(江蘇省震澤中學(xué)，江蘇 蘇州 215200)

深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生以內(nèi)在學(xué)習(xí)需求為動(dòng)力，以理解性學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)；運(yùn)用高階思維批判性地學(xué)習(xí)新的思想和事實(shí)；能夠在知識(shí)之間進(jìn)行整體性連通，將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知體系進(jìn)行建構(gòu)；能夠在不同的情境中創(chuàng)造性地解決問(wèn)題；能夠運(yùn)用元認(rèn)知策略對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)行調(diào)控，并達(dá)到專家程度的學(xué)習(xí)。[1]然而，在高中物理教學(xué)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)存在各種認(rèn)知困難，建構(gòu)缺乏理解性、批判性、整合性和創(chuàng)造性，遠(yuǎn)未達(dá)到深度學(xué)習(xí)的要求。所以，研究學(xué)生認(rèn)知困難的產(chǎn)生原因和化解策略，對(duì)推進(jìn)高中物理的深度學(xué)習(xí)具有重要意義。

1 思維定勢(shì)導(dǎo)致認(rèn)知困難

思維定勢(shì)在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常存在，它貯存在一個(gè)由新舊知識(shí)組成的認(rèn)知結(jié)構(gòu)之中，其積極作用表現(xiàn)為面對(duì)新知識(shí)、新問(wèn)題會(huì)迅速地聯(lián)想并運(yùn)用舊知識(shí)、舊技能進(jìn)行認(rèn)知。但當(dāng)這個(gè)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的分辨率不高時(shí)，即可出現(xiàn)新舊知識(shí)的干擾和混淆，其消極作用也容易暴露出來(lái)，在思想方法上表現(xiàn)為墨守成規(guī)，按一種模式化的思路分析和思考問(wèn)題，不利于(甚至是干擾和排斥)新舊知識(shí)的同化和順應(yīng)。

在研究閉合電路中電源輸出功率隨外電阻變化的規(guī)律時(shí)，會(huì)討論如下結(jié)論：當(dāng)外電阻等于內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率達(dá)到最大。筆者在單元復(fù)習(xí)時(shí)設(shè)計(jì)了以下例題。

例1:在下列4個(gè)電路中，閉合開(kāi)關(guān)后哪一個(gè)電源的輸出功率最大？

解析：結(jié)果是多數(shù)學(xué)生選擇了B，學(xué)生的這種錯(cuò)誤正是由于思維定勢(shì)的負(fù)遷移所致。結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)規(guī)律的理解不夠到位，沒(méi)有注意到該結(jié)論的適用條件：內(nèi)阻是常量，外電阻是變量。正確答案應(yīng)該是A。

思維沖突下學(xué)生中出現(xiàn)的錯(cuò)誤是良好的教學(xué)資源，它能催生學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)需求和動(dòng)力，教師應(yīng)趁勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)原有認(rèn)識(shí)進(jìn)行再認(rèn)知和改造，及時(shí)反思和評(píng)價(jià)自己的思維，運(yùn)用元認(rèn)知策略監(jiān)控自己的思維活動(dòng)，推動(dòng)思維得以升華。[2]這樣的教學(xué)促進(jìn)了數(shù)學(xué)和物理知識(shí)的整體性連通，引導(dǎo)學(xué)生將新知識(shí)融入原有認(rèn)知體系，運(yùn)用高階思維批判性地改造原有認(rèn)知。

針對(duì)思維定勢(shì)的負(fù)遷移，在教學(xué)中應(yīng)該注意以下幾方面：(1) 通過(guò)遷移訓(xùn)練使學(xué)生打破思維定勢(shì)，必須有意識(shí)地針對(duì)學(xué)生的元認(rèn)知設(shè)計(jì)遷移訓(xùn)練，對(duì)學(xué)生的結(jié)果給予及時(shí)的反饋和評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行元認(rèn)知監(jiān)控。(2) 物理理論已經(jīng)把相關(guān)物理現(xiàn)象和經(jīng)驗(yàn)概括化了，比個(gè)別經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)更具有普遍性。在教學(xué)中要加強(qiáng)對(duì)基本概念的深度剖析和重要規(guī)律的應(yīng)用指導(dǎo)，通過(guò)具體情境剖析物理概念的內(nèi)涵、外延，與相關(guān)概念加以區(qū)別和聯(lián)系，在規(guī)律應(yīng)用中關(guān)注適用條件、思想方法和思路，幫助學(xué)生克服思維定勢(shì)的負(fù)面影響。(3) 注重培養(yǎng)學(xué)生的概括能力。學(xué)生的概括能力是影響學(xué)生思維定勢(shì)的重要因素，如果學(xué)生具有高度的概括能力，就能概括出新舊知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)之間的關(guān)系以及各種規(guī)律間的聯(lián)系，所以，比較應(yīng)成為學(xué)生理解和思維的基礎(chǔ)。

2 錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致認(rèn)知困難

學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)往往有經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)，這些經(jīng)驗(yàn)會(huì)以表象或概念的形式保留在記憶中，形成一個(gè)階段性的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，其中正確的經(jīng)驗(yàn)可為更高層次、更廣范圍的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。但錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生的“心理錯(cuò)覺(jué)”卻會(huì)引起思維障礙，從而產(chǎn)生認(rèn)知困難。

比如物體在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，通過(guò)最高點(diǎn)的最小速度(臨界速度)的問(wèn)題，很多學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，想當(dāng)然地認(rèn)為是零。教師不妨從兩方面來(lái)分析，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)原有認(rèn)知的自我改造和認(rèn)識(shí)的自主升華：一是進(jìn)行受力分析，應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律；二是從離心運(yùn)動(dòng)與近心運(yùn)動(dòng)的條件切入。上述分析整合了學(xué)生多方面的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)已有知識(shí)進(jìn)行深層次加工。最終，使學(xué)生形成一個(gè)完整認(rèn)識(shí)：對(duì)于無(wú)支撐模型，過(guò)最高點(diǎn)時(shí)速度要足夠大，大到重力不足以提供向心力，有離心的趨勢(shì)，這樣物體緊貼著軌道(或使繩子繃緊)，還受到一個(gè)指向圓心的力，它和重力一起提供向心力。上述分析有助于學(xué)生將原有的碎片化知識(shí)和認(rèn)知加以整合，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。

例2：貨車以8m/s的速度在鐵路上行駛，由于調(diào)度事故，在大霧中后面600米處有一快車以20m/s的速度在同一軌道上行駛。快車司機(jī)發(fā)現(xiàn)后趕快合上制動(dòng)器，但快車仍要滑行2000米才能停下來(lái)。試判斷兩車會(huì)不會(huì)相撞？

解析：很多學(xué)生從自己的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，簡(jiǎn)單地認(rèn)為:只要計(jì)算出快車停止時(shí)與貨車的相對(duì)距離，就可以判斷快車是否與貨車相撞，結(jié)論是兩車不相撞。而事實(shí)上，當(dāng)快車速度減小到等于貨車速度時(shí)，若兩車仍未相撞，則兩車將相安無(wú)事，因此本題的關(guān)鍵在于要分析計(jì)算兩車速度相等時(shí)的相對(duì)距離。對(duì)此，教師可通過(guò)三種分析加以引導(dǎo)和糾正：一是借助數(shù)學(xué)函數(shù)；二是分析兩者的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況；三是借助速度-時(shí)間圖像分析過(guò)程和臨界情況及條件。此分析過(guò)程并未增加學(xué)生負(fù)擔(dān)，因?yàn)榉治鍪窃趹?yīng)用學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，并實(shí)現(xiàn)了整合，提升了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

針對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)問(wèn)題觸發(fā)學(xué)生的思維，引領(lǐng)學(xué)生耐心分析、深入思考，引導(dǎo)學(xué)生糾正或摒棄原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中“先入為主”和“想當(dāng)然”的經(jīng)驗(yàn)錯(cuò)覺(jué)，逐步培養(yǎng)學(xué)生“一切都需要小心求證”的良好思維品質(zhì)。通過(guò)認(rèn)知的遷移，加速知識(shí)向更高級(jí)理解的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)物理的知識(shí)梯度螺旋上升，構(gòu)建一個(gè)逐漸完善的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。在教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)方法指導(dǎo)、思想引領(lǐng)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行更深層次的加工，推動(dòng)學(xué)生能力提升，以實(shí)現(xiàn)學(xué)力進(jìn)步，甚至催生學(xué)生的創(chuàng)造和創(chuàng)新能力。

3 隱蔽信息導(dǎo)致認(rèn)知困難

在物理問(wèn)題中，如果含有隱蔽信息，則可以考查和培養(yǎng)學(xué)生思維能力和判斷能力，當(dāng)然也會(huì)給學(xué)生的認(rèn)知帶來(lái)困難。

例3：一長(zhǎng)輕質(zhì)薄硬紙片置于光滑水平地面上，其上放質(zhì)量均為1kg的A、B兩物塊，A、B與薄硬紙片之間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為μ1=0.3，μ2=0.2，水平恒力F作用在A物塊上，如圖2所示。已知最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，g取10m/s2。下列說(shuō)法正確的是( )。

圖2

A. 若F=1.5N，則A物塊所受摩擦力大小為1.5N

B. 若F=8N，則B物塊的加速度為4.0m/s2

C. 無(wú)論力F多大，A與薄硬紙片都不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)

D. 無(wú)論力F多大，B與薄硬紙片都不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)

解析：本題中，“輕質(zhì)”看似一個(gè)不起眼的條件，其實(shí)它隱蔽著一個(gè)關(guān)鍵條件?！拜p質(zhì)”意味著質(zhì)量不計(jì)，紙片所受合力必定為零，A、B對(duì)紙片的摩擦力肯定大小相等，而A與紙片間的最大靜摩擦力較大，故A與紙片間不可能發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，否則紙片的加速度將會(huì)無(wú)窮大。

有時(shí)，學(xué)生對(duì)關(guān)鍵條件不能科學(xué)解讀和科學(xué)建模，不能實(shí)現(xiàn)“已知條件具體化，文字語(yǔ)言數(shù)學(xué)化”，這一關(guān)鍵條件便成了一種非典型性隱蔽信息。

例4：絕緣平面上的A、B兩點(diǎn)分別固定兩個(gè)正的點(diǎn)電荷Q1和Q2，若A、B間相距為L(zhǎng)，現(xiàn)以AB為直徑畫一個(gè)半圓弧(如圖3)，試求出圓弧上電勢(shì)最低點(diǎn)的位置。

圖3

解析：電勢(shì)最低點(diǎn)的特點(diǎn)是本題的關(guān)鍵，對(duì)其科學(xué)解讀可源于如下分析：設(shè)想一個(gè)正檢驗(yàn)電荷沿半圓弧移動(dòng)，分析電場(chǎng)力對(duì)其做功的情況，從而得到電勢(shì)能變化的情況，進(jìn)而得到電勢(shì)變化的情況。設(shè)圓弧上P點(diǎn)電勢(shì)最低，則正檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)具有的電勢(shì)能最小，那么電荷從圓弧上其他位置移到P點(diǎn)的過(guò)程(無(wú)論是從左側(cè)還是從右側(cè))，電場(chǎng)力都是做正功，也就是說(shuō)電荷在圓弧上其他點(diǎn)所受電場(chǎng)力一定存在指向P點(diǎn)的切向分量，而在P點(diǎn)電荷所受電場(chǎng)力恰好沿半徑方向。可見(jiàn)抓住電荷在電勢(shì)最低點(diǎn)的受力特征，問(wèn)題便能迎刃而解。

本題看似內(nèi)容單一，其實(shí)包含的知識(shí)容量很豐富，含有電勢(shì)、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)能、電場(chǎng)力做功等知識(shí)，其中還隱含了如何確定電勢(shì)高低分布的思想方法，學(xué)生正是由于不能捕捉到題中所隱含的信息，而對(duì)本題無(wú)從下手，只能“俯首稱臣”。所以，在平時(shí)的教學(xué)中要指導(dǎo)學(xué)生挖掘隱蔽信息，特別是關(guān)鍵性的隱蔽信息，并且引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其進(jìn)行科學(xué)解讀，使學(xué)生對(duì)隱蔽信息的挖掘、解讀的意識(shí)和能力得到不斷加強(qiáng)，從而克服由隱蔽信息帶來(lái)的認(rèn)知困難。

4 結(jié)語(yǔ)

造成學(xué)生認(rèn)知困難的原因不止上述三點(diǎn)，依據(jù)具體原因又可細(xì)分成若干點(diǎn)，但這些都是表象。學(xué)生種種認(rèn)知困難的存在都指向一個(gè)深層次的教學(xué)現(xiàn)狀：高中物理教學(xué)普遍存在思維膚淺的現(xiàn)實(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)停留在淺表層次。膚淺化教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的思維是低階的，分析能力和思維深刻性得不到提升，思維沒(méi)有反思性和批判性，獲得的知識(shí)不能靈活應(yīng)用，更談不上創(chuàng)造和創(chuàng)新。目前的教學(xué)并未做到以下幾點(diǎn)：教師基于學(xué)生元認(rèn)知選擇真正最具代表性的典型問(wèn)題，讓學(xué)生在面對(duì)認(rèn)知挑戰(zhàn)下實(shí)現(xiàn)元認(rèn)知體驗(yàn)，通過(guò)師生對(duì)話引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，在元認(rèn)知監(jiān)控下解決認(rèn)知困難。

通過(guò)上述分析可見(jiàn)，要從根本上解決學(xué)生的認(rèn)知困難，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)是必然選擇，深度學(xué)習(xí)應(yīng)該成為化解學(xué)生認(rèn)知困難的總策略，同時(shí)，策劃和化解學(xué)生認(rèn)知困難又是實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的有效途徑，它們是相輔相成、相互促進(jìn)的。教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生在“問(wèn)題解決”中，提高“決策能力”，形成“自我調(diào)整”的意識(shí)，逐步培養(yǎng)“批判性思維能力”。[3]另外，教學(xué)是基于元認(rèn)知理論，通過(guò)反思性教學(xué)，提高學(xué)生反思性思考的意識(shí)和行動(dòng)能力，以促進(jìn)深度學(xué)習(xí)，提升學(xué)生思維的深刻性。如此，學(xué)生的認(rèn)知困難便能自然而然地得到根本性化解?？梢钥闯?，本文化解認(rèn)知困難的具體做法都是在指向深度學(xué)習(xí)，在化解認(rèn)知困難中引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，同時(shí)，通過(guò)深度學(xué)習(xí)的推進(jìn)，提升學(xué)生自主化解認(rèn)知困難的能力，以期從根本上解決問(wèn)題。