构建物理知识学习的过程模型有效消除学习中的“认知障碍”

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，离开了对正在发生的物理现象的观察，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，会造成感知信息障碍。例如，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）新旧知识衔接障碍。新知识在形成结论前往往需要以旧知识作为依托，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，有的学生把匀变速直线运动的基本规律及一些推论忘记了，感觉无从下手，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。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；另外，还有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，形成一定的观念，即前科学概念。其中有些经验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：认为铁球比纸团下落得快；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。

（4）知识迁移障碍。由于对概括得出的结论的本质要素理解不够深刻、清晰，所以缺乏对知识进行模仿、延伸、再造的能力。因此，即使是简单的模仿应用都不顺畅，更不用说将知识进行变换、联想、类比了，从而造成知识迁移障碍。例如，如图所示，AB是半径为1米的光滑圆弧，在A点与水平面相切。已知AB弧长为4厘米，现将一质量为m的小球从B点由静止释放，设小球下滑到圆弧低端A所需时间为t，为使小球下滑时间增为2t，可采用下列方法中的哪一种？

A.小球质量增加为原来的两倍

B.将圆弧的半径增加为原来的4倍

C.将圆弧的长度增加为原来的两倍

D.将小球从圆弧的中点C有静止释放。

有的学生把简谐运动的周期公式背得滚瓜烂熟，但若换成上题，很多学生却答不上来，这就是迁移障碍。其实只要将小球的运动看成是单摆，问题就迎刃而解。

（5）定势作用的障碍。在学习过程中经常受到心理定势或知识定势的影响，主观意志凌驾于客观分析之上，只会沿着一个方向挖掘，不善于变换角度思考，从而造成认知障碍。例如，有一人在匀速行驶的列车上竖直向上抛出一小球，则小球将落在抛出点的：

A.前面 B.后面 C.原地 D.無法判断

很多学生会选B，这就是思维受到定势作用，认为小球在做竖直上抛运动这段时间里，列车在向前运动，而忽略小球在抛出时同时还具有向前的速度。

（6）知识体系形成障碍。由于已有的物理知识结构不清晰，概念模糊，在已建立起来的长时记忆系统中各知识点的横向联系和纵向层次关系不是很明确，造成新知识纳入困难，找不到合适的归属位置，从而使得知识零散，不仅不能运用自如，而且容易遗忘，这便是知识体系形成障碍。

例如，在学完了高中力学部分内容以后，在脑子里分散着很多概念、定理、定律、原理，搞不清各部分之间的逻辑关系，不明确各知识点在知识结构中所处的地位，各概念及规律之间的联系与区别，找不到力学知识体系的主线——力和运动的关系，直接影响知识的整体应用。

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。

四、行动二：构建物理知识学习的过程模型，探求克服认知障碍的策略

知识的掌握必须通过一系列的认识活动才能实现，因此，从物理知识学习与掌握过程的动态规律入手，构建一种物理知识学习的过程模型、它的特征是符合人的认识活动规律，按学习和掌握知识的各个认知阶段和环节安排学习过程，有目的地在学习过程中进行针对性训练，以便帮助学生成功逾越认知障碍，提高学习能力，激活学习氛围，使学生能够愉快地进行自主学习，最终达到提高成绩的目的。

1.物理知识学习过程模型的基本结构

2.在课堂教学中贯彻过程模型的实施，实现有效克服认知障碍的策略

在课堂教学中教会学生“怎么学”，即帮助学生构建物理知识学习的过程模型的初步框架，让学生了解怎样去观察、思考、概括，如何编织出知识网络，建立完善的物理知识的基本框架，同时训练学生研究和认识事物的科学方法，即观察现象、发现问题、提出假设、查阅资料、用实验验证得出结论。通过观察、操作、分析、整理、类比、归纳等过程，提高学生的观察能力、实验能力、思维能力、创新能力等。在整个高中阶段的物理知识学习中让学生逐步熟练运用该过程模型进行自主学习，并在学习过程中不断地加以完善。

下面就“平抛物体的运动”一节课谈谈如何结合课堂教学中实施该过程模型，及如何有效地将克服认知障碍的策略有机地结合到教学实践中。

（1）課前预习，消除新旧知识衔接障碍。有意识地指导学生课前复习相关旧知识。教师在引入时，只需简单的几句话就能迅速地切入正题，达到激发学生求知欲的目的。如布置课前预习物体做曲线运动的条件，牛顿运动定律的内容，匀变速直线运动的基本规律，运动的合成遵循的规律，等等。

（2）指导直观，消除感知信息障碍。本节课的重点是研究平抛运动的规律，关键是做好演示实验和分析闪光照片。教师要用启发性的、能揭示要点的语言指导学生，设问应有一定的梯度，让学生在探究过程中经过努力就能达到目标，从而将学生的注意力和思维不断引向深入，激发学生的内在动力，实现自我发展。例如，通过演示1（沿水平抛出一小球）让学生看到平抛运动的轨迹，得到物体做平抛运动时，在水平方向和竖直方向都有运动这个事实，然后提出研究这两个方向上的运动具有什么特点；出示演示2（用平抛竖落仪演示同时做平抛运动的小球A和自由落体运动的小球B同时落地），使学生认识平抛运动在竖直方向的运动是自由落体，提示想进一步知道平抛运动在水平方向是什么运动怎么办？这时及时出示平抛运动的闪光照片，提出分析他人的实验结果，也相当于做实验，并让学生通过自己的操作得出结论。

（3）帮助概括，消除知识类化、整合障碍。解析上述两个演示实验和闪光照片，依据表象及获得的实验信息，概括出平抛物体在水平方向的运动是匀速的，在竖直方向上是自由落体运动，这两个运动互不干扰、相互独立。在此基础上，让学生通过所学的动力学知识去认识其中的道理，引导学生自己列出一条知识主线，得出平抛运动的规律，并将它纳入质点的机械运动一类。

（4）设计习题，消除迁移障碍及思维定势障碍，巩固、深化所学知识。在学生知识迁移能力较弱时或新知识层次较高完全领悟较困难时，要避免设计跳跃性训练题。应从低层次开始，逐渐提高，先让学生学会简单地模仿，再上升到会变换角度思考，并进一步要求他们独立联想、对比。例如，理解了平抛物体在水平方向的运动是匀速的，在竖直方向上是自由落体运动，得出平抛运动的规律以后，就可解决一些实际问题。

例题1 飞机在810米的高空中水平飞行，速度是252千米/小时。为了使飞机上落下的物体能落在指定地点，应该在离开指定地点的水平距离多远的地方落下？物体落地时速度如何？

例题2 在水平路上骑摩托车的人，遇到一个壕沟（如右图所示），摩托车的速度至少要有多大，才能越过这个壕沟？

在“新课教学”以后围绕本节课的重点知识安排“课堂讨论”，帮助学生概括、消化、理解所学的内容。

讨论1 用m、v0、h分别表示平抛运动物体的质量、初速度和抛出点离水平地面的高度，在这三个量中：A.物体在空中运动的时间是由————决定的。B.在空中运动的水平位移是由————决定的。C.落地时瞬时速度的大小是由————决定的。D.落地时瞬时速度的方向是由————决定的。

讨论2 伽利略在1638年写的《两种新科学的对话》一书中曾说，一颗石子从船上一根桅杆顶上落下时，不论船是静止的还是匀速航行的，它都将落在桅杆的脚下，并亲自做了这个实验。请由平抛运动的规律解释这一现象。

讨论3 一架飞机水平匀速飞行。从飞机上每隔1秒钟释放一个铁球，先后共释放4个。若不计空气阻力，从地面上观察4个球，下列说法正确的是：A.在空中任何时刻总是排成抛物线，它们的落地点是等间距的。B.在空中任何时刻总是排成抛物线，它们的落地点是不等间距的。C.在空中任何时刻总在飞机正下方排成竖直的直线，它们的落地点是等间距的。D.在空中任何时刻总在飞机正下方排成竖直的直线，它们的落地点是不等间距的。

讨论4 猎人用枪水平地射击停在树枝上的一只猴子，就在子弹从枪口射出的瞬间，猴子从树上由静止开始自由落下，子弹能击中猴子吗？为什么？

通过讨论不仅可以活跃课堂气氛，让学生积极参与，充分体现学习的主动性，还可以使学生加深对平抛物体运动规律的认识，并能从多角度去理解题目所给的物理过程，往往可以使学生大开眼界，既能拓展知识，还能培养学生的想象能力。

五、实施物理知识学习之过程模型的效果调查与反思

在对所教班级的后十五名学生跟踪测查近一年后，掌握他们频繁出现认知障碍的几个环节，让他们严格按照上述过程模型进行明确的学习，教师采用针对性措施，尽可能预防和消除其中的认知障碍。经过一年多的实践，获得了较明显的效果。

首先，这些学生对物理学习的畏惧情绪有了很大的转变。从原来一看到物理题就怕、烦，慢慢转变成可以接受，甚至有些喜欢，并能主动地发问。

其次，在学习过程中学生自己学会了各种物理学习方法。如问题讨论法实验探究法、局部探求法、对比练习法、信息综合法、推理学习法，等等。众多的学习方法交替应用在学习过程中，从而对各种物理学习方法熟练运用，大大提高了物理学习的效率。

再次，学生在不断使用各种物理方法解决实际问题时，物理学习能力大幅度提高。如运用实验的方法，锻炼了学生的观察能力、设计能力、操作能力；在实验设计和问题讨论过程中，强化了逻辑思维能力、发散思维能力和创造思维能力；在查阅资料解决问题时，提高了阅读能力、自学能力、获取信息的能力。

总之，构建物理知识学习的过程模型，其主要目的是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，看到自己在学习中的问题所在。同时掌握科学的学习方法去探究物理知识的本质和内涵，充分开发学生学习的潜能。教师在学习过程中起好导演和点拨的作用，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，让学习由被动转为主动，切实地减轻了学生的负担，真正做到高效有意义地学习。

参考文献：

[1]阎金铎.物理学习论[M].南宁：广西教育出版社，1996.

[2]阎金铎.物理思维论[M].南宁：广西教育出版社，1996.

[3]皮连生.教育心理学——献给教师的书[M].上海：上海教育出版社，2005.

[4]官文栎.走进高中物理教学现场[M].北京：首都师范大学出版社，2011.

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