初中生物理问题表征的分布性分析

魏国强 李水莲 鲁 湘

(1. 河北师范大学物理科学与信息工程学院,河北 石家庄 050024; 2. 石家庄市第二中学,河北 石家庄 050004)

初中生物理问题表征对物理问题解决起着举足轻重的作用.初中生具有强烈的好奇心,思维发散,但由于相应知识结构、经验等因素限制,往往不能正确、合理地表征问题.问题得不到解决,严重挫伤学生的积极性,不利于学生发展.所以,培养学生的问题表征能力非常重要.本文以分布式认知理论为指导,将物理课堂教学视为一个认知生态系统,结合认知理论和教学实际,分析了初中生表征物理问题的认知分布性.在教学过程中充分了解和利用这种分布性,不仅有利于培养学生的物理问题表征能力,而且有利于物理学科生态化在实践中的进一步发展.

1 分布式认知理论

分布式认知(Distributed Cognition)是指认知分布于个体内、个体间、媒介、环境、文化、社会和时间等之中[1].这是一个新的功能单元,它包括所有参与认知活动的元素.这一理论站在统一角度来分析整个认知系统的功能.

1.1 分布式认知的特征

首先,分布式认知强调认知的分布性.认知活动分布于所有参与因素之间,认知不仅分布在认知个体的头脑内,还分布于参与认知的个体间、工具间、人工制品中、社会文化生活中等等;其次,分布式认知理论强调环境对认知的作用.认知是个体的认知,但个体的认知离不开周围环境的影响,只有把认知个体置于实际的认知环境、认知情境之中,才能真正完善和完成认知过程;此外,分布式认知的分析单元为认知整体这一系统.根据系统论原理,每个个体的认知水平加起来并不等于认知整体的认知水平.以整体为分析单元,可以看到以单个因素为分析单元所看不到的现象,充分发掘整体的认知功能,从而研究这一单元新的认知功能,组成新的功能系统;最后,分布式认知强调各认知因素间的交互作用．各认知因素间并不是独立作用于认知任务,而是相互影响,交互作用的[2].充分利用参与认知的各项因素来共同协作完成认知任务是分布式认知为认知研究领域带来的新思路、新方法.

1.2 传统认知、建构主义认知与分布式认知

20世纪90年代之后,建构主义逐渐在西方兴起,它对传统认知学进行了继承和发展.建构主义认为认知过程是认知主体运用已有的经验对外部信息重新建构的过程.这一点与传统认知相同,但是,建构主义所强调的建构不仅仅是对外部信息的加工,还意味着外部信息和已有的个体认知之间的相互作用.建构主义关注在原有经验、心理结构和信念的基础上来建构认知.所以,建构主义的发展方向与客观主义更为对立.建构主义为教育界带来新的发展,在教学中更加注重学生的中心地位、关注学习情景和协作学习以及学习环境的利用.可见,无论从学习过程、学习结果,还是从师生观上都为教学带来了长足的进步.但由于建构主义(特别是激进建构主义)否定客观对主观的决定作用,过分强调认知主体决定论,具有浓重的主观主义色彩,因此,它也受到科学哲学认知论的质疑和批判.

随着社会各方面的生态化发展,教育生态学的研究也渐渐引起人们的重视.分布式认知理论是认知学的生态化研究方向,这一理论不仅符合当代的生态化发展趋势,更给物理教学提供了全新的视野.分布式认知理论并不是一个新的发现,也没有提出什么前所未闻的新理论,而是借鉴了众多科学领域的思想、方法,以统筹的思路来看待认知全貌的一种新的认知角度．认知是人脑对客观对象的主观反映,但不是机械的镜面成像.认知活动不仅依赖于认知主体,还涉及其他认知个体、认知对象、认知工具、认知环境等因素.分布式认知理论打破了传统的认知观,使认知研究不仅仅局限于认知个体头脑中,而是强调认知的分布性.在重视认知个体中心地位的同时考虑到了所有参与认知的因素对认知的影响,强调了环境的交互作用,以认知系统为分析单元研究认知现象,使认知领域的研究焕发出崭新的生命力.

2 初中生物理问题表征的分布性分析

现基于分布式认知理论研究初中生物理问题表征这一认知过程.以课堂教学为对象,把物理课堂教学看做一个认知系统.这一系统由一群与教学工具、教学环境、学习伙伴、教师等外部认知人造物之间互动的学习个体组成,具有独立系统功能.分布式认知的特点在于将参与认知的所有因素考虑在内,那么初中生表征物理问题的过程中也应该注意信息的多样性、完整性、系统性.分布式认知理论强调认知的分布性,下面结合初中生自身特点和初中物理学科特点从五个维度分析初中生表征物理问题时的认知分布情况.

2.1 认知在个体内部的分布

无论是传统认知、建构主义认知观还是分布式认知,都关注于认知在个体内部的分布.因为认知就是人认识外界事物的过程,这一过程实现的主体就是发生认知的人,是认知个体的脑部活动.外部知识只有通过人脑的加工、整理、内化才能被储存起来成为认知个体自己的内部认知.根据神经科学和认知科学的模块理论,知识在每个个体头脑内的分布是非均匀的.例如,抽象逻辑思维分布于左脑,直觉形象思维分布于右脑.除此之外,不同个体内部的认知分布也是不平衡的.大脑发展水平不同、遗传因素不同、外部环境刺激不同、动机不同、风格不同都会影响个体内部认知的分布.

初中生在表征物理问题时,会针对自己能够接收到的问题情境,从记忆系统中提取相应认知或经验,对自己重构的问题条件进行脑部加工,形成自己内部感知的问题空间或心理图式,进而解决问题.由于初中生物理知识储备不足,相应内部认知较少,所以表征物理问题时往往受阻.所以,在教学过程中,一定要形象生动,多联系生活实际,举一些鲜活的生活现象,从中总结其中的物理问题.不可过于理论化、专业化．例如,在学习机械运动时,先通过大量生活中的运动实例来引发学生头脑中原有对运动和静止的表征.我们生活中常见奔跑的汽车、路上的行人、飞翔的小鸟、飘移的云朵、流淌的河水,这些汽车、行人、小鸟、云朵、河水有什么共同特点呢?那么停车场上的汽车、等绿灯的行人、在枝头歇息的小鸟、平静的湖水,它们又有什么共同特点呢?紧接着引导学生根据以上实例总结出机械运动的概念,即物体位置随时间的变化.这样,学生顺利的理解了机械运动的概念,将老师所举生活例子纳入到自己认知结构之中,通过自己过滤、总结、同化了新的概念.

2.2 认知在个体之间的分布

由于不同个体内认知分布是不平衡的,那么对于班级授课制中的认知系统来说,在同一个班级成长起来的多个认知个体的认知结构、认知方式、认知能力也是不同的.即知识在每个认知个体之间的分布是不均匀的,千差万别.这样,认知个体之间才有了交流的必要性.所以,认知不仅发生在脑中,而且发生在个体之间交流的客观元素中,这就是认知在个体之间分布.

分布式认知强调认知个体之间的交互作用,注重在交流时协作完成认知任务.对于初中生表征物理问题来说,以往的物理问题大多以学生自己做习题的形式解决,对于表征错误和不到位的过程得不到展现,最终结果往往只是对与错的评判.不利于学生深入理解物理原理,正确解决物理问题,学习共同体的实现可以大大改善这种弊端.学生在表征物理问题时,不应仅仅是停留在自己认识的基础上表征,而应该与教师、学生协作完成问问题的表征,充分发挥整体的认知资源.在交流与协作中,物理问题的表征能够更加全面、准确.例如,引入光源概念时,首先让大家踊跃发言,说出自己知道的能够发光的物体,接下来以学生们共同总结的例子为原材料,总结出光源的定义.定义总结后,有的学生开始提出异议,认为月亮自身不能发光,是反射的太阳的光,不能叫做光源;这时,有的学生又认为星星也可能不是自身发光的,于是在大家共同讨论下,最终根据光源的定义,对开始的例子做重新的筛选,达成共识:恒星属于光源;行星是反射的其他恒星的光,不属于光源;星星中有恒星也有行星,有的属于光源,有的不属于光源.

2.3 认知在教学工具之间的分布

认知活动可以被看成是主体在媒介间传递表征状态的一种运演过程.知识借助媒介存在而得到传播.在分布式认知理论中,媒介所起的作用不仅仅是刺激个体内部的桥梁作用,而是其本身就蕴含着认知内容,是一种认知工具.媒介中的认知作为外部表征的一部分,其自身的结构化程度很高,个体知觉系统可以直接觉察到媒介中的认知而实现对问题的认知.

对于学生而言,主要是学习间接经验(知识),因此,他们的学习大多地依赖于媒介,通过媒介来进行认知.在信息技术发展的同时课堂教学形式也发生了很大变化,运用多媒体等教学工具并不仅仅是“知识传输”的过程,更重要的是“知识建构”的过程.表征分布于工具本身,如果充分开发和利用的话,工具对问题情境的表征作用可以大大减轻学生对问题的表征负荷.例如,在学习光沿直线传播时,可通过激光笔发射激光,并用喷壶向激光束喷洒水雾,学生即可直观形象地看到激光的传播过程,自然而然得出光沿直线传播的结论.原本看不到的物理现象借助工具被直观表现出来,使学生对物理问题的表征变得非常简单.

2.4 认知在思维方法之间的分布

人工制品是分布式认知理论中的重要术语,主要包括工具、思维、方法等.在解决问题时应用制品,实质是使用制品对问题进行转换,使问题更容易解决.比如,许多物理概念的理解都通过构建模型来虚拟,物理量、物理规律、物理概念都通过符号、公式来表达.

由此看来,思维方法就可以作为初中生表征物理问题时的一种制品.在初中阶段物理探究实验中经常用到控制变量法这一科学方法.例如,在探究声音的特性时,老师用同样的力吹一根吸管,并将它的长度逐渐剪短,他在研究什么问题呢?如果学生能够在大脑中调动出控制变量法这一思维工具,那么对这一问题的表征将会变得快速而准确,从而捕捉到问题的实际意图.用同样的力吹,是在控制响度不变,将吸管的长度剪短实质是在改变空气柱的长短,进而改变空气柱振动的频率.综上分析,此问题在研究音调与吸管长度的关系.可见在控制变量法的思想指导下对变与不变的因素进行分析,使问题得到了解决.

2.5 认知在社会生活情境之中的分布

依据分布式认知理论,学习者在主动建构知识过程中社会文化情境起到重要作用.追根溯源,知识来源于社会生活,物理作为一门自然学科,所有的物理规律和物理概念都是科学家和研究者们从自然环境和社会生活中总结、提炼、发现、创造的.初中物理课程标准更是强调了“从生活走向物理,从物理走向社会”的理念．

初中生所接触的物理问题大多与现实生活联系紧密,其认知虽是在课堂中建构的,但如果充分利用社会生活中原本蕴含的物理现象和知识,学生表征物理问题将会变得更有效.所以,在实际教学中,多举一些与生活现象有关的俗语、歇后语、诗句等对于学生正确表征物理问题是非常有效的.又如,在组织学生复习有关运动、光、透镜的相关知识时,把学生带到学校外的小河边,当学生真真切切地看到了水中的倒影时,当学生实实在在地透过河水观察到到河底深浅的变化时,当学生眼睁睁地透过车窗领掠到窗外的树向后运动而远处的山却向前运动时,求知若渴的表情立即溢于言表,自然现象中的一个个物理问题在理论的支撑下予以解决.

通过以上分析,初中生物理问题表征可分布于个体内部、个体之间、教学工具之间、科学思维方法之间、社会生活情境之中.问题的表征离不开“协作”:人-物协作和人-人协作.在协作过程中,学生可以更有效的识别物理问题,通过工具、设备等人-物协作或教师、同学、家长等人-人协作最大程度地解决物理问题.只有各个要素相互配合、协作才能共同发挥作用,提高学生的物理问题表征能力.

3 对教学设计的启示

基于分布式认知理论中对认知分布性的阐释,以统筹的思想将初中生物理问题表征解读为表征在个体内、个体间、教学工具、思维方法、社会生活中五个维度.结合初中物理问题对这五个维度的分析可以使我们在教学设计中得到启示.在初中物理教学设计中教师可以从这五个维度出发开发出更多的课堂资源来帮助学生表征物理问题,不仅开阔了教师的教学设计思路,而且使教学设计有了更多的理论支撑.当然,在实际教学过程中,并不是要求每节课的教学设计都使问题表征在五个维度得到体现,而且不同的教学内容,其认知分布形式、分布多少也不尽相同.但是,如果能够充分认识到表征在这个系统中的广泛分布,就会有意识地设计合适的教学策略,比如使教学过程更注重学生本位、更注重小组合作教学、更注重多种形式的情境创设等.构建问题情境时,要注意使参与表征的学生个体、交流对象、呈现信息的媒介、工具以及环境、文化、氛围等因素都发挥其积极作用,从而使学生表征信息更全面、更系统、更灵活.总之,注重初中生物理问题表征的分布性有利于教师开发出更多优质课堂资源,创设良好的教学情境,提高学生的问题表征能力．

参考文献：

1 周国梅,傅小兰.分布式认知——一种新的认知观点[J].心理科学进展,2002,10(2):147-153.

2 李水莲.分布式认知视域下初中生物理问题表征能力的研究[D].河北师范大学,2015.