高中生化學(xué)解題錯(cuò)誤的認(rèn)知因素診斷

摘 要：在高中化學(xué)學(xué)習(xí)過程中，導(dǎo)致高中生化學(xué)解題錯(cuò)誤的原因有很多，但相較于外界因素，應(yīng)更關(guān)注學(xué)生自身的內(nèi)因。因此，基于元認(rèn)知理論將化學(xué)解題劃分為知識(shí)背景、問題表征和知識(shí)組織三個(gè)階段，通過問卷調(diào)查、訪談等方法對高中生解題錯(cuò)誤原因展開分析，最終診斷出解題錯(cuò)誤主要受學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)、認(rèn)知技能和認(rèn)知風(fēng)格影響，并提出應(yīng)通過層層解讀和錯(cuò)題整理分析輔助建立完整認(rèn)知結(jié)構(gòu)予以解決。

關(guān)鍵詞：高中生;化學(xué)解題錯(cuò)誤;認(rèn)知因素

作者簡介：陳崢嶸（1979—），男，甘肅省靜寧縣威戎中學(xué)，一級(jí)教師。

在高中化學(xué)學(xué)習(xí)過程中，解題錯(cuò)誤是學(xué)習(xí)活動(dòng)中的一種寶貴資源，從中能夠挖掘出學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)上存在的認(rèn)知不足，用于彌補(bǔ)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)缺陷，幫助教師做好教學(xué)策略調(diào)整，指導(dǎo)學(xué)生高效開展學(xué)習(xí)活動(dòng)。對高中生化學(xué)解題錯(cuò)誤的認(rèn)知因素進(jìn)行診斷分析，有助于找出影響學(xué)生解題效率和質(zhì)量的內(nèi)在因素，為教師優(yōu)化教學(xué)提供依據(jù)。

一、高中生化學(xué)解題的認(rèn)知理論分析

（一）元認(rèn)知理論

從教育心理學(xué)的角度來講，人們的認(rèn)知活動(dòng)包含靜態(tài)知識(shí)和動(dòng)態(tài)認(rèn)知過程兩部分，由元認(rèn)知知識(shí)、元認(rèn)知體驗(yàn)和元認(rèn)知調(diào)控三個(gè)要素構(gòu)成[1]。所謂的元認(rèn)知知識(shí)，實(shí)際為個(gè)體掌握的一般性知識(shí)，通過經(jīng)驗(yàn)積累劃分為陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)兩類，包含對個(gè)人能力、任務(wù)目標(biāo)和完成策略的認(rèn)知。元認(rèn)知體驗(yàn)是指活動(dòng)期間的認(rèn)知和情感狀態(tài)，如對任務(wù)難易度、熟悉程度、面臨的困難、活動(dòng)效果等體驗(yàn)。在活動(dòng)過程中，需要學(xué)生對自身認(rèn)知進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，即完成認(rèn)知計(jì)劃制訂、執(zhí)行、檢查和補(bǔ)救。在高中化學(xué)的實(shí)際學(xué)習(xí)中，影響元認(rèn)知的因素較多，對化學(xué)問題解答起到不同程度的作用。我們可基于元認(rèn)知理論，從人的思維過程著手，分析感覺、知覺等認(rèn)知環(huán)節(jié)，探索人的學(xué)習(xí)心理發(fā)展過程。

（二）化學(xué)解題分析

在深入認(rèn)識(shí)人的認(rèn)知行為后，可以將高中化學(xué)解題過程劃分為知識(shí)背景、問題表征、知識(shí)組織三個(gè)階段。想要解決問題，首先要求學(xué)生擁有一定的化學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備，掌握必要的背景知識(shí)。在問題表征階段，可以根據(jù)基礎(chǔ)知識(shí)歸類為熟悉類型，確定求解目標(biāo)，將問題分解為多個(gè)小問題。知識(shí)表征階段，采用將信息在學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中整齊排列的方式，能夠幫助學(xué)生順利提取相似背景下的對應(yīng)知識(shí)。在知識(shí)組織階段，需要將知識(shí)信息組合起來，順利獲得解題策略。例如，在求解“四種物質(zhì)的量濃度相等，均由A+和B+及X-和Y-離子構(gòu)成，屬于鹽溶液，常溫下AX和BY的pH為7，AY的pH呈堿性，BX呈酸性，可知不水解的鹽為？”這一問題時(shí)，學(xué)生在閱讀題目時(shí)可根據(jù)已學(xué)知識(shí)對想要達(dá)到的目標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，得知pH大于7的溶液中Y-必然水解，pH小于7的溶液中B+一定水解，而AX和BY為不水解的鹽或陰陽離子都水解的鹽。在解題過程中，需要將知識(shí)進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)換和組合，排除含Y-和B+的物質(zhì)，確認(rèn)AX為不水解的鹽。在演算過程中，教師需要進(jìn)行監(jiān)督檢查，確認(rèn)化學(xué)符號(hào)、術(shù)語等是否存在錯(cuò)誤，同時(shí)對解題經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

二、高中生化學(xué)解題錯(cuò)誤的認(rèn)知因素診斷

（一）研究方法

為對高中生化學(xué)解題錯(cuò)誤認(rèn)知因素進(jìn)行診斷，在此引入問卷調(diào)查、訪談、測試等多種方法探尋學(xué)生解答化學(xué)問題過程中的心理機(jī)制?？紤]到高中各年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)的化學(xué)內(nèi)容不同，同時(shí)為避免學(xué)生受原本知識(shí)水平的影響，分別對高一、高二和高三學(xué)學(xué)生進(jìn)行測試，將日?；瘜W(xué)解題中的典型錯(cuò)題當(dāng)成是基礎(chǔ)問題進(jìn)行問卷編制，包含化學(xué)學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)傾向、學(xué)習(xí)進(jìn)度等調(diào)查內(nèi)容，同時(shí)包含多道選擇題，用于對學(xué)生化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)水平、解題能力等情況進(jìn)行探查。在此基礎(chǔ)上，通過訪談手段了解學(xué)生解題過程、思維、習(xí)慣等各方面情況。通過調(diào)查，對學(xué)生解答化學(xué)問題時(shí)的錯(cuò)誤展開分析，完成錯(cuò)誤類型的大致劃分，進(jìn)而總結(jié)診斷造成解題錯(cuò)誤背后的認(rèn)知因素。

（二）研究過程

通過實(shí)施問卷調(diào)查，可以發(fā)現(xiàn)高一學(xué)生已經(jīng)完成了高中化學(xué)必修1和必修2的學(xué)習(xí)，高二和高三也完成了年級(jí)必修和選修課程，能夠?qū)W(xué)習(xí)范圍內(nèi)的化學(xué)題進(jìn)行解答。而從測試結(jié)果來看，學(xué)生在解題方面的錯(cuò)誤大致可以劃分為四類，分別為概念模糊、情境混淆、疏忽錯(cuò)誤、綜合錯(cuò)誤，分別占比19%、38%、18%、25%。概念模糊主要集中于對置換與渠道、結(jié)晶與重結(jié)晶等概念無法準(zhǔn)確區(qū)分。情境混淆的情況也出現(xiàn)得較多，這與學(xué)生生搬硬套化學(xué)概念、規(guī)則，忽略了題目原本條件等有關(guān)。疏忽錯(cuò)誤，指學(xué)生在計(jì)算或表達(dá)過程中因馬虎大意出現(xiàn)的差錯(cuò)。綜合錯(cuò)誤，指與題目中包含的化學(xué)概念、原理、現(xiàn)象、操作等相關(guān)知識(shí)種類有關(guān)的差錯(cuò)，一般發(fā)生在學(xué)生缺乏知識(shí)整合能力，難以進(jìn)行全面、系統(tǒng)解答的情況下。根據(jù)調(diào)查和訪談結(jié)果，可對各階段學(xué)生存在的問題進(jìn)行分析。

首先，在知識(shí)背景分析階段，學(xué)生在信息獲取方面存在偏向，容易導(dǎo)致部分信息無法被其有效識(shí)別?；瘜W(xué)解題需要先對題目進(jìn)行閱讀，完成信息輸入，根據(jù)外界信號(hào)促使大腦開始進(jìn)行信息加工。但實(shí)際大腦受到的外界刺激較多，需要進(jìn)行初步篩選和處理，才能進(jìn)入短時(shí)記憶階段[2]。而學(xué)生對數(shù)字、漢字和化學(xué)符號(hào)等的不同偏好，容易導(dǎo)致其信息獲取發(fā)生偏差。在信息識(shí)別階段，學(xué)生會(huì)將之前所捕獲的信息與認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的圖式進(jìn)行比較，分類識(shí)別。如果圖式不清晰，將出現(xiàn)分類特征不明的情況，導(dǎo)致記憶痕跡與客觀事實(shí)存在較大差距。例如，在對“稱取16g硫酸銅晶體加入100mL容量瓶，加水溶解、定容后是否能獲得1mol/L硫酸銅溶液？”這一問題進(jìn)行解答時(shí)，學(xué)生習(xí)慣性地先提取“硫酸銅”這一關(guān)鍵信息，而未能識(shí)別“晶體”的信息，在初始階段就已輸入錯(cuò)誤信息，在后續(xù)分析計(jì)算中忘記原料中包含了五個(gè)結(jié)晶水。當(dāng)題目信息超出其認(rèn)知范圍，如信息量大、廣度大、深度強(qiáng)等，都將為其進(jìn)行信息識(shí)別帶來困難，從而造成信息混淆。

其次，在問題表征階段，獲取信息后需要進(jìn)行表征處理，轉(zhuǎn)換為新概念或利用其他方式進(jìn)行描述。從已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中提取陳述性知識(shí)進(jìn)行文字描述，學(xué)生可能會(huì)出現(xiàn)因未能弄懂某個(gè)化學(xué)概念、現(xiàn)象而無法建立問題解決原型的情況，這將導(dǎo)致其后期無法準(zhǔn)確進(jìn)行信息表征。與此同時(shí)，也可能因?yàn)橹黄ヅ涞讲糠株P(guān)鍵信息，忽視其他信息獲取和表征要求，引發(fā)概念模糊錯(cuò)誤。如在解答“某物質(zhì)灼燒后的焰色反應(yīng)為黃色，問物質(zhì)是什么？”時(shí)，學(xué)生的第一反應(yīng)是根據(jù)焰色反應(yīng)知識(shí)回想對應(yīng)元素，立即得出含鈉的化合物這一結(jié)論。實(shí)際不借助藍(lán)色鈷玻璃等進(jìn)行查看，鈉金屬和含鉀元素物質(zhì)灼燒同樣會(huì)產(chǎn)生黃色火焰。利用化學(xué)式、反應(yīng)方程式等進(jìn)行表征，需要對語言和化學(xué)符號(hào)進(jìn)行正確轉(zhuǎn)換。如在解決“油脂皂化后如何通過滲析方法充分分離高級(jí)脂肪酸和甘油？”的問題時(shí)，需要用化學(xué)符號(hào)對油脂、甘油等物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)，確保能夠?qū)⑽镔|(zhì)的化學(xué)性質(zhì)等關(guān)聯(lián)在一起。如無法正確轉(zhuǎn)換，對相關(guān)問題的理解也將出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致出現(xiàn)遷移錯(cuò)誤。不同的學(xué)習(xí)習(xí)慣，使得學(xué)生對文字、符號(hào)、圖形等的敏感度不同，人腦記憶、接受速度等也由此受到影響，進(jìn)而信息表征存在差異[3]。

最后，在知識(shí)組織階段，需要將表征信息與大腦中的原有信息聯(lián)系在一起，通過重組或改建獲得有意義的組塊，生成答案[4]。而產(chǎn)生記憶錯(cuò)誤，對未出現(xiàn)事物進(jìn)行回憶，將造成信息處理和組織不連貫，識(shí)別、表征等階段出現(xiàn)錯(cuò)誤，繼而在解題過程中出現(xiàn)書寫、計(jì)算和概念模糊等各種錯(cuò)誤。人腦在信息存儲(chǔ)方面，需要完成編碼，通過精細(xì)加工形成長時(shí)間記憶，同時(shí)確保與已有知識(shí)網(wǎng)絡(luò)建立聯(lián)系，最終將信息分解編碼得出各種新組合。但不同于簡單化學(xué)問題能夠直接進(jìn)行信息提取、比較和匹配，綜合性問題需要將表征內(nèi)容全部納入已有知識(shí)體系，在尋找原型的同時(shí)查找對應(yīng)圖式方可應(yīng)用。因此，在信息域較窄的情況下，人腦難以進(jìn)行信息識(shí)別、理解和背景激活，給解題帶來困難。如“利用氯化鈉和硫酸銨制備氯化銨和副產(chǎn)品硫酸鈉，在產(chǎn)品中含有硫酸鈉雜質(zhì)的情況下提出提純方法”這道工業(yè)流程題，不僅給出了題目信息，還繪制了工業(yè)流程圖。但部分學(xué)生在解答過程中，直接通過硫酸鈉雜質(zhì)這一信息聯(lián)想到可以用鋇離子去除硫酸根離子，經(jīng)過濾后獲得純凈產(chǎn)品。但從工業(yè)流程可知，雖存在添加鋇離子去除硫酸根離子的環(huán)節(jié)，但鈉離子并未被有效除去，依然處于溶液中，因此需要通過多次重結(jié)晶的方法去除。

（三）研究結(jié)論

通過對影響高中生化學(xué)解題的因素展開分析，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生在結(jié)合知識(shí)背景進(jìn)行問題表征和知識(shí)組織的過程中，主要容易受到認(rèn)知結(jié)構(gòu)、認(rèn)知技能和認(rèn)知風(fēng)格的影響。

一方面，對化學(xué)世界的認(rèn)識(shí)程度，決定了學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備量、組織程度和表征水平。而認(rèn)知結(jié)構(gòu)缺陷，將給學(xué)生認(rèn)知過程帶來影響。在高中化學(xué)學(xué)習(xí)過程中，只有完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)，牢固掌握化學(xué)概念、理論和相關(guān)規(guī)律，才能夠有效夯實(shí)化學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，提高化學(xué)學(xué)習(xí)水平。如高一學(xué)生在回答“將一小塊pH試紙用蒸餾水潤濕后，能否用于測量待測液體？”的問題時(shí)，部分學(xué)生因?yàn)榛瘜W(xué)知識(shí)儲(chǔ)備量不足，忽略了溶液在不同濃度下pH值不同的知識(shí)點(diǎn)。從訪談情況來看，部分學(xué)生在簡單化學(xué)問題的解答上出現(xiàn)了錯(cuò)誤，主要是由于其掌握的知識(shí)較為零散，較少能夠建立問題解決原型，僅憑借經(jīng)驗(yàn)對各種信息進(jìn)行綜合分析和判斷，容易受到干擾，獲取的信息不全面，最終導(dǎo)致解題步驟出現(xiàn)偏差。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，只有高三部分學(xué)生能夠建立更完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，輕松將新信息與原有信息關(guān)聯(lián)，并通過合理組織給出準(zhǔn)確解決方案。

另一方面，所謂的認(rèn)知技能，實(shí)質(zhì)是學(xué)生解決問題的思維水平，其由問題意識(shí)、監(jiān)控評(píng)價(jià)、策略選擇等多方面因素構(gòu)成，關(guān)系到學(xué)生能否運(yùn)用化學(xué)知識(shí)順利解決問題[5]。如在信息表征上，需要學(xué)生查找對應(yīng)圖式后對問題進(jìn)行深層次的分析，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，選擇最優(yōu)解決策略。在知識(shí)組織階段，需要完成知識(shí)技能遷移和運(yùn)用，結(jié)合問題具體條件有效實(shí)施策略，精準(zhǔn)解答問題。部分化學(xué)問題綜合性較強(qiáng)，信息繁雜，需要學(xué)生對信息處理各環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控、反思等，保證解題質(zhì)量和效率。如若缺乏認(rèn)知技能，學(xué)生很容易匆匆求解，忽視了解題過程、策略的合理性。從訪談結(jié)果來看，認(rèn)知技能不僅與記憶力、理解力等相關(guān)，也與學(xué)習(xí)情境相關(guān)。隨著個(gè)體年齡增長，學(xué)生接觸的學(xué)習(xí)情境不斷改變，將促使個(gè)體產(chǎn)生更強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)能力和監(jiān)控能力，從被動(dòng)解題向自覺思考轉(zhuǎn)變，逐步獲得更高的遷移能力和敏感性，選取更適合的方式開展學(xué)習(xí)活動(dòng)。

三、基于認(rèn)知因素應(yīng)對高中生化學(xué)解題錯(cuò)誤的策略

（一）通過層層解讀輔助建立完整認(rèn)知結(jié)構(gòu)

為提高學(xué)生解題效率和質(zhì)量，教師應(yīng)幫助學(xué)生建立完整認(rèn)知結(jié)構(gòu)，夯實(shí)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。為此，在圍繞典型錯(cuò)題進(jìn)行講解時(shí)，教師應(yīng)進(jìn)行層層解讀，逐步恢復(fù)學(xué)生對相關(guān)知識(shí)的記憶，理清思考邏輯，完善知識(shí)歸納和整理。如高中有機(jī)化學(xué)的知識(shí)點(diǎn)較為繁雜，包含各種化合物、方程式等內(nèi)容，給學(xué)生識(shí)記帶來了困難。教師可以烴類有機(jī)物為主線，對烷烴、烯烴等相關(guān)物質(zhì)性質(zhì)及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行總結(jié)，總結(jié)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的特點(diǎn)和規(guī)律，幫助學(xué)生建立完整知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。在日常教學(xué)活動(dòng)中，為避免教授知識(shí)過度碎片化，還應(yīng)進(jìn)行整體思考，建立有效知識(shí)體系，如學(xué)習(xí)鹽類水解知識(shí)時(shí)，可將其劃分成原理、影響因素、規(guī)律和應(yīng)用多個(gè)要點(diǎn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生更新原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化其對知識(shí)的理解和記憶能力。

（二）通過錯(cuò)題整理分析培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知技能

在培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知技能時(shí)，應(yīng)通過整理錯(cuò)題開展專題訓(xùn)練，對不同類型化學(xué)題的解答方法進(jìn)行總結(jié)，如將工業(yè)流程題劃分為氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)分離與提純、化學(xué)平衡等多種類型，傳授常見解題方法。在練習(xí)期間，還應(yīng)注重學(xué)生解答演算過程的準(zhǔn)確性，督促學(xué)生進(jìn)行反思、監(jiān)控和評(píng)價(jià)。如安排交流錯(cuò)題解答心得，討論遇到的問題和總結(jié)解答經(jīng)驗(yàn)。在相互交流的過程中，學(xué)生可以汲取他人的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)會(huì)如何提取和表征信息。通過主動(dòng)反思錯(cuò)誤原因，進(jìn)一步思考如何避免錯(cuò)誤發(fā)生等，由此進(jìn)行解題規(guī)律的總結(jié)和內(nèi)化，通過再學(xué)習(xí)提高認(rèn)知技能，做到全面、透徹地理解化學(xué)問題，尋求問題突破點(diǎn)。使學(xué)生在可以自我學(xué)習(xí)和思考時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)自身在化學(xué)解題上存在的不足和容易出錯(cuò)的地方，在建立解題思路時(shí)注意規(guī)避錯(cuò)誤，對各種能力進(jìn)行協(xié)調(diào)，以此獲得較強(qiáng)的解題能力。

四、結(jié)論

對導(dǎo)致高中生化學(xué)解題錯(cuò)誤的認(rèn)知因素進(jìn)行深入分析，能夠幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到自身在知識(shí)背景、問題表征和知識(shí)組織各個(gè)階段存在的問題，有針對性地進(jìn)行自我改進(jìn)，從而取得理想的學(xué)習(xí)效果。筆者通過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在不同階段都受到認(rèn)知結(jié)構(gòu)、認(rèn)知技能和認(rèn)知風(fēng)格的影響，因此，教師還應(yīng)加強(qiáng)對化學(xué)解題相應(yīng)教學(xué)策略的探究，以幫助學(xué)生形成完整的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，有效提高學(xué)生認(rèn)知技能，引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變認(rèn)知風(fēng)格，從而有效提高學(xué)生化學(xué)解題的效率和質(zhì)量，達(dá)成高效教學(xué)目標(biāo)。

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