概念圖技術(shù)及其在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

吳良根

自上世紀(jì)六十年代,美國心理學(xué)家諾瓦克(Joseph D.Novak)基于奧蘇伯爾(David Ausubel)的同化理論創(chuàng)設(shè)概念圖(Concept Map)以來,概念圖作為一種組織和表征知識(shí)的工具,在教學(xué)中日益受到關(guān)注和重視。目前,建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益普及,為概念圖廣闊的應(yīng)用前景提供了大量的理論與技術(shù)支持。推廣概念圖教學(xué)已成為許多國家的教育改革內(nèi)容之一。

一、 概念圖

所謂概念圖,是指利用圖示的方法來表達(dá)人們頭腦中的概念、思想和理論等,是把人腦中隱形知識(shí)顯性化、可視化,以便于思考、交流和表達(dá),因此也被稱作思維地圖、思維導(dǎo)圖。甚至可以這樣說,人類使用的一切用來表達(dá)自己思想的圖示方法都可稱為“概念圖”。

1. 概念圖及其特征

圖1為一張用Inspiration軟件制作的化學(xué)“物質(zhì)的分類”的簡明概念圖。

由圖可以看出,概念圖的圖表結(jié)構(gòu)包括節(jié)點(diǎn)、連線、連接詞三個(gè)部分。節(jié)點(diǎn)就是圖中置于圓圈或方框中的概念,連線表示兩個(gè)概念之間的意義聯(lián)系,連接詞是置于連線上的兩個(gè)概念之間形成命題的聯(lián)系詞,如“是”、“有”、“產(chǎn)生”、“包括”、“表示”等等。

一般來說,概念圖具有如下特征:①概念圖中的概念是按分層的形式表現(xiàn)的。一個(gè)概念圖通常用來表達(dá)一個(gè)主概念,主概念之下分出幾個(gè)相關(guān)聯(lián)的支概念。②連線表示兩個(gè)概念之間的意義聯(lián)系,連接可以沒有方向,也可以單向或雙向,即概念圖反映出概念之間既有縱向聯(lián)系,又有橫向聯(lián)系,由此構(gòu)成一個(gè)縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。③概念圖中也可包含許多的具體事例,這些事例有助于我們理解所給定概念的意義。在繪制概念圖的過程中,所列舉的有效事例和有意義的概念越多,說明繪制者對(duì)這一概念理解越深刻。

2. 概念圖的作用

(1)概念圖是一種創(chuàng)作工具。畫一幅概念圖好比經(jīng)歷一次“頭腦風(fēng)暴”。當(dāng)一個(gè)人把自己的想法順利地畫下來時(shí),其思路會(huì)更清晰,知識(shí)會(huì)更鞏固。

(2)概念圖是一種學(xué)習(xí)工具。建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論認(rèn)為,要記住概念并理解其意義, 就應(yīng)當(dāng)將新知識(shí)與原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)整合。概念圖能促進(jìn)這個(gè)過程的形成,因?yàn)楦拍顖D可以把整合過程清晰呈現(xiàn)出來,并使學(xué)習(xí)者看到概念之間的關(guān)系。

(3)概念圖是一種評(píng)價(jià)工具。通過概念圖可以了解學(xué)生在解釋概念時(shí)出現(xiàn)的不完整甚至錯(cuò)誤的想法。學(xué)生畫的概念圖表達(dá)了他們對(duì)概念正確或錯(cuò)誤的理解,有助于教師診斷概念被學(xué)生曲解,以致影響教學(xué)效率的原因。

(4)概念圖是一種交流工具。概念圖表達(dá)了一種組織信息或思想的方法。它是可以被其他人共享的東西,可用作人們討論概念和概念之間關(guān)系的交流工具。

3. 概念圖制作的步驟

化學(xué)概念圖的制作沒有嚴(yán)格的程序規(guī)范,要制作一個(gè)較為完整的概念圖,一般有以下幾個(gè)環(huán)節(jié):

(1)確定某單元中的關(guān)鍵概念。關(guān)鍵概念是一張概念圖的主題,也稱中心概念,一般放在概念圖的最上端或中央。有時(shí)確定中心概念可能會(huì)遇到困難,這時(shí),可以注意一下概念的背景,或了解概念出現(xiàn)的順序,或反思中心主題的引導(dǎo)方向等,在這個(gè)過程中需要反復(fù)思考、斟酌及修正。

(2)把該單元中所有的概念都羅列出來(包括那些雖然不在該單元出現(xiàn),但與該單元關(guān)系密切的概念)。注意只羅列出這些概念的名詞,不要任何解釋,也不應(yīng)該包括任何形容詞、動(dòng)詞。制作時(shí)可把概念寫在卡片上以便于移動(dòng),這對(duì)設(shè)計(jì)概念圖很有幫助。

(3)從關(guān)鍵概念出發(fā),尋求各概念之間的聯(lián)系,然后按一定的邏輯關(guān)系將所有的概念整理歸納,以建立概念之間的連接,用線條把概念連接起來,并用連接詞注明。連接詞通常是單個(gè)的詞,要簡潔明了,應(yīng)能說明兩個(gè)概念之間的關(guān)系。連線使概念之間建立了意義。

(4)把說明概念的具體例子簡要地寫在概念旁。

(5)不斷反思和完善概念圖。隨著學(xué)習(xí)的深入,學(xué)習(xí)者對(duì)原有知識(shí)的理解會(huì)逐漸深入和改變。因此,概念圖應(yīng)不斷修改和完善。諾瓦克認(rèn)為好的概念圖一般要修改三次以上,甚至更多。

圖2是概念圖的基本模型。

概念圖可以用粉筆和黑板、紙和筆等手工制作,也可以用平常的辦公應(yīng)用軟件如office、wps等繪制。目前,針對(duì)概念圖的特點(diǎn),國外研究出了幾種專門制作概念圖的軟件工具,如Amp、Inspiration、Activity Map、Mind Manager、Mindman、Axon Idea Processor、CoCo Systems Decision Explorer等。利用電腦軟件制作概念圖有許多優(yōu)點(diǎn),如修改方便,界面漂亮,可以直接打印,可以網(wǎng)上交流等,是目前制作概念圖最常用的方法。

二、 概念圖在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

概念圖把化學(xué)知識(shí)高度濃縮,將各種概念及其關(guān)系以層狀結(jié)構(gòu)形式排列,體現(xiàn)了意義建構(gòu)學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)。概念圖作為“學(xué)”的策略,能促進(jìn)學(xué)生的意義學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性學(xué)習(xí),最終使學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí);作為“教”的策略,能有效地改變學(xué)生的認(rèn)知方式,切實(shí)提高教學(xué)效果。在化學(xué)教學(xué)中,概念圖主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面:

1. 作為化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的有效工具

化學(xué)概念并不是孤立存在的,概念之間有著嚴(yán)密的邏輯關(guān)系,包括從一般到具體的序列關(guān)系及相互滲透的網(wǎng)狀關(guān)系。一個(gè)概念只有與多個(gè)概念發(fā)生聯(lián)系才能表現(xiàn)出它的意義。概念圖使學(xué)生能較清楚地看到各概念之間的聯(lián)系,促進(jìn)學(xué)習(xí)正遷移和意義學(xué)習(xí)的發(fā)生,從而提高學(xué)習(xí)效率?；瘜W(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中運(yùn)用概念圖,能將原來儲(chǔ)存在教師頭腦中的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)理論和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以可視化的形式表現(xiàn)出來,把知識(shí)整合過程清晰地呈現(xiàn)出來,能改變學(xué)生的認(rèn)知方式,使學(xué)生看到概念之間的關(guān)系。學(xué)生掌握了整體的知識(shí)框架,更容易了解新舊知識(shí)之間的聯(lián)系和區(qū)別。學(xué)生通過概念圖記憶的知識(shí)也必然比簡單機(jī)械記憶更牢固,從而有助于他們應(yīng)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。如圖3的“構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子”的簡明概念圖,它清晰地呈現(xiàn)出構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子及粒子的特征、粒子之間的關(guān)系等知識(shí)體系。這一單元的教學(xué)環(huán)節(jié)與教學(xué)流程讓人一目了然,并且還可根據(jù)需要進(jìn)一步拓展。

2. 創(chuàng)設(shè)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的平臺(tái)

概念圖不僅是收集信息的工具,也是表現(xiàn)信息的工具。一幅化學(xué)概念圖可以容納大量的信息,學(xué)生可以利用概念圖總覽章、節(jié)、單元或文章所涉及的內(nèi)容,又可以對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行編輯、改寫和增刪,這些過程其實(shí)就是重構(gòu)自己知識(shí)結(jié)構(gòu)或認(rèn)知圖式的過程。在實(shí)際教學(xué)中,讓學(xué)生自己制作概念圖,更容易發(fā)揮概念圖獨(dú)特的功效。由于制作概念圖時(shí)要求重建概念關(guān)系,因此,學(xué)生無法直接抄錄課文,除依賴書本已有信息外,還應(yīng)進(jìn)行主動(dòng)性的認(rèn)知活動(dòng)。在構(gòu)圖中,學(xué)生首先要尋找并理解重要概念,然后將這些概念重新組織,并說明適當(dāng)?shù)倪B接關(guān)系,完成每一個(gè)有意義的命題,以表達(dá)一個(gè)完整的系統(tǒng)性的科學(xué)知識(shí)架構(gòu)。通過該過程,學(xué)生有充分機(jī)會(huì)重新審視自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu),培養(yǎng)在繁雜的信息中掌握對(duì)所學(xué)習(xí)的主要概念結(jié)構(gòu)的認(rèn)知能力,達(dá)到自我實(shí)現(xiàn)、提升概念學(xué)習(xí)成效的目的。

3. 培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力

對(duì)學(xué)生來說,設(shè)計(jì)并創(chuàng)作概念圖能促使他們整合新舊知識(shí),建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò),濃縮知識(shí)結(jié)構(gòu),從而從整體上把握知識(shí)。概念圖作為一種元認(rèn)知策略,可極大地提高學(xué)生的自學(xué)能力、思維能力和自我反思能力。學(xué)生在畫概念圖的過程中體會(huì)、觀察知識(shí)之間的關(guān)系,對(duì)自己所學(xué)過的概念加以組織及整理,而使自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)更加完整。同時(shí),通過在學(xué)習(xí)過程中不同階段所繪制的概念圖,自行判斷自己認(rèn)知上的改變,甚至發(fā)現(xiàn)自己從來沒有注意和意識(shí)到的各部分知識(shí)之間的關(guān)系,從而產(chǎn)生一些獨(dú)特的理解,達(dá)到創(chuàng)新性學(xué)習(xí)的目的。

4. 作為學(xué)生形成性評(píng)價(jià)的依據(jù)

傳統(tǒng)的以分?jǐn)?shù)為標(biāo)準(zhǔn)的總結(jié)性評(píng)價(jià)有著明顯的弊端,作為補(bǔ)充形式,形成性評(píng)價(jià)越來越受到老師們的喜愛和重視。很多實(shí)踐探索表明,概念圖能夠作為形成性評(píng)價(jià)的有效工具。例如,教師可通過觀察學(xué)生設(shè)計(jì)概念圖的構(gòu)圖過程,了解其學(xué)習(xí)進(jìn)展和內(nèi)心思維活動(dòng)的情況,以便給出及時(shí)診斷,改進(jìn)教學(xué)。概念圖也可用于書面考試中,它與傳統(tǒng)的紙筆測(cè)試相比的優(yōu)點(diǎn)在于,概念圖提供的考試結(jié)果已經(jīng)不僅僅是一個(gè)抽象的分?jǐn)?shù),而是學(xué)生頭腦中知識(shí)結(jié)構(gòu)的圖示再現(xiàn)。教師和學(xué)生本人都可以清晰地知道其學(xué)習(xí)的狀況,從而有效地幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)自我。對(duì)概念圖的評(píng)分可以包括幾個(gè)方面:分支情況、從一般到具體的原則、等級(jí)、專業(yè)術(shù)語、連接詞語、橫向聯(lián)系等。

三、 化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用概念圖應(yīng)注意的兩個(gè)問題

1. 適應(yīng)內(nèi)容和能力培養(yǎng)的局限性

與結(jié)構(gòu)圖、模式圖、示意圖、實(shí)驗(yàn)裝置圖等類型的化學(xué)圖表相比,概念圖更側(cè)重研究概念與概念之間的區(qū)別與聯(lián)系,而對(duì)于一些微觀結(jié)構(gòu)、重要的化學(xué)變化過程以及用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究學(xué)習(xí)等,概念圖就顯得愛莫能助了。因此,在肯定概念圖功能的同時(shí),不能無限地夸大概念圖的功能,并不是所有的化學(xué)知識(shí)內(nèi)容都適宜用概念圖的。勉強(qiáng)繪制概念圖往往會(huì)造成知識(shí)結(jié)構(gòu)變形,更有甚者在概念圖節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)的并不是概念,這樣就陷入了形式主義的泥潭,違背了概念圖制作的初衷。

概念圖是一種基于意義學(xué)習(xí)和概念同化理論的教學(xué)技術(shù),培養(yǎng)的是學(xué)生對(duì)概念的分析、比較、理解能力,反映了學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)中的靜態(tài)部分,主要適用于化學(xué)課堂知識(shí)教學(xué)中基本概念、基本理論及復(fù)習(xí)課的教學(xué)。但它在其他能力培養(yǎng)和技能訓(xùn)練等方面則顯得不足,尤其是對(duì)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本技能及科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。

2. 制作方法的多樣性

化學(xué)概念學(xué)習(xí)的內(nèi)容不僅包含概念間的層級(jí)關(guān)系,還包括概念的定義、內(nèi)涵與外延、屬性及規(guī)則(包含概念的例證)等要素。對(duì)同一個(gè)知識(shí)單元,不同的人可以有不同的理解和構(gòu)思,他們繪制出來的概念圖可能有明顯的不同。所以概念圖的畫法不是唯一的,并且隨著制圖者對(duì)概念之間關(guān)系理解的深入,其制作的概念圖也會(huì)發(fā)生變化。

概念圖是一種把知識(shí)具體化、可視化的工具,反映出學(xué)生搜索已有知識(shí),把握知識(shí)特點(diǎn),聯(lián)系和獲得新知識(shí)的能力。使用概念圖教學(xué)能夠極大地提高學(xué)生的理解能力和記憶能力,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)造性思維有很大幫助。

概念圖的研究和應(yīng)用在國外已經(jīng)比較成熟和普及,而引入國內(nèi)的時(shí)間不長,要在教學(xué)實(shí)踐中廣泛應(yīng)用,教師必須掌握一定的理論知識(shí)和相關(guān)的現(xiàn)代教育技術(shù)。這對(duì)教師是一種新的挑戰(zhàn)。

(責(zé)編王學(xué)軍)