基本方法,是一种必须由原有“认知结构”来积极心理参与的认知行为,是学习主体在探究中求同辨异,在已有的认知基础上,突破固有的认识束缚,建立新的认知结构,获得新的本质的认识过程。而知识类比策略本身就是一种很好的学习方法。
注重新知识与新知识、新知识与旧知识之间的类比,能够增强学生“认知结构”的可辨别性。而“认知结构”的可辨别性又是影响学习迁移的重要因素。事实上大多数学生的“认知结构”并不总是条理清晰可辨的,有时甚至是组织无序、层次混乱的。因此,采取知识类比的策略可以有效地提高可辨别性,增强“认知结构”的条理性和可利用性。我们在大学物理实际教学过程中,着重运用了类比的教学策略,优化了学生的“认知结构”,使之组织有序、层次分明,有效地增强了认知结构的可辨别性,实现了最大限度的学习正迁移。
我们在大学物理教学过程中主要采用了以下四种类比策略。
3.1概念类比法
在大学物理课堂教学中,教师应当扎扎实实抓好物理概念等基础知识的讲解,通过类比不同的物理概念,加深学生对概念本质属性的理解,对容易混淆、认识模糊的概念加以区别、判断,有意识地引导学生对概念进行比较区别,认识规律的本质特征。还可以通过类比法,加深理解大学物理“力、热、电、光”四大部分之间不同物理量与概念的异同点,可以总结归纳知识网络,提高对物质的整体认识。
例如,我们在教授学生学习光波的某些知识时,完全可以类比机械波的一些概念。首先复习机械波的相关知识――波的叠加原理,波具有独立传播性(两波相遇后分开,仍保持各自原来的特征),还具有运动叠加原理(相遇区内任一质元的位移,是各波单独在该点引起的振动位移的合成),频率相同、振动方向相同、相差恒定的两列波为相干波,在两列相干波的交汇处会呈现出明暗相间的稳定图像,与时间无关,这种现象称为干涉现象。机械波的干涉分为干涉相涨和干涉相消,当波程差为半波长的偶数倍即波长的整数倍时为干涉相涨,而波程差为半波长的奇数倍时为干涉相消。以上的关于机械波的知识已经是学生认知结构中的一部分,完全可以作为学习光波知识在学生已有认知结构中的固着点,完全可以类比于光波的相关知识。光波也同样具有波的独立传播性和叠加原理,频率相同、振动方向相同、相差恒定的两列光为相干光,光的干涉条纹也是明暗相间的,且当光程差为半波长的偶数倍即波长的整数倍时为干涉相涨,呈现为亮条纹,而光程差为半波长的奇数倍时为干涉相消,呈现为暗条纹。
再如,力学中的惯性和热学中的比热容这两个概念,表面上它们之间毫无联系,但通过类比,就可以发现它们还是有一定联系的。惯性是物质本身的属性,与物体的速度、加速度无关。“惯性”可以看作是物体反抗改变运动状态的一种“惰性”,那么无论物体是处于静止状态还是运动状态,这种性质都是有的。这时学生已经很好地理解了“惯性”的概念,“惯性”已经成为学生认知结构中的一部分,完全可以作为学习“比热容”在学生已有认知结构中的固着点,完全可以类比于“比热容”的相关知识。如此说来,而热学中的比热容同样是描述物质本身的一种属性,它与物质的温度、质量、运动状态无关。同样,比热容可以通俗地看成是物质的“惰性”,是物质对改变温度的反抗,比热容越大,则它“惰性”越大。教师通过以上深层次的引申与类比,可以加深学生对惯性和比热容这两个概念的深刻理解。
又如,在学习量子物理的基本概念的波函数所满足的条件时,其条件之一为有限性,函数的模的平方在整个空间内出现的几率为一,即归一化条件。这些关于量子物理波函数归一化的知识已经成为学生认知结构中的一部分,完全可以作为学习热学中的理想气体麦克斯韦速率分布的归一化性质在学生已有认知结构中的固着点,完全可以类比于量子物理波函数归一化的相关知识。这一知识点可以类比热学中的理想气体的麦克斯韦速率分布中的性质,在所有速率区间的分子数占总分子数的百分比的总和为一,亦即归一化条件。诸如此类,在类比的过程中也包含物理知识与方法的迁移,并且教会学生辨认知识的本质特征,帮助学生把新知识纳入自己的认知结构中,实现知识的有效迁移。
3.2列表类比法
列表类比的方法更直观地反映出不同物理本质之间的异同。应用列表类比法一定要讲究文字简洁明了、准确、规范,这样才能突出类比内容的关键,使学生集中注意力,提高教学效果。
例如在讲述相对论内容时,关于洛仑兹变换在不同的条件下,表现出不同的类型,列表类比如下:
从上表可以简洁明了地看出,在S系中发生的两件事,在不同的时空条件下,在S系中观察会表现出不同的结果。学生在学习这些知识时,通过类比能正确理解洛仑兹变换的整体联系和在一定条件下矛盾的转化,从而把握问题的实质。学生容易找出知识点间的异同,增强知识间的可辨别程度,易于获得精确、可分离性强的知识。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 再如,在讲解热力学第一定律的几个特殊过程时,为了清晰地表示出这几个特殊过种中的“功”、“热”、“内能”三个物理量的变化关系,教师可以列表类比如下:
从上表可以清楚地看出四个特殊过种中的“功”、“热”、“内能”三个物理量的变化关系。学生可以一目了然,更加容易加深理解与记忆。
3.3图解类比法
图解类比法,就是利用两个物理量之间变化分布的关系图把有关的知识点进行类比。类比可以突出某些概念、性质、判定各种关系之间的区别和联系,使各自的特点更为鲜明,使学生更能抓住特点进行认识、了解,从而熟练掌握,做到触类旁通,灵活应用知识。
图解类比法非常直观地比较物理量的性质之间的变化关系。如图1所示为不同温度下绝对黑体单色辐射本领按波长分布曲线。从图中可以清楚地看出,不同温度下绝对黑体单色辐射本领是不同的,温度越高,其温度越高,则最高辐射本领也高;而且绝对黑体单色辐射本领随着波长的分布关系基本是一致的,都呈现出先增大后减小的趋势,都有一个最大辐射峰值点。通过图解类比法,可以使学生很容易把握事物的本质,从而增强知识间的可辨别性。
3.4解题类比法
解题类比法是指类比出不同的解题方法,可以锻炼学生判断、归纳、理解问题的能力,做到举一反三、触类旁通。类比解题训练可以进一步加深学生认知结构中某个知识点的可辨别性。例如:
习题1:气体处于平衡态时,分子任何一个自由度的平均能量为()。
(A)ikT/2 (B)iRT/2 (C)RT/2 (D)kT/2
单独呈现习题1,学生大多都徘徊于C和D之间。但给出习题2作为类比练习后,学生就会清楚应该选C还是D。
习题2:气体处于平衡态时,1mol理想气体任何一个自由度的内能为()。
(A)ikT/2 (B)iRT/2 (C)RT/2 (D)kT/2
通过这种类比练习,学生认知结构中“一个理想气体分子的能量”、“1mol理想气体的能量”知识点的可辨别程度就大大加强了。
我们把类比法运用到学生解题中,就是把相近的或相似的物理事实、物理现象一起呈现在学生面前时,学生就能通过类比,找出它们的共同特点和不同点,找出它们的区别和联系,从而增加学生认知结构的可辨别性,更加深刻理解它们的特点。
4.结语
综上所述,在大学物理教学中,我们通过分析和研究学生认知结构的可辨别性,并采用多种类比的方法进行调节,很好地优化了学生的认知结构,实现了学生学习的正迁移。我在2009年度所教授的一个大学物理实验班中,在实施“调节可辨别性、优化认知结构”的策略之后,班级期末考试成绩大幅度提高,平均成绩提高了11分,由原来的63分提高到74分,提高幅度为17.5%。说明了通过调节认知结构的可辨别性,可以优化学生的认知结构,产生正迁移,提高教学质量。
参考文献:
[1]邵瑞珍.教育心理学[M].上海教育出版社,1997:219-249.
[2]莫雷.教育心理学[M].广东高等教育出版社,2002.
[3]罗伯特・斯莱文著.姚梅林译.教育心理学理论与实践[M].人民邮电出版社,2004.
[4]J.M索里,C.W特尔福德.教育心理学[M].人民教育出版社,1982.
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