化學(xué)概念圖有效性的原理分析

齊婷

摘 要：介紹化學(xué)概念圖的定義，并分析化學(xué)概念圖能夠?qū)W(xué)習(xí)有促進作用的幾點原因，即對學(xué)生有促進作用是因為化學(xué)概念圖能有效延長記憶時間、有效拓展記憶容量，并且化學(xué)概念圖的層級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)符合人腦生理機制；對教師有促進作用的原因是化學(xué)概念圖能幫助教師有效全面地整合知識點、有效監(jiān)督教師自我教學(xué)過程。

關(guān)鍵詞：化學(xué)概念；化學(xué)概念圖；學(xué)習(xí)

中圖分類號：G427 文獻標志碼：A 文章編號：1002-2589（2015）09-0198-02

一、化學(xué)概念圖的定義

概念圖是一種由概念節(jié)點和連線所組成的一系列概念的結(jié)構(gòu)化表征。概念圖中的節(jié)點是表示某一命題或知識領(lǐng)域內(nèi)的各概念；連線則表示節(jié)點概念間的內(nèi)在邏輯關(guān)系。連線上的標注（關(guān)系標簽）則用于說明連線兩端的邏輯關(guān)系[1]。

從化學(xué)的學(xué)科特點來看，它整體的知識體系是以化學(xué)概念為基礎(chǔ)，區(qū)別于其他理科學(xué)科的特點之一是需要記憶的信息較多，且化學(xué)概念數(shù)目繁多又過于抽象，表象容易應(yīng)用難。教師迫于升學(xué)壓力，采用傳統(tǒng)的“填鴨式”“一桿到底”等教學(xué)方法，學(xué)生只是死記硬背，不求甚解。更是有許多化學(xué)教師在教學(xué)初期向?qū)W生強調(diào)化學(xué)是“文科”，只強調(diào)記憶層面，忽略學(xué)生的理解、邏輯、創(chuàng)造等層面的能力。讓化學(xué)概念教學(xué)變得死板乏味，學(xué)生也漸漸喪失了對化學(xué)的興趣和熱情，甚至?xí)饾u喪失獨立思考的能力。

化學(xué)概念圖將化學(xué)基礎(chǔ)知識歸類、結(jié)構(gòu)化，形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)同一化學(xué)命題中的新概念時，新概念不斷地與學(xué)習(xí)者頭腦中的舊的概念發(fā)生相互作用，逐漸形成一個更加完善的系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)體系。通過知識的結(jié)構(gòu)化，可以使看起來零星、細碎的知識變成有序化、網(wǎng)絡(luò)化，使學(xué)生對抽象的各種化學(xué)概念、定律的判斷和推理得心應(yīng)手[2]。

二、化學(xué)概念圖的有效性

研究證實，概念圖教學(xué)策略更適合于科學(xué)課程，而在其他學(xué)科，如英語、數(shù)學(xué)的教學(xué)中則效果不理想[3]。而化學(xué)概念圖作為一種化學(xué)課堂的教學(xué)策略；或評估工具；或化學(xué)教材編寫和教學(xué)材料的組織；或作為有意義學(xué)習(xí)的策略，這些方面都表現(xiàn)出有效性，即既能夠幫助教師提高個人技能，又可以大面積提高學(xué)生的學(xué)業(yè)成績。使師生達到共贏的雙面發(fā)展，有效地成為教育者和受教育者共同提高的媒介。

（一）化學(xué)概念圖對學(xué)生學(xué)習(xí)的有效促進

化學(xué)概念圖教學(xué)中強調(diào)化學(xué)概念和化學(xué)原理的重要作用，更能使學(xué)生獲得對化學(xué)學(xué)科內(nèi)容的概念化、系統(tǒng)化理解。那么概念圖作為一種學(xué)習(xí)策略在化學(xué)學(xué)習(xí)中是如何對學(xué)生進行影響的呢？

1.化學(xué)概念圖能有效延長記憶時間

首先，從認知心理學(xué)角度進行分析：科學(xué)研究證明，在記憶的過程中，大腦不是被動記憶，而是主動加工信息。神經(jīng)科學(xué)的研究已經(jīng)證實，在通過改變腦結(jié)構(gòu)而建立心理結(jié)構(gòu)的過程中，經(jīng)驗起重要作用。人類各個記憶系統(tǒng)是相互融會貫通的，短時記憶和工作記憶是必經(jīng)的過程，但只有進入長時記憶才能成為學(xué)習(xí)者已有的經(jīng)驗。只有對短時記憶和工作記憶進行不斷組織強化和重復(fù)加工才可將其變?yōu)殚L時記憶，這說明學(xué)習(xí)者的已有知識結(jié)構(gòu)對新知識的記憶有著重要的影響[4]。這也就強調(diào)了練習(xí)的重要性。而概念圖的構(gòu)圖過程無疑是一個經(jīng)驗積累的過程。概念圖將原有的眾多零散的知識點聯(lián)系起來，整體有序地展現(xiàn)出來，擺脫了原本無序的識記格局。例如圖1“銅鋅原電池概念圖”，初步接觸原電池的學(xué)生常常會將正極發(fā)生還原反應(yīng)得到電子，負極發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子這一規(guī)律弄混，即使在初步學(xué)習(xí)時記得住，時間久了記憶也會模糊。構(gòu)成銅鋅原電池的必要條件就是一組電極，電解質(zhì)溶液，閉合電路，電解質(zhì)溶液在電池中，是電池內(nèi)部的構(gòu)成條件，溝通電池內(nèi)電路，它起傳導(dǎo)電荷，使帶電離子在電場作用下，沿電場方向移動的作用。如陽離子移向電池的陰極，也就是電池的正極區(qū)，陰離子移向電池的陽極，就是電池的負極區(qū)。我們分析鋅-硫酸-銅電池，在硫酸中，鋅失去的電子，通過外電路移到正極的銅板上，鋅離子進入硫酸溶液，并和氫離子一起移動到正極區(qū)，但鋅離子的移動速度比氫離子慢，若沒有這個運動，電池活動根本無法持續(xù)。即鋅失去電子變成鋅離子，原電池的負極上發(fā)生了氧化反應(yīng)。在陰極上，也就是銅板上，大量聚集的電子，被電極附近的氫離子奪取，氫離子由此變成氫氣，即氫離子得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，完成整個電池反應(yīng)。

化學(xué)概念圖將“原電池”“電解質(zhì)溶液”“正極”“負極”“氧化反應(yīng)”“還原反應(yīng)”這些無序零散的概念進行有序地整合，不但幫助學(xué)生清晰了概念，同時說明銅鋅原電池包括電解質(zhì)溶液，而之前學(xué)習(xí)的氧化還原又是原電池的設(shè)計原理，與前后知識相聯(lián)系，構(gòu)建了整體的知識體系，將信息納入到大腦的最佳的聯(lián)系和最方便提取的記憶結(jié)構(gòu)中。

2.化學(xué)概念圖能有效拓展記憶容量

按照認知心理學(xué)的觀點，人的短時記憶容量僅為7±2個組塊，非常有限。這樣一來，人的信息加工受到了很大的限制。化學(xué)概念圖將概念和概念聯(lián)系起來，從而加大了知識的組塊，在容量有限的情況下增加了可供加工的信息。又間接地將難于區(qū)分的概念進行了分類，例如單質(zhì)和非電解質(zhì)的區(qū)分。將抽象的化學(xué)概念清晰化、可視化、具體化、系統(tǒng)化，從而延長知識在頭腦中的存儲時間?；瘜W(xué)概念圖的這一功能高效率地利用了人類大腦，減少不必要的記憶負擔(dān)，促進了知識的記憶和整合，而這兩部分正是人類大腦所欠缺的部分。

3.化學(xué)概念圖的層級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)符合人腦生理機制

腦科學(xué)的泛腦網(wǎng)絡(luò)學(xué)說認為，人的學(xué)習(xí)、記憶和思維正是通過人的大腦，這樣一個并行分布、多層結(jié)構(gòu)、廣泛聯(lián)系的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來進行的[5]?？梢钥闯?，概念圖結(jié)構(gòu)特征充分符合這一人腦的生理機制，化學(xué)概念像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一樣進行上下級和并列式的層級網(wǎng)絡(luò)排列。這種排列類似人腦對知識的儲存，符合意義建構(gòu)的實質(zhì)，給予學(xué)習(xí)過程以清晰的脈絡(luò)[6]。

化學(xué)概念圖的形象性、整體性、綜合性、層次性和經(jīng)濟性等諸多優(yōu)點都證實了其在學(xué)習(xí)的過程中的有效性，使化學(xué)學(xué)習(xí)過程中的預(yù)定的知識目標和能力目標很好地落實。與生理學(xué)、心理學(xué)、腦科學(xué)等方面內(nèi)容相互結(jié)合利用，解決了學(xué)生以往在具體的化學(xué)學(xué)習(xí)過程中的難點，即學(xué)困原因之一就是不能較好地辨別和建構(gòu)概念和命題框架，一定程度上改變了傳統(tǒng)教學(xué)導(dǎo)致的機械學(xué)習(xí)，順利地進行概念“移植”。使學(xué)生順暢地接受概念、命題，從而掌握知識。

（二）化學(xué)概念圖對教師技能的有效提高

1.化學(xué)概念圖能幫助教師有效全面地整合知識點

教師在一節(jié)化學(xué)課上可能要向?qū)W生介紹講解許多化學(xué)概念等，細小繁多的化學(xué)知識點和層層級級的邏輯關(guān)系每一部分都不能遺漏，否則就會產(chǎn)生學(xué)生的概念厘清障礙，使學(xué)生自主構(gòu)建的知識結(jié)構(gòu)體系出現(xiàn)偏差，長時間累計甚至?xí)a(chǎn)生“蝴蝶效應(yīng)”，影響學(xué)業(yè)成績。嚴重的甚至?xí)斐蓪嶒炇鹿?，結(jié)果不堪設(shè)想。所以，教師在備課時，首先要建立宏觀的整體的化學(xué)概念圖，其次呈現(xiàn)主要的化學(xué)概念，最后將顯示某一章節(jié)的知識結(jié)構(gòu)的小概念圖鏈接進整個大概念圖中（如“單質(zhì)”鏈接“物質(zhì)的分類”）。這樣能夠幫助教師有效全面地將知識點進行整合，同時形成教學(xué)知識點網(wǎng)絡(luò)，也減輕了備課壓力。

2.化學(xué)概念圖能有效監(jiān)督教師自我教學(xué)過程

1998年Beyerbach研究發(fā)現(xiàn)：新教師使用概念圖策略教學(xué)時，能夠更有效地監(jiān)控自己的教學(xué)過程與自我概念的發(fā)展，使教師的教學(xué)內(nèi)容和課堂結(jié)構(gòu)更清晰[7]。而化學(xué)概念圖有利于組織教學(xué)材料，讓教育者對所教授的材料首先做到心中明鏡，更有利于教師對教學(xué)內(nèi)容進行形象的設(shè)計?；瘜W(xué)概念圖作為一種教學(xué)策略，有利于組織教學(xué)技能的提高。邏輯清晰結(jié)構(gòu)嚴謹?shù)母拍顚蛹墡椭處煹慕虒W(xué)設(shè)計層層相扣，便于教師備課、不容易出現(xiàn)知識點的遺漏，有效地促進教師教學(xué)技能的提高。

三、結(jié)語

本文運用認知心理學(xué)、大腦生理學(xué)等理論分析了化學(xué)概念圖能夠促進有意義學(xué)習(xí)的原因，發(fā)現(xiàn)化學(xué)概念圖對記憶的時長、容量以及概念圖網(wǎng)絡(luò)與人腦生理機制相符合等方面均有正向作用。通過化學(xué)概念圖形成的以化學(xué)概念為核心的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，一方面幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識體系，另一方面也為教師教學(xué)技能的發(fā)展提供幫助。而學(xué)生對化學(xué)概念的理解不僅是一種知識內(nèi)化的過程，也是形成科學(xué)思維能力的過程，更是培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的過程。

參考文獻：

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[3]陳向明.質(zhì)的研究方法與社會科學(xué)研究[M].北京：教育科學(xué)出版社，2000.

[4]孫愛萍.基于意義學(xué)習(xí)的概念圖工具開發(fā)與運用[J].遠程教育雜志，2009（3）：64-65.

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[6]李增玲，劉繼和.概念圖及其在化學(xué)教學(xué)中的制作與應(yīng)用[J].沈陽師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，7（3）：431.

[7]Beyerbach，B.A.Developing a technical Vocabulary on Teacher Planning PreService Teachers' Concept Map[J].Teaching and Teacher Education，1988，4（4）：339-347.