高中生化学问题解决中认知结构的个案研究，本文主要内容关键词为：生化学论文,个案论文,认知论文,高中论文,结构论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中学化学教学的目的之一是在学生的头脑中树立整体的化学观，即建立化学认知结构。认知结构因其内隐性，不易从表观上发现，因此，了解深藏在学生头脑中的化学认知结构对于化学教学具有深远意义。化学认知结构的内隐性，以及某些学生头脑中认知结构的逻辑性缺乏、结构性不强、系统缺口、个性化等特征，决定了它的不易测查性，了解这些学生的认知结构状况成为中学化学教学中的一大难题。为此，若能通过对学生日常化学问题解决过程的分析研究来达到了解学生化学认知结构的目的，将为提高化学教学效率提供帮助。
一、化学认知结构
认知结构一直都是认知心理学研究的一个核心问题。在其发展史上，不同时期认知心理学的代表人物对其有不同理解。通过综合分析，认知结构就是学习者通过接受外界的刺激而内化于自己头脑中的知识结构。
结合化学学科的特点，化学认知结构就是化学知识结构与学生心理相互作用的产物，其内容包括化学基本知识、化学知识系统的逻辑关系、解决化学问题的方法技巧和认知监控以及这些化学知识、逻辑关系、方法技巧、监控策略在头脑中的组织方式与特征。简言之，化学认知结构就是学生头脑中与化学有关的陈述性知识、程序性知识与策略性知识的总和[1]。
1.陈述性知识
陈述性知识是指个人具有的有关世界是什么的知识，检查陈述性知识的行为标准是看学生能否回答是什么的问题。陈述性知识又称“言语信息”，即狭义的“知识”，它包括：
（1）有关名称或符号的知识。如物质名称、化学仪器、元素符号、化学术语、用语等（言语信息）。
（2）简单命题或事实的知识。如基本概念、元素及化合物的性质、用途等（定义性概念、具体概念、抽象概念）。
（3）有意义的命题组合知识。如物质结构、化学定律、溶液理论、化学平衡等理论的知识（原理、规则）。
2.程序性知识
程序性知识是指个人具有的有关“怎么办”的知识，相当于智慧技能和动作技能，它包括：
（1）概念及简单规则的运用。如识别物质的类别、配合物、有机物的命名、式量、摩尔质量的计算等。
（2）运用原理和规则进行计算和判断。如有关物质的量、化学平衡的计算、物质鉴别、实验设计等。
（3）根据有关原理、规则进行实验操作。如气体的制备、物质的提纯、有机物的合成等。
3.策略性知识
策略性知识是关于如何学习和如何思维的知识，它处于个体知识结构的最高层次，对前两者的学习过程起监视和调控的作用。如怎样迅速记住常见的元素符号、如何迅速解答某一类计算题、如何提高注意力等[2]。
二、问题解决中可体现学生的认知结构
化学问题解决是对学生的化学陈述性知识、程序性知识和策略性知识的综合考察。可以从学生的化学问题解决过程中寻找其化学认知结构中部分知识的缺失、知识间组织结构的不合理等问题。
在化学认知结构中，陈述性知识是其核心成分。因为程序性知识往往是由部分陈述性知识转化而来的，而策略性知识更是建立在一定量陈述性知识与程序性知识基础上的。陈述性知识数量的多少、质量的高低（包括正确与否、联系是否紧密）具有相当重要的地位。根据被试解决问题时的出声思维记录，并结合被试在问题解决过程中的行为记录，对其陈述性知识、程序性知识、策略性知识进行分析，并分析各组块知识间的结构。通过研究可以发现：
第一，被试陈述性、程序性知识的缺失与错误。若被试认知结构中缺失相关部分知识时，其问题解决过程就无法顺利进行，外在表现为无从下手。若被试认知结构中存在错误的相关知识，其问题解决过程因没有相关正确的“固着点”而不断“干扰”问题的解决进程。
第二，被试缺乏相应的策略性知识。根据问题解决过程中的出声思维记录和行为记录，可分析出被试在问题解决过程中是否具有整体规划、及时调控等策略性知识。
三、研究方法与结果分析
1.被试选取
为深入了解被试的化学认知结构，本研究采取个案研究的方法。被试为太原市城区内普通高级中学高中二年级学生。该阶段学生已基本学完高中阶段的所有化学内容，但未经过相关的整理复习。通过对学生群体化学认知结构的研究，可以有效地指导他们对中学阶段化学知识的复习。
2.出声思维法测试材料
为了使测试材料具有一定的权威性，可较好地解释学生的化学认知结构状况，特选用2010年北京市高考理科综合中的第28题（有机化学题）作为测试材料，具体测试材料从略。
3.测试方法
利用德国心理学家Duncker提出的出声思维法，将学生内隐的思维过程外部语言化。主试要求被试边讲边做，同时用录音设备将其口述录下，得到即时的口语记录。主试在不打扰被试思考的前提下，注意全面观察被试的表情、神态、手势、语气词等多方面的行为信息并进行记录。若被试有较长时间的沉默，主试可以询问他（她）在想什么，有时还可以给予适当的提示。此方法已被研究证明，不会影响被试的正常思维[3]。
4.结果处理与分析
（1）录音转译成文字材料
将通过出声思维法录制下的口语记录转译成书面文字材料（在转译过程中忠实原始记录，避免人为改动）。
（2）绘制概念图
在概念图的绘制过程中，将学生在解决化学问题时所用到的所有化学概念作为节点，根据录音的文字材料，分析其概念网络中节点间的联系，从而达到使学生内隐的认知结构外显化的目的。研究者可以通过概念图的分析，了解学生的化学认知结构中的陈述性知识与程序性知识及其知识的结构化程度，有利于了解学生的化学认知结构[4]。
根据被试的口语记录材料绘制的概念图，可以根据其节点数量的多少来判断该被试化学陈述性知识、程序性知识是否存在缺失，也可通过不同节点间的连结来体现该被试认知结构中知识的逻辑顺序是否合理以及是否在不同概念间建立了错误的连结。也就是说，通过问题解决过程的概念图，将学生内化的认知结构中的陈述性知识、程序性知识及其逻辑结构暴露出来，达到了我们对学生认知结构测查的目的。
以下是从被试中选取出具有代表性的两张概念图，见图1，图2（下页）。
通过以上概念图，可以分析得出以下结果：被试SJ概念图中的节点较丰富，相互间连结正确，说明该被试的化学认知结构中的陈述性知识较丰富且无缺失，结构化合理。但在面对如化学方程式的配平、同分异构体的书写这样的程序性知识时，则表现出实施困难，说明该被试未对程序性知识熟练掌握，原因可能是缺乏练习，自动化的程序性知识难以生成。针对这样的情况，教师在教学中应给予适量的变式练习，在变式中让学生自动生成对于规则的理解，使认知结构中的程序性知识可以自由调动。
对被试LX的概念图分析发现，该被试在同分异构体的书写与物质合成间建立了无关连结，这是由于认知结构的结构化程度不高所导致的。针对这种情况，教师在教学中应结构化地向学生呈现各部分知识，及时做好复习整理，加强对相似概念、规则的比较，强化对核心概念内涵、外延的深入教学。同时，教师在日常的教学中也应向学生渗透归纳整理知识的观念与方法，使他们逐步形成自动优化知识结构的习惯。只有这样，才能有效地预防学生头脑中知识杂乱无序、缺乏条理，在问题解决中出现无法调用所需知识的尴尬境地。
（3）绘制问题解决行为图
根据学生在问题解决过程中的口语记录及主试对被试问题解决过程中的行为记录，绘制被试的问题解决行为图。通过被试问题解决过程中知识调用的频率、速度及解题路径是否单一来分析被试认知结构中的策略性知识。如被试在解题前对整个问题有一个提前预设，并可以做出合理判断，则该被试具有较好的监控知识；当问题解决过程中出现困难时，根据被试是否能及时更换解题途径或发现自己解题困难的症结所在，都能够反映出被试策略性知识的丰富程度。
一个合理而优化的化学认知结构需要丰富的策略性知识，但其策略性知识作用的发挥是建立在陈述性知识与程序性知识基础上的。因而教师在教学中除了要为学生搭建牢固的策略性知识外，还需要加强相关陈述性和程序性知识的教学。
四、结语
了解学生的化学认知结构对教师的化学教学具有重要意义，而通过学生的日常问题解决过程来了解学生的认知结构是一个行之有效的途径。通过对学生化学认知结构的了解，可以使教师更有针对性地教学，提高教学的有效性；更有利于学生的个性化学习，提高学习效率。特别是在小班教学中，教师可以通过对学生问题解决过程的分析，了解学生的化学认知结构，查缺补漏、系统整合化学知识，达到帮助学生构建优化的化学认知结构的目的。