基于认知的建构与整合的高中物理教学路径

张家琪

【摘 要】建构主义学习观认为学习是在个体与某个学习环境的相互作用中，认知结构形成、改造和精致的过程。学习的结果，不只是对某种刺激作出特定反应，更是头脑中认知结构的构建。本文从规律教学和问题解决教学两个方面，以高中特级教师的教学片段为样本，探讨物理教学中知识的认知结构是如何建构并发展完善的，以期打造释放学生潜能的高校物理课堂。

【关键词】认知结构；物理教学；建构主义

建构主义学习理论认为，学习是在个体与环境的相互作用中，认知结构形成、改造和精致的过程。在物理教学实践中，让学生在自主探究、规律总结、问题解决的过程中，构建物理知识的基本框架，形成关联贯通的知识网络，是认知结构理论视角下高效学习的路径。实现这一路径就需要教师关注学生学习过程中认知的建构与整合，实现“点石成金”。

一、在认知建构与整合中促学生“循规蹈矩”

物理规律反映物理现象发生、变化的本质属性。做一个“循规蹈矩”的物理学习者，是发展物理规律的科学认知，掌握探究事物本质方法的应有之义。促进学生“循规蹈矩”，需要教师科学、合理地帮助学生进行独立自主的认知建构。

认知的建构与整合需要选取适当的样例。南京金陵中学朱建廉老师《法拉第电磁感应定律》的教学设计就巧妙选取样例，问题创设“相同”之中有“不同”，“不同”之中有“相同”，让学生在探究中破解电磁感应定律的“潘多拉密码”。

1.针对两个实例，准确表述感应现象的产生条件

问题1：图1和2的装置中，怎样操作可以产生感应电流使电流表指针偏转？

問题2：在图1和2两例中，引起电磁感应的原因是否相同？

2.针对“动生感应”研究，导出动生电动势的表达式

问题3：动生电动势应如何表达？

3.针对“感生感应”研究，通过探究性活动完成定律的建构

问题4：既然“感生感应”是由“磁通量变化”所致，那么“感生电动势”就应与“磁通量变化情况”有关。大家同意这一判断吗？

问题5：“磁通量变化情况”通常指什么情况？

问题6：你觉得感生电动势是与磁通量变化相关还是与变化的快慢相关？

问题7：感生电动势与磁通量变化快慢间存在怎样的关系？

问题8：能给出“感生电动势与磁通量变化率成正比”的证明吗？

这两个样例都是由“动”产生感应电流，但一个是导线切割磁感线产生的感应电动势，一个是磁感应强度变化产生的感应电动势。由此得出，因“动”而生的称作“动生感应”；因“变”而生的称作“感生感应”。其实细细追究，这两种电动势的产生都是由于磁通量发生了变化。

百颗千颗的珍珠即使再美丽，如果没有用线串起来，那也只是散落、零乱的，用线穿成串才能成为完整美丽的项链。朱老师通过对这两个样例的辨析，以一连串的问题组织起教学，用层层深入的问题启发学生主动探究，有效完成了对法拉第电磁感应定律的认知建构。

二、在认知建构与整合中促学生“清源正本”

清源正本、解决实际问题是学习科学知识的最终目的和归宿。认知结构理论更需要关注实际问题的解决，促学生“清源正本”。为此，教师应在教学时，利用认知结构理论帮助学生高效地建立解决问题的根本方法，提高学生解决物理问题的能力。

金陵中学陈连余老师《恒定电流》习题课中，就为问题解决中实现认知建构与整合提供了范式：

如图3，一根表面均匀镀有发热电阻膜的陶瓷管，两端有导电箍MN，长度L=50cm，直径D=10cm，膜层电阻率已知。现给米尺、电压表、电流表、电源、滑动变阻器、电键和若干导线，请设计一个测定膜层厚度的实验方案。

（1）实验中你要测的物理量是______；

（2）计算膜层厚度的公式：__________。

答案：因膜层太薄无法直接测量，所以只能间接测量。运用伏安法可测出膜层电阻R=U/I。由电阻定律就可算出膜层的横截面积S。将膜层沿MN方向展开，得到图4所示长方体，其横截面积与膜层的S等效。由此得出膜层厚度d=。

学生：老师，您怎么想到这样去求解的呢？（教师答不上来）

在上面的教学片段中，教师给出的是专家型解法，即一开始就辩认出这题是在伏安法的基础上，利用几何知识求导电部分的横截面积的类型。以膜层面积为切入口，便可流畅自然、一气呵成地完成解题。但学生未曾见过这类题型，也不具备学科专家解决问题的思维方式。教师把这样的解答过程讲给学生听，很可能只是让学生抄了一遍标准答案而已。

真正符合学生认知发展的教学应更多地关注学生遇到问题的思考过程，关注学生的解题思路。教师需要做的就是去芜存菁，肯定学生解题思路中正确的部分，纠正错误的环节，并适当在训练中引导他们形成专家型解题思路。课上，陈老师通过与学生互动，得出修正后的解答过程：……算出膜层的横截面积S，设膜层内、外环半径分别为R和r，则膜层的横截面积S=πR-πr=π（R+r）（R-r）=π（R+r）d，因为膜层很薄，R和r非常接近，所以S≈2πRd=πDd。

修正后，教师从最浅显的如何算电阻层的横截面积出发，列出算式，一步步利用数学方法化简、求值，最终得到这部分面积相当于把这一层膜沿管长剖开后近似长方体的横截面积。这样学生就在建构解题认知模式中做到了“正本清源”，也能举一反三、触类旁通。

不论是物理规律教学还是问题解决教学，教师都要顺应学生认知发展的规律，把握学生的前认知特点与共性，寻找认知突破口，打破平衡之后重建平衡，让学生在不知不觉中完成了认知建构的心理过程。

【参考文献】

[1]来自南京市金陵中学物理特级教师朱建廉的.《法拉第电磁感应定律》.教学设计

[2]来自南京市金陵中学物理特级教师陈连余的.《恒定电流》.习题课

[3]张春兴.教育心理学[M].杭州：浙江教育出版社，1998.213-214

[4]顾康清.论物理认知结构及其教学构建[J].中学物理教学参考，2003，06：2-4

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