谈学习者理科实验图式建构

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1、谈学习者理科实验图式建构摘要：基于心理学相关研究得知，理科实验中学习者形成的知识表征有静态表象、动态表象、情感体验、命题表征和产生式，它们分别组成学习者脑海中关于实验的物理空间、情感空间与认知空间，这三个空间进一步融合成具体实验的仿真器，成功的学习者基于若干个仿真器提取出理科实验的认知图式。此理论成功地解释了理科教育实践中的若干问题关键词：理科实验图式；知识表象；仿真器；认知中图分类号：G642.3文献标志码：A文章编号1002-0845(2012)11-0040-04自十九世纪后期英美等国率先开设中等学校理科课程以来，实验教学就成为中等学校理科课程的一个主要特征并有其重要意义。然而，已有

2、研究却不断揭示出世界范围内理科实验教学不容乐观的现状，并发现它们受制于教育政策、教师、学生和实验教材等多方面的因素［1］。此外，理科实验认知研究的匮乏阻碍了人们对实验教学理论的认识，同时影响到实践中实验教学的有效性，并引发师生对理科实验的普遍轻视。理科实验有怎样的认知建构历程，学习者在理科实验中建构的实验图式受哪些主要因素影响？本文借助于心理学的相关研究初步厘清理科实验图式的建构历程，为中学阶段的实验教学提供参考。一、理科实验中学习者形成的知识表征形式知识表征是在头脑中标志有关知识内容与结构的方式[2]1682o人类的认知系统是极其复杂与灵活的，大脑中知识表征的形式也不是单一的，多元表征的

3、观点更贴近人类的认知实情。知识表征的传统理论是命题符号理论(propositionsymbolsystems),该理论假设认知的基本构成材料是命题，若干个命题彼此联系组成命题网络。命题是思维活动的基本意义单位，命题表征是关于抽象的、无感觉通道的、特异性的和类语言的符号的内在表征方式，是对材料的意义表征[2]831。在关于知识表征的各种观点中双编码理论强调表象在长时记忆中的重要性。表象是基于知觉在头脑内形成的感性形象[2]73，根据表象的形式可以将其分为静态表象和动态表象。一定数量的静态表象配合以空间位置上的各种分布与组合来模拟问题的结构，而基于动态表象的表征则通过包含表象运动状态和形式在内

4、的整个表象系统来模拟问题的结构[3]。此外，认知心理学中的产生式成功地解释了脑海中各种智力作业是怎样完成的。产生式是为解决某一问题或完成某一作业按一定层次联结组成的认知规则，是关于条件和行动的一种程序表征[4]116。命题表征、表象和产生式是大脑表征知识的基本形式。表征最终以记忆的形式存储于长时记忆。图尔文(1972年)提出，长时记忆中的信息内容分为情景记忆(episodicmemory)和语义记忆(semanticmemory)。前者是个人亲身经历过的各种事情的记忆，存储个体在特定时间内经历的情景或事件以及与之相联系的各种时空关系信息；后者是对词语及其语义永久性知识的记忆和关于世界知识的

5、记忆［4］943。显然，主体关于事件的情景记忆中包含自身内心感受、态度体验等情感方面的记忆，这表明，探讨知识表征还需要考虑主体的认知建构历程。第二代认知科学基于认知建构的具身性与情境性对知识表征给出新的解释。知觉符号理论(perceptualsymbolsystems)是第二代认知科学中的代表理论。该理论认为，认知的构成材料是知觉符号，知觉符号是以知觉为基础的神经表征，是对知觉引起的神经冲动的一次记录［5］。知觉符号理论强调认知过程中身体的体验性、关注认知时的情境和认可认知表征的发展与变动［6］。这一理论告诉我们，学习过程中主体的内心感受、态度体验等非认知因素也形成知觉符号，成为知识表征的

6、一部分，我们以情感体验统称之。情感体验是个体对自己情感状态的意识，沙克特认为情感体验是认知因素、生理因素和刺激因素三个来源信息输入的整合，其中认知因素起决定作用［7］。情感体验的结果可形成各种性格特征如态度、价值观和意志品质等，这些结果也属于情感体验。情感体验与命题表征、表象和产生式共同表征知识。基于以上知识表征的新旧观点，我们剖析学习者在理科实验中发生有意义学习所形成的知识表征形式。对于学习者而言，理科实验具有感知性和体验性的特征，还间接传达抽象层面的科学概念和科学理论等科学知识。面对实验中丰富的感性刺激，在选择性注意的引导下学习者形成大量知觉符号，不同感觉通道形成的知觉符号存储于大脑中

7、的不同部位。这些知觉符号包括实验中静态可感知信息引发的静态表象和动态可感知信息引发的动态表象。前者如学习者对实验仪器、实验装置的静态表象表征，后者如学习者关于实验操作、变动的实验现象的动态表象表征。体验性的知觉符号记录学习者伴随在实验历程中的情感体验，包括其内心感受、态度体验以及有待形成的价值观和意志品质等。实验中所涉及到的科学概念和科学原理等抽象科学知识，学习者从意义层面形成命题表征，或者形成以产生式编码其认知规则。可