化學(xué)“圖創(chuàng)”教學(xué)原理及方法探析

王衛(wèi)軍

摘要： 簡要介紹“圖創(chuàng)”教學(xué)原理，并以“原電池工作原理”為例，探討了圖創(chuàng)教學(xué)的思路和方法。認為圖創(chuàng)教學(xué)可分為組裝、融合與發(fā)展三個階段，經(jīng)由具象到抽象再到具象的發(fā)生與發(fā)展過程，使學(xué)習(xí)者深入其中，做到人圖合一，從而實現(xiàn)事理與情理兼顧、學(xué)科價值與個人意愿兼容、事理邏輯與個人習(xí)慣兼修，化學(xué)學(xué)科才能超脫工具而深層次地影響人們的觀念和決策。

關(guān)鍵詞： 圖創(chuàng); 教學(xué)原理; 教學(xué)方法; 原電池; 化學(xué)教學(xué)

文章編號： 1005-6629（2022）05-0040-05

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

思維的歷程，其實是有一些“模糊”的，盡管人們對腦及神經(jīng)科學(xué)從結(jié)構(gòu)、功能、機理等角度進行深入且有成效的研究，但大腦依然像個“黑箱子”，輸入與輸出的內(nèi)容存在一定不可捉摸性。同一事物，不管看到的、聽到的多么清晰和準確，但經(jīng)個人加工后，其存儲和輸出的結(jié)果往往出人意料。這種“物思相異”現(xiàn)象，在教學(xué)中也是非常普遍的，學(xué)生認知過程和結(jié)果的模糊性和難以預(yù)料性，使得應(yīng)然的教學(xué)效果與實際大相徑庭。因此，從某種角度而言，教學(xué)即是在與這些不確定因素交鋒博弈，需要通過不斷減少和合理安置這些不確定因素，加強對學(xué)生離散性思維、無意識情感和趨向不明的價值觀進行收攏和規(guī)整，深層次地對學(xué)生的觀念、思維進行塑造和校準，從而確保學(xué)習(xí)過程的科學(xué)性和學(xué)習(xí)結(jié)果的準確性。

1 圖創(chuàng)教學(xué)原理概述

要介入思維過程，需要載體和可以操作的對象。創(chuàng)建一種可承載和反映思維內(nèi)容、思維過程的載體，就成為教學(xué)中迫切需要解決的關(guān)鍵問題。化學(xué)學(xué)習(xí)一直都是以視覺、感覺等直覺信息為起點，經(jīng)由分類、歸納，拓展、延伸，實踐、應(yīng)變等系列過程，才形成對事物和事理的認知。這個過程學(xué)生會經(jīng)歷什么、伴隨著哪些變化，都需要教師透過事件和人性的表象去分析和推斷，在掌握事件及規(guī)律的基礎(chǔ)上，給予學(xué)生恰當(dāng)?shù)闹敢蛦l(fā)。

實踐證明，化學(xué)學(xué)習(xí)起步于對各類直覺及表象信息的抽象和聯(lián)想，進而構(gòu)建出一種基于體驗的、個性化的介于實物和符號之間的“意象”。通過對意象的排列、組合和演繹，而完成對事物和事理的認知?？梢?，“意象”在其中是非常重要的認知元素，是先觀具體事物之“象”，后概括、抽象并融入個人理解之“意”，形成的一種無形有質(zhì)的認知工具，它讓知覺和思維之間有了互通和轉(zhuǎn)化的可能[1]。而“圖創(chuàng)”教學(xué)，則是聚焦“意象”的構(gòu)建和完善?！皥D創(chuàng)”之“圖”是泛在的概念，可認為是“認知的素材或支架”“認知的途徑或方式”或是“動態(tài)的、可變的認知結(jié)構(gòu)”[2]或是“成型的科學(xué)結(jié)論和規(guī)律”?！皠?chuàng)”則是為了發(fā)揮學(xué)習(xí)者的能動性，將學(xué)習(xí)看成是一種創(chuàng)造性行為，肯定學(xué)習(xí)者在接收、加工和輸出過程中，存在突破性和創(chuàng)造性作用和價值。

2 圖創(chuàng)教學(xué)思路與方法

意象是人與物、人與事交互產(chǎn)生的映像，蘊含著對客觀事實和規(guī)律的尊重，也包含著個人主觀意愿的隨意和任性。圖創(chuàng)教學(xué)不在于約束和規(guī)范，不在于逼迫學(xué)生形成一個統(tǒng)一的“意象”，而是追求其意象的科學(xué)性、合理性，契合學(xué)生的個性和習(xí)慣，能讓學(xué)生通過合理的“意象”去更好地認識世界、改造世界，更好地解決學(xué)習(xí)和生活中遇到的問題。

從意象的構(gòu)建和發(fā)展過程來看，學(xué)習(xí)可分為三個階段： 組裝、融合與發(fā)展。下面就以“原電池工作原理”為例，談?wù)剤D創(chuàng)教學(xué)的實施過程和方法。

2.1 概念組裝，形成粗放的“草圖”

人們在認識新事物、新概念時，必然會借鑒前概念，通過挪用、嫁接、組合等方式，構(gòu)建個人以為的新概念。新概念往往包含著以前與之相關(guān)、相類似的事物特征及原理。但新生的概念往往是松散的、粗放的，其特征不一定相互融合、協(xié)調(diào)一致。如學(xué)生看到“原電池”三個字，在學(xué)生頭腦里就會浮現(xiàn)很多畫面： 各類電池，扁的、圓的、大的、小的，以及生活中各種各樣的電池使用場景。學(xué)生感覺很熟悉，但最多也只是知道它是“產(chǎn)電、供電的東西”。然后看到課本上的定義：“是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置”。于是心中出現(xiàn)的是一節(jié)電池，里面放著神秘的化學(xué)物質(zhì)，發(fā)生著神秘的化學(xué)反應(yīng)，不斷輸出電流?；瘜W(xué)反應(yīng)與電流之間存在何種關(guān)系，卻是一無所知。也就是說，學(xué)生通過現(xiàn)象和經(jīng)驗，將以往的概念進行了組裝，但也是“盒子”“反應(yīng)”“電流”等碎片化概念的堆積，缺乏明確的邏輯關(guān)聯(lián)（如圖1）。

在該階段，學(xué)生組裝的新概念是否契合實際，是否能真實反映新概念的組成、結(jié)構(gòu)及功能，取決于學(xué)生是否具備豐富的“原材料”，對原材料的認識是否準確、深刻，是否能很好地發(fā)現(xiàn)不同原材料之間存在的重要關(guān)聯(lián)性。為此，教師在教學(xué)時，需要關(guān)注以下幾點：

（1） 提供豐富素材，營造概念生長的基本環(huán)境。

電池生產(chǎn)電，不是無中生有，而是利用了某些反應(yīng)。通過解剖電池可以發(fā)現(xiàn)，電池中的結(jié)構(gòu)和成分是有規(guī)律的，如干電池中的Zn與MnO2、鉛蓄電池中的Pb與PbO2，在一定條件下均能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)過程中，存在著能量的轉(zhuǎn)化。特別是干電池在使用一段時間后出現(xiàn)變軟、有液體滲透等現(xiàn)象，均說明這些化學(xué)物質(zhì)在提供電能時發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，這些物質(zhì)在反應(yīng)消耗后，電池就會失去產(chǎn)生電能的能力。電池的解剖，還可以清晰地看到電池的基本構(gòu)成，這讓學(xué)生對電池的結(jié)構(gòu)有一個基本的了解。至此，學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)與產(chǎn)生電能形成了模糊但確定的關(guān)聯(lián)，并對電池的結(jié)構(gòu)有了起碼的認知。即形成了一個原電池的“大框架”，新概念也就有了基本的邊界和起碼的內(nèi)涵。

（2） 厘清前概念，挖掘概念組裝的關(guān)鍵接口。

結(jié)合生活經(jīng)驗及電池解剖，學(xué)生感知電流的產(chǎn)生與化學(xué)反應(yīng)存在必然的關(guān)系，但關(guān)系何在？這需要教師對前概念進行梳理、辨析，將其中的聯(lián)系抽絲剝繭地挖掘和呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生領(lǐng)會，從而實現(xiàn)概念的修正、調(diào)適，進而科學(xué)地組裝新概念。如原電池教學(xué)中，教師要從電流的本質(zhì)談起，導(dǎo)線中的電流是電子定向移動而形成的，因而持續(xù)的電流需要“電子源”，也需要電子“歸屬地”，而化學(xué)反應(yīng)中的氧化還原反應(yīng)，就存在著電子的轉(zhuǎn)移，有電子的給出、遷移和獲得，這恰巧能為電流的形成提供基礎(chǔ)條件，將電流的產(chǎn)生與氧化還原反應(yīng)理所當(dāng)然地對接起來。電子轉(zhuǎn)移與電流傳導(dǎo)，是前后概念關(guān)聯(lián)和對接的接口，有了接口就有了聯(lián)通的橋梁，兩個概念的組裝就不會生硬、不會難以協(xié)調(diào)。

概念組裝是學(xué)習(xí)的重要階段，不能因為學(xué)生組裝的概念存在粗糙、不準確、不完善的現(xiàn)象而否定這樣一個過程。新概念的形成，如果缺乏足夠的經(jīng)驗和體驗，就如無根浮萍，飄渺而含糊不清;如果缺乏深度的剖析、修正和完善，概念就不會深刻，不會有學(xué)生自己的印記，使用起來也難以得心應(yīng)手。因此，概念組裝是“蹣跚學(xué)步”的開始，有了這個步驟，將來才可能“健步如飛”。但學(xué)步之初是需要“扶手”的，需要教師給予豐富的素材，并對素材進行必要的梳理、加工，從新概念所包含的內(nèi)容與原理出發(fā)，指導(dǎo)學(xué)生基于前概念進行聯(lián)想，勾繪出粗放的概念“草圖”，初步厘清新概念的關(guān)鍵內(nèi)容和含義。

2.2 概念融合，構(gòu)建準確的“成圖”

概念的形成，需要在圈定的大框架下，進一步細化、明確。需要將整體結(jié)構(gòu)和微觀行為均勾繪清楚，學(xué)生才會對新概念產(chǎn)生準確的認識。如學(xué)習(xí)原電池時，學(xué)生將氧化還原反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移與電流的形成產(chǎn)生關(guān)聯(lián)后，還需引導(dǎo)學(xué)生沿著電子行走的路線，以及電子轉(zhuǎn)移所引發(fā)的物質(zhì)變化“經(jīng)歷”一遍，才能將兩個概念、各種行為和變化厘清并融合起來。如圖2，原電池概念的組裝和融合，其實就是為不同概念找到合適的接口接通了，它們之間就有相通的東西，有了脈絡(luò)，便成為一個有機的整體，其運行的方式及蘊意就能成型。

化學(xué)反應(yīng)與電能產(chǎn)生通過“電子轉(zhuǎn)移”這個接口對接，便能融合成一個整體。在某一電極，某物質(zhì)（Zn）作為“電子源”貢獻電子，自身化合價升高（Zn2+），發(fā)生氧化反應(yīng);電子因電勢差的作用，定向移至另一電極，由某物質(zhì)（Cu2+）接收，該物種因獲得電子而被還原（Cu）。可見，電能的產(chǎn)生，是以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，它與以往的氧化還原反應(yīng)有兩點不同的地方： 一是氧化、還原反應(yīng)，不在一個地方發(fā)生，而是分別發(fā)生在兩個電極，但依然同步進行;二是電子的轉(zhuǎn)移不是直接傳遞，而是會通過特定的路線進行傳輸，其傳輸過程即是電流形成的過程。至此，兩個前概念在厘清并找到對接口的基礎(chǔ)上實現(xiàn)融合，于是學(xué)生理解化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，以及原電池工作原理也就變得順理成章了。

在融合過程中，教學(xué)充分利用了學(xué)生的生活經(jīng)驗，也運用了邏輯推理，讓學(xué)生在直覺、想象和推理中，對前概念進行梳理和完善，在結(jié)構(gòu)和原理上進行組裝和融合。學(xué)生在感受“電子旅途”的時候，頭腦里必然會將各階段的經(jīng)歷和變化，勾繪成一幅幅抽象而具體的畫面，或形成一段段契合自己心理特征的“心靈電影”，它們儲存在頭腦里，可以隨時查看和回想。當(dāng)然，我們無法知道學(xué)生的“成圖”是何種畫面，但我們只要確保電子旅途的方向、路線和結(jié)果是正確的，學(xué)生“成圖”無論怎樣光怪陸離，其運行的方式和結(jié)果就必然是正確的、科學(xué)的。也就是說，圖創(chuàng)教學(xué)，我們并不追求結(jié)果的一致性，而是追求概念內(nèi)核的科學(xué)性、得當(dāng)性，我們需要引導(dǎo)學(xué)生找準前概念相互融合的接口和契機，找準一條思維構(gòu)建和發(fā)展的合理路線。至于內(nèi)核之外的附加想象，我們并不進行約束，只要附加信息能襯托主體，能為新概念增加色彩、趣味及有意義的內(nèi)容，一切都是值得提倡和鼓勵的。

2.3 概念拓展，鑄就智慧的“活圖”

概念的組裝和融合，先是對前概念進行具化，然后融入個人直覺感受、理解，在形意上進行對接、整合與發(fā)展。此時，新概念還是較為偏向某一具體事物或某一具體過程和結(jié)果的。但概念要有更大的適用范圍，就需要對其進行抽象，將其簡化成更為本質(zhì)、扼要、高級的東西，才能將其遷移至某一類事物的變化中去。

如圖3，Zn與CuSO4構(gòu)成的原電池，圖形包含了宏觀結(jié)構(gòu)、微觀示意以及有關(guān)定義，較為形象具體地表征了原電池的工作原理及過程。當(dāng)然，它依然只能表示這一具體的原電池，而不能表征其他。若其蘊含的原理、規(guī)律要應(yīng)用到其他原電池，還需對數(shù)個不同的原電池進行分析、比對，從中歸納和總結(jié)出一般規(guī)律，進而概括出一個更為“簡要”的概念圖。該概念圖更為抽象、明確、開放，不僅能一目了然地看出原電池的構(gòu)造和原理，還能隨時與任一原電池進行對接，轉(zhuǎn)化為一個具體的原電池。此外，對示意圖的抽象，還可以依據(jù)需要選擇性地進行。如為了幫助學(xué)生厘清和掌握微觀粒子的流動方向、規(guī)律，可引導(dǎo)學(xué)生從原電池概念圖中抽象出“正循環(huán)”和“負循環(huán)”兩個基本循環(huán)（如圖4）。

圖4 原電池中“正、負循環(huán)”示意圖

概念的理解，必然涉及發(fā)散和歸一兩個過程。人們對不同事物的認知，會產(chǎn)生不同的“印象”和“模型”。化學(xué)知識如此繁多，那就需要無數(shù)種“圖形”來反映和解釋不同的事實規(guī)律。“圖形”的發(fā)散性是解釋多種事實的需要，但“多”就難以控制，難以形成一貫的做法，因此，在鼓勵發(fā)散性和多樣性的前提下，還需要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)歸一性，就是找到高度概括、抽象、通用性的“圖形”，使其能反映一個普遍的規(guī)律，可以和不同的事實對接，靈活地解決同類型問題。

3 圖創(chuàng)教學(xué)總結(jié)與反思

信息被認識是先形式、后內(nèi)容、再效用的過程[3]?！皥D創(chuàng)”即是要改變單一地采用文字語言呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，而有目的地引導(dǎo)學(xué)生基于經(jīng)驗和實驗等具象事物進行觀察與聯(lián)想，并依托前概念的組裝、調(diào)試、融合與抽象，創(chuàng)造出新的“概念圖”[4];再通過實踐，將新概念圖與實物、個人思維充分對接起來，做到可以彼此填充、彼此支撐與轉(zhuǎn)換;人圖合一后，新概念圖就成為一種有效的思維工具和下意識的思維方式，不會因要用化學(xué)知識而刻意為之。這個過程體現(xiàn)了“圖創(chuàng)”在教學(xué)中所具有的價值和意義。

3.1 “圖創(chuàng)”讓事實與事理之間有了中轉(zhuǎn)站

“圖創(chuàng)”提倡打破純符號、純邏輯推導(dǎo)的教學(xué)方式，也要打破純靠事實羅列和堆積來增長知識的做法。通過觀察、想象、勾繪與實踐，經(jīng)歷從具象到抽象再到具象的學(xué)習(xí)過程，實現(xiàn)形象思維與邏輯思維、文本邏輯與生活邏輯的融通，化學(xué)學(xué)習(xí)變得有形態(tài)、有趣味和有邏輯，使得符號和實物之間有了可以記錄規(guī)律和表達個人理解和取向的“意象圖”。意象圖讓符號具象化，實物抽象化，既聯(lián)通了虛實，也跨越了時空，它讓處于不同時空的此事實與彼事實聯(lián)系起來，并憑借前事實的經(jīng)驗和方法，解決當(dāng)前的問題?！皥D創(chuàng)”有別于常說的“三重表征”，它不惟客觀和精準，而是在科學(xué)的基礎(chǔ)上融入了主觀上的判斷和加工，融入了學(xué)習(xí)者的經(jīng)驗和喜好。在從事實走向事理的過程中，學(xué)習(xí)者不僅僅是探尋、印證和記錄，而是有了一個相對獨立的空間，供自己駐足、思考和創(chuàng)作。

3.2 “圖創(chuàng)”探尋知識地圖也挖掘人的版圖

“圖創(chuàng)”是心理認知的過程和產(chǎn)物，是基于個人經(jīng)驗、情感和習(xí)慣，對客觀事實進行概括和抽象，形成個性化的“意象”。這意象既遵循化學(xué)事實和規(guī)律，又契合個人習(xí)慣和特性，是個人得心應(yīng)手的思考工具。學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者是信息的收集者、加工者和創(chuàng)造者，同時也是信息的提供者。學(xué)生對前概念認知的廣泛性、豐富性及準確性，以及學(xué)習(xí)過程的情感體驗和價值判斷，對學(xué)習(xí)的動機、態(tài)度和效果都有深刻的影響。圖創(chuàng)教學(xué)，在不斷豐富和校準基礎(chǔ)素材的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生觀察、感受與思考，在挖掘事理結(jié)構(gòu)與規(guī)律的同時，還為事理規(guī)律的理解和掌握附加上各種有意義的經(jīng)歷和情感，并做出積極的、科學(xué)的價值判斷。即在教學(xué)中，學(xué)生的認知與能力是教學(xué)的起點，也是教學(xué)的歸宿，過程中他們是能動的、有批判性的、有創(chuàng)造力的，他們是真正的參與者、踐行者，而非只是接受者。既然學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教學(xué)中就無法將事理與情理分開，無法將客觀價值與個人意愿分開，無法將事實邏輯與個人習(xí)慣分開。學(xué)習(xí)過程與標準的整齊劃一，并不是教學(xué)的目的和追求，教學(xué)追求的是百花齊放、各美其美卻又保持著同性同質(zhì)、同情同理。即學(xué)習(xí)不是讓學(xué)生接收和記住同一個結(jié)論，而是經(jīng)由同類事實后，能各自用自己的方式推導(dǎo)出相同的結(jié)論，進而制定出各種有效且有創(chuàng)意的問題解決方案。

3.3 “圖創(chuàng)”追求浸入與融合而不是簡單安放

事實證明，教學(xué)中若將化學(xué)學(xué)習(xí)視為一個封閉的邏輯體系，化學(xué)教學(xué)就只能在自己的方圓內(nèi)進行自我佐證、自圓其說，其結(jié)果必然會將學(xué)生隔離在外。學(xué)生學(xué)習(xí)只能將自己變成化學(xué)知識體系上的一張“貼紙”粘附其上，不能融合其中。所謂的化學(xué)思想、化學(xué)方法就不能成為深入學(xué)生內(nèi)心的東西，在實踐中，化學(xué)也只能被當(dāng)成一個“錘子”，而不能深層次地影響和輔助學(xué)生進行思考和決策。圖創(chuàng)的目標，是為了協(xié)助學(xué)生構(gòu)建契合自己習(xí)慣的概念圖、方略圖，而不是規(guī)格統(tǒng)一、形式相同的嚴密體系。這對學(xué)生而言，這種與自己不能融合的體系，就是強加到頭腦中的一個異物，沒辦法得心應(yīng)手，也沒辦法靈活變化，無非是在遇到“釘釘子”時，拎起來砸一砸的“錘子”而已。為此，圖創(chuàng)教學(xué)追求解讀、內(nèi)化和創(chuàng)造，是將化學(xué)知識與個體發(fā)展深度融合，化學(xué)知識不僅僅是砸一砸的工具，而是能影響學(xué)生作出決策的重要因素。

3.4 “圖創(chuàng)”讓思維更有張力和創(chuàng)造性

圖創(chuàng)教學(xué)將邏輯思維的“理性”和形象思維的“感性”對接起來，并將邏輯的嚴密性、嚴謹性和想象的跳躍性、發(fā)散性結(jié)合起來，使思維更有突破性和創(chuàng)造性。影響問題解決的因素非常復(fù)雜，特別是現(xiàn)實生活和生產(chǎn)中，遇到的問題完全不像教材中那樣有著完整的問題結(jié)構(gòu)，有著條理清晰的預(yù)設(shè)條件，而是盤根錯節(jié)、主次難分，甚至結(jié)構(gòu)不良。為此，要解決實際問題，不僅需要學(xué)生具備嚴密的邏輯思維能力，還需要有發(fā)散性、跳躍性的想象力，用以跨越邏輯上的斷層以及問題結(jié)構(gòu)不良帶來的障礙，從而找到完美解決問題的方法和策略。

圖創(chuàng)教學(xué)力圖在人與化學(xué)之間構(gòu)建平等對話的機會，將科學(xué)的客觀性、嚴謹性與人的主觀性、情感性對接，相互融合并建立既符合科學(xué)規(guī)律又契合自己認知習(xí)慣和審美情趣的意象和模型，從而打破人與知識之間的隔閡，使得教學(xué)不至于被動灌輸或胡亂揣測。當(dāng)然，圖創(chuàng)教學(xué)不足以稱之為一種教學(xué)創(chuàng)新，也不可能是傳統(tǒng)教學(xué)的替代手段，它只是一種教學(xué)思路，一種輔助或補充，其核心只是將“學(xué)習(xí)”變?yōu)椤叭说膶W(xué)習(xí)”，并將“人”變活、變真實而已。

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