由一道物理试题引发的认知心理分析_物理论文

　　一位正在高一年级教物理的同学，与我聊天时讨论一道物理试题：用大小不变的力F拉着一物块在粗糙平面内沿一圆周运动一周（图1），则这一过程中拉力对物体做的功为

　　A．等于0

　　B．大于0

　　C．小于0

　　D．无法确定

　　测试结果为80％多的同学都错选为答案A。问及他们的选择理由时，这些同学都说：根据公式W＝Fscosa，物块运动一周其位移s为零，代入公式，所以W＝0。而问及选正确答案B的同学的选择理由时，他们均谈到：W＝Fscosa的适用条件是公式中的力F必须为恒力，也即W＝Fscosa只适用于恒力做功的计算；而此题中拉力虽然大小不变但其方向是变化的，因此属于变力，变力做功当然不能再用恒力做功的公式W＝Fscosa来计算。但对物块运动过程中的任一极短时间内，拉力F可以看成恒力，且其方向与位移方向是一致的，因此运动过程的每一极短时间内，力F做的功均大于0，因此物块运动一周拉力做的功当然也应大于0。

　　瑞士心理学家皮亚杰的认知发展理论认为：人的心理的发展是通过其认知结构的发展而实现的，而图式（个体对世界的知觉、理解和思考方式）是认知结构的起点和核心，图式的形成和变化是认知发展的实质。当个体面临新的刺激时，总是试图先把它们纳入头脑中原有的图式之中去，以引起个体原有认知结构量的变化，这个过程叫同化；如果个体头脑中已有图式不能同化新刺激时，他必须修改原有图式或者重建新的图式以容纳新刺激，这个过程叫顺应。

　　由皮亚杰的认知发展理论我们不难看到：同化是引起认知结构的量的变化，而顺应则是引起认知结构的质的变化，可见，进行顺应的难度远远大于同化。因此，面临新知识、新问题时，学生总是试图先采用同化的方式去学习、理解它，无法同化时，他们才试图来用顺应的方式。若学生不理解新知识与头脑中已有认知图式有着本质的不同，他们很可能采取与新知识不相符合的头脑中已有的认知图式去同化它。

　　就这道题而言，部分学生没有意识到面临的实际问题为变力做功，这与头脑中已有的认知图式W＝Fscosa的适用条件──恒力做功是不相符合的，也即新问题没有在他们的头脑中引起认知上的冲突，因此他们错误地用恒力做功公式W＝Fscosa来同化变力做功，这当然导致错误的结论。而对选择正确答案B的同学，他们正是注意到了该题实际情况为变力做功，这与头脑中已有的恒力做功的认知图式W＝Fscosa是不相符合的，从而在头脑中产生了认知冲突，这促使他们用顺应的方式来解决这一新问题。

　　可见，如果学生头脑中原有的认知结构不符合新知识相应的情况时，是不能对新知识进行正确的同化的，这时若不及时使他们在头脑中引起认知冲突、引导他们对新知识的顺应，他们只能寻求头脑中已有的认知结构来错误地同化新知识，这必然导致对新知识错误的理解。这种情况下，老师应该在学生头脑中引发认知上的冲突和危机，使他们头脑中原有的认知图式与当前面临的实际问题产生无法调和的矛盾，以促进错误认识的解体和新的正确认识的建立。引导他们进行顺应：取物块运动过程中的任意极小段位移Δs，在这极小位移内拉力F可以看成是恒力，物块发生的无限小位移Δs的方向即速度方向，它与力的方向是一致的，因此在这段极小位移内，拉力做功符合公式W＝Fscosa的条件，代入公式：Δs位移内拉力做功为ΔW＝FΔs。由此我们不难得出物块在沿四周运动一周的过程中，拉力做功一定大于0的结论。