促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成的教學(xué)路徑

陳宏兆+謝兆貴

摘要：促進(jìn)學(xué)生良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成是化學(xué)教學(xué)的重要任務(wù)之一。個體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成及發(fā)展就是利用原有圖式通過同化和順應(yīng)日益復(fù)雜的環(huán)境而達(dá)到平衡的過程?？梢酝ㄟ^以下路徑促進(jìn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成：創(chuàng)設(shè)問題情境，產(chǎn)生認(rèn)知需要；激活已有知識，激發(fā)認(rèn)知沖突；開展新知學(xué)習(xí)，促進(jìn)問題解決；進(jìn)行聯(lián)系整合，優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知結(jié)構(gòu)；教學(xué)路徑；認(rèn)知需要，認(rèn)知沖突

文章編號：1005–6629（2015）8–0018–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

認(rèn)知結(jié)構(gòu)是學(xué)科知識結(jié)構(gòu)通過個體的內(nèi)化在頭腦中所形成的全部知識（或觀念）的內(nèi)容和組織[1]。認(rèn)知心理學(xué)研究表明，有時頭腦中具備解決某個問題所需要的全部知識也不能保證問題得到解決，這是因為頭腦中存儲的知識表征不當(dāng)，組織得不好，應(yīng)用時無法提取。奧蘇貝爾說：“每當(dāng)我們致力于影響學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以便最大限度提高意義學(xué)習(xí)和保持時，我們就深入到了教育過程的核心?！彼J(rèn)為，教學(xué)的主要任務(wù)是幫助學(xué)習(xí)者建立清晰、牢固的認(rèn)知結(jié)構(gòu)[2]。

化學(xué)學(xué)科中概念多，反應(yīng)多，實驗多，符號多，不少學(xué)生感到化學(xué)學(xué)習(xí)課上易懂，課下易忘。重要原因之一是教師在教學(xué)中未能把握化學(xué)學(xué)科知識內(nèi)在的邏輯關(guān)聯(lián)，未能幫助學(xué)生構(gòu)建起組織良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。這就需要中學(xué)化學(xué)教師將良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成作為化學(xué)教學(xué)的重要任務(wù)之一，并掌握相應(yīng)的教學(xué)策略。

1 認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成的心理機(jī)制

認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成包括圖式、同化、順應(yīng)和平衡等4個基本要素。圖式是個體經(jīng)過組織而形成的思維以及行為的方式，幫助我們適應(yīng)環(huán)境中新的刺激。個體的認(rèn)知發(fā)展就是利用原有圖式通過同化和順應(yīng)日益復(fù)雜的環(huán)境而達(dá)到平衡的過程。通過同化，認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到了豐富；通過順應(yīng)，認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到了改造。而具有自我調(diào)節(jié)作用的平衡化過程在認(rèn)知發(fā)展中起到關(guān)鍵作用——當(dāng)個體已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)能同化環(huán)境中新的信息時，則其心理上處于暫時的平衡狀態(tài)；但如果個體已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)不能同化環(huán)境中新的信息時，則其心理上處于不平衡的狀態(tài)，這種不平衡會使個體產(chǎn)生一種自我調(diào)節(jié)的內(nèi)驅(qū)力，推動個體調(diào)整或者建構(gòu)新認(rèn)知結(jié)構(gòu)，直到能同化環(huán)境中新的信息為止。此時，個體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到了發(fā)展，智慧水平得到了提高[3]。

2 良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成的教學(xué)路徑

基于上述認(rèn)知發(fā)展規(guī)律及認(rèn)識結(jié)構(gòu)形成的心理機(jī)制，在化學(xué)教學(xué)中可通過如下路徑促進(jìn)學(xué)生良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成。

2.1 創(chuàng)設(shè)問題情境，產(chǎn)生認(rèn)知需要

認(rèn)知需要（cognitive needs）是人類的需要和動機(jī)之一，泛指個體對事物的追尋、認(rèn)知、了解的內(nèi)在動力，如求知欲、好奇心等。美國人本主義心理學(xué)家馬斯洛的需要模式中有一個心理需要或成長需要的高級層次，指個體在基本需要滿足后產(chǎn)生的認(rèn)知需要，即人具有解決疑難和理解問題的欲望，探索各種事物的需求[4]。在教學(xué)過程中，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生解決問題的愿望，促使他們產(chǎn)生認(rèn)知需要。

案例：“鎂的提取及應(yīng)用”教學(xué)中認(rèn)知需要的產(chǎn)生[5]

[師生活動]師生共同列舉金屬鎂在國防、科技及生活中的廣泛應(yīng)用。教師展示常見廣泛應(yīng)用的鎂材料及鎂的產(chǎn)量逐年上升的圖表。

[教師提問]鎂在自然界以什么形態(tài)存在？

[學(xué)生分析]鎂原子核外最外層電子數(shù)為2，易失去，活潑性強(qiáng)，在自然界中主要以化合態(tài)存在。

[教師講授]在自然界中鎂主要以MgCl2、MgSO4等形式存在。展示鎂資源儲量比較和海水中元素的分布圖。

[教師提問]我們所需要的是金屬單質(zhì)鎂，而自然界中存在的是化合態(tài)的鎂，那么，如何把自然界中所存在的化合態(tài)的鎂轉(zhuǎn)化為我們所需要的單質(zhì)鎂呢？

在上述教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師通過巧妙地情境創(chuàng)設(shè)讓學(xué)生感受到鎂的需求量逐年上升與鎂在自然界中以化合態(tài)存在的矛盾，提出“如何把自然界中所存在的化合態(tài)的鎂轉(zhuǎn)化為我們所需要的單質(zhì)鎂呢”，讓學(xué)生自然而然地產(chǎn)生認(rèn)知需要。

2.2 激活已有認(rèn)知，激發(fā)認(rèn)知沖突

認(rèn)知沖突（cognitive conflict）指認(rèn)知發(fā)展過程原有概念（或認(rèn)知結(jié)構(gòu)）與現(xiàn)實情境不相符時在心理上所產(chǎn)生的矛盾或沖突[6]。當(dāng)個體不能用頭腦中已有的知識來解釋一個新問題或發(fā)現(xiàn)新知識與頭腦中已有知識相悖時，就會產(chǎn)生“認(rèn)知沖突”。這時，心理上就處于失衡狀態(tài)，那么擺脫這種“失衡”的心理困境的傾向就構(gòu)成了個體問題解決的需要和動機(jī)，推動個體的認(rèn)知達(dá)到更高水平的平衡狀態(tài)。在認(rèn)知發(fā)展過程中，“認(rèn)知沖突”起到了關(guān)鍵性作用，引發(fā)認(rèn)知沖突是促使學(xué)生實現(xiàn)知識建構(gòu)的契機(jī)和動力。在教學(xué)過程中，要注意引起學(xué)生心理的失衡狀態(tài)，從而激發(fā)認(rèn)知沖突。

案例：“鎂的提取及應(yīng)用”教學(xué)中已有認(rèn)知的激活

[師生活動]把化合態(tài)的鎂轉(zhuǎn)化為我們所需要的單質(zhì)鎂，從氧化還原反應(yīng)的原理去分析，這個轉(zhuǎn)化是一個什么過程？

[學(xué)生分析]鎂從化合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)。

[教師提問]有哪些方法可以實現(xiàn)金屬的還原呢？

[學(xué)生分析]可以參照鐵的冶煉，用C、H2、CO等還原。

[學(xué)生分析]可以參照銅的制備，用比鎂活潑的金屬如金屬鈉置換。

[學(xué)生分析]可以參照金屬鈉的制備，用電解熔融的鎂鹽。

[教師提問]以上三種方法是否都可行？

在上述教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師順著提出來的問題繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考，通過系列問題自然而然地將學(xué)生的思路引到“金屬的還原方法”上，激活學(xué)生頭腦中已有的相關(guān)知識，引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突。

值得指出的是，任何一個新知的出現(xiàn)總是和已有知識發(fā)生聯(lián)系，新知不是被已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)所吸收（同化），就是引起已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的改造（順應(yīng)），以產(chǎn)生新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)就是在同化和順應(yīng)機(jī)制的交互作用下逐步形成的。這一形成過程不是自發(fā)的，它必須在教學(xué)活動中通過新舊知識的相互作用，通過對已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的組織和再組織才能實現(xiàn)。

2.3 開展新知學(xué)習(xí)，促進(jìn)問題解決

奧蘇貝爾把新學(xué)的知識比作剛駛進(jìn)港口的船，把頭腦中原有的知識比作錨樁，即固定點，當(dāng)學(xué)習(xí)者面對新知識時，固定點越清晰、穩(wěn)固，新知識就能越容易被學(xué)生內(nèi)化。從建構(gòu)主義的觀點來看，新知識學(xué)習(xí)的過程不是學(xué)生原封不動地接受、占有知識，而是學(xué)生主動參與建構(gòu)的過程，這種過程是通過新知識與原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生雙向、反復(fù)的相互作用完成的，需要以“固定點”——已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)將新知識納入來同化新知識，這一過程涉及記憶、感知、分析、判斷、推理等一系列復(fù)雜的認(rèn)知活動。

案例：“鎂的提取及應(yīng)用”教學(xué)中新知學(xué)習(xí)的開展

[師生活動]下面我們先看一段鎂的冶煉史。

[教師分析]從1808年，英國的戴維，用鉀還原白鎂氧（即氧化鎂MgO），到1828年，法國A. BUSSY用鉀還原熔融氯化鎂，到18世紀(jì)30年代，法拉第第一次通過電解氯化鎂得到了金屬鎂。到19世紀(jì)80年代，才由德國首先建立工業(yè)規(guī)模上的電解槽，電解無水光鹵石生產(chǎn)金屬鎂，從此開創(chuàng)了電解法煉鎂的工業(yè)化時代。目前，世界各國金屬鎂冶煉工業(yè)中約80%用比較成熟的熔鹽電解法。

[教師提問]為什么不用碳還原氧化鎂呢？

[學(xué)生分析]氧化鎂具有很高的熔點，用碳還原需要有很高的溫度，在技術(shù)上不易實現(xiàn)，代價巨大。

[教師提問]那為什么現(xiàn)在不用金屬鉀來還原熔融氯化鎂呢？

[學(xué)生分析]金屬鉀要比金屬鎂貴重得多，用金屬鉀還原熔融氯化鎂顯然得不償失，因而無法大規(guī)模應(yīng)用。

[教師提問]電解哪一種熔融的鎂鹽呢？為什么？

[學(xué)生分析]用電解熔融的氯化鎂。因為海水中鎂的儲量約為1.8×1015 t。

[教師活動]雖然Mg2+在海水中總量很大，但是濃度很低，提取海水中的氯化鎂，一般需要先進(jìn)行富集。我們可以利用海水曬鹽得到的鹵水。如何提取海水中的氯化鎂？請設(shè)計方案。

在上述教學(xué)環(huán)節(jié)中，根據(jù)學(xué)生提出的三種方案“用C、H2、CO等還原，用比鎂活潑的金屬置換、電解熔融氯化鎂”，教師又結(jié)合鎂的冶煉史的分析，引導(dǎo)學(xué)生從冶煉的難易程度和經(jīng)濟(jì)效益角度，分析選用冶煉方法的依據(jù)，得出熔鹽電解法是現(xiàn)在較為普遍的冶煉鎂的方法，從而實現(xiàn)了問題的解決。進(jìn)而又自然生成新的學(xué)習(xí)任務(wù)“如何提取海水中的氯化鎂”。

在此學(xué)習(xí)任務(wù)的完成過程中，學(xué)生不斷地利用頭腦中已有的知識來解決問題?？梢?，“同化”過程實質(zhì)上是一個不斷建立聯(lián)系、做出推論的過程，學(xué)習(xí)者正是通過這種聯(lián)系和推論活動將外在的信息轉(zhuǎn)化為頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

2.4 進(jìn)行聯(lián)系整合，優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)

化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)是一個不斷發(fā)展變化的動態(tài)結(jié)構(gòu)，其建立要經(jīng)歷一個逐步發(fā)展的過程。化學(xué)知識雖然紛繁復(fù)雜，但有其內(nèi)在的聯(lián)系。猶如一棵枝葉繁茂的大樹，通過枝干脈絡(luò)把它們有機(jī)地聯(lián)系在一起。揭示化學(xué)知識間的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)規(guī)律是化學(xué)知識結(jié)構(gòu)化的關(guān)鍵所在，不僅有助于學(xué)生整合知識、形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而且有助于依據(jù)規(guī)律解決問題、發(fā)展思維。學(xué)習(xí)初期，通過已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)和新知識的相互作用，形成一個化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的雛形，隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，認(rèn)知結(jié)構(gòu)在橫向逐步變廣、縱向逐步加深，并且縱橫貫通。與此同時，隨著新知識的同化，已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)會因為新知識的納入而發(fā)生一定的調(diào)整和改組，此即“順應(yīng)”。當(dāng)新知識與原有知識之間可以融洽相處時，新知識的進(jìn)入可以豐富、充實原有知識。

案例：“鎂的提取及應(yīng)用”教學(xué)中認(rèn)知結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

[教師提問]通過鎂的冶煉學(xué)習(xí)，請同學(xué)們思考我們冶煉金屬有什么一般性的規(guī)律？

[教師分析]我們可以根據(jù)已學(xué)的鐵、銅、鈉、鎂等金屬的冶煉方式，結(jié)合金屬的活動性，來加以思考?xì)w納。

[學(xué)生分析]鐵、銅可以用置換的方法。

[教師分析]一定是置換？

[學(xué)生分析]不一定，假如是用CO還原就不屬于置換反應(yīng)，就叫還原法。

[學(xué)生分析]鈉、鎂可以用電解熔融鹽的方法。

[教師小結(jié)]冶煉金屬的方法有多種，我們一般可以根據(jù)金屬的活動性順序表歸納如下。

在上述教學(xué)環(huán)節(jié)中，隨著鎂的冶煉這一新知識被同化，已有金屬冶煉在初中階段的“金屬鐵、銅可用CO或H2等熱還原的方法提取”，高中電解法冶煉金屬鈉、鎂，關(guān)于金屬冶煉方法的認(rèn)知結(jié)構(gòu)不斷充實和豐富，學(xué)生逐步認(rèn)識到金屬的冶煉方法與金屬活動性順序之間的規(guī)律性。知識要成體系，就要提煉所學(xué)知識，有意識地整合知識，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

教師在教學(xué)過程中要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注單元知識之間的因果邏輯關(guān)系和縱橫關(guān)系，善于聯(lián)系和整合。每經(jīng)一個階段，就要對所學(xué)過的知識、思想與方法作歸納小結(jié)，建立起知識間的有機(jī)聯(lián)系，提煉出關(guān)鍵性的和核心的知識，使知識由“點”成“線”，再成“網(wǎng)”，分層次組成一個知識系統(tǒng)，從而改進(jìn)和完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以便于進(jìn)一步學(xué)習(xí)和利用。

在此過程，教師要善于指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會用表格、概念圖或思維導(dǎo)圖等方式自己繪制出知識結(jié)構(gòu)圖。因為，從認(rèn)知的角度來看，學(xué)生繪制出的知識結(jié)構(gòu)圖就是學(xué)生頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，那就是一個化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的自我建構(gòu)過程。通過展示知識結(jié)構(gòu)化的具體模型，如表格、概念圖、網(wǎng)絡(luò)圖等，演示分類歸納知識的程序和方法，使學(xué)生明確怎樣使知識結(jié)構(gòu)化。

認(rèn)知結(jié)構(gòu)是影響學(xué)生學(xué)習(xí)是否成功的一個關(guān)鍵因素，因為它會直接參與和新知識的相互作用以及學(xué)生解決新問題的過程。把握學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律，促進(jìn)學(xué)生良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成是教師教學(xué)設(shè)計的重要任務(wù)。

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