布鲁纳认知结构理论对高中物理常见力教学的启示①

罗军兵

(1. 西南大学科学教育研究中心,重庆　400715；2. 安顺学院教育科学学院,贵州　安顺　561000)



布鲁纳认知结构理论对高中物理常见力教学的启示①

罗军兵1,2

(1. 西南大学科学教育研究中心,重庆400715；2. 安顺学院教育科学学院,贵州安顺561000)

三种常见力的教学是高中物理教学的基础,其中包含着纷繁复杂的知识点,往往给教师的“教”和学生的“学”都带来了很大的困扰.布鲁纳的认知结构理论强调教学要让学生积极、主动地去掌握学科的基本结构,这种结构具有整体性、联系性、层次性等特性,教师在三种常见力的教学中应体现这些特性.

布鲁纳;认知结构理论;高中物理;三种常见力

布鲁纳认知结构理论认为人们同周围环境的所有相互作用，都涉及与现有类别相关的刺激,据此构成编码系统,形成了人的内在认知结构.如果输入刺激与人们已有的类别全然无关,它们是很难被加工的.学生的学习就是不断地对信息进行分类和组合,输入到已有的认知结构中,使他们的认知结构不断地形成和改变.由此可见,理解学科结构、知识结构对学生的学习特别重要,布鲁纳强调“不论我们教什么学科,务必使学生理解各门学科的基本结构”.任何一门学科都由一系列的知识碎片组成,要使学生对信息进行积极的加工,使其与已有的认知结构发生联系,而不是成为被动的知识接受者,教师必须帮助、指导学生对学科的知识结构进行理解加工,而不是照本宣科,我国新课程改革也强调课程实施过程中教师主动性、能动性的发挥.重力、弹力、摩擦力这三种力是高中物理最常见的三种力,对它们的教学是高中物理力学模块教学的基础,也对高中物理其它模块的教学有重要影响.因此,学生刚进入高中阶段就要进行这三种常见力的学习,而这三种常见力涉及的知识点数量繁多,教师在进行教学时,需要帮助、指导学生对其进行理解、加工,构建相应的认知结构,从而实现有效教学.

1　三种常见力的教学应体现整体性

布鲁纳认知结构理论所强调的要理解、掌握学科基本结构,不是各知识点、单元的简单的堆积,而是一个具有复杂结构的系统.这个系统由若干个大系统和小系统组成,这里的大系统和小系统都是相对的,如就高中物理学科的所有教学内容而言,它是一个大系统,力学部分的教学内容就是一个小系统,而相对于力学中的某一模块教学内容,力学部分的教学内容则变成大系统,不管是大系统还是小系统都是具有一定结构的,都具有整体性.三种常见的力作为高中物理力学中的一个小系统,也有其特定的结构,也具有整体性,因此对三种常见力的教学必须从整体上考虑,进行整体教学.

一方面,要对三种常见力的教学内容进行理解、分析,把握其整体知识结构.三种常见力的教学内容在高中物理教材中是分三节内容，按重力、弹力、摩擦力的顺序呈现的,是符合教材体系结构的,有其合理的一面.但在实际教学中教师如果将这三种常见力的教学内容放在一起去理解、分析,会发现他们有共同的结构体系,如三种常见力的

教学内容都可按照概念、产生条件和力的三要素等主线递进展开,如图1所示是以弹力为例，按照三条主线展现的教学内容.

图1

对三种常见力的教学要从整体上进行设计，如课时上如何进行协调分配？各维度、各层次教学目标如何整体设定,是直线递进式还是螺旋上升式设定？教学内容如何整体处理得详略得当,互补巩固加深？教学过程如何在整体上前后照应、高效开展？总之,只有将三种常见力作为整体进行教学,才能合理处理教学内容,实现教学目标.

2　三种常见力的教学应体现相互联系性

布鲁纳的认知结构理论所强调的学科基本结构中的各个结构、要素不是相互孤立的,而是相互联系的.如在三种常见力的知识结构体系中,不仅在各个小结构内部各要素之间存在相互联系，在如图1展示的弹力小结构中,三条主线之间并不是相互独立的:弹力的产生条件可由弹力的概念引出、三要素与产生条件又是密切相关等等,而且各个小结构之间也存在着紧密联系，如物体间存在弹力是产生摩擦力的必要条件,在一定条件下弹力大小可以等于物体的重力等等,也就是说它们之间形成了纵横交错、彼此紧密联系的网状知识结构.而在教学实践中,教师往往将知识点从学科知识结构、单元中分离出来,呈现割裂状态、点状分布,使其从学科知识结构体系中孤立出来,也失去了与结构体系中其他知识的联系,这就使学生感到知识的杂乱无序,不利于学生相关的认知结构的建构.

三种常见力的教学涉及多方面的联系,如教学内容与学生生活的联系、三种常见力知识与相关学科知识的联系等,而三种常见力的各知识点之间的联系也是教学过程中要处理好的重要方面.三种常见力的各知识点之间的联系不仅包括重力、弹力、摩擦力等各小结构内的知识教学联系,也包括各小结构彼此之间的教学联系,这种教学联系可通过分化与集中、承前与启后、综合与贯通等方式进行.如在进行三种常见力的教学时,教师需要指导、帮助学生对重力、弹力、摩擦力的知识进行分析、归纳,寻找各知识之间的联系与区别,对其进行归类,进而构建具有内在逻辑联系的三种常见力的知识结构体系.再如,在进行摩擦力产生条件的教学时,要与已学过的弹力产生条件联系,指出弹力和摩擦力产生条件的关系，在进行三种常见力的三要素教学时,要有意识地将它们放在一起，通过比较的方法进行教学.

3　三种常见力的教学应体现层次性

布鲁纳认知结构理论的学科知识结构中的各知识点、各单元并不都是在一个水平上的,而是具有层次性的.学科知识是具有内在逻辑一致性的统一体,这些知识之间存在抽象性、概括性和包摄性高与低的关系,也就是存在上位知识与下位知识的关系,也正是在此基础上,奥苏贝尔在上世纪六、七十年代提出了先行组织者的概念.以物理概念为例,物理概念是物理学科知识结构体系的核心要素,它按照抽象概括程度由高到低分为学科核心概念、主题核心概念、重要概念和基础概念等层次,这很好地说明了学科知识结构的层次性及其内在的逻辑关系.

三种常见力的知识结构的层次性要求对三种常见力进行教学时,要将三种常见力的上位知识逐层解构,要使学生理解上位知识必须使学生掌握下位知识.如在图1中,要讲解弹力的概念,必须让学生明白形变的知识,而要使学生明确认识形变的知识,就要让学生理解弹性形变和非弹性形变概念,同样要讲解清楚弹性形变的概念,就要讲解清楚弹性限度的概念；再如,在讲解滑动摩擦力的大小计算公式Ff=μFN时,要让学生理解Ff就要讲解清楚μ和FN,即讲解清楚什么是动摩擦因数、什么是正压力,它们的大小受哪些因素影响.当然,学科知识结构的层次性并不是说一定要先讲解下位知识再讲解上位知识,因为一些上位知识涉及到的相关知识学生可能已经具备,这时先讲上位知识学生也可以理解.因此,先讲上位知识还是先讲下位知识要根据学生已有的知识经验与待讲解的知识本身特点而定,如图1中,对形变概念进行讲解时,就不必要先讲解弹性形变、非弹性形变概念,因为理解形变概念所需的形状和体积这些相关知识已经具备.但是,根据学科知识结构的层次性要求,教学中要使学生全面、深入地理解上位知识,必须先让学生理解、掌握下位知识.

4　三种常见力的教学应体现参与性

布鲁纳的认知结构理论指出学生对学科基本结构的理解、对认知机构系统的构建不是外在强加的,而是要学生主动对信息进行理解、加工、建构的,需要学生全面参与到教学过程中来.为此,布鲁纳提出发现学习,他强调教学要注重学习的过程,而不仅仅是学习的结果,我们教一门学科,不是要建造一个活着的小型藏书馆,而是要让学生自己去思考,参与知识获得的全过程.

在进行三种常见力的教学时,教师同样需要使学生积极、主动地参与到教学过程中来,并通过指导、帮助学生使其对三种常见力的知识进行分化、提炼与概括,理解三种常见力的知识结构,并通过学生的自组织活动将三种常见力的知识纳入到学生自身的认知结构中.这就需要在进行三种常见力的教学时,一方面,教师要采用自主学习、合作学习、探究学习等方式,给学生创造一种学生能够独立探究的情境,而不是给学生提供三种常见力的现成知识.如让学生自己去体验感受重力大小及方向、弹力与摩擦力的产生,通过学生的自主探究活动,可以使学生在行为、思维及情感等各方面全面参与到教学过程中来.另一方面,要调动学生学习三种常见力的内部动机,使学生积极、主动地参与到教学过程中来.内部动机是促进人的行为的内部动力,要使学生积极、主动地参与到教学过程中,教师必须要激发学生的内部动机.布鲁纳也特别强调学生内部动机的形成,他的发现教学法就有利于激励学生的好奇心,促进学生内部动机的形成.在进行三种常见力的教学时,除了教学方式上要有利于激起学生的好奇心外,也要将三种常见力的教学内容与学生的生活实际紧密联系,来激发学生的好奇心、求知欲,进而激发学生学习三种常见力的内部动机.如将三种常见力的教学内容与重力的方向竖直向下在建筑上的应用、射箭时弓弦的形变对箭的弹力影响、摩擦力的存在对我们走路和拿起重物的作用等日常生活常见的一些现象密切联系在一起,可以使学生感到常见力的教学内容是熟悉的、有用的,进而引起学生学习的兴趣,激起他们的好奇心、求知欲,使学生能够积极、主动地参与教学过程.

5　结语

总之,教师从整体性、联系性、层次性和学生的参与性等方面来处理三种常见力的教学问题,可以使学生更好地理解、掌握三种常见力的知识结构,进而使三种常见力的知识更容易理解掌握,也有利于对常见力的记忆保持、学习迁移，能够缩小其中“高级”知识和“初级”知识间的间隙.另外,强调知识结构的整体性、联系性、层次性和学生的参与性等,也有利于培养学生在关联结构、抽象扩展结构水平上去分析和解决问题的能力,即有利于培养学生高层次思维能力.

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①本文系2013年度重庆市人文社会科学重点研究基地重点项目“高考与高中理化生新课程的适切性研究”(项目批准号:13SKB028)的研究成果之一.