注：覺得這篇文章對教學(xué)很有幫助，有時(shí)覺得這樣的教學(xué)方式好，如果能知道為什么好，則更有助于教學(xué)的主動(dòng)行為。
摘要:問題的表征是問題解決的關(guān)鍵環(huán)節(jié),可分為內(nèi)部表征和外部表征.在問題解決過程中,外部表征可以激活長時(shí)記憶中的圖式或樣例,完成科學(xué)理論表征,同時(shí)在元認(rèn)知的監(jiān)控下,最終完成問題之解決.問題的表征與解決過程給物理教學(xué)的幾點(diǎn)啟示是:讓學(xué)生形成高度概括的圖式和樣例;注重學(xué)生元認(rèn)知監(jiān)控的培養(yǎng);教會(huì)學(xué)生如何對問題進(jìn)行表征;鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行反思和評價(jià).
關(guān)鍵詞:問題表征;圖式;元認(rèn)知監(jiān)控
它可外化為對問題各種狀態(tài)和心理或行為上的操作.
1 問題的分類
標(biāo)準(zhǔn)不同,對問題類型的劃分也不同.例如根據(jù)需要的知識質(zhì)量,可分為知識貧乏型問題和知識豐富型問題;根據(jù)不同的目標(biāo),可分為目標(biāo)明確型問題和目標(biāo)生成型問題;根據(jù)問題的復(fù)雜性,可分為定義明確的問題和定義不明確的問題等等.本文在這里僅介紹兩種與物理問題相關(guān)的分類.
1.1 明確限定問題和非明確限定問題
明確限定問題是對問題的初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)以及其他必備信息進(jìn)行了說明,并且具有至少一個(gè)正確答案的問題.否則,就為非明確限定問題.如果從答案的性質(zhì)而言,前者也可以稱為封閉問題,后者可以稱為開放問題.封閉問題是具有至少一個(gè)正確答案的問題,開放問題則沒有限定的答案.
1.2 知識豐富型問題和知識貧乏型問題
知識豐富型問題“需要大量特定學(xué)科領(lǐng)域的知識和訓(xùn)練,問題解決受到的限制更多”,而知識貧乏型問題“所需要的特定領(lǐng)域的知識相對比較少”.[4]根據(jù)以上分析,我們可以得出,物理問題屬于特定學(xué)科問題,當(dāng)屬于知識豐富型問題,大多數(shù)物理問題乃是明確限定問題.
2 問題的表征
表征是問題解決的一個(gè)中心環(huán)節(jié).“如果一個(gè)問題得到了正確的表征,可以說它已解決了一半.”[5]問題表征是人們在解決問題時(shí)所使用的一種認(rèn)知結(jié)構(gòu);是通過一系列算子,對信息進(jìn)行記錄、儲(chǔ)存和描述以致改進(jìn)信息的結(jié)構(gòu)方式.人們解決問題時(shí),通常采用一種類比方法,即將源問題與靶問題作比較以便產(chǎn)生遷移,從而達(dá)到問題解決.ZhangJ.在研究中認(rèn)為,表征分為內(nèi)部表征和外部表征,他把外部表征定義為問題情景的成分和結(jié)構(gòu),包括物理符號、物體、維度以及外部規(guī)則、約束條件或邊界條件等.外部表征是由知覺系統(tǒng)直接覺察到的情景信息,它激活知覺操作,覺察問題結(jié)構(gòu)所從屬的結(jié)構(gòu)類型,對問題的內(nèi)部表征具有引導(dǎo)或定向作用;內(nèi)部表征則激活深層認(rèn)知操作,激活記憶中某種認(rèn)知機(jī)制,經(jīng)過想象、推理等操作過程形成對問題的內(nèi)部表征,進(jìn)而形成對問題結(jié)構(gòu)的理解和問題解決的構(gòu)想.外部表征激活知覺操作是在工作記憶系統(tǒng)中完成.[6]對問題的內(nèi)部表征是能否解決問題的關(guān)鍵,而快速形成正確的內(nèi)部表征需要以知識圖式為基礎(chǔ),這些知識圖式是通過樣例學(xué)習(xí)建立起來的,往往結(jié)合了大量的專門領(lǐng)域知識和一般的問題解決策略和方法,即也結(jié)合了大量的程序性知識,它可以使對問題的理解或表征類型化.[7]
根據(jù)物理問題的表征深度和層次,McDermott和Larkin認(rèn)為物理問題的表征構(gòu)建有下列4步:(1)文字表征,主要與問題的文字描述有關(guān);(2)樸素表征,與問題的整體框架及具體物體等有關(guān),主要是由問題的表面特征決定;(3)科學(xué)理論表征,即“物理”表征,產(chǎn)生于問題解決者對物理概念的理解,主要由問題的深層特征決定;(4)數(shù)學(xué)表征,與問題的物理公式和有關(guān)推導(dǎo)有關(guān).[8]
廖伯琴、黃希庭認(rèn)為物理問題的表征層次及相互聯(lián)系影響著物理問題的解決.面對新的物理問題,優(yōu)生能應(yīng)用已有知識結(jié)構(gòu),對問題進(jìn)行一系列不同層次的表征,在整體上能對問題構(gòu)建出有機(jī)統(tǒng)一的抽象表征.在此基礎(chǔ)上,優(yōu)生便能對目標(biāo)問題進(jìn)行深層次的本質(zhì)分類,即以物理原理分類,迅速地用正向推理的方法建立目標(biāo)問題與源問題之間的聯(lián)系(這主要是在科學(xué)理論表征層次中完成),致使其產(chǎn)生遷移,達(dá)到問題解決的目的(即在數(shù)學(xué)表征層次中得出所求量).而差生雖然具有一定的知識結(jié)構(gòu),也能建立不同層次的問題表征,但是其各個(gè)層次的表征還未能形成有機(jī)的整體.他們較多地受文字表征和初始表征的影響,其所作的科學(xué)理論表征和數(shù)學(xué)表征并不完善.因此差生不可能從整體上對目標(biāo)問題形成抽象表征,他們通常只能建立具體表征,這便導(dǎo)致其在實(shí)行物理問題分類時(shí)以問題的表面特征為基礎(chǔ),在科學(xué)理論表征層次上只能采取手段—目的法,進(jìn)行逆向推理.[9]
對于表征的各種觀點(diǎn),結(jié)合物理問題解決的實(shí)際,我們可以得出:依據(jù)表征的工作系統(tǒng),可分為內(nèi)部表征和外部表征,外部表征主要在工作記憶系統(tǒng)中進(jìn)行操作,內(nèi)部表征是通過工作記憶所知覺到的刺激,從長時(shí)記憶中提取范疇性和高度系統(tǒng)化的命題結(jié)構(gòu),或者說是包容性很強(qiáng)的圖式、樣例,使之與外部表征進(jìn)行比對,進(jìn)而形成科學(xué)理論表征,即物理表征.最后應(yīng)用數(shù)學(xué)表征,進(jìn)行一系列程序性知識的操作,最終達(dá)到問題的解決.由于工作記憶容量有限,問題解決者在讀題時(shí),通過畫草圖,標(biāo)注各已知量,挖掘隱含約束條件,把文字表征轉(zhuǎn)換為適合分析的樸素表征,通過對物理過程的分析和轉(zhuǎn)換,使之類似于儲(chǔ)存在長時(shí)記憶中的圖式或樣例.只要問題解決者找到了匹配的圖式或樣例,問題表征就進(jìn)入了物理表征,便可列出有關(guān)公式,最后運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解決問題;如果在長時(shí)記憶中搜索不到合適的圖式或樣例,問題解決者會(huì)重新審題,再次對文字表征進(jìn)行轉(zhuǎn)換,這一系列操作都要通過紙筆畫圖等來完成.
3 問題的解決過程
問題的解決過程實(shí)際上是學(xué)生自我監(jiān)控的過程,即“確定解決問題目標(biāo)或子目標(biāo),決定要解決問題的性質(zhì),選擇信息的表征方式,決定問題解決過程中時(shí)間的分配,選擇解題策略,監(jiān)察解題過程,產(chǎn)生反饋并對解題過程作出調(diào)節(jié)、控制、修正的過程[10].
皮連生在《學(xué)與教的心理學(xué)》中把數(shù)學(xué)問題解決的過程
分解為問題表征、設(shè)計(jì)解題計(jì)劃、執(zhí)行解題計(jì)劃、監(jiān)控4個(gè)過程.(1)問題表征.指解題者形成問題空間的過程,表現(xiàn)為明確問題給定的條件、目標(biāo)及允許的操作等等;(2)設(shè)計(jì)解題計(jì)劃.完成問題表征后,就要確定一套解題方案,包括把終點(diǎn)目標(biāo)分解成一系列子目標(biāo),建立問題的子目標(biāo)層次;(3)執(zhí)行解題計(jì)劃.指解題者一系列行動(dòng)貫徹解題計(jì)劃的過程,也就是利用數(shù)學(xué)計(jì)算規(guī)則進(jìn)行一系列運(yùn)算,最后得出正確結(jié)果的過程;(4)監(jiān)控.這一過程實(shí)際上貫穿解決問題的整個(gè)過程,它包括考察問題的表征是否正確、解題計(jì)劃是否能達(dá)到最終目標(biāo)、計(jì)劃的執(zhí)行過程是否正確,以及最終解答是否符合要求等等.在這個(gè)過程中,學(xué)習(xí)者主要應(yīng)用自己的策略性知識及反省認(rèn)知能力.[11]
宋其爭、沃建中、林崇德認(rèn)為“中學(xué)生物理解題自我監(jiān)控能力的最佳模型是5因素結(jié)構(gòu),即計(jì)劃、調(diào)節(jié)、監(jiān)察、檢驗(yàn)和反思.”[12]其5個(gè)成分的含義歸納如下:(1)計(jì)劃,即了解題目的已知和未知條件,挖掘題目的隱含條件,排除多余因素的干擾,抓住問題的關(guān)鍵語句,從長時(shí)記憶系統(tǒng)中檢索熟悉的已經(jīng)解決的問題,初步認(rèn)知問題的模型,以順向或逆向的方式組織自己對具體題目的理解,形成解決具體問題的大致的思維路線.(2)調(diào)節(jié),即在物理解題過程中,學(xué)生根據(jù)自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu),以恰當(dāng)?shù)姆绞浇M織信息,對問題作出恰如其分的分解,對問題的類型、問題的關(guān)鍵,始終保持適度的警覺,如果一條思路走不通,就重新審題或考慮其他思路.它能使學(xué)生有意識地、自覺地對自己的解題過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和修正,以達(dá)到最佳效果.(3)監(jiān)察,即在物理解題的過程中,學(xué)生對自己解題方法和策略有效性的判斷.自我監(jiān)控能力要求學(xué)生不斷地獲取解題進(jìn)程的有關(guān)信息,審視自己解題活動(dòng)的效果,并據(jù)此對解題過程作出及時(shí)調(diào)節(jié).(4)檢驗(yàn),主要是指解題結(jié)束后運(yùn)用恰當(dāng)?shù)姆椒▽忸}正確與否進(jìn)行判斷,也包括對解題方向正確性的判斷.(5)反思,指在解題過程中或在解題結(jié)束后,回味解題過程中最重要最精彩的處理方法,強(qiáng)化對這種處理方法的敏感性;思考還有沒有更簡捷的解題方法;用多種方法解題;多考慮幾種與該問題有關(guān)的過去已做過的習(xí)題,分析比較它們的異同;對解題結(jié)果或收獲作出演繹的或歸納的推論,考慮自己知識結(jié)構(gòu)和思想觀念上的優(yōu)點(diǎn)和缺陷,等等.
4 問題的表征和解決過程對物理教學(xué)的啟示
問題的表征和解決過程的成果給物理教學(xué)提供了堅(jiān)實(shí)的認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ),它論證了物理問題解決的思維流程,并為問題解決的策略性知識的教學(xué)提供理論指導(dǎo).從中我們可得到以下啟示.
4.1 物理教學(xué)應(yīng)讓學(xué)生形成高度概括的圖式和樣例
問題解決的科學(xué)理論表征是從長時(shí)記憶中提取物理概念、原理和問題解決模式,結(jié)合樸素表征對問題進(jìn)行分類和指引,繼而達(dá)到問題的解決.由于物理概念和原理及問題解決模式是高度結(jié)構(gòu)化的,并以不同形式存儲(chǔ)在長時(shí)記憶中,有些是以陳述性知識形式出現(xiàn),有些是以程序性知識形式存儲(chǔ),它們共同組成了高度概括和包容的認(rèn)知結(jié)構(gòu),其中也包括了大量問題解決的圖式和樣例.這些圖式和樣例可以在適當(dāng)?shù)闹X刺激下被激活,從而加快了問題解決的速度,提高問題解決的效率.因此,教師應(yīng)注重物理知識的系統(tǒng)性教學(xué),通過練習(xí)和指導(dǎo),讓學(xué)生熟練掌握各個(gè)物理原理的適用情境和約束邊界,并形成相關(guān)的圖式和樣例,將之系統(tǒng)化,納入學(xué)生自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)之中.只有如此,學(xué)生在面臨有關(guān)問題時(shí)才能迅速從長時(shí)記憶中提取出恰當(dāng)?shù)膱D式和樣例,形成正確的物理表征.
4.2 物理教學(xué)應(yīng)注重學(xué)生元認(rèn)知監(jiān)控的培養(yǎng)
元認(rèn)知監(jiān)控屬于一般策略性知識,貫穿于問題解決的始終.元認(rèn)知系統(tǒng)具有負(fù)責(zé)監(jiān)控、評價(jià)和調(diào)節(jié)所有其他思維成份的功能,元認(rèn)知系統(tǒng)具有4種功能:目標(biāo)細(xì)化、過程監(jiān)控、清晰度監(jiān)控、精確性監(jiān)控.[13]
(1)目標(biāo)細(xì)化:元認(rèn)知系統(tǒng)的一個(gè)基本任務(wù)就是建立目標(biāo).自我認(rèn)知(self-system)決定個(gè)體是否參與活動(dòng),一旦作出決定,就會(huì)由元認(rèn)知系統(tǒng)建立活動(dòng)的目標(biāo).元認(rèn)知系統(tǒng)要確定清晰的最終目標(biāo),并組織資源、制定時(shí)間表以保證各中間目標(biāo)及最終目標(biāo)的實(shí)現(xiàn).
(2)過程監(jiān)控:元認(rèn)知系統(tǒng)中過程監(jiān)控成份的特殊功能是控制任務(wù)中運(yùn)用算法(algorithm)、策略(tactic)和程序(process)等程序性知識在執(zhí)行中的效率.過程監(jiān)控只涉及智慧技能和心因動(dòng)作技能的程序性知識,并不涉及到陳述性知識.
(3)清晰度和精確性的監(jiān)控:清晰性和精確性監(jiān)控屬于“心向”(dispositional)所產(chǎn)生的一系列的功能.“心向”表示個(gè)體是否愿意接受知識的清晰性監(jiān)控和精確性監(jiān)控的方式.個(gè)體在清晰性和準(zhǔn)確性監(jiān)控的同時(shí),達(dá)成所給定的任務(wù).
在物理問題解決過程中,元認(rèn)知監(jiān)控可以起著調(diào)節(jié)問題解決方向,通過不斷轉(zhuǎn)換問題的表征形式,監(jiān)察程序性知識的執(zhí)行,對目標(biāo)進(jìn)行有步驟、有計(jì)劃的分解,直至目標(biāo)達(dá)成.元認(rèn)知的監(jiān)控作用使得解題者能夠在整個(gè)過程中隨時(shí)對自己所采取的行動(dòng)表現(xiàn)出清醒的意識,對目前的問題和解決方法及時(shí)作出評估,并對自己的行為作出相應(yīng)的調(diào)整.其主要過程如下:首先,是對物理問題解決的總體方向的監(jiān)控,它是根據(jù)題目信息、解題目標(biāo)和自己已有認(rèn)知水平而做出的方向性選擇,它在物理思維發(fā)展中起著指揮作用,是物理問題解決的首要問題;其次,是對物理問題解決的方法、策略、步驟和程序的監(jiān)控,看所用的方法、策略是否最優(yōu),步驟、程序是否合理,這是對物理問題解決監(jiān)控的中心環(huán)節(jié);再次,是在解題后檢查其結(jié)論是否和題目目標(biāo)相一致,若不一致,就要利用反饋信息糾正偏向、改變策略,使思維活動(dòng)回到正確的軌道上來.
因此,物理教學(xué)應(yīng)該在問題解決過程中,不能僅僅局限于問題的解決,而更應(yīng)該讓學(xué)生體驗(yàn)在問題解決過程中各種認(rèn)知策略的運(yùn)用及自身認(rèn)知過程的調(diào)整策略,教會(huì)他們正確的思維方法.
4.3 物理教學(xué)應(yīng)教會(huì)學(xué)生如何對問題進(jìn)行表征
對物理問題的正確表征是解決問題的重心,學(xué)生只有在對問題正確的表征情況下,才能激活長時(shí)記憶中的物理概念、基本原理及過去相關(guān)的圖式和樣例,才能對物理問題進(jìn)行更深層次的表征,即科學(xué)理論表征.因此,物理教學(xué)中的問題解決,應(yīng)該讓學(xué)生在讀題的同時(shí)通過畫草圖,在草圖上進(jìn)行相關(guān)物理量的標(biāo)注,把文字表征轉(zhuǎn)化為圖像表征,并通過合理的轉(zhuǎn)換,使之與長時(shí)記憶中的圖式相類似.這種做法實(shí)質(zhì)上是工作記憶對外部表征的操作,一方面可以減輕工作記憶的負(fù)擔(dān),另一方面通過紙筆操作可以把認(rèn)知過程外化,這樣就更有利于對自身認(rèn)知的監(jiān)控和調(diào)節(jié).
4.4 物理教學(xué)應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行反思和評價(jià)
物理問題解決的完成,并不意味著整個(gè)教學(xué)過程的終止,此時(shí)教師應(yīng)該幫助學(xué)生總結(jié)和反思問題解決的整個(gè)過程,并對自己解決問題過程進(jìn)行合理的評價(jià).讓學(xué)生對自己進(jìn)行提問:這個(gè)問題我是如何解決的?我是如何對問題進(jìn)行表征的?我使用了哪些策略?哪些策略是有效的?哪些策略是無效的?如何注意問題中的隱含條件?我是如何分析物理過程的?這個(gè)問題我可以通過怎樣的轉(zhuǎn)換,改變其初始條件,把問題變成另外一種問題,也即平時(shí)所說的舉一反三,這種做法可以擴(kuò)大圖式的包容性和靈活性.通過如此反思和評價(jià),一方面可以對問題解決過程中的一般策略性知識進(jìn)行概括,另一方面可以把問題解決過程中特定學(xué)科領(lǐng)域的知識納入原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中,并對原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組.
問題解決的教學(xué)是一項(xiàng)長期培養(yǎng)的過程,因?yàn)樗鼘儆趶?fù)雜的程序性知識,也屬于“弱方法”,只有通過不斷的練習(xí),并對自身認(rèn)知過程進(jìn)行深入的反省,才會(huì)收到良好的教學(xué)效果.
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