认知心理学对认知结构的研究

认知心理学的研究及其对教学的启示

摘要目前认知心理学的研究越来越多地被教育和培训领域所采用和重视。根据专家和新手的研究、建构知识的学习观和元认知理论，围绕知识的意义建构教学中应当注意的问题是：①树立认知的教学观；②用真实的任务引导自主学习；③用概念框架建构认知图式；④用随机进入教学促进知识迁移。

认知心理学用信息加工的观点研究人的认知过程，旨在揭示人学习、储存知识、提取知识来解决问题的实质。其研究成果对我们理解学习过程、对我们预见教学过程中可能出现的因素和有效控制教学过程有很大的帮助和启示。

一、专家和新手的研究 20世纪70年代，心理学家(Dorothy，Simon，1978；Larkin，Reif，1979)采用解题时出声思维的方法，对物理学科内专家和新手的解题差异进行了研究。结果表明：新手比专家所用的时间更长，出现的错误更多。还有研究发现，新手在解决问题上的缺陷是因为知识表征上的问题，而不是由于缺乏解题能力(Chi，1982)。解决问题时，专家更注意问题的结构，而新手更注意问题的表面细节(Krureeski，1976；Silver,1979)。当要求他们说出准备用来解决问题的方法时，专家讨论的是将要使用的主要原理，为什么用这一原理及应用这一原理的程序；而新手则是立即跳到解决问题的量的方面，讨论解题使用的方程(Chi，Fetovieh，Glaster,1988)。

学者们还采用专家和新手的研究范型，对专家领域专家知识的组织、获得、提取和应用进行了研究。结果发现：新手倾向于依据表面特征，以零散的、孤立的方式储存知识(Chase，Simon，1973)。而专家的知识是按一定的层级高度组织的。在层级的顶部包含有专业领域的主要概念、原理，下位层级是一些辅助性的概念、相关的事实和公式。而且，专家应用主要原理和概念等陈述性知识与原理和概念的程序性知识之间的转换是自动化的。这样，专家就可以将认知努力集中在分析和解决问题方面。由于有一个有效的、系统的知识结构，知识储备越多，意味着专家在自己的专业领域里再学新知识时需要的努力越小，因为新知识可以用恰当的联结方式整合进原有的知识结构，从而使回忆与提取都相对容易[1]。该研究对教学的指导意义：将专家储存知识的方式和解决问题时使用的策略明确化，并用来训练学生使他们也学会应用这些知识，有助于促进新手向专家转化。

二、建构知识的学习观行为主义的知识观认为，学习是学生对外部刺激作出被动的反应，学生是知识灌输的对象。而认知心理学认为，学习是学生主动地在头脑内部构造认知结构。学习的结果不只是对某种特定刺激作出某种特定反应，而是在头脑内部重建认知图式。图式的形成和变化是认知发展的实质。

认知学习论的分支──建构主义认为，学生要想完成对所学知识的意义建构，即达到对该知识反应事物的性质、规律及该事物与其他事物之间联系的深刻理解，最好的办法是：让学生到现实世界的真实环境中去感受、去体验(即通过获取直接经验来学习)，而不仅仅是聆听教师对这种经验的介绍和讲解。

该研究对教学的指导意义是：第一，学习是学生在头脑内主动建构知识的过程；第二，有助于知识建构的教学策略，更能促进教学。

三、灵活应用所学知识的能力迁移是指将在某个情景中所学的知识运用到新情景中去的能力，即灵活应用所学知识的能力。有意义言语学习的研究认为，一切有意义学习都是在原有学习的基础上产生的，在有意义学习中，原有认知结构的特征是影响学习的关键因素。研究还表明：原有认知结构对新知识掌握的影响，主要取决于三个变量：第一，认知结构中是否有较高抽象、概括水平的起固定作用的观念；第二，有潜在意义的新学习任务同原有认知结构的可辨别程度；第三，原有认知结构中较高抽象、概括水平的起固定作用的观念的稳定性和清晰性。弹性认知论认为，要提高学习的理解力和知识迁移能力，宜采用随机进入教学的方法，即为不同的教学目的，在不同的时间、不同的情况下，用不同的方式呈现同一内容。

该研究对教学的指导意义是：第一，学生原有的认知结构影响他学习新知识的能力；第二，掌握学科内容中的基本概念、基本原理和规则有助于迁移。

四、元认知元认知是一个人对自己认知活动的意识和监控。元认知能力也可以称为检查、调整和评估自己思维的能力。研究表明：运用元认知策略能更好地促进迁移，小组合作式的教学情景、出声思维等是强有力的训练环境(Decone，1990，Chietal，1989)12J。五、对学科教学的几条建议上述认知心理学的研究，对学科教学有重要的指导意义。笔者结合自己的研究和体会，谈几条粗浅的建议，以供学科教学借鉴。

1．明确角色意识，树立认知的教学观教师要明确意识到，学习是学生在头脑中主动地建构认知结构，教师不再是传授知识的权威，而是学生建构知识过程中的好的辅导员，是学生学习的高级合作者。这就要求教师不仅要辅导学习内容，而且要辅导学习策略，而后者是教师需要熟悉和学习的。尽管教师可以辅导学生，但学生必须亲自主动地学习，必须清楚所学知识的意义。因此，学生要有主动学习的心向，要选择有难度的任务，主动探索学科中概括水平较高的主要概念、主要原理和规则。这就要求学生要采用新的加工策略、新的学习风格，形成自己就是知识的建构者的心理模式。

2．提供真实任务，引导自主学习教师要善于在课堂教学中采用一些真实任务和学科领域中的日常实践，这些接近生活的复杂任务整合了许多知识和技能，有助于学生用真实的方式应用所学知识，有助于学生明确所学知识的相关性和有意义性。第一步，提供一个与当前学习主题密切相关的真实事件或问题，作为学生学习的中心内容。第二步，教师提供解决问题的有关线索(例如：需要在哪里搜集哪类资料、现实中专家解题的探索过程等)，而不是直接告诉学生应当如何解决问题。第三步，引导学生自主学习。比如，确定完成任务所需要的知识点的清单，找到获得有关信息和资料的渠道，学会利用与评价有关信息和资料。第四步，协作学习。通过讨论、交流，学生各自将自己的思维流程暴露，使不同观点得以交锋，从而补充、修正、加深了自己对问题的理解。第五步，反思讨论。对自己的思维过程和同学的思维过程进行评价并加以比较，分析彼此的长短处，总结该方法与以前所学的有何不同，预测以后在什么样的情况下还能用到。这种反思有助于使所学知识条件化，而且，通过评价自己和同学的成果，学生还要反思自我引导学习的有效性和合作性学习的有效性，这有助于发展元认知技能。

3．设计概念框架，建构认知图式学习的结果是学生头脑中认知图式的重建，为促进学生的学习，教师可以为学生提供一个概念框架，以创造最邻近发展区。借助于概念框架，学生原有知识和新知识间架起了桥梁，它支撑着学生的学习由一个水平发展到另一个更高的水平。第一步，围绕学习主题，按“最近发展区”的要求，把复杂的学习任务分解，设计成一种概念框架，这种框架中的概念是为发展学生对问题的进一步理解所需要。第二步，将学生引入框架中的某个节点。第三步，让学生独立探索。包括确定与给定概念有关的各种属性，并将各种属性按其重要性排序。探索初，由教师采用演示或介绍理解类似概念的过程启发引导；探索中，教师适当提示，帮助学生沿着概念框架逐步攀登；最后，教师的帮助逐步减少，愈来愈放手让学生自己探索，独立攀登。第四步，协作学习。请同学一起讨论，讨论的结果可能使原来确定的属性增加或减少，排列顺序也可能有所调整。讨论中原来相互矛盾的意见逐渐变得明朗、一致，使学生在分享集体思维成果的基础上达到对新概念较全面、正确的理解，最终完成对所学知识的意义建构。第五步，效果评价。包括学生个人的自我评价和学习小组对个人学习的评价。通过概念框架的支撑作用，使学生的学习不停地从一个水平提升到另一个水平，真正做到教学促进了认知结构的建构，教学走在了发展的前面。

4．随机进入教学，促进知识迁移随机进入教学就是学习者为了不同目的，从不同途径、不同侧面，采用不同方式对同一内容的学习。这种多次学习，不是简单的重复，而是各有侧重，结果使学习者获得了对事物复杂全貌的理解，对事物内在性质和事物间相互联系的全面掌握和认识上的飞跃，克服了迁移中的障碍。这就要求教师有能力创设一种良好的环境。第一步，向学生呈现与当前学习主题的内容相关的情景。第二步，引导学生随机进人教学。第三步，思维训练。由于所学内容比较复杂，所以教师与学生的互动应在“元认知”水平上进行(教师的提问不仅是纯知识性的，而且应促进学生认知能力的发展)，教师要了解学生的思维过程，注意发展发散思维。第四步，小组协作学习，围绕不同侧面的学习所获得的认知展开小组讨论，同学们的思维观点都在讨论的环境中受到考察、评论，每个同学也对别人的观点作出反应。第五步，学习效果评价，包括自我评价和小组评价。

5．开展策略训练，教会学生学习认知心理学强调的共同点是：学生作为自己知识的建构者，在应用知识的情景中，主动参与真实性的活动和任务，在完成任务的过程中进行批判性和创造性的思考，并在与小组其他成员的合作中不断建构自己的知识，在元认知水平上监视自己对知识的建构，在此基础上，由学习者自身最终完成对所学知识的意义建构。这种教学活动是在认知和元认知两个水平上进行的。所以，教师不仅要引导学生学习各种认知策略，而且要训练他们使用元认知策略(反省思维)。策略训练宜采用的步骤：第一步，将训练策略的名称、含义和操作告诉学生，使学生形成对所学策略的命题表征，并能复述出来，以获得陈述性知识。第二步，用范例

指导学生学习策略的使用，并仔细讲解，引导学生将陈述性知识向程序性知识转化，使学习策略由命题表征转化为产生式表征；即由知识转化为技能。第三步，提供大量的变式练习，让学生学会策略使用的条件，使策略成为条件化知识。在此过程中，教师把对学习过程的监控权逐步交给学生。第四步，让学生在大量练习的过程中，把对自己思维过程的监控由有意识向自动化转化，最终形成稳定而有效的元认知技能。

一、研究背景

（一）课题的提出：

建构主义理论的主要代表人物有：皮亚杰(J.Piaget)、科恩伯格(O.Kernberg)、斯滕伯格(R.J.sternberg)、卡茨(D.Katz)、维果斯基(Vogotsgy)等。

皮亚杰关于建构主义的基本观点是，儿童是在与周围环境相互作用的过程中，逐步建构起关于外部世界的知识，从而使自身认知结构得到发展的。

在皮亚杰的“认知结构说”的基础上，科恩伯格(O.Kernberg)对认知结构的性质与发展条件等方面作了进一步的研究；斯腾伯格(R.J.sternberg)和卡茨(D.Katz)等人强调个体的主动性在建构认知结构过程中的关键作用，并对认知过程中如何发挥个体的主动性作了认真的探索；维果斯基(Vogotsgy)提出的“文化历史发展理论”，强调认知过程中学习者所处社会文化历史背景的作用，并提出了“最近发展区”的理论。所有这些研究都使建构主义理论得到进一步的丰富和完善，为实际应用于教学过程创造了条件。

皮亚杰的发生认识论，着重在心理学的水平上，概括了儿童认识发生的规律，具有启发性，是认识论的深化。国内物理学界在皮亚杰发生认识论的基础上，以查有梁等为代表的教授、学者提出了发展认识论的观点。发展认识论着重在创造学的水平上，概括了科学工作者在进行创造性思维活动中的认识发展规律，从过程论的观点去分析发展认识论，体现了一种新的探索思想。国内学校教学中对建构的研究不胜枚举。笔者认为，我们对建构主义理论的研究不是太多，而是远远不够，很多地方呈现的是一种形式，而没有实则性的东西。对建构主义理论的研究关键在于必须同自己的教学实践要紧密结合，在教学过程中进行研究，要能把课题研究真正转化成巨大的教学力。

当前实施素质教学的核心问题就是要培养高素质的现代人，当前实施的新课程改革也就是为了达到这个培养目标而采取的有效举措。“新课程背景下”包括两方面含义，其一，是指在新课程理念、理论的指导和引领下；其二，是指基于新课程实践的现实、动态的背景之中。“新课程”的核心内涵是培育学生学习中的“自主、合作、探究”意识，并要使学生这一生命实体在良好的教育条件下自然、和谐、健康地生长发展。

物理难学，是物理学习中长期存在的一个不争事实。造成物理难学的原因之一是由物理学科本身的特点决定的，物理学是人类在认识和征服自然的过程中长期积累的一门科学知识，所涉及的领域宽、实践性强、灵活度高，与生产、生活及数学有着密切的联系；原因之二是物理概念、规律的高度概括性以及客观物理世界的复杂性，决定了从掌握概念、规律到灵活运用、解决具体问题之间存在着一个跨度较大的台阶，跨好这个台阶就必须解决好学生在学习中由知识向方法、能力的转化工作。笔者认为，学好物理的关键是能否构建一个科学、合理的认知结构，使之对物理知识融会贯通、举一反三，对方法、途径驾轻就熟、运用灵活。教学中如能重视构建学生的认知结构，则对学生学习物理是大有帮助的。

系统论的整体原理告诉我们，任何系统只有通过相互联系，形成整体结构，才能发挥整体功能。对物理学的知识而言，学生只有认识物理学的整体结构，才能较好地掌握它，应用它，以体现出物理知识的整体功能。把系统论的原理作为物理教学的科学基础，这已为许多物理教师所接受。

本课题要研究的就是从物理学科的知识结构向学生的认知结构发展的一般规律。

（二）研究价值：1、理论价值

课程改革与优化课堂教学、改进学习方法是一种共生共存的互动关系，一方面，课程改革对传统课堂教学和

学习方法提出挑战，也为优化课堂教学和学习方法提供契机；另一方面，课堂教学和学习方法是课程改革的载体，课程改革的根本依托于课堂教学和学习方法。可以说，优化课堂教学、改进学习方法是课程改革中最深层次的改革。通过本课题研究，逐步解决课堂教学改革中的一些深层次问题，以课堂教学和学习方法为突破口，重塑课堂精神，建设新型课堂环境，转变师生的教学方式和学习方式，从而推动课程改革深入发展。

2、实践价值对于新课程背景下高中物理学生认知结构的构建的研究，必然会丰富物理课堂教学的理念、形式、途径和学生在学习方法上的优化，从而提高学习实效。

本课题研究的目的一是帮助学生构建和优化知识结构，形成认知结构；二是在知识结构有序的基础上通过对知识的变通和迁移，形成和发展能力；三是要注重解决“怎样做”、“怎样去思考”、“怎样去学习”等学法问题等。

二、课题界定及理论基础认知结构的理论来自建构主义(constructivism) ，建构主义也译作结构主义，是认知心理学派中的一个分支。建构主义理论一个重要概念是图式，图式是指个体对世界的知觉理解和思考的方式。也可以把它看作是心理活动的框架或组织结构。图式是认知结构的起点和核心，或者说是人类认识事物的基础。因此，图式的形成和变化是认知发展的实质，认知发展受三个过程的影响：即同化、顺应和平衡。

同化（assimilation）是指学习个体对刺激输入的过滤或改变过程。也就是说个体在感受刺激时，把它们纳入头脑中原有的图式之内，使其成为自身的一部分。

顺应(accommodation)是指学习者调节自己的内部结构以适应特定刺激情境的过程。当学习者遇到不能用原有图式来同化新的刺激时，便要对原有图式加以修改或重建，以适应环境。

平衡(equilibration)是指学习者个体通过自我调节机制使认知发展从一个平衡状态向另一个平衡状态过渡的过程。

建构是指主体内在潜能的自觉开发和价值的自我实现。建构主义认为：知识并不是对现实的纯粹客观的反应，任何一种传授知识的符号系统都不是绝对真实的表征。它不是问题的最终答案，只不过是人们对客观世界的一种解释和假设，它必将随人们认知程度的深入而不断变化升华和改写，出现新的假设。建构的意义在于使学生在“学习共同体”的自主的交互性活动中主动进行改组、统合、充实、完善，从而获得知识的经验、情感、智慧、能力、个性等素质以及友爱、合作、人生价值和创造性等潜能的发掘和发展。知识是认知主体与客观环境相互作用中获得的，教学不是将知识以成品方式教给学生的过程，而是学生通过自己与外部环境的交互活动主动获得知识的过程。由此可知，掌握知识并不是最重要的，学习也不是单一的信息储存过程，而是学生通过自己独特的认知方式和生活经验对外在信息的独特理解、感悟、体验和特定情境下的心理加工。建构知识意义与价值理念的过程，是师生乃至同学之间的现实的交互中探索生命意义，创造人生体验和生活智慧的生命活动的过程。

应该说，建构主义作为一种新的认知学习理论，以其对学习的基本理解为基础，对教学的很多方面提出了许多富有创见的思想观点。