优化学生认知结构 实现“大学物理”学习正迁移

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  摘要:本文首先介绍了高等教育心理学“认知结构”和“学习迁移”的概念及理论,并将这些理论应用在大学物理教学工作中,通过分析研究并调节影响认知结构的三个变量,从而优化了学生在实际大学物理学习中所形成的认知结构,最终实现了学生学习过程中的正迁移。这有力地促进了“大学物理”的教学工作,增强了教学效果,提高了教学质量。
  关键词:认知结构;正迁移;大学物理
  作者简介:李阳(1969-),男,辽宁鞍山人,五邑大学应用物理与材料学院,讲师,工学博士,主要研究方向:薄膜光电子半导体材料与器件。(广东 江门 529020)
  
  “大学物理”作为高校理工科学生的一门必修课,不仅具有科学的严谨性和很强的实践性,而且具有广泛的应用性和不断的创新性。学生在“大学物理”学习过程中,通常都是有计划和有系统性的。新的物理知识的学习总是以原有的学习为基础,原有的学习可能促进也可能干扰后继的学习。如何充分地利用高等教育心理学的有关概念及理论,使学生原有的学习最大限度地促进后继的学习,成为当今教学改革研究的新热点。
  正确运用高等教育心理学中有关“认知结构”以及“学习迁移”的概念及理论,可以很好地解决上述问题。所谓“认知结构”,[1]简单来说就是学生在学习过程中在其头脑中建立起来的知识结构;而“学习迁移”指的是已经获得的知识、方法、技能对学习新知识的影响。[2]而这种影响可以是积极的,也可能是消极的,前者叫正迁移,后者叫负迁移。学习迁移是有规律可循的,只要遵循学习迁移的规律,在教育教学工作中创造一定的条件,控制和调整有关影响因素,就能够促使正迁移产生,从而促进教学工作,提高教学效果。
  笔者在“大学物理”教学过程中,分析并研究了影响学生认识结构的三个变量,并据此在实际“大学物理”教学工作中优化了学生的认识结构,从而实现了学生学习过程中的正迁移,极大地促进了大学物理的教学工作。
  一、“认识结构”与“学习迁移”的概念及理论
  美国著名认知教育心理学家奥苏伯尔曾根据学习进行的方式把学习分为接受学习与发现学习,又根据学习材料与学习者原有知识结构的关系把学习分为机械学习与意义学习,并认为学生的学习主要是有意义的接受学习。[3]在有意义的接受学习过程中,学生在其头脑中必然会建立一定的知识结构,这就是高等教育心理学中所称的“认知结构”,可以具体地理解为学生在某一学科的特殊知识领域内的观念的全部内容及其组织。原有的认知结构是影响新的有意义学习与保持的关键因素,即有意义学习的发生与习得意义的保持皆取决于认知结构的状况,随学习者的认知结构而变化。
  奥苏伯尔在有意义的接受学习基础之上提出了一种新的“学习迁移”理论,称为认知结构说。[4]认知结构说认为在有意义的接受学习中,学生的认知结构是有效影响学习迁移的重要因素。学习者把新知识纳入到已有的认知结构中,这就是有效的正迁移过程。因此,奥苏伯尔认为,加强认知结构能促进新的学习,教学目标就是使学生形成良好的认知结构。
  奥苏伯尔提出了三个主要的影响有意义学习和迁移的认知结构变量:已有知识的可利用性、可辨别性和稳定性与清晰性。可利用性是指在认知结构中是否有适当的起固定作用的观念可以利用,能否为新的学习提供最佳联系和固着点;可辨别性是指新的学习内容与同化它的起固定作用的原有观念的分化程度;稳定性与清晰性是指学习者认知结构中起固定作用的观念是否巩固、清晰。奥苏伯尔认为:可利用性强、可辨别性和稳定性高的认知结构是良好的认知结构,有助于新的学习和保持,即有利于学生学习的正迁移。
  既然认知结构变量影响着学习迁移,那么可以通过有效调节认知结构的各个变量,优化学生的认知结构,促进学习正迁移的发生,推动教学工作,增强教学效果,提高教学质量。
  二、有效调节认知结构各个变量,优化认知结构,促进学习正迁移
  依据奥苏伯尔认知结构迁移理论,学生学习迁移的大小程度与学生认知结构的质量有密切的关联。既然认知结构的可利用性、可辨别性、稳定性与清晰性是影响有意义学习与迁移的三个重要的认知结构变量,那么就要采取一定的策略有效地调节认知结构各个变量,优化学生的认知结构,实现最大程度的学习迁移。
  1.加强知识的条理化、系统化、整体化,增强认知结构的可利用性
  经验和研究都表明,在有序的结构中提取有序的知识,必然是迅速而准确的。[5]因此,教师要着力优化学生的认知结构,使其最大程度地体现出条理化、系统化和整体化,这样也有利于学生在解决问题时及时、准确地提取已有知识。我们在大学物理教学工作中通过采用以下两种步骤及方法加强了学生大学物理知识的条理化、系统化和整体化,优化了认知结构,提高了可利用性。
  首先,对大学物理教材进行二次加工,合理地处理教学内容,再以此编写具有最佳知识结构的教案。学生的认知结构主要是由教师授课教案的知识结构转化而来。教材中的基本概念、基本原理、技能和行为规范等具有广泛的可利用性,其迁移价值较大。但对于具体不同的学生群体可能缺乏必要的针对性,这就需要教师根据具体特性的学生群体编写出具有具体解决方案的教案。既要忠实圆满地教授规定的教学内容,又要主动、合理、创造性地丰富和调整教学内容,将课程与教学联系起来,做到源于教材,立足基础,勇于创新。这样所形成的教案比教材更具条理化、系统化和整体化,更具针对性。结构合理的教案应蕴含更为简练概括的概念和原理系统,具有较高包摄性和广泛有力的解释功能,为新的学习提供坚实的固定点,更具可利用性。
  其次,我们在授课过程中,要紧扣教案引导学生对知识概括、归纳,要在学生的认知结构中构造一定的知识块、知识链,以至于形成知识网。这样就大大地提高了认知结构的可利用性。大学物理包括几个模块,要求教师先有一个整体备课,写出简要的全学年或全课程的教案,然后制定较详细的单元备课。
  例如在讲授波动光学时,按振动—波动—干涉—衍射—偏振的序列组织教学,并从每一个知识点沿不同角度、途径散发,从一个知识点联想到另一个知识点,并找到知识点间的内在联系,使知识点有机地联系为一个知识网,从而增强认知结构的可利用性。知识间的纵横联系,不仅可以在一门学科之内,而且也可以在相关学科之间纵横联系。如学习大学物理的电磁理论时,可以结合高等数学的各种微积分解法教学等。这样的教学既生动又有效率,可大大地增强认知结构的可利用性。
  2.加强知识间的比较,增强认知结构的可辨别性
  学生认知结构的可辨别性取决于学生个人认知结构的组织特征,学生认知结构中的原有知识与要学习的新知识之间要易于清晰分辨。如果一个学生的原有知识是按一定的结构、分层次严密地组织好的,则他在遇到新的学习任务时,不仅能迅速地在原有的认知中找到新知识的固着点,而且也易于辨别新旧知识的异同。注重新知识与新知识、新知识与旧知识之间的比较,能够增强学生认知结构的可辨别性。
  我们在“大学物理”教学过程中,广泛地运用了比较法,有效地增强了认知结构的可辨别性。通过比较不同的概念,加深学生对概念的理解、判断;比较不同物质的组成、结构、性质等可以总结归纳知识的网络,提高对物质的整体认识;比较不同的解题方法,可以锻炼学生判断、归纳、理解问题的能力,做到举一反三、触类旁通;对比实验的方法更能直接反映不同物质性质的异同等等。总之,通过比较找出知识点间的异同,可以增强知识间的可辨别程度,易于获得精确、可分离性强的知识。比较法可适用于新课、单元小结、复习课,也可用于实验、习题的一题多解等探究课。
  例如学习光波的某些知识时,完全可以类比机械波的一些概念。首先复习机械波的相关知识——波的叠加原理,波具有独立传播性(两波相遇后分开,仍保持各自原来的特征),还具有运动叠加原理(相遇区内任一质元的位移,是各波单独在该点引起的振动位移的合成),满足频率相同、振动方向相同、相差恒定的两列波为相干波,在两列相干波的交汇处会呈现出明暗相间的稳定图像,与时间无关,这种现象称为干涉现象。机械波的干涉分为干涉相长和干涉相消,当波程差为半波长的偶数倍即波长的整数倍时为干涉相长,而波程差为半波长的奇数倍时为干涉相消。以上关于机械波的知识已经是学生认知结构中的一部分,完全可以作为学习光波知识在学生已有认知结构中的固着点,完全可以类比于光波的相关知识。光波也同样具有波的独立传播性和叠加原理,同样满足频率相同、振动方向相同、相差恒定的两列光为相干光,光的干涉条纹也是明暗相间的,且当光程差为半波长的偶数倍即波长的整数倍时为干涉相涨,呈现为亮条纹,而光程差为半波长的奇数倍时为干涉相消,呈现为暗条纹。
  诸如此类,在类比的过程中也包含物理知识与方法的迁移,并且教会学生辨认知识的本质特征,帮助学生把新知识纳入自己的认知结构中,实现知识的有效迁移。
  3.采用多种有效的学习方法增强认知结构的稳定性和清晰性
  学生在学习新知识过程中,如果所接受的教师讲授知识信息量越大、所做习题的数量越大、习题类型越多,则学习新知识正迁移的可能性和范围就越大。但如果不注重基础知识,追求偏题、怪题及过多过难的题目进行训练,会使学生丧失学习兴趣,在心理上受到压抑,往往会使学习正迁移受到负面影响甚至障碍。因此,教师必须采用多种方法改善学生学习方式,强调科学的训练方法,充分利用典型的基础问题,深入挖掘和扩充习题的训练价值,尽量做到举一反三、触类旁通,从而有效地实现学习迁移。
  例如我们在讲授量子物理基础知识时,首先要带领学生复习一下经典力学的牛顿三大定律,强调在处理宏观世界的运动状态时仍然运用牛顿三大定律这一初步结论。接着马上强调在考察具有波粒二象性的微观粒子的运动状态时由于存在不确定关系,就不能再运用牛顿三大定律。这时,就要采用主动接受式学习方式,结合讨论、研究与合作及体验等多种学习方式,设计练习,及时纠正错误的认知,增强态函数概念及薛定谔方程意义的巩固性。强调进入量子力学学习阶段,仍要以解方程求解的方法作为观念上的固定点,但此时已经不是经典力学的牛顿方程而是量子力学的薛定谔方程及其解态函数。这不仅巩固了经典力学的有关结论,而且增强了它与薛定谔方程及其解态函数的可辨别性。这样学生就会理解得非常清楚,更会得心应手。在考察宏观与微观物质的运动状态时,正是采用这些学习方式及相应的练习和反馈,使学生头脑中形成了关于宏观与微观物质运动状态的稳定、清晰的认知结构。
  我们还教授学生采用过度学习的方法,增强新知识在学生认知结构中的稳定性和清晰性。过度学习是指学习某一课题或材料在达到最低限度的领会或勉强可以回忆的地步以后,集中一定的时间继续进行学习的一种学习方式,也称继续学习。过多的过度学习是很不科学的,一般说来,学习程度以150%为佳,其效应也最大。[6]
  另外,合理利用“先行组织者”策略,[7]也可以达到增强认知结构的各个变量的目的。设计适当的先行组织者以影响原有认知结构,不仅是研究学习迁移的一种策略,也是一种教学策略,它可以在学习者原有认知结构和新的学习任务之间架起一座知识的桥梁,使学习者更有效地学习新材料,促进更多的迁移产生。这需要我们在教学中挖掘新教材的内涵,精心设计。
  三、结论
  综上所述,在“大学物理”教学中,我们通过分析和研究学生的认知结构,并采用多种方法调节了主要影响有意义学习和迁移的认知结构的三个变量,很好地优化了学生的认知结构,实现了学生学习的正迁移。笔者在2009年度所教授的“大学物理”的一个实验班中,在实施优化学生认知结构之前,班级中不及格人数为11人,平均成绩为63分;在实施优化学生认知结构之后,班级中不及格人数减少到2人,平均成绩提高了11分,达到了74分。这个不错的结果说明了通过调节认知结构的三个变量,优化学生的认知结构,完全可以产生学生学习过程中的正迁移,从而增强教学效果,提高教学质量。但优化学生的认知结构是一个系统工程,还需进一步的研究与实践,必须注意研究学生心理,审时度势,将学生认知结构的优化提高到一个新水平。
  
  参考文献:
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  [2]莫雷.教育心理学[M].广州:广东高等教育出版社,2002.
  [3]罗伯特·斯莱文.教育心理学理论与实践[M].姚梅林,译.北京:人民邮电出版社,2004.
  [4]J.M索里,C.W特尔福德.教育心理学[M].北京:人民教育出版社,1982.
  [5]郭志宏.教学中促进学生学习迁移策略初探[J].内蒙古财经学院学报(综合版),2005,(2):22-24.
  [6]潘菽.教育心理学[M].北京:人民教育出版社,1992.
  [7]李阳.基于“先行组织者”策略的大学物理教学经验总结[J].中国电力教育,2009,(7).
  (责任编辑:刘辉)
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