物理学习过程中的认知障碍及其对策

许华军

摘要：本文从一般的认知规律出发，揭示学习物理过程中容易出现"认知障碍"的环节， 并相应地建立解决这些问题的教学模式和过程模型，有效地消除学生在学习物理过程中出现的畏难情绪，建立自信，增强学习物理的兴趣，从而能在减轻学生负担的基础上提高物理的教学水平。

关键词：认知障碍；过程模型

中图分类号：G633.7文献标识码：B文章编号：1672-1578（2017）12-0178-02

1.缘起

物理学习的基础和核心是物理知识的学习，物理知识结构、物理技能、科学态度和方法的学习均要以物理知识为依据，或紧密结合物理知识的学习而展开。从认知心理角度来讲，物理知识的学习是学生个体的物理认知结构与物理环境相互作用的过程，也是物理认知结构不断发生变化的过程，即物理心理结构的构建过程。具体而言，学生学习物理知识的过程是不间断地形成、发展、完善自己的认知结构的过程，也就是使物理现象、物理概念和物理规律在学生心智中合理组合，配置形成认知网络的过程。从学习的具体过程和认知活动角度讲，物理知识的学习是通过一系列的心理活动，如：感觉、知觉、表象、记忆、判断、思维、推理、想象、抽象、概括、具体化、系统化等，对外来信息或存在资料进行加工处理而完成的。

2.研究物理知识学习的具体过程，探求"认知障碍"出现的环节和表现形式

2.1物理知识学习和掌握过程中的典型认知阶段和环节。物理知识包括物理现象、物理概念和物理规律三个要素。物理现象即实验基础以及自然界中与物理有关的实际现象。它们可以通过感官观察或借助仪器观测对自然界和实验室中发生的物理事件直接描述。如： "串、并联电路的特点"、"布朗运动"、"薄膜干涉现象"、"光的色散"等。物理概念是组成物理知识的基本元素，是一类物理现象的共同特征和本质属性在人脑中概括和抽象的反映。物理概念的学习在整个物理学习中处于核心地位，概念理解得如何从根本上决定了学习的效果。物理规律是物理知识的骨架，它表现为物理概念之间的内在联系，反映出物理现象和过程在一定条件下发展、变化的必然趋势。

不同类型的物理知识的学习对思维活动要求的侧重点不同，但都要遵循认识活动的基本规律。关于人的认识的发展过程，列宁曾作过这样的概括："从生动的直观到抽象的思维，并从抽象的思维到实践，这就是认识真理、认识客观实在的辨证的途径。"物理知识的认知过程正是经历了这样的途径，通过认识上的两次飞跃而不断完成的。抓住了认识上的两次飞跃，就抓住了物理知识学习认知过程的关键。

第一次飞跃，即从感性认识上升为理性认识的飞跃，它包括：

（1）感知阶段是感性知识的形成过程。物理知识学习中有两种感知形式，一种是以观察实验为形式的对正在发生的物理现象的感知，另一种是以听讲、阅读为形式的对教材中材料的感知。比如在感知单摆运动的观察实验中，要测量摆动周期，就需要学生用眼盯准摆同平衡位置重合的时刻、同时用手起动秒表、用口数着摆动次数、用耳鉴听自己的读数，当看到摆最后一次通过平衡位置时，及时止动秒表，整个过程交织着多种感官活动，在观测中互相制约、协调进行，使学生对单摆的运动获得比较完整的感性认识。

（2）建立物理表象阶段是对感性知识的加工改造，是从具体感知到抽象思维的过渡和桥梁。表象即是对事物的直接和形象的认识，又是对事物的初步概括和抽象的认识，表象是从感知过渡到思维的中介环节。在物理知识的学习中，学生自觉地进行表象活动，利用表象使物理概念形象化，促成从形象思维到抽象思维的转化，从而顺利地掌握概念。如：学生在学习电磁感应现象时，通过观察实验获得了一些物理现象：①导线在磁极间作某种运动时，连在电路中的电流会显示出回路中有电流产生；②当磁铁插入或拔出线圈时，与线圈相连的电流表会显示出线圈中有电流产生；③当改变愿线圈中的电流时，与副线圈相连的电流表会显示出副线圈中有电流产生。从中概括出：在与电流表相连的回路所包围的区域中，如果磁通量有了变化，电流表会有电流产生。

（3）形成物理概念和掌握物理规律是学生将感性认识上升到理性认识的核心阶段。实质上是思维过程，具体而言，学生经过感知而获得的物理表象在认知结构中原有知识经验的支持下，转化为头脑中的抽象的规定，它是通过分类、概括、抽象等思维加工活动完成的。怎样才算理解一个物理概念呢？例如：在理解"位移"这一概念时，要明确①为什么引入这一概念？②它的内涵。如：是描述什么的物理量？是否是矢量？它的大小和方向如何定义？它的单位是什么？③它的外延，即概念所反映的本质属性的对象，也就是概念的适用范围。④了解它与路程的區别与联系。物理规律是物理过程中各概念之间的必然联系，是在形成物理概念的基础上进行的，它的主要思维活动是抽象、判断和推理。如：在学习了位移、速度、加速度这些概念及匀变速直线运动的特点以后，学生就能自己总结出匀变速直线运动的基本规律：vt = v0 + at、 s= v0t +12at2。

（4）物理认知结构的重新组合阶段是感性认识上升到理性认识的一个重要环节，它是一个回忆、归类、概括、判断、推理、分析、综合的思维加工过程。物理认知结构的变化，主要是指使头脑中已知的散乱的物理现象形成秩序，或使头脑中的知识结构扩展、更新或重建。例如：学生在认知结构中已经有了相互并列的概括、三个气体实验定律（玻意尔-马略特定律、查理定律、盖-吕萨克定律）的基础上，经过推理、概括、抽象得出理想气体状态方程。由三个气体实验定律到掌握理想气体状态方程，认知结构的更新，使物理知识变得易于理解和记忆。

第二次飞跃即运用知识解决物理问题的阶段。

一方面，需要从认知结构中提取有关的知识和方法，另一方面，解决问题将巩固、深化、活化认知结构中的已有知识，并有可能进一步丰富认知结构的内容。通过解决问题，学生灵活地把理性知识运用于实际，思维从抽象上升到具体，使知识从弄懂到会用，对物理环境做出可观察的反应，从而完成认识上的第二次飞跃。具体而言，学生通过感知、表象、形成概念、整合，对所学的物理知识已有所领会，但实际掌握过程到此并没有完结，而是在教师的引导下学生能提出更深层次的问题，需要在新情境中推广、应用物理知识，需要自己构想认知策略，需要较为复杂的逻辑判断和推理。

2.2物理知识学习和掌握的各阶段之间的联系及转化依据。首先，这些阶段是由低到高，由简单到复杂依次深入和上升的，后一阶段都是在前一阶段顺利完成的基础上实现的，同时后一阶段又是前一阶段的提升和发展。

其次，实现各环节的顺利转化的依据是：（1）完整地观察实验、模型，仔细阅读教材、查阅数据，并能正确体会其中含义，同时激活已有知识，将新、旧知识有机结合起来，才能确切地归纳、概括出概念、规律、定律。（2）正确理解概念、规律、定律的本质要素，并具有迁移应用的能力、分析、辨析新问题的能力，才能顺利延伸到实践应用中。

上述这些必须的条件或依据中只要其中某一环节或节点出现认知障碍，物理知识的学习就会中断，或变得零散、不成系统，在应用时会遇到困难。所以有必要测查出在哪些环节上最易出现认知障碍。

2.3物理知识学习环节中的认知障碍的特征及表现形式。根据本人的教学实践，有意识地对学有困难的学生针对认知阶段的环节进行观察，并持续一年的跟踪测查，方法主要有"谈话法"、"分析诊断法"、"自我反省法"等。最终总结出以下几种典型的认知障碍：

（1）感知信息障碍。物理学是一门实验科学，离开了对物理现象的观察，物理学就成了无源之水，无本之木。但由于实验观察的局限性，查阅资料、数据的不完整性，感知物理环境的局限性，造成感知信息障碍。例如：在没有观察到足够多的电磁感应现象，就不可能很好地理解和掌握电磁感应这一概念，更不可能理解电磁感应定律。

（2）新旧知識衔接障碍。新知识在形成结论前往往需要旧知识作依托，由于没有及时巩固，遗忘率较高，使新旧知识不能有机地连贯起来，造成新旧知识衔接障碍。例如：在应用牛顿第二定律解决动力学的两类基本问题时，有的同学把匀变速直线运动的基本规律及一些推论忘记了，所以就觉得无从下手，难以掌握。

（3）相关知识干扰障碍。物理概念之间既相互联系，又相互区别。学生在学习物理概念时，常常不能区分相邻、相近的物理概念，这是相关知识的表现之一。例如：很多学生不能正确区分速度和加速度的概念，在理解速度和加速度的概念时，所犯的错误主要是：不能把特定的瞬时速度和特定的时刻联系起来：不能区别速度和速度变化，忽视速度发生变化时的时间间隔。相关知识的表现之二是前科学概念对物理概念的干扰。学生在学习物理之前，头脑中并不是一张白纸，他们从日常生活中积累了不少与物理有关的感性经验，对事物的物理属性有了一定的认识，形成了一定的观念即前科学概念。其中有些经验中形成的观念是错误的或片面的，从而干扰了正确概念的形成。例如：认为铁球比铝球下落的快；摩擦力总是阻碍物体的运动；甲把乙推倒了，说明甲推乙的力比乙推甲的力大；物体受力才运动等。

综上所述，学生在学习过程中往往受到上述认知障碍的阻挡，而不能顺利地完成学习任务，所以需要构建一种学习的过程模型，在实施过程中教师进行有目的的引导和训练，针对性地消除学生可能出现的认知障碍，从而避免学习中的低效重复，切实减轻学生的课业负担，提高学习的效率。

4.结语

构建物理知识学习的过程模型，其主要目的是要改变传统的教学观念，把学生当作学习的主人，让学生主动参与学习，明确学习的各个环节和步骤，看到自己学习中的问题所在，并设法逾越障碍。同时掌握科学的学习方法去去探究物理知识的本质和内涵，充分开发学生学习的潜能。教师从课堂的主角中退下来，在学习过程中起好导演和点拨作用，帮助学生去跨越知识的鸿沟，消除认知障碍。实践证明，按这种过程模型学习，学生不仅学会了知识，更掌握了学习方法，提高了学习的能力，绕过了学习过程中的拦路虎，让学习由被动转化为主动，切实地减轻了学生的负担，真正做到高效有意义的学习。

参考文献：

[1]《物理学习论》阎金铎 主编，广西教育出版社，1996年12月第一版

[2]《物理思维论》阎金铎 主编，广西教育出版社，1996年12月第一版

[3]《教育心理学--学与教的原理》邵瑞珍编著，上海教育出版社，1993年版