魏國強 李水蓮 魯 湘

(1. 河北師范大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院,河北 石家莊 050024; 2. 石家莊市第二中學(xué),河北 石家莊 050004)

初中生物理問題表征對物理問題解決起著舉足輕重的作用.初中生具有強烈的好奇心,思維發(fā)散,但由于相應(yīng)知識結(jié)構(gòu)、經(jīng)驗等因素限制,往往不能正確、合理地表征問題.問題得不到解決,嚴(yán)重挫傷學(xué)生的積極性,不利于學(xué)生發(fā)展.所以,培養(yǎng)學(xué)生的問題表征能力非常重要.本文以分布式認(rèn)知理論為指導(dǎo),將物理課堂教學(xué)視為一個認(rèn)知生態(tài)系統(tǒng),結(jié)合認(rèn)知理論和教學(xué)實際,分析了初中生表征物理問題的認(rèn)知分布性.在教學(xué)過程中充分了解和利用這種分布性,不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理問題表征能力,而且有利于物理學(xué)科生態(tài)化在實踐中的進一步發(fā)展.

1 分布式認(rèn)知理論

分布式認(rèn)知(Distributed Cognition)是指認(rèn)知分布于個體內(nèi)、個體間、媒介、環(huán)境、文化、社會和時間等之中[1].這是一個新的功能單元,它包括所有參與認(rèn)知活動的元素.這一理論站在統(tǒng)一角度來分析整個認(rèn)知系統(tǒng)的功能.

1.1 分布式認(rèn)知的特征

首先,分布式認(rèn)知強調(diào)認(rèn)知的分布性.認(rèn)知活動分布于所有參與因素之間,認(rèn)知不僅分布在認(rèn)知個體的頭腦內(nèi),還分布于參與認(rèn)知的個體間、工具間、人工制品中、社會文化生活中等等;其次,分布式認(rèn)知理論強調(diào)環(huán)境對認(rèn)知的作用.認(rèn)知是個體的認(rèn)知,但個體的認(rèn)知離不開周圍環(huán)境的影響,只有把認(rèn)知個體置于實際的認(rèn)知環(huán)境、認(rèn)知情境之中,才能真正完善和完成認(rèn)知過程;此外,分布式認(rèn)知的分析單元為認(rèn)知整體這一系統(tǒng).根據(jù)系統(tǒng)論原理,每個個體的認(rèn)知水平加起來并不等于認(rèn)知整體的認(rèn)知水平.以整體為分析單元,可以看到以單個因素為分析單元所看不到的現(xiàn)象,充分發(fā)掘整體的認(rèn)知功能,從而研究這一單元新的認(rèn)知功能,組成新的功能系統(tǒng);最后,分布式認(rèn)知強調(diào)各認(rèn)知因素間的交互作用．各認(rèn)知因素間并不是獨立作用于認(rèn)知任務(wù),而是相互影響,交互作用的[2].充分利用參與認(rèn)知的各項因素來共同協(xié)作完成認(rèn)知任務(wù)是分布式認(rèn)知為認(rèn)知研究領(lǐng)域帶來的新思路、新方法.

1.2 傳統(tǒng)認(rèn)知、建構(gòu)主義認(rèn)知與分布式認(rèn)知

20世紀(jì)90年代之后,建構(gòu)主義逐漸在西方興起,它對傳統(tǒng)認(rèn)知學(xué)進行了繼承和發(fā)展.建構(gòu)主義認(rèn)為認(rèn)知過程是認(rèn)知主體運用已有的經(jīng)驗對外部信息重新建構(gòu)的過程.這一點與傳統(tǒng)認(rèn)知相同,但是,建構(gòu)主義所強調(diào)的建構(gòu)不僅僅是對外部信息的加工,還意味著外部信息和已有的個體認(rèn)知之間的相互作用.建構(gòu)主義關(guān)注在原有經(jīng)驗、心理結(jié)構(gòu)和信念的基礎(chǔ)上來建構(gòu)認(rèn)知.所以,建構(gòu)主義的發(fā)展方向與客觀主義更為對立.建構(gòu)主義為教育界帶來新的發(fā)展,在教學(xué)中更加注重學(xué)生的中心地位、關(guān)注學(xué)習(xí)情景和協(xié)作學(xué)習(xí)以及學(xué)習(xí)環(huán)境的利用.可見,無論從學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)結(jié)果,還是從師生觀上都為教學(xué)帶來了長足的進步.但由于建構(gòu)主義(特別是激進建構(gòu)主義)否定客觀對主觀的決定作用,過分強調(diào)認(rèn)知主體決定論,具有濃重的主觀主義色彩,因此,它也受到科學(xué)哲學(xué)認(rèn)知論的質(zhì)疑和批判.

隨著社會各方面的生態(tài)化發(fā)展,教育生態(tài)學(xué)的研究也漸漸引起人們的重視.分布式認(rèn)知理論是認(rèn)知學(xué)的生態(tài)化研究方向,這一理論不僅符合當(dāng)代的生態(tài)化發(fā)展趨勢,更給物理教學(xué)提供了全新的視野.分布式認(rèn)知理論并不是一個新的發(fā)現(xiàn),也沒有提出什么前所未聞的新理論,而是借鑒了眾多科學(xué)領(lǐng)域的思想、方法,以統(tǒng)籌的思路來看待認(rèn)知全貌的一種新的認(rèn)知角度．認(rèn)知是人腦對客觀對象的主觀反映,但不是機械的鏡面成像.認(rèn)知活動不僅依賴于認(rèn)知主體,還涉及其他認(rèn)知個體、認(rèn)知對象、認(rèn)知工具、認(rèn)知環(huán)境等因素.分布式認(rèn)知理論打破了傳統(tǒng)的認(rèn)知觀,使認(rèn)知研究不僅僅局限于認(rèn)知個體頭腦中,而是強調(diào)認(rèn)知的分布性.在重視認(rèn)知個體中心地位的同時考慮到了所有參與認(rèn)知的因素對認(rèn)知的影響,強調(diào)了環(huán)境的交互作用,以認(rèn)知系統(tǒng)為分析單元研究認(rèn)知現(xiàn)象,使認(rèn)知領(lǐng)域的研究煥發(fā)出嶄新的生命力.

2 初中生物理問題表征的分布性分析

現(xiàn)基于分布式認(rèn)知理論研究初中生物理問題表征這一認(rèn)知過程.以課堂教學(xué)為對象,把物理課堂教學(xué)看做一個認(rèn)知系統(tǒng).這一系統(tǒng)由一群與教學(xué)工具、教學(xué)環(huán)境、學(xué)習(xí)伙伴、教師等外部認(rèn)知人造物之間互動的學(xué)習(xí)個體組成,具有獨立系統(tǒng)功能.分布式認(rèn)知的特點在于將參與認(rèn)知的所有因素考慮在內(nèi),那么初中生表征物理問題的過程中也應(yīng)該注意信息的多樣性、完整性、系統(tǒng)性.分布式認(rèn)知理論強調(diào)認(rèn)知的分布性,下面結(jié)合初中生自身特點和初中物理學(xué)科特點從五個維度分析初中生表征物理問題時的認(rèn)知分布情況.

2.1 認(rèn)知在個體內(nèi)部的分布

無論是傳統(tǒng)認(rèn)知、建構(gòu)主義認(rèn)知觀還是分布式認(rèn)知,都關(guān)注于認(rèn)知在個體內(nèi)部的分布.因為認(rèn)知就是人認(rèn)識外界事物的過程,這一過程實現(xiàn)的主體就是發(fā)生認(rèn)知的人,是認(rèn)知個體的腦部活動.外部知識只有通過人腦的加工、整理、內(nèi)化才能被儲存起來成為認(rèn)知個體自己的內(nèi)部認(rèn)知.根據(jù)神經(jīng)科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的模塊理論,知識在每個個體頭腦內(nèi)的分布是非均勻的.例如,抽象邏輯思維分布于左腦,直覺形象思維分布于右腦.除此之外,不同個體內(nèi)部的認(rèn)知分布也是不平衡的.大腦發(fā)展水平不同、遺傳因素不同、外部環(huán)境刺激不同、動機不同、風(fēng)格不同都會影響個體內(nèi)部認(rèn)知的分布.

初中生在表征物理問題時,會針對自己能夠接收到的問題情境,從記憶系統(tǒng)中提取相應(yīng)認(rèn)知或經(jīng)驗,對自己重構(gòu)的問題條件進行腦部加工,形成自己內(nèi)部感知的問題空間或心理圖式,進而解決問題.由于初中生物理知識儲備不足,相應(yīng)內(nèi)部認(rèn)知較少,所以表征物理問題時往往受阻.所以,在教學(xué)過程中,一定要形象生動,多聯(lián)系生活實際,舉一些鮮活的生活現(xiàn)象,從中總結(jié)其中的物理問題.不可過于理論化、專業(yè)化．例如,在學(xué)習(xí)機械運動時,先通過大量生活中的運動實例來引發(fā)學(xué)生頭腦中原有對運動和靜止的表征.我們生活中常見奔跑的汽車、路上的行人、飛翔的小鳥、飄移的云朵、流淌的河水,這些汽車、行人、小鳥、云朵、河水有什么共同特點呢?那么停車場上的汽車、等綠燈的行人、在枝頭歇息的小鳥、平靜的湖水,它們又有什么共同特點呢?緊接著引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)以上實例總結(jié)出機械運動的概念,即物體位置隨時間的變化.這樣,學(xué)生順利的理解了機械運動的概念,將老師所舉生活例子納入到自己認(rèn)知結(jié)構(gòu)之中,通過自己過濾、總結(jié)、同化了新的概念.

2.2 認(rèn)知在個體之間的分布

由于不同個體內(nèi)認(rèn)知分布是不平衡的,那么對于班級授課制中的認(rèn)知系統(tǒng)來說,在同一個班級成長起來的多個認(rèn)知個體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、認(rèn)知方式、認(rèn)知能力也是不同的.即知識在每個認(rèn)知個體之間的分布是不均勻的,千差萬別.這樣,認(rèn)知個體之間才有了交流的必要性.所以,認(rèn)知不僅發(fā)生在腦中,而且發(fā)生在個體之間交流的客觀元素中,這就是認(rèn)知在個體之間分布.

分布式認(rèn)知強調(diào)認(rèn)知個體之間的交互作用,注重在交流時協(xié)作完成認(rèn)知任務(wù).對于初中生表征物理問題來說,以往的物理問題大多以學(xué)生自己做習(xí)題的形式解決,對于表征錯誤和不到位的過程得不到展現(xiàn),最終結(jié)果往往只是對與錯的評判.不利于學(xué)生深入理解物理原理,正確解決物理問題,學(xué)習(xí)共同體的實現(xiàn)可以大大改善這種弊端.學(xué)生在表征物理問題時,不應(yīng)僅僅是停留在自己認(rèn)識的基礎(chǔ)上表征,而應(yīng)該與教師、學(xué)生協(xié)作完成問問題的表征,充分發(fā)揮整體的認(rèn)知資源.在交流與協(xié)作中,物理問題的表征能夠更加全面、準(zhǔn)確.例如,引入光源概念時,首先讓大家踴躍發(fā)言,說出自己知道的能夠發(fā)光的物體,接下來以學(xué)生們共同總結(jié)的例子為原材料,總結(jié)出光源的定義.定義總結(jié)后,有的學(xué)生開始提出異議,認(rèn)為月亮自身不能發(fā)光,是反射的太陽的光,不能叫做光源;這時,有的學(xué)生又認(rèn)為星星也可能不是自身發(fā)光的,于是在大家共同討論下,最終根據(jù)光源的定義,對開始的例子做重新的篩選,達成共識:恒星屬于光源;行星是反射的其他恒星的光,不屬于光源;星星中有恒星也有行星,有的屬于光源,有的不屬于光源.

2.3 認(rèn)知在教學(xué)工具之間的分布

認(rèn)知活動可以被看成是主體在媒介間傳遞表征狀態(tài)的一種運演過程.知識借助媒介存在而得到傳播.在分布式認(rèn)知理論中,媒介所起的作用不僅僅是刺激個體內(nèi)部的橋梁作用,而是其本身就蘊含著認(rèn)知內(nèi)容,是一種認(rèn)知工具.媒介中的認(rèn)知作為外部表征的一部分,其自身的結(jié)構(gòu)化程度很高,個體知覺系統(tǒng)可以直接覺察到媒介中的認(rèn)知而實現(xiàn)對問題的認(rèn)知.

對于學(xué)生而言,主要是學(xué)習(xí)間接經(jīng)驗(知識),因此,他們的學(xué)習(xí)大多地依賴于媒介,通過媒介來進行認(rèn)知.在信息技術(shù)發(fā)展的同時課堂教學(xué)形式也發(fā)生了很大變化,運用多媒體等教學(xué)工具并不僅僅是“知識傳輸”的過程,更重要的是“知識建構(gòu)”的過程.表征分布于工具本身,如果充分開發(fā)和利用的話,工具對問題情境的表征作用可以大大減輕學(xué)生對問題的表征負(fù)荷.例如,在學(xué)習(xí)光沿直線傳播時,可通過激光筆發(fā)射激光,并用噴壺向激光束噴灑水霧,學(xué)生即可直觀形象地看到激光的傳播過程,自然而然得出光沿直線傳播的結(jié)論.原本看不到的物理現(xiàn)象借助工具被直觀表現(xiàn)出來,使學(xué)生對物理問題的表征變得非常簡單.

2.4 認(rèn)知在思維方法之間的分布

人工制品是分布式認(rèn)知理論中的重要術(shù)語,主要包括工具、思維、方法等.在解決問題時應(yīng)用制品,實質(zhì)是使用制品對問題進行轉(zhuǎn)換,使問題更容易解決.比如,許多物理概念的理解都通過構(gòu)建模型來虛擬,物理量、物理規(guī)律、物理概念都通過符號、公式來表達.

由此看來,思維方法就可以作為初中生表征物理問題時的一種制品.在初中階段物理探究實驗中經(jīng)常用到控制變量法這一科學(xué)方法.例如,在探究聲音的特性時,老師用同樣的力吹一根吸管,并將它的長度逐漸剪短,他在研究什么問題呢?如果學(xué)生能夠在大腦中調(diào)動出控制變量法這一思維工具,那么對這一問題的表征將會變得快速而準(zhǔn)確,從而捕捉到問題的實際意圖.用同樣的力吹,是在控制響度不變,將吸管的長度剪短實質(zhì)是在改變空氣柱的長短,進而改變空氣柱振動的頻率.綜上分析,此問題在研究音調(diào)與吸管長度的關(guān)系.可見在控制變量法的思想指導(dǎo)下對變與不變的因素進行分析,使問題得到了解決.

2.5 認(rèn)知在社會生活情境之中的分布

依據(jù)分布式認(rèn)知理論,學(xué)習(xí)者在主動建構(gòu)知識過程中社會文化情境起到重要作用.追根溯源,知識來源于社會生活,物理作為一門自然學(xué)科,所有的物理規(guī)律和物理概念都是科學(xué)家和研究者們從自然環(huán)境和社會生活中總結(jié)、提煉、發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造的.初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)更是強調(diào)了“從生活走向物理,從物理走向社會”的理念．

初中生所接觸的物理問題大多與現(xiàn)實生活聯(lián)系緊密,其認(rèn)知雖是在課堂中建構(gòu)的,但如果充分利用社會生活中原本蘊含的物理現(xiàn)象和知識,學(xué)生表征物理問題將會變得更有效.所以,在實際教學(xué)中,多舉一些與生活現(xiàn)象有關(guān)的俗語、歇后語、詩句等對于學(xué)生正確表征物理問題是非常有效的.又如,在組織學(xué)生復(fù)習(xí)有關(guān)運動、光、透鏡的相關(guān)知識時,把學(xué)生帶到學(xué)校外的小河邊,當(dāng)學(xué)生真真切切地看到了水中的倒影時,當(dāng)學(xué)生實實在在地透過河水觀察到到河底深淺的變化時,當(dāng)學(xué)生眼睜睜地透過車窗領(lǐng)掠到窗外的樹向后運動而遠處的山卻向前運動時,求知若渴的表情立即溢于言表,自然現(xiàn)象中的一個個物理問題在理論的支撐下予以解決.

通過以上分析,初中生物理問題表征可分布于個體內(nèi)部、個體之間、教學(xué)工具之間、科學(xué)思維方法之間、社會生活情境之中.問題的表征離不開“協(xié)作”:人-物協(xié)作和人-人協(xié)作.在協(xié)作過程中,學(xué)生可以更有效的識別物理問題,通過工具、設(shè)備等人-物協(xié)作或教師、同學(xué)、家長等人-人協(xié)作最大程度地解決物理問題.只有各個要素相互配合、協(xié)作才能共同發(fā)揮作用,提高學(xué)生的物理問題表征能力.

3 對教學(xué)設(shè)計的啟示

基于分布式認(rèn)知理論中對認(rèn)知分布性的闡釋,以統(tǒng)籌的思想將初中生物理問題表征解讀為表征在個體內(nèi)、個體間、教學(xué)工具、思維方法、社會生活中五個維度.結(jié)合初中物理問題對這五個維度的分析可以使我們在教學(xué)設(shè)計中得到啟示.在初中物理教學(xué)設(shè)計中教師可以從這五個維度出發(fā)開發(fā)出更多的課堂資源來幫助學(xué)生表征物理問題,不僅開闊了教師的教學(xué)設(shè)計思路,而且使教學(xué)設(shè)計有了更多的理論支撐.當(dāng)然,在實際教學(xué)過程中,并不是要求每節(jié)課的教學(xué)設(shè)計都使問題表征在五個維度得到體現(xiàn),而且不同的教學(xué)內(nèi)容,其認(rèn)知分布形式、分布多少也不盡相同.但是,如果能夠充分認(rèn)識到表征在這個系統(tǒng)中的廣泛分布,就會有意識地設(shè)計合適的教學(xué)策略,比如使教學(xué)過程更注重學(xué)生本位、更注重小組合作教學(xué)、更注重多種形式的情境創(chuàng)設(shè)等.構(gòu)建問題情境時,要注意使參與表征的學(xué)生個體、交流對象、呈現(xiàn)信息的媒介、工具以及環(huán)境、文化、氛圍等因素都發(fā)揮其積極作用,從而使學(xué)生表征信息更全面、更系統(tǒng)、更靈活.總之,注重初中生物理問題表征的分布性有利于教師開發(fā)出更多優(yōu)質(zhì)課堂資源,創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)情境,提高學(xué)生的問題表征能力．

參考文獻：

1 周國梅,傅小蘭.分布式認(rèn)知——一種新的認(rèn)知觀點[J].心理科學(xué)進展,2002,10(2):147-153.

2 李水蓮.分布式認(rèn)知視域下初中生物理問題表征能力的研究[D].河北師范大學(xué),2015.