初中科学学习认知模型的内涵、价值和实践
摘要：认知模型是一种科学方法的集合，常常充当科学现象和科学知识之间的纽带。教师可结合心理学对认知的界定和相关研究，聚焦认知的理论原点探究认知模型的内涵，将其分为“知识结构”和“方法过程”两种类型，然后厘清认知模型在科学学习中的价值，即具有“结构化知识”“方法引导和促进思维发展”“学习监视、调节和评价”等功能。具体教学中，教师需要明确这两种认知模型下还有众多形式各异的子模型，从建构、存储、应用三个角度出发，对诸如“知识建构类：归纳—类比—演绎模型”“知识存储类：知识结构化模型”“知识应用类：问题解决模型”等典型子模型进行模型建构和应用。
关键词：认知模型；知识结构；方法过程；初中科学
初中科学教育的目标是让学生在科学知识的习得中培养思维、发展能力、形成素养。但传统教学囿于对科学知识的机械授受，使学生在长期被动灌输之下，逐步丧失了对科学知识主动建构的意识和应用的能力。而一切学习，本质上都是认知的，故认知模型常常充当了科学现象和科学知识之间的纽带。从科学方法论的视角来看，认知模型可以被认为是一种科学方法的集合。因此，探讨认知模型的内涵、价值及其在科学教学中的应用，可以帮助教师准确把握学生学习过程中的思维机制，为促进学生思维发展、能力提升提供理论支撑和实践指引。
一、认知模型的内涵
要理解认知模型，我们首先需要了解何谓认知。就心理学的视角而言，认知是学习者获取知识并对其应用的过程，它是人类最基本的信息加工方式。它主要包含感知觉、记忆、思维、想象和语言等主要形式［1］。而认知模型就是学习者获取知识、应用知识的过程模型。科学学习认知模型作为认知模型下的一个子概念，其主要是指用于帮助学生进行科学知识获取、组织和应用的一种结构化思维模式，在学生“分析问题、解决问题”等方面提供策略性指导和方法论支持［2］。如在科学探究类的教学中，教师常常利用“提出问题，建立假设—设计方案，获取证据—处理数据，得出结论—检验评价，交流分享”的探究流程来引导学生开展科学探究活动。该流程给出了关键环节和探究顺序，对学生的探究学习起到了方法指引的作用，由此可将类似于这一流程的思维模式看作是一种提供方法引导的认知模型。
当然，就认知模型的分型来看，当前理论界还未有一个明确的标准，故有必要对其作出进一步的分析。这是因为，只有将“是什么”的问题搞清楚了，才能为后续教学实践的开展提供理论指引。因此，笔者将视线重新聚焦于认知的理论原点，对认知模型的分型进行探究。由于认知能力主要包括静态的内容结构（知识和经验）以及动态的信息加工过程（思维），笔者结合初中科学教学实际，将认知模型分为静态的知识结构认知模型和动态的方法过程认知模型两大类。知识结构认知模型源于知识间的内在逻辑，指对具有一定内在逻辑关系的知识进行组织后形成的具有系统性和结构性的知识结构框架，如酸碱盐知识结构图等。方法过程认知模型则源于对知识的建构和问题的解决，指在既有知识和经验的基础上，将一定的方法和策略作用于一定的任务问题时所形成的一整套流程，如物质的分离和提纯流程、气体制备和净化流程、物质推断流程等。
二、认知模型的价值
要对科学学习中的典型认知模型进行梳理，需要先对其在科学学习中所体现出来的价值进行厘清。具体来看，其价值主要反映在以下三个方面。
一是认知模型具有结构化知识的功能。知识的结构化是指学生按照知识间的逻辑关系，对一众知识进行结构化组织和系统性呈现的过程。从某种意义上来说，学生能否对知识进行有效组织和结构化决定了其对学科的理解深度［3］。如在用图的形式对“酸”的知识进行结构化描述时：绩优生不但能从多个维度对“酸”的知识进行总结，而且能将多个知识组块进行有序的逻辑关联；学困生则不能准确呈现“酸”的完整知识结构，或者呈现的知识组块间表现出彼此孤立和零散的状态。由此可见，知识结构化水平的高低常常决定了学习品质的优劣。一个头脑中装着优质知识结构的学生，能更好地实现对知识的记忆、选择、提取、应用、迁移和创新。
二是认知模型具有方法引导和促进思维发展的功能。就方法论的层面而言，认知模型犹如一幅认识和解决科学问题的思维导图，为学生创设了一个认知进阶和思维发展的支持性结构。这一结构还能为学生的深度思考进一步提供线索和方向。例如，在“气体制备”的教学中，教师往往会利用如图1所示的流程来引导学生分析和解决气体制备中的相关问题。
在这里，图1就是一个简单的方法过程认知模型。它只给学生点出了气体制备过程中思考的方向和需要注意的关键，而未传达更多的内容细节。这其实也是认知模型的一大特征，即凸显方法在知识形成、能力发展中的核心作用，让学生通过对认知模型的使用，将方法和知识输入整合，以此来促进素养的发展。邢红军的研究也表明，在中小学生对科学知识的学习中，通过科学方法这一中介变量来联结科学知识和