基于認(rèn)知靈活理論的高中化學(xué)概念教學(xué)策略研究

宋 婷 李遠(yuǎn)蓉

基于認(rèn)知靈活理論的高中化學(xué)概念教學(xué)策略研究

宋 婷1李遠(yuǎn)蓉2

（1德州市第十中學(xué) 山東德州 253000；2西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 重慶 400715）

化學(xué)概念是高中化學(xué)知識網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，是學(xué)好化學(xué)的重要一環(huán)；認(rèn)知靈活理論是斯皮羅等人提出的針對高級領(lǐng)域?qū)W習(xí)的理論，以發(fā)展靈活應(yīng)用能力為核心。作者從理論角度分析了認(rèn)知靈活理論指導(dǎo)高中化學(xué)教學(xué)的可行性。以認(rèn)知靈活理論為指導(dǎo)，提出高中化學(xué)概念教學(xué)策略，以期通過有效策略，突破概念教學(xué)難點(diǎn)。

認(rèn)知靈活理論；高中化學(xué)概念；教學(xué)策略

化學(xué)概念是整個化學(xué)知識網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，要想學(xué)好高中化學(xué)，必先學(xué)好高中化學(xué)概念。但是，由于學(xué)生迷思概念的存在以及化學(xué)概念本身三重表征之間轉(zhuǎn)換困難［1］等的影響，造成了化學(xué)概念教學(xué)效果不佳。因此，必須尋找解決的策略和方法。

通過閱讀文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)關(guān)于化學(xué)概念教學(xué)策略的研究頗多，研究者們提出的策略主要有：創(chuàng)設(shè)問題情境、應(yīng)用實(shí)驗、模型、進(jìn)行變式訓(xùn)練、使用正例反例等。但在這些研究中缺乏對不同階段化學(xué)教學(xué)策略的區(qū)分。與初中化學(xué)的入門性學(xué)習(xí)相比，高中化學(xué)處于較為高級的階段。認(rèn)知靈活理論認(rèn)為進(jìn)行入門性學(xué)習(xí)，可采用導(dǎo)論式教學(xué)方式，即將知識從復(fù)雜情境中抽離出來，學(xué)習(xí)經(jīng)過高度概括的知識，強(qiáng)調(diào)記憶；但在這種教學(xué)方式下，學(xué)生獲得的是脫離情境、割裂的知識，利于存儲但不利于靈活應(yīng)用。認(rèn)知靈活理論是關(guān)于高級學(xué)習(xí)的理論，高中化學(xué)概念教學(xué)是化學(xué)學(xué)習(xí)的較高級階段，因此，以認(rèn)知靈活理論為指導(dǎo)，研究高中化學(xué)概念教學(xué)策略是有意義的。

一、認(rèn)知靈活理論指導(dǎo)高中化學(xué)概念教學(xué)的可行性分析

認(rèn)知靈活理論是上世紀(jì)80年代末，斯皮羅等人提出的針對劣構(gòu)領(lǐng)域知識習(xí)得和遷移的理論，它包括3個基本的概念：劣構(gòu)領(lǐng)域知識、高級學(xué)習(xí)和認(rèn)知彈性。

1.高中化學(xué)概念教學(xué)之知識類型——劣構(gòu)領(lǐng)域知識

斯皮羅等人依據(jù)知識的復(fù)雜程度，將其劃分為：良構(gòu)領(lǐng)域知識和劣構(gòu)領(lǐng)域知識。良構(gòu)領(lǐng)域知識是指經(jīng)過抽象概括后，有明確構(gòu)架，學(xué)習(xí)者可按照其規(guī)則或原則，直接加以運(yùn)用的知識。例如，化學(xué)課本中呈現(xiàn)的概念抽象性、概括性較強(qiáng)，是經(jīng)過比較、分析、歸納、類比等思維操作提取出的結(jié)構(gòu)性良好的知識［2］，本身屬于良構(gòu)領(lǐng)域知識。但是，在現(xiàn)實(shí)中，概念的應(yīng)用常常在不同的情境中，不能直接簡單提取，而需具體問題具體解決，以原有的良構(gòu)知識為基礎(chǔ)，構(gòu)建問題解決的新圖式，這就涉及到劣構(gòu)領(lǐng)域知識，即認(rèn)知靈活理論所探討的知識類型。

我國中學(xué)化學(xué)課程由低到高共分為三個階段：九年級化學(xué)、高中必修化學(xué)和高中選修化學(xué)。其中，高中必修化學(xué)是在九年級化學(xué)基礎(chǔ)上開設(shè)的，高中選修化學(xué)又是高中必修化學(xué)的拓展和延伸，三階段的化學(xué)課程在內(nèi)容上具有一致性和持續(xù)性。在化學(xué)概念方面，九年級化學(xué)和高中化學(xué)中有很多相同或者相銜接的概念，這些概念并非只是簡單的重復(fù)，而是在學(xué)習(xí)程度上有所加深，例如，對于概念“離子”，初中階段僅要求認(rèn)識其是構(gòu)成物質(zhì)的微粒以及知道同一元素的離子和原子之間的相互轉(zhuǎn)化，而在高中必修1中要求理解酸堿鹽的電離、離子反應(yīng)及發(fā)生條件、學(xué)會常見離子的檢驗方法。

可見，與九年級化學(xué)概念相比，高中階段出現(xiàn)的相同概念學(xué)習(xí)角度更多、程度更深，更顯現(xiàn)出劣構(gòu)的特點(diǎn)。

2.高中化學(xué)概念教學(xué)之學(xué)習(xí)方式——高級學(xué)習(xí)方式

斯皮羅等人將學(xué)習(xí)劃分為兩種類型：初級學(xué)習(xí)和高級學(xué)習(xí)。前者針對的是良構(gòu)領(lǐng)域知識，后者針對劣構(gòu)領(lǐng)域知識。初級學(xué)習(xí)也可稱為導(dǎo)論式學(xué)習(xí)，是學(xué)習(xí)的低級階段，適用于掌握基本的概念、事實(shí)，在相同情境下進(jìn)行簡單提?。桓呒墝W(xué)習(xí)，是學(xué)習(xí)的較高級階段，適用于掌握概念的復(fù)雜性，在不同情境下遷移運(yùn)用（見表1）。

表1 初級學(xué)習(xí)與高級學(xué)習(xí)的區(qū)別

記憶化學(xué)概念是初級學(xué)習(xí)；靈活應(yīng)用化學(xué)概念進(jìn)行分析、思考，在問題解決或案例分析中把握概念的復(fù)雜性，是高級學(xué)習(xí)。在化學(xué)概念教學(xué)中，尤其是高中化學(xué)概念教學(xué)中，要想達(dá)到對概念的全面、深入的理解，在不同情境下靈活而正確地使用，高級學(xué)習(xí)是必不可少的。

3.高中化學(xué)概念教學(xué)之教學(xué)目標(biāo)——發(fā)展認(rèn)知彈性

認(rèn)知彈性是認(rèn)知靈活理論強(qiáng)調(diào)的核心能力［3］，即人的靈活變通能力，從知識學(xué)習(xí)方面講，即對知識的遷移應(yīng)用能力，表現(xiàn)在不同情境下，應(yīng)用已有圖式對情境做出合理認(rèn)知和應(yīng)對的能力。高中化學(xué)概念學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)是為了解決實(shí)際問題，且即使在解決化學(xué)習(xí)題時，也并非照搬課本知識，而是要對概念進(jìn)行靈活應(yīng)用。要想在面對具體問題時，能夠靈活地應(yīng)用所學(xué)化學(xué)知識，采取正確方案，就要求學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)化學(xué)概念的過程中，能針對不同情境，對概念做出不同理解，發(fā)展自身的認(rèn)知彈性。

認(rèn)知靈活理論是關(guān)于高級學(xué)習(xí)的理論，高中化學(xué)概念教學(xué)是化學(xué)學(xué)習(xí)的較高級階段，因此，以認(rèn)知靈活理論為指導(dǎo)，研究高中化學(xué)概念教學(xué)策略是有意義的。

二、基于認(rèn)知靈活理論的高中化學(xué)概念教學(xué)策略

以認(rèn)知靈活理論的基本概念、基本原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)為依據(jù)，為完成化學(xué)概念的高級學(xué)習(xí)目標(biāo)，制定了高中化學(xué)概念教學(xué)實(shí)施的總體方案（見圖1）。并以人教版《化學(xué)2（必修)》第二章第一節(jié)“化學(xué)能與熱能”中吸熱反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)的學(xué)習(xí)為例，對教學(xué)策略進(jìn)行了具體闡述；通過與一線高中化學(xué)教師進(jìn)行交流、推薦其在課堂中實(shí)施的方式，獲得反饋意見。

1.明確認(rèn)知準(zhǔn)備狀態(tài)，確定高級學(xué)習(xí)目標(biāo)

認(rèn)知靈活理論所倡導(dǎo)的學(xué)生觀屬于現(xiàn)代學(xué)生觀，他們的觀點(diǎn)都主張：學(xué)習(xí)者并不是空著腦袋進(jìn)入課堂，而是帶著自己的經(jīng)驗和特殊的認(rèn)知方式。而化學(xué)概念在教材中編排是層層遞進(jìn)、相互關(guān)聯(lián)的，高級階段的學(xué)習(xí)要以低級階段的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)。因此，在進(jìn)行高中化學(xué)概念教學(xué)時，教師首先需清楚在初級學(xué)習(xí)階段（初中及之前學(xué)習(xí)）化學(xué)概念的學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么；需進(jìn)一步學(xué)習(xí)什么；確定高級學(xué)習(xí)目標(biāo)。

圖1 認(rèn)知靈活理論指導(dǎo)下的高中化學(xué)概念教學(xué)策略

以人教版《化學(xué)2（必修）》第二章第一節(jié)“化學(xué)能與熱能”為例?；瘜W(xué)反應(yīng)與能量的內(nèi)容在初中化學(xué)、高中《化學(xué)2（必修）》和《化學(xué)4（選修）》中均有安排，內(nèi)容上呈螺旋式上升。在初中階段，學(xué)生已從燃料的角度，了解到化學(xué)反應(yīng)常常伴隨著能量的變化，有的反應(yīng)表現(xiàn)為放熱，有的反應(yīng)表現(xiàn)為吸熱。在此基礎(chǔ)上，確定本階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)為：了解吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的概念，能夠根據(jù)事實(shí)判斷吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)；能夠從宏觀角度和微觀角度解釋化學(xué)反應(yīng)中的吸放熱現(xiàn)象；關(guān)注化學(xué)能源，建立正確的能量觀。參與研究的一線教師認(rèn)為，該學(xué)習(xí)目標(biāo)合理可行。

2.確定概念的不同側(cè)面，注重多元表征

認(rèn)知靈活理論強(qiáng)調(diào)對知識進(jìn)行多元表征，即從多個角度、多種方式學(xué)習(xí)同一知識，打破從單一側(cè)面對概念形成的片面認(rèn)識，以形成對知識整體的完整認(rèn)識，構(gòu)建知識意義。而化學(xué)概念學(xué)習(xí)作為中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，多位研究者提出了通過變式變例突破概念教學(xué)難點(diǎn)的策略，正例可幫助加深了解概念的內(nèi)涵，反例可幫助剔除概念的非本質(zhì)特征。而正例、反例的使用正是對概念進(jìn)行多元表征的一種方式，從不同角度展示了概念和概念各要素之間的復(fù)雜關(guān)系。確定概念的不同側(cè)面，既是認(rèn)知靈活理論的要求，也是突破化學(xué)概念教學(xué)難點(diǎn)的必要步驟。

在學(xué)習(xí)“化學(xué)能與熱能”時，從事實(shí)、宏觀、微觀三個角度對吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的涵義進(jìn)行整體把握。事實(shí)角度，即從生活實(shí)例角度，認(rèn)識并判斷吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)；宏觀角度，即從能量守恒角度，通過比較反應(yīng)物與生成物總能量的大小把握化學(xué)反應(yīng)吸熱或放熱的原因；微觀角度，即從化學(xué)反應(yīng)實(shí)質(zhì)的角度，分析舊鍵斷裂、新鍵形成過程中的能量變化。通過多角度的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到對吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的較完整認(rèn)識。

3.選擇適合的案例，整合概念與案例

認(rèn)知靈活理論非常強(qiáng)調(diào)案例在學(xué)習(xí)中的作用，認(rèn)為基于情境、基于案例、基于問題解決的學(xué)習(xí)才是有效的。案例是具體化了的概念。確定了概念的各要素后，需精心選擇適用于各個要素的案例，設(shè)計要素與案例的交叉式教學(xué)，即針對某一要素，選擇多樣化的案例，這些案例各有所側(cè)重，但是，可能同時包含有其他主題涉及到的內(nèi)容，以避免知識各個方面的相互割裂，達(dá)到相互補(bǔ)充的作用，將案例與知識進(jìn)行整合，設(shè)計教學(xué)方案，幫助學(xué)生形成對概念的全面而完整的理解。

學(xué)習(xí)“化學(xué)能與熱能”時，以案例為載體，在判斷反應(yīng)吸熱還是放熱的過程中認(rèn)識吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)，從宏觀和微觀角度，分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，進(jìn)而達(dá)到對概念的完整認(rèn)識。從回顧學(xué)生熟悉的燃料燃燒入手，避免學(xué)生產(chǎn)生畏難心理；從新奇并與學(xué)生經(jīng)驗貼近的自熱飯盒入手，直觀感受化學(xué)反應(yīng)提供能量所帶來的便利；從工業(yè)上生產(chǎn)石灰石的方法中，認(rèn)識吸熱反應(yīng)；從螢火蟲發(fā)出閃光信號的原因中，了解能量的釋放存在除放熱外的其他形式。參與教師認(rèn)為，從案例出發(fā)，能夠吸引學(xué)生注意、激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知欲望，通過對多種案例的分析，能夠避免對概念的片面認(rèn)識，提高知識遷移能力。

4.注重問題情境創(chuàng)設(shè)，使教學(xué)面向真實(shí)任務(wù)

認(rèn)知靈活理論強(qiáng)調(diào)應(yīng)用知識對多變的情境做出靈活的應(yīng)對以及在多變的情境下對知識意義進(jìn)行建構(gòu)。提高認(rèn)知彈性是認(rèn)知靈活理論強(qiáng)調(diào)的核心能力。因此，在教學(xué)中，要注重問題情境的創(chuàng)設(shè)。創(chuàng)設(shè)問題情境時，情境選擇要盡可能真實(shí)，同時注重符合學(xué)生經(jīng)驗、興趣，符合教學(xué)目標(biāo)。

通過對能源危機(jī)和新能源使用的簡單介紹或者新聞觀看，開始了“化學(xué)能與熱能”的學(xué)習(xí)，將簡單的回顧性問題“化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)是什么”和“化學(xué)反應(yīng)中為什么有能量變化”變?yōu)樯罨膯栴}，提出：經(jīng)常都會聽到能源二字，那么，到底什么是化學(xué)能源？化學(xué)能源是如何提供能量的？帶著問題進(jìn)入課堂，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，請學(xué)生嘗試從化學(xué)變化的意義、能量守恒定律、化學(xué)變化實(shí)質(zhì)等方面，初步回答這些問題。同時，對各案例的分析也是以教師提供資料和問題、學(xué)生討論回答的方式展開。參與教師認(rèn)為，從生活實(shí)際出發(fā)，落實(shí)到實(shí)際問題的解決，利于化學(xué)與生活結(jié)合，有助于學(xué)生將知識用于實(shí)踐，發(fā)展認(rèn)知彈性并獲得成就感。

5.注重概念間的聯(lián)系，形成網(wǎng)狀知識結(jié)構(gòu)

認(rèn)知靈活理論認(rèn)為，孤立、片面地學(xué)習(xí)抽象概念，必將導(dǎo)致高級學(xué)習(xí)目標(biāo)的缺失。應(yīng)在具體情境中，通過解決真實(shí)問題或通過對具體案例的分析，使表面分割化而本質(zhì)上高度相關(guān)的概念建立聯(lián)系，綜合使用來解決具體問題。在面對化學(xué)中綜合類問題和生活實(shí)際中出現(xiàn)的化學(xué)問題時，單一的概念往往并不能夠順利地解決問題，而需要多個化學(xué)概念之間的相互配合和綜合應(yīng)用。并且，在將教學(xué)引向情景化和案例化的過程中，必將在分割的概念和概念要素之間建立起鏈接。斯皮羅等人提出了認(rèn)知彈性超文本來實(shí)現(xiàn)不同概念之間、概念與案例之間的鏈接。在教學(xué)中，我們可利用多媒體等手段，在不同概念和相同概念的不同要素之間建立鏈接，形成網(wǎng)狀的知識網(wǎng)絡(luò)。

在學(xué)習(xí)“化學(xué)能與熱能”時，非簡單依據(jù)教材編排順序孤立地學(xué)習(xí)概念中的各要素，而是將吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)涵義中的各個要素通過分析案例的形式進(jìn)行整合、應(yīng)用，并合理聯(lián)系能量守恒定律、化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)等已有知識，形成網(wǎng)絡(luò)并納入到已有的知識網(wǎng)絡(luò)中，有助于學(xué)生解決問題時對知識進(jìn)行有效提取。

參與研究的高中化學(xué)教師對上述教學(xué)策略認(rèn)可度較高，普遍認(rèn)為在分析案例、探究問題的過程中，能夠綜合應(yīng)用概念，避免概念內(nèi)部要素、概念與其他概念之間的割裂，提高知識遷移能力。但也存在案例的開發(fā)和選擇難度大等問題，筆者將在今后的研究中進(jìn)一步完善和改進(jìn)。

［1］ 羅秀玲.教師與學(xué)生部分核心化學(xué)概念相異構(gòu)想的比較研究［J］.化學(xué)教育，2008（1）：31-33

［2］ 謝澤琛，錢揚(yáng)義.國內(nèi)“化學(xué)概念教學(xué)”研究新進(jìn)展［J］.化學(xué)教育，2004（10）：58-61

［3］ 龐坤，李明振.認(rèn)知靈活理論指導(dǎo)下的中小學(xué)教師培訓(xùn)教學(xué)［J］.課程·教材·教法，2007，27（4）：73-75，87

［4］ 斯特弗.教育中的建構(gòu)主義［M］.上海：華東師范大學(xué)出版社，2002：75

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