学生学科认知结构的建构

认知结构是学生头脑中的知识结构,这种结构既包括学科的知识结构,如基本概念、定理体系等,是一种客观的存在,也包括学生在接受学科知识时的认知结构,如长期以来形成的个性化的学习方法、思维能力等,是一种能动的反应。每个人对知识的理解角度与深度不一样,思维的方法与特点不一样,解决问题的路径与能力不一样,这必然带来认知结构上的不同甚至迥异。因此,对学科知识的死记硬背,只是一种简单的知识叠加与堆砌,不一定能形成良好的认知结构。我们要重视并研究学生认知结构的形成与发展,探索规律,着力提升学生的学科素养,引领他们将客观的知识真正内化为分析、解决问题的意识与能力。

一、探究学生认知结构的形成与特征,正视教学问题

时下,教师对新课程的理念都已耳熟能详,在公开课上也常常能“秀”出不少新的花样,但在日常的教学中,依然会出现这样那样的问题。

一些教师对学生的“学”不够重视。很多课堂依然是“一潭死水”,教师拼命地把一些概念、公式、定理灌输给学生,然后布置海量的练习,再贯之以大大小小的测试。灌输、练习、测试的“老三步”,使学生头脑中的知识成为机械的概念堆砌,这种孤立与简单的堆砌一般不可能实现从量变到质变,更不可能使学科知识真正内化为一种科学的方法与技能以及正确的认识论与价值观。还有一些教师注重了“学”的过程,但忽略了学生认知结构建构的特殊性,尤其是作为个体学生其差异性的存在,他们以统一的“模子”去铸造学生,反而可能让一些学生形成一种失败的、痛苦的体验。如果我们把对学生认知结构的研究作为一个重要的着力点,循序渐进、因材施教,就可能帮助他们建立起良好的、尽可能完备的认知结构,真正促进学生终身的发展。

对认知结构的探索,最早起源于皮亚杰的图式理论。他以主客体的关系为出发点,在其重要的著作《发生认识论原理》中提出:“认知的结构既不是在客体中预先形成的,因为这些客体总是被同化到那些超越于客体之上的逻辑数学中去,也不是在必须不断地进行重新组织的主体中预先形成了的。”他认为，思维的发展是整个心理发展的核心,遵循一定的发展规律,既不能跨越,也无法颠倒。此后,韦特海默提出的格式塔心理学理论,把学习视作学习者个体主动构造完形的过程,强调观察、顿悟、理解在认知结构中的重要作用。特别是布鲁纳对认知结构三阶段的归类与分析,以及奥苏伯尔对认知结构三变量的思考与解决策略,进一步完善并深化了认知结构的发展理论。

良好的认知结构起码要具备以下几个方面的特征:第一,能够比较迅速地掌握诸如概念、定理、公式等一般性的知识。第二,能够比较灵活地运用头脑中原有的知识来顺应、同化新的知识,形成立体化的认知网络。第三,能够比较全面地建构起个性化的学科见解,并且将对某个学科的认识论和方法论迁移到其他的学科,乃至对人生的规划与行动之中,形成善于运用和创造新知识的、层次更高的认知结构。

二、鼓励学生带着前概念走进课堂,在冲突中前行

学生良好认知结构形成的基础是其已有的学科前概念与前理解。前概念的“前”是指学生在正式接触某学科的科学概念教育之前已形成的认识。作为一个在探索中不断成长的个体,学生从出生之日起,就开始用各种感官去感知周边的世界,积累了丰富的生活经验,并逐步建立起个性化的认知图谱,即便有些现象或者问题从来没有遇到过,但他们也能凭着先前的体验与经验,或进行诠释,或提出假设,或形成解决的策略。因此,这种前概念将在他们接受新知识并且建构新的思维方式与体系时起到重要的作用。

前概念普遍地存在于学生的思维中，更多地来源于学生的直接经验,是他们在长期的生活实践中逐渐积淀而成的。在学习科学概念之前,学生对大量的事物与现象都已经有了个性化的理解。当然这种广泛与普遍更多地停留于感性层面,是对那种看得见摸得着的、平时的生活中经常碰到的事物与现象的一种认识。

前概念也顽固地沉浸于学生的思维中。古希腊哲学家亚里士多德曾提出，必须有力作用在物体上物体才运动,人们在生活中也以为的确如此,这个错误的前概念一直延续了两千多年。可见，前概念往往与人们对事物的认识深度相关,一旦形成,便根深蒂固,思维产生定式,渐渐成为他们观察与认识世界的基本认知图谱,很难再改变。

前概念更多地“潜伏”在学生的思维中。它具有一种潜在性,一般情况下并不表现出来,在接受教师传授新的科学概念时,往往就激活了他们头脑中已有的前概念,他们会自觉不自觉地进行类比,以此去解释、理解、建构新的知识结构。

前概念与科学概念都来源于人们的认识与实践活动,有时候两者是彼此一致的,有时候又是有所冲突的,有时候更是相互排斥的。如果是在趋同的时候,那么学生先前的认知结构就能对新的科学概念的建立起着积极的促进作用,他们能够以自己以前感悟到的鲜活的知识去消化、深化新知,学习便成了一件比较快乐的事情。如果是在有所冲突的时候,学生对事物表象的、非本质的认识的确与科学概念所相悖,虽然并不那么准确,但他们是以自己的眼睛看待世界、以自己的经验理解世界的,只要略加点拨,前概念往往就会被科学概念所同化,这一过程自然也会成为学生理解现实生活中某些现象的宝贵的精神财富。而第三种状况则应该引起我们高度的重视,就是当学生的前概念持久而顽固地进行认知的负迁移时,会出现思维的障碍,他们在认识新的事物时会以错误的前概念进行类比,导致错误的结论。长此以往,可能会形成学习的恶性循环,极大地打击学生的自信,甚至会影响其生活的态度。

因此,当学生带着先入为主的学科前概念进入课堂,在正式学习某类重要知识时,我们首先要了解并分析:他们的前概念有哪些,又是如何产生的，如何使这些前概念比较顺利地转换成科学的概念。通过各种方式,如问卷调查、个别访谈、题目测试等方式从多方面了解学生的前概念,只有这样,教学才能更有针对性与适切性。

例如,在学习初三阶段的化学之前,学生已在日常生活中积累了相当广泛的化学前概念,且在小学科学、初中生物、初中地理等学科中也有不少相关的知识与内容。他们的基础知识到底掌握到哪个程度,有哪些普遍存在的前概念？我们主要围绕以下几个知识点设计了一份调查表,来考查学生前概念的掌握情况。

我们在问卷中列出的知识包括四点:第一,空气、医用酒精、矿泉水是纯净物吗，新鲜的空气是由什么组成的，为什么？第二,金属是固体的、硬度大、重量大吗？试举例说明。第三,冰水、水、水蒸气是同一种物质吗，为什么？第四,家中哪些物质混合后能产生二氧化碳？检验二氧化碳的方法是什么？向阶梯形的小蜡烛中倒入二氧化碳,会产生什么样的现象，这说明了二氧化碳的什么性质？就以上几个方面,调查学生已经知道了哪些知识,又是怎么知道的。我们对刚升入初三的450名学生进行了调查,整理并具体分析了每个学生回答的内容,归纳他们的学科前概念导致认知错误的几方面原因,为即将进行的化学科学概念的传授与探讨提供了一份真实参考。

在正式进入学科知识课堂学习之前,我们还要通过提问、交流预习情况等环节,及时掌握学生大脑中前概念的情况,精心设计并整理出一些典型的问题,甚至设置一些思维的陷阱,鼓励学生大胆质疑、相互争论,发现学生思维中受前概念影响而出现的错误。这些错误暴露得越充分,后面的教学才越有适切性。

例如,在讲到物质的变化时,初中化学有一个最常见的例子:灯泡在通电后发光发热。那么,就会有一部分学生根据自己已有的知识认为化学变化常伴有发光放热的现象,从而得出灯泡在通电后发光发热是化学变化的结论。而事实上,物理变化也常伴有发光和放热的现象。再如,在讲述蜡烛的燃烧属于化学变化还是物理变化这一内容时,大部分学生都认为,蜡烛燃烧发光发热并有了新的物质产生,应该是化学变化。其实学生只要仔细观察、认真分析便可知道,蜡烛在燃烧的过程中有蜡烛熔化,气化是物理变化；有新物质水和二氧化碳生成时属于化学变化。所以，蜡烛的燃烧过程既有物理变化也有化学变化。

针对学生已有前概念的负迁移,教师不能只顾完成教学任务而忽略此错误,应该把错误当作一种可贵的教学资源,鼓励学生运用自己的前概念对现象作出解释,让学生感受到这种前概念与科学概念形成的难以调和的矛盾,从而产生认知上的冲突,再引导他们从中发现问题并分析问题产生的原因。教师要尽力给学生提供一个这样的环境,让学生清楚地意识到自己错误的前概念及其形成的原因,从而逐步改进并重建科学的认知图式。

三、引导学生运用前概念启迪学习,实现正向迁移

了解前概念、暴露前概念,主要是为了帮助学生避免前概念对其接受新知时的负面影响,进一步完善认知与思维的结构,形成终身学习的意识与能力。

学生有着各种类型、各种层次的前概念,其中大多只是对事物表象的、非本质的认识,如果引导得当,会促进学生科学概念的建构,成为理解新知的生长点。但是很多教师常常无视学生的前概念,更不考虑如何利用、同化、转变这些前概念,而是教条地按照既定的程式,一味地灌输新知。这些新知可能是一些理论、定义或者公式,也可能是一种实验的现象与结果,他们认为这些可能会考到的、能够影响卷面成绩的东西更为重要。因此,我们首先要转变理念,真正理解前概念的特质与作用力,实现前概念向科学概念的转化。

对于学生在学习之前已经掌握的知识,教师在教学中可以因势利导,对学生已有的知识内容进行精心设计,使教学知识体系与内容层层推进。例如,学生在苏教版《小学科学》六年级的第三章中已经接触到物质变化方面的内容,其中最典型的是石蜡的变化、铁的生锈,等等,他们在平时的生活中也已经注意到这些现象,在进入化学学习之前就知道了有新物质生成的变化和无新物质生成的变化,这样的前概念向科学概念的转化,一般不需要过多的时间,教学中只要有层次、有条理地引导学生加以比较和分析,他们往往就能够比较轻松地掌握。

但对于有些内容,学生很容易受先前错误理解的误导,形成顽固的思维定式,这就需要我们认真分析,通过巧妙的问题情境,使学生的前概念与所应该掌握的科学概念发生冲突,激发起思维的撞击,通过逻辑的推理与让人信服的试验,一步一步引领学生明确前概念与科学概念的本质区别,建立起较为牢固的科学认知图式。例如,金属不能燃烧,这在很多学生看来是理所当然的,因为他们在平时的生活中见到的都是金属不能燃烧的例子。这时,在讲授金属的有关特性时,教师就可以引导学生动手实验,观察铁丝与镁条燃烧时的现象,再引导学生分析为什么会形成这样的错误认知。再如,对于二氧化碳作用的理解,在各类媒体对二氧化碳经常性的抨击中,不少学生头脑中早就把它当作造成温室效应与大气污染的“刽子手”,认为其有百害而无一利。如何正确地看待二氧化碳？教师设置了一个灭火的情境,让学生猜一猜灭火器喷出的液体的主要成分,引发学生的思考,让学生初步形成全面看待某种事物的意识与能力,逐步建构起科学的思维模式。

学生带着他们的前概念走进课堂,这些前概念与科学概念的冲突,有时也来自于他们先前的课堂学习内容。如初二物理部分的内容告诉他们:一切物体都是由分子组成的,这与初三化学物质构成的认知有所冲突；初二物理教学中对能量的理解主要是从动能与势能的角度看,与化学中几种能量的表示方法相冲突。我们要注重贯通知识的联系与区别,帮助学生更加全面而准确地分析与理解。

由于前概念的根深蒂固性与潜在性特征,我们一般不太可能通过一两次认知冲突的制造与分析便把学生的前概念转换成科学的概念。这是一个长期复杂的过程,是学生认知结构与思维结构的转变,从某种意义上看,也是在学生头脑中引发的一场革命。对此,我们要有足够的思想准备与技能储存,真正把前概念当作生长科学概念的起点与基点,帮助学生建构起尽可能完善的、科学的认知结构。

本文来源于《中国教育学刊》2015年第九期，著作权归原作者所有

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