试论中学生物理学习的认知水平障碍及干预策略

　　摘要：在学生的物理学习中，由于认知水平发展与教材要求之间的矛盾，存在着认知障碍。物理学习的过程，也就是学生物理认知结构形成、发展和完善的过程。分析学生认知障碍产生的原因、特点，并采取相应的干预性教学策略，是当前物理教学的一项重要任务。
　　关键词：认知水平；认知障碍；干预策略
　　
　　笔者认为，学生的物理学习，存在着各种各样的学习障碍，如思维障碍、情感障碍等。本文试对学生物理学习的认知水平障碍产生的原因、特点及消除障碍的教学策略，从教学角度阐述笔者的实践和认识。
　　一、学生认知水平发展的特点
　　根据皮亚杰的“发展认识论”，可以把人的认知水平分为4个层次。0岁～2岁，感知运算阶段（发展最佳期）；2岁～7岁，前运算阶段（发展最佳期）；7岁～12岁，具体运算阶段（发展最佳期）；12岁～18岁，形式运算阶段（发展最佳期）。具体运算阶段：一般还离不开具体事物的支持，运算还要依靠物体、实物和能观察到的实际事物来进行，不能依靠词语、假设来进行。只要问题是具体的而非抽象的，儿童可以完成相当复杂的运算。形式运算阶段：学生的思维能够摆脱具体事物的束缚，能够运用假设、演绎、推理来进行思考。事实上，在我国，通过抽样调查发现，初高中学生，绝大多数还处于具体运算阶段，部分初中学生还处于前运算阶段，只有13.2%的初中生、15%的高中生的认知水平处在形式运算阶段。而我们现行的中学物理教材，从初中三年级的磁场、电磁感应开始，就要求能运用形式运算阶段的认知水平进行认知活动，高中物理教材，基本上要求达到形式运算阶段的水平。这就造成了一个十分严峻的问题，学生较低的认知水平与教学高要求之间存在着矛盾。
　　例如：在学习了浮力的相关知识后问初中生：把同一木棒，分别浸入水和油中，哪一种情况木棒所受的浮力大（如图1）？相当多的学生会认为F油＜F水。这样的学生，认知水平还处于前运算阶段。如问高中学生：“如图2有P、Q两小球在光滑的AB和CD导轨上运动，初速度V0相等，谁选到达终点？”很多学生会说沿AB轨道的P球先到达B点。问其原因，说：“P、Q速度相等，CD比AB路程长，所需要的时间长。所以P比Q先到。”这说明他还不具备形式运算的能力。
　　据报道，1994年美国有个教育考察团到北京来进行文化交流，到了北京某重点中学。一开始，由该中学的老师命题，对10名优秀学生进行物理测验，成绩较好，令老外们惊叹不已。于是，其中有个美国学者当堂给学生出了几个比较简单的物理题，每题给出了10个已知条件，其中只有4～5个在解题过程中有用，其余为多余条件，结果没有一个学生能解完所有的题。这说明什么呢？一方面固然是由于我们的学生学习过程中已造成一种思维定式：“题目中的所有已知条件都是有用的，已知不用全，是不能解题的”；另一方面，在于我们平时的解题训练，实质上解题的模型已经在题设条件中加以框定，学生只要把已知条件往固有的公式、规律上套，就能进行，而学生自己并不能独立地运用形式运算的手段，建立合理的物理模型。
　　二、解决学生认识水平与教学要求间矛盾的教学策略——因材施教
　　学生认知水平低于教材的要求，造成学生物理学习的另一类结构性障碍。物理教学中，我们不能“削足适履”（降低要求），也不能“揠苗助长”，只能充分运用“因材施教”的教学策略。具体地说，物理教学思想必须坚持以实验为基础，以各种教学媒体的综合运用为手段，激发学生的兴趣，引导学生自主学习，学会学习，从而达到促进学生认知水平发展的教育目标。
　　（1）以实验为基础。成功的课堂教学，总是在鲜明生动的问题情景中展开的。物理实验，总是会通过其生动有趣的物理过程、奇异美妙的实验现象，深刻丰富的物理思想，展示其诱人的特殊魅力，从而引发学生追求知识，探索自然奥秘的学习动机，并促进学生的认知水平的发展。新课程中学物理教材（人教版），共安排有二百多个演示实验和15个学生实验，它们在整个中学物理教学中充当着极其重要，又具独特功能的角色。要让学生清楚地认识物理现象的本质，掌握物理变化的规律，学会物理研究的方法，我们在运用实验手段时，要抓住三个环节：一是利用实验，展示问题情景，激发学生的学习兴趣，让学生热爱学习；二是教学过程中要有丰富的信息，如穿插学生随堂小实验，让学生高效率地获取知识；三是教学活动应调动学生多种感官参与学习，让学生主动学习，学会学习。例如：《光的衍射》一节的教学，我们是通过展示问题情景、设计实验方案、学生随堂实验并观察单缝衍射演示、总结归纳、延伸拓展知识结构这样一个系列展开的。
　　（2）要充分利用多媒体“辅助”教学。多媒体辅助物理课堂教学的优点，是众所周知的。笔者认为，我们要充分利用它的长处，把自然世界中，或实验过程中许多变化万千、稍纵即逝的现象，通过它“再现”或“定格”在学生的视野中。如“平抛运动”的过程，我们可以在做完演示实验后，再通过多媒体动画演示，把它变化过程的细节、竖直方向和水平方向的分运动与自由落体，与匀速直线运动进行比较，使学生在头脑中形成真实、清晰的表象。这对学生掌握知识，发展认知水平是大有裨益的。通过实验、板书、录音、录像、挂图、幻灯等多种教学媒体的有机组合，对学生了解物理现象，发展思维水平，提高科学素养，都是十分有益的。我们在教学活动中，必须认真地加以研究。
　　（3）发展学生抽象概括思维能力。要解决学生认知水平和教学要求之间的矛盾，从根本上讲，要发展学生的认知水平。学生认知水平发展的重要途径之一，是抽象、概括思维能力的发展。抽象是通过分析综合，把事物的一般的本质的属性抽出来而舍弃非本质的属性和特征的一种思维过程。概括是通过分析综合把事物的一般的本质的属性联合起来并推广到同一类事物上去的过程。抽象和概括是相辅相成、相互依存的。列宁说过：“认识是人们对自然界的反映，但并不是简单的、直接的、完全的反映，而是一系列的抽象过程，即概念、规律等等的构成、形成的过程……”这里所说的“一系列抽象”过程就是用比较、分类、类比、归纳和演绎、分析和综合等抽象概括思维的方法，对硬性材料进行“去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里”的整理加工，将非本质的东西摒弃掉，从而把握其本质属性的过程。在物理教学中，我们也应该根据人类认识自然规律的认识规律，通过一定的程序，完成我们的教学，从而促进学生思维水平的发展和提高。
　　例如，在《电磁感应》一节的教学中，笔者先通过演示一些生动的实验，让学生充分感知到电磁感应的现象及变化过程，这时，电磁感应在学生的认识中是“感性的具体”。然后，我们分别研究通电、断电，磁铁的插入、拔出，滑线变阻器滑动触头的左右移动，使学生认识上升为“抽象的规定”。同时，“抽象的规定”只是分别反映了电磁感应现象的某个侧面，但都没有全面深刻地反映电磁感应现象的本质联系。教学中再通过科学的概括，帮助学生认识到本质规律是：穿过闭合线圈的磁通量增加或减少时，即磁通量发生变化时，在回路中会产生感应电流。由此，学生对电磁感应的认识才逐步升华，形成“思维中的具体”。教学过程中具体与抽象相统一，在科学的抽象概括活动中，使学生掌握认识事物的发展变化的规律，对学生形成学科的学习方法和抽象概括思维能力的提高具有良好的促进作用。
　　总之，中学生物理学习能否成功，在很大程度上取决于我们能否成功地帮助学生彻底地清除他们学习中的认知障碍。当然，中学生物理学习的障碍，除了本文所讲的认知障碍外，还有思维性障碍、情感性障碍，本文所述，仅是冰山一隅而已。
　　（磐安县第二中学）