初中生物理問題表征的分布性分析

魏國強 李水蓮 魯 湘

(1. 河北師范大學物理科學與信息工程學院,河北 石家莊 050024; 2. 石家莊市第二中學,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,嚴重挫傷學生的積極性,不利于學生發(fā)展.所以,培養(yǎng)學生的問題表征能力非常重要.本文以分布式認知理論為指導,將物理課堂教學視為一個認知生態(tài)系統(tǒng),結(jié)合認知理論和教學實際,分析了初中生表征物理問題的認知分布性.在教學過程中充分了解和利用這種分布性,不僅有利于培養(yǎng)學生的物理問題表征能力,而且有利于物理學科生態(tài)化在實踐中的進一步發(fā)展.

1 分布式認知理論

分布式認知(Distributed Cognition)是指認知分布于個體內(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,它包括所有參與認知活動的元素.這一理論站在統(tǒng)一角度來分析整個認知系統(tǒng)的功能.

1.1 分布式認知的特征

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

1.2 傳統(tǒng)認知、建構(gòu)主義認知與分布式認知

20世紀90年代之后,建構(gòu)主義逐漸在西方興起,它對傳統(tǒng)認知學進行了繼承和發(fā)展.建構(gòu)主義認為認知過程是認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,在教學中更加注重學生的中心地位、關(guān)注學習情景和協(xié)作學習以及學習環(huán)境的利用.可見,無論從學習過程、學習結(jié)果,還是從師生觀上都為教學帶來了長足的進步.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,它也受到科學哲學認知論的質(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)學的研究也漸漸引起人們的重視.分布式認知理論是認知學的生態(tài)化研究方向,這一理論不僅符合當代的生態(tài)化發(fā)展趨勢,更給物理教學提供了全新的視野.分布式認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領(lǐng)域的思想、方法,以統(tǒng)籌的思路來看待認知全貌的一種新的認知角度．認知是人腦對客觀對象的主觀反映,但不是機械的鏡面成像.認知活動不僅依賴于認知主體,還涉及其他認知個體、認知對象、認知工具、認知環(huán)境等因素.分布式認知理論打破了傳統(tǒng)的認知觀,使認知研究不僅僅局限于認知個體頭腦中,而是強調(diào)認知的分布性.在重視認知個體中心地位的同時考慮到了所有參與認知的因素對認知的影響,強調(diào)了環(huán)境的交互作用,以認知系統(tǒng)為分析單元研究認知現(xiàn)象,使認知領(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)基于分布式認知理論研究初中生物理問題表征這一認知過程.以課堂教學為對象,把物理課堂教學看做一個認知系統(tǒng).這一系統(tǒng)由一群與教學工具、教學環(huán)境、學習伙伴、教師等外部認知人造物之間互動的學習個體組成,具有獨立系統(tǒng)功能.分布式認知的特點在于將參與認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該注意信息的多樣性、完整性、系統(tǒng)性.分布式認知理論強調(diào)認知的分布性,下面結(jié)合初中生自身特點和初中物理學科特點從五個維度分析初中生表征物理問題時的認知分布情況.

2.1 認知在個體內(nèi)部的分布

無論是傳統(tǒng)認知、建構(gòu)主義認知觀還是分布式認知,都關(guān)注于認知在個體內(nèi)部的分布.因為認知就是人認識外界事物的過程,這一過程實現(xiàn)的主體就是發(fā)生認知的人,是認知個體的腦部活動.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知個體自己的內(nèi)部認知.根據(jù)神經(jīng)科學和認知科學的模塊理論,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、風格不同都會影響個體內(nèi)部認知的分布.

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)中提取相應認知或經(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,相應內(nèi)部認知較少,所以表征物理問題時往往受阻.所以,在教學過程中,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,在學習機械運動時,先通過大量生活中的運動實例來引發(fā)學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?緊接著引導學生根據(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 認知在個體之間的分布

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

分布式認知強調(diào)認知個體之間的交互作用,注重在交流時協(xié)作完成認知任務.對于初中生表征物理問題來說,以往的物理問題大多以學生自己做習題的形式解決,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.不利于學生深入理解物理原理,正確解決物理問題,學習共同體的實現(xiàn)可以大大改善這種弊端.學生在表征物理問題時,不應僅僅是停留在自己認識的基礎(chǔ)上表征,而應該與教師、學生協(xié)作完成問問題的表征,充分發(fā)揮整體的認知資源.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,有的學生開始提出異議,認為月亮自身不能發(fā)光,是反射的太陽的光,不能叫做光源;這時,有的學生又認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 認知在教學工具之間的分布

認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知內(nèi)容,是一種認知工具.媒介中的認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知而實現(xiàn)對問題的認知.

對于學生而言,主要是學習間接經(jīng)驗(知識),因此,他們的學習大多地依賴于媒介,通過媒介來進行認知.在信息技術(shù)發(fā)展的同時課堂教學形式也發(fā)生了很大變化,運用多媒體等教學工具并不僅僅是“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生對問題的表征負荷.例如,在學習光沿直線傳播時,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,使學生對物理問題的表征變得非常簡單.

2.4 認知在思維方法之間的分布

人工制品是分布式認知理論中的重要術(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下對變與不變的因素進行分析,使問題得到了解決.

2.5 認知在社會生活情境之中的分布

依據(jù)分布式認知理論,學習者在主動建構(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科,所有的物理規(guī)律和物理概念都是科學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.初中物理課程標準更是強調(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,學生表征物理問題將會變得更有效.所以,在實際教學中,多舉一些與生活現(xiàn)象有關(guān)的俗語、歇后語、詩句等對于學生正確表征物理問題是非常有效的.又如,在組織學生復習有關(guān)運動、光、透鏡的相關(guān)知識時,把學生帶到學校外的小河邊,當學生真真切切地看到了水中的倒影時,當學生實實在在地透過河水觀察到到河底深淺的變化時,當學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、教學工具之間、科學思維方法之間、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、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,提高學生的物理問題表征能力.

3 對教學設(shè)計的啟示

基于分布式認知理論中對認知分布性的闡釋,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設(shè)計中得到啟示.在初中物理教學設(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生表征物理問題,不僅開闊了教師的教學設(shè)計思路,而且使教學設(shè)計有了更多的理論支撐.當然,在實際教學過程中,并不是要求每節(jié)課的教學設(shè)計都使問題表征在五個維度得到體現(xiàn),而且不同的教學內(nèi)容,其認知分布形式、分布多少也不盡相同.但是,如果能夠充分認識到表征在這個系統(tǒng)中的廣泛分布,就會有意識地設(shè)計合適的教學策略,比如使教學過程更注重學生本位、更注重小組合作教學、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)良好的教學情境,提高學生的問題表征能力．

參考文獻：

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

2 李水蓮.分布式認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,2015.