徐翠艷+鄭冕+符偉

【摘要】隨著素質教育理念的提出和運用，人們越來越重視教學過程中對學生綜合素質的培育。而其科學觀點的革新也加速了人類認知的進步，在這一形勢下，分布式認知理念應運而生。它強調人類在獲取知識的過程中，是依靠一系列實踐活動，通過對較多的分布式信息或系統(tǒng)進行分析，從而在交互過程中獲取新的認知。本文通過這一理論知識的啟發(fā)，在研究該理論的基本內(nèi)容后，提出了一些將其運用在物理教學設計的一些要點，并通過一些實例分析，研究了教學設計、實現(xiàn)過程。

【關鍵詞】分布式認知 物理教學設計 素質教育

【中圖分類號】G642.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）39-0121-02

一、引言

我國的教育事業(yè)發(fā)展較快，近年來開展了一系列教學改革活動，要求教育工作者將學生的綜合素質作為教學目標，實現(xiàn)教書育人的目的。在大學物理的教學中，知識點有一定難度，學生需要形成較為系統(tǒng)的知識結構，并具備一定的理解深度，能夠將其運用到生活或今后的學習中。分布式認知框架中，學習過程是成為了一種交互體驗，在學習者之間；學習者與學習對象之間；學習者與工具之間都形成了較為緊密的紐帶。將其運用到大學物理教學中，能夠有效提升教學效率，并且這種學習過程產(chǎn)生的結果較為寬泛，符合素質教育理念的要求。基于此，本文研究了大學物理教學中運用分布式理念的重要意義和主要實現(xiàn)途徑。

二、分布式認知理論

分布式認知提出較久，它認為人類的認知活動應該是存在社會的各種意識形態(tài)中，而不是局限于某一個體。信息包括外部的直接信息和內(nèi)部的深層表征信息。認知這一概念則存在于各個形態(tài)中，包括個體內(nèi)部、傳播媒介、信息所在環(huán)境、文化背景、時間狀態(tài)、以及各個信息之間的關系等等[1]。相比于其他類型的認知理念，可以看出這種理念更符合信息的實際分布狀態(tài)，也符合人類的正常認知習慣，也更加接近當前哲學意識中的世界原貌觀。在分布式認知理念中，信息的分布式是錯綜復雜的，又是有跡可循的；是深入細致的，又是包羅萬象的；是各有千秋的，又是同文共軌的。

因此，分布式認知理念與實際的聯(lián)系較高，能夠產(chǎn)生極高的社會實踐價值，將其運用到物理教學中，還能夠提升學生對知識認知的全面性，在系統(tǒng)的結構框架中完成涉及范圍廣、精研程度高的學習行為。這種實踐特性為分布式認知在大學物理教學中的運用提供了可行性[2]。而且，大學物理教學內(nèi)容中，有較多實踐行為，要求學生運用豐富的知識解決生活中的問題，且需要運用較深層次的數(shù)學知識進行仿真程度較高的模型模擬分析。這也向教學工作者提出了重視知識全面性、真實性、實踐性的要求。在這一形式下，將分布式認知運用到大學物理教學中具有重要實踐意義。

三、教學設計要求

大學生的學習已經(jīng)展現(xiàn)出了較高的個體差異，且學生在學習過程中往往有不同的興趣愛好和志愿發(fā)展方向，這就要求在教學方案中實現(xiàn)個體的開放，尊重每一位學生的個體訴求，并使用科學的教學手段和豐富的教學經(jīng)驗將其融入到整體教學活動中。因此，可以開展小組合作模式的教學，將教學知識體現(xiàn)給全體學生，同時產(chǎn)生不同的認知結果。在設計教學方案時，要注意以下幾點。

1.問題知識表征

首先，大學物理與高中相比，定律、規(guī)律更加抽象，在較多的模擬場景內(nèi)開展了一些理論研究，導致學生理解這些定律有些困難。教師就可以將這些模擬場景運用多媒體技術展示，通過圖像信息的模擬，學生能夠形象直觀地看到物理教學中一些傳統(tǒng)手段無法直觀看到的元素，從而提升教學效率。另外，教師在教學過程中需要注意各種信息媒介下知識點的體現(xiàn)方式，將物理規(guī)律隱藏在模擬動畫中。

2.任務分工

在小組的合作過程中，知識分布的全面化和分散化有較多的任務量，這就需要小組開展良好的分工合作。而且，在教學過程中，學生的個體差異較大，教師的教學活動需要面向全體學生，這就要求教師設計教學的難度梯度，引起所有學生的注意力，在良好的興趣中開展教學活動。在自主學習過程中，可以多開展探究式內(nèi)容，并由小組之間的分工合作實現(xiàn)探究內(nèi)容與學習過程的互聯(lián)。

3.交互活動

在課堂的教學活動中，存在著學生個體的內(nèi)部互動，但更多的是學生與學習材料、工具以及教師、同學之間的互動。因此，在設計教學方案時，要將這種互動重點體現(xiàn)，良好的互動不僅能活躍課堂氣氛，提高教學效率，還能夠降低教學難度，提升學生的學習主動性。

四、物理教學案例

為了進一步分析分布式理論在物理教學設計中的運用效果，本文例舉了一些大學物理教學設計方案。

1.巧設問題，歸納知識

在學習這一部分的內(nèi)容時，主要需要教學的有兩個重要的知識點，一是剛體轉動的能量定律，二是剛體轉動的角動量守恒定律[3]。在教學時，要采取循序漸進的方式，首先向學生介紹力矩做功的相關定，此時要重點介紹右手法則，將力矩的定義和方向判別在深入理解貫徹的基礎上融入到“手掌”中。在教學時，教師需要主動引導學生使用右手法則，這種教學互動能夠引起學生的興趣，并且在“手勢”教學中活躍了教學氛圍[4]。另外，可以向學生提問：為什么要使用右手來鑒別方向？有什么方便的地方嗎？左手可以完成嗎？通過這種啟發(fā)式的問題，學生能夠更好地理解扭矩，為之后的轉動慣量學習打下基礎。然后在學習有關轉動慣量的內(nèi)容時，可以利用多媒體技術展現(xiàn)出轉動過程的微分思想，并通過一些實例進行分析。

例如某圓盤的質量是m，半徑是R，則轉動慣量I的計算過程就可以運用以下的微積分思想：

將圓盤分成無限個環(huán)裝，對其中的一個環(huán)求轉動慣量，

就有dI=r2dm

因此整個圓盤的轉動慣量經(jīng)過積分計算，就可以得出為mR2/2[5]。

在進行例題教學時，要引導學生進行思考，如何對圓盤進行微分，是按照轉動方向的圓心進行逐層分割，還是以旋轉軸所在任意平面為標準，進行有截面分割。這樣學生能夠更好地理解轉動慣量的定義和相關概念。使用多媒體技術需要合理，在此處可以運用多媒體技術展示圓盤的微分形式，如下圖1所示。endprint

圖1 圓盤微分

在完成該例題的教學后，可以再向學生提問：把圓盤變?yōu)閳A環(huán)，其轉動慣量計算方式一樣嗎？將轉軸位置變換，其轉動慣量計算方式一樣嗎？將分析對象換為細棒、求殼、球體等形狀呢？然后引導學生開展相應的微積分計算，得出其轉動慣量計算公式，不僅實現(xiàn)了知識點的歸納總結，還實現(xiàn)了計算方法的溫習鞏固。計算結果（部分）如表1所示[6]。

表1 部分計算結果

剛體 轉軸 J

細棒（長l，質量m） 過中心，垂直 ml2/12

細棒（長l，質量m） 過某一點，垂直 ml2/3

圓盤（半徑R，質量m） 過中心，垂直 mR2/2

球殼（半徑R，質量m） 過球心 2mR2/3

2.追根溯源，歸納演繹

在大學物理學習過程中，可以發(fā)現(xiàn)很多的教學內(nèi)容實際都是圍繞著同一主線，從小學到大學的學習階段也是知識點越來越靠近現(xiàn)代，內(nèi)容越來越抽象的。這是因為，教學過程實際類似于人類對世界的認知過程，越靠近新發(fā)現(xiàn)的理論，理解難度就會越高。基于此，可以將知識點的教學融入到物理歷史中，在前人的認識發(fā)展中尋求更準確、更接近于正確的物理認知。并且向學生僧介紹一種演繹推理的思想，以實際場合的某一具體事件或一系列現(xiàn)象，證明某一理論的正確性。例如，在萬有引力的教學過程中，就可以介紹相關的理論和實踐證明內(nèi)容。首先由牛頓提出了理論構想，然后根據(jù)這一理論進行計算，發(fā)現(xiàn)當前的太陽系行星運行軌道的實際效果與理論有較大偏差，而理論計算的材料則來源于星系觀察，因此推算星系觀察有所遺漏，并進一步分析太陽系存在著第九行星[7]。最終由天文學家發(fā)現(xiàn)了海王星，并與萬有引力支持下的理論計算基本符合，由此進一步驗證萬有引力的正確性。這種歸納演繹、發(fā)現(xiàn)證明的方式促進了物理的發(fā)展，在發(fā)展遇到瓶頸時，通過這種逆向推理，提高了物理發(fā)展規(guī)律。在大學物理教學中向學生介紹這種思考方式，能夠有效提升教學質量，實現(xiàn)學生綜合素質的提升。

另外，歸納演繹的方法也可以為學生對某一類知識的認知提供借鑒方法，這也符合分布式認知理論的特性和教學要求。例如在對光的認知教學中，就可以向學生光的波粒二象性認知過程。首先是牛頓提出光具有微粒性，滿足了反射等特性，但無法滿足衍射等特性；隨后惠更斯提提出光具有波動性，能夠同時反映光的反射、衍射等現(xiàn)象。然后光電效應有催生了“光量子，”隨后，現(xiàn)代物理提出光具有動量，最終愛因斯坦提出光具有波粒二象性[8]。在之后的實驗中，這一假說得到了證明。通過想學生介紹認知事物的過程和方法，有助于學生養(yǎng)成良好的物理思維，是一種自然辨證地看待問題的方法。學生學習知識更加寬泛，影響更深刻，理解更透徹，還能將這種思維運用到其他的學科學習甚至生活中，即總結分析現(xiàn)象，進而提出假說，然后修正證明，這種科學的物理思維是大學物理教學的重要內(nèi)容。

五、結束語

本文研究了分布式認知理論在大學物理教學中的運用，并以實際案例進行了簡單說明。在運用分布式理論開展教學時，要注意將教學過程設定得符合大學生群體特征，要具備較高的專業(yè)性和全面性，在各個知識點相聯(lián)系的氛圍中引起學生的求知欲。另外，在任何學習階段，教師都需要注意培養(yǎng)學生的自主學習能力，因此在設計教學方案時，要多設置探究型內(nèi)容，從而幫助其養(yǎng)成自主學習習慣。在條件允許的情況下，可以由教師帶領學生開展系列實驗，在親身實踐中領悟更多知識點。分布式認知認為知識存在于各種意識形態(tài)中，知識所處的環(huán)境、存在的媒介都使認知的一部分。因此，開展物理實驗也是分布式教學的重要實現(xiàn)方法，除了本文到的課堂教學方法，在課外實驗、實際生活中，學生也可以開展學習活動。

參考文獻：

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[3]趙躍英，王祖源.注重基礎物理課程與專業(yè)學科間的銜接——大學物理教學設計之五[J].物理與工程，2010（4）：7-8.

[4]陸汝杰，宋志懷，吳於人.充分利用物理演示實驗培養(yǎng)學生探究未知的能力——大學物理教學設計之六[J].物理與工程，2010，20（5）：10-12.

[5]吳天剛，倪忠強，吳於人.數(shù)字化物理教學的設計與實踐——大學物理教學設計之三[J].物理與工程，2010，20（2）：10-12.

[6]劉鐘毅，吳天剛.貫徹《基本要求》把握教學重點難點——大學物理教學設計之一[J].物理與工程，2009，19（5）：4-6.

[7]姜國棟.淺談與專業(yè)相結合的“三校生”大學物理教學設計新途徑[J].科技創(chuàng)新導報，2015（17）：170-171.

[8]楊玉梅，唐遠林，王凱俊，等.問題解決教學設計應用于大學物理創(chuàng)新實驗的探索與實踐[J].物理實驗，2012，32（11）：23-27.

基金項目：遼寧省教育科研管理智庫項目（ZK2015031）；遼寧工業(yè)大學理學院教改項目（201709102）。

作者簡介：徐翠艷（1975-），女，漢族，遼寧朝陽人，學歷：碩士，職稱：副教授。研究方向：理論物理及物理教學研究。endprint