化学学习中学生认知建构的过程及教学策略，本文主要内容关键词为：中学生论文,认知论文,过程论文,教学策略论文,化学论文，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。
建构主义理论的一个重要概念是图式——个体对世界的知觉理解和思考方式，是心理活动的组织框架。图式是认知结构的起点和核心，是认识事物的基础。因此，图式的形成和变化是认知发展的实质，认知发展有同化、顺应和组织三个环节。
建构主义理论认为，个体的思想行为受到自己认知图式的支配，如果思想行为取得成功，这种认知图式就会得到强化，这就是同化；如果遇到矛盾，就会在心理上产生不平衡，迫使个体主动修正原有认知图式以达到新的平衡，这就是顺应。同化引起认知图式量的扩展，顺应引起认知图式质的变化。但是，只有通过组织把各种不同的认知成分组成一个有机的认知结构时，才能派生出解决综合问题的整体功能，使个体的认知水平获得更大的提高。同化、顺应、平衡、组织、适应及其相互作用构成了个体认知发展的内在机制。本文试图结合高中化学教学实践的研究，探讨化学学习中认知建构三个中心环节“同化、顺应和组织”的一般微观过程。
一、化学学习中的认知同化及教学策略
同化是将外界信息纳入个体已有的认知图式中去，虽然只是运用已有认知结构对新问题做出反应，但同化对个体的认知发展是非常重要的。这是因为：第一，在同化过程中，个体对获得的外界信息要进行某些调整、转化，使其与个体当前的认知结构相匹配，以利于改善个体对信息的加工能力。第二，同化把外部环境纳入自己的认知结构式中，扩大了对外部世界的认识范围，使个体的思想体系得以发展。为了达到此目标，建构主义提出了“随即通达教学”思想，即在学习过程中，认知任务不是一次性完成的，对同一内容的学习要在不同的时间内多次进行，每一次的情境都要经过改造、具有不同目的、着眼于不同侧面，个体通过不同途径、不同方式进入同一学习内容，从而获得对该内容所涵盖知识的全面而深入的理解，并达到熟练的程度。由此，我们结合化学教学实践提出，一个从初级到高级的化学学习同化过程包括“模仿—扩展—自动化—搜寻同化”等阶段。
1.模仿
模仿是指学习者依照示范者的操作，对同样的对象进行相同的演练，如学生跟着教师准确配制一定物质的量浓度的溶液，进行临摹操作。模仿对于某些技能性知识的学习是必须的，它的作用一是教师的示范动作为学生掌握知识提供表象支持，二是学生在亲自操作中体会知识运用的步骤要领。模仿是同化的初级阶段，在学习初期如果缺少模仿，可能会导致学生曲解知识。
2.扩展
在学习初期获得的认知，是知识内涵中最基本最核心的内容，为了突出其化学本质，它的表征往往概括、简约、抽象。如，勒夏特列原理用“平衡将向减弱这种改变的方向移动”这样抽象、简约的词语来表达。但在具体问题中，认知对象有着各种不同的表现形态，或形异质同或形似质异，因此当个体对对象进行加工时，对抽象理论的理解又可能派生出形似实非的简约性歧义。例如，会把勒夏特列原理“向减弱这种改变的方向移动理解为这个方向的移动速率降低”。因此在学习中，必须把高度概括的抽象理论进一步扩展——展开并加以甄别。其中展开就是把理论知识分解为要素并建立要素之间的联系，甄别包括对知识中容易曲解之处进行的诠释、适用范围的界定和相关内容的比较等。如，勒夏特列原理可分解为“影响化学平衡的因素有哪些”“影响因素引起正逆反应速率变化的特征”“正逆反应速率变化与化学平衡移动的方向关系”“化学平衡移动的方向与化学反应基本特征的关系”“正逆反应速率改变值大小与化学反应基本特征的关系”等5个要素，而要素之间的相互联系又可以分解为如图1所示的两种关系。
图1 影响化学平衡移动因素之间的关系
应用上述知识分析问题时还应注意：
(1)不要把
增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有
时，才使平衡向正反应方向移动。同理不要把减少与平衡向逆反应方向移动等同起来。
(2)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来。当反应物总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物转化率提高，当增大一种反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动时，会使另一种反应物的转化率提高。
3.自动化
布卢姆曾说自动化是天才的四肢。个体在认知操作中的自动化，可以使他完成某种特定任务的操作更为快捷、有效，以节省心理能量用在其他的认知任务中。例如，在高一刚学“氧化还原反应”时，概念多，学生对物质的氧化性、还原性储备知识不多，且对物质结构知识中的电子得失数目、物质的量的计算不熟练，因此难以进行系统、有效的学习，从而形成其学习上的一个难点。我根据新课程改革中螺旋式上升的教学理念，将这一知识点的教学进行分散，在具体的教学情景中提出明确、清晰的教学目标，即在“丰富多彩的化学物质”这一单元的教学中只要求学生能根据化合价的变化来判断氧化还原反应；在“氯、溴、碘及化合物”这一单元的教学中能用电子转移的观点认识氧化还原反应，指出氧化剂和还原剂、氧化产物和还原产物，能根据常见氧化还原反应判断物质氧化性、还原性强弱，能表示出电子转移的方向和数目，能举例说明生产生活中常见的氧化还原反应；而在“硝酸的性质”的教学中再来进行氧化还原反应方程式配平的学习。随着学习的深入，学生对氧化还原反应的有关知识掌握得比较熟练，对氧化还原反应的分析逐渐成为自动化操作，这又可为学习更复杂的氧化还原中离子反应、电化学问题提供基础。
实现个体认知操作的自动化，必须通过适当的练习。为此，一要目标明确，即练习要指向某种特定的学习目标，如热化学方程式、电子式、pH计算等专题训练；二要形式恰当，变式探究和对生活问题的探究是两种比较有效的练习形式。如化学平衡移动中等效平衡问题的变化练习有：反应前后气体分子数不相等，包括等温等压与等温等容两种情况；反应前后气体分子数相等，则等温等压与等温等容两种情况的计算规律相同，即只要按化学计量数换算成同一半边物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后与原平衡等效。问题探究就是设置一定的问题情景，引领学生应用已有知识进行思维分析。如在学习物质的检验时可以引入问题探究：竹节内是真空的吗？如果不是真空，其中的气体与空气成分相同吗？学生进行假设→设计实验方案→实验现象记录、分析→解决问题一系列活动。科学合理的实验方案有：如加热是否爆破，钻孔浸入水中有无气泡，钻孔洒入石灰水是否浑浊等。变式探究会使认知结构更加稳定，对生活问题的探究使认知策略更加灵活。
4.搜寻同化
同化对个体的认知结构不作任何改造，但它却是需要个体进行主动搜寻、对接的过程，在此过程中个体要进行两次主动的搜寻。第一，对外界信息的搜寻。外界提供的信息或明或暗、似多又少，个体需要主动地搜寻以挖掘隐含条件和开放条件中的某些确定因素，并作出适当的调整和转换，才可能被相应的认知图式所同化。第二，对自身认知图式的搜寻。为能同化当前所获得的外部信息，个体还必须对保持在长期记忆中的各种不同认知图式进行搜寻，找到一个与所获信息相匹配的认知图式。在复杂的情境中，这两种搜寻往往交互进行，如果其中之一发生困难或选择有误，就无法实现信息与认知图式的对接，同化也就不可能发生。这种情况在条件过分隐蔽或过分开放的问题中表现得尤为突出。例如，已知铅蓄电池总的化学方程式为
。
铅蓄电池使用（放电）一段时间后，其内阻明显增大，电压却几乎不变；而镍镉碱性充电电池使用（放电）到后期，当电压明显下降时，其内阻却几乎不变，此时充电后也能继续使用。试分析一个内阻明显增大而另一个内阻却几乎不变的主要原因可能是什么。
题目隐含了“电阻与电解质溶液浓度关系”的信息。如果学生不能把这一信息搜寻出来，就不可能用电化学有关知识来同化信息，使得解题受困。铅蓄电池在放电过程中会消耗电解质
，离子浓度变小，电阻变大。镍镉电池仅消耗水，离子浓度变化不大。
二、化学学习中的认知顺应及教学策略
当个体的认知图式不能完全同化外界的客观事实时，心里就会出现不平衡、不协调的感受，为了克服这种感受，个体会努力地去调整、改造原有的认知图式，构建新的认知图式以适应客观现实的变化，此即顺应的心理机制。顺应使个体的认知结构发生质变，进入一种新的更稳定的平衡状态，跃向一个新的水平。但是，顺应不是自然发生的，只有当个体面临新的无法被现有认知图式所同化的情境时，才会产生顺应心理倾向。皮亚杰的“略微超前”理论指出，如果外界信息与个体认知结构毫无共同之处，以至于个体根本不可能作出任何反应时，则个体会对新的刺激产生回避心理，以“忽略”的方式恢复原有的平衡状态。只有当新信息与原有认知结构既有联系又有差异，“略微超前”于个体的认知水平时，才能引起积极的思维活动，促使顺应的发生。据此，我们提出，在化学学习中一个完整的顺应过程应包括“心向—探究—意义建构”三个阶段。
1.心向
心向即心理倾向，它对个体活动起着控制方面的作用，它的形成为顺应提供了积极的心理准备。心向通常是在原有知识的基础上，由提出新问题、揭示新矛盾、造成认知冲突而引起的。
例如，在“盐类水解”的学习中，先由实验引起认知冲突：测定
6种盐溶液的pH，发现不同的盐pH不等。接着，将实验现象和结论填写在表1中。
表1 实验现象及结论
此时，旧的认知图式与新的问题情境的矛盾引起了学生的认知冲突，激起学生进一步探究的欲望，亦即出现了顺应的心向。
2.探究
当个体有了顺应的心向后，他的思维会变得异常活跃，出现一系列心理探究活动，如猜测、假设、归纳、演绎、类比、想象等思维操作，以积极寻找问题的答案。
例如，在上面的问题中，我们可以组织学生对下面的问题开展探究：
①
溶液中
、
来源于什么物质电离，电离出的、浓度相等吗？
②实验结果显示溶液中
、
关系怎样？为什么会下降呢？
③水的电离发生怎样的移动呢？你认为往溶液中加入哪类盐的离子，也能促使水向该方向移动呢？
④利用教师所提供的仪器和药品设计实验方案，证明有些盐溶液会发生水解反应，水解反应是吸热反应吗？（利用加热有利于水解等方法。）
实验药品和仪器：
6种盐溶液（均有滴管），酚酞试液，镁条，pH试纸（比色卡），试管，试管夹，镊子，酒精灯，比色皿。
学生通过对问题的探究，找到了问题的正确答案。但是，顺应的任务还没有完成，因为新的认知图式——盐类水解的知识结构还没有建构起来。
3.意义建构
探究阶段只是找到了一个或几个同类问题的答案，其本质内涵和共同规律即新的认知图式还需要对问题的解决过程进行再发现其意义才能得以建构。
例如，“盐类水解”知识学习，我们通过对上面一些问题的探究帮助学生形成如图2所示的知识关系。
图2 “盐类水解”的知识关系
接着，设计开放性练习帮助学生建构起开放、灵活、有序的认知图式。
至此，新的“盐类水解知识”获得意义建构，完成了顺应的认知过程。
三、化学学习中的认知组织及教学策略
个体的各种认知成分都是相互联系的，不同认知成分经过协调和整合形成一定的组织关系——认知结构。不同个体在认知能力上的局限性是由认知结构发展水平的差异造成的，认知结构发展水平的标志是整体性、发展性和多元性。整体性是指在认知结构中各成分之间呈现着有机的联系；发展性是指个体认知结构处于不断的发展变化之中，不同学习阶段其认知结构的状态不同，发展方法不同；多元性是指认知结构的组成成分不同，通常分为知识、操作和元成分三种。
1.认知结构组织的整体性示例
新课程高中化学“物质的多样性”的内容可归纳为如图3所示的关系，它反映了晶体结构、原子形成分子或晶体的方式、元素多样性、微粒及微粒间作用力多样性等各部分之间的整体性相互联系以及这些知识之间深刻的结构层次关系。
图3 “物质的多样性”相关内容示意图
2.认知结构组织的发展性示例
根据奥苏伯尔的同化学习理论，认知发展可分为上位学习、下位学习和并列结合学习，其相互关系见表2。
表2 奥苏伯尔的同化学习理论的相关知识
3.认知结构组织的多元性示例
化学问题的解决是个体各种认知成分综合起作用的结果。下面以一道高考题的解决为例，分析认知结构中的三元认知成分。
图4 某种NiO的晶体结构示意图
例，天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，如在某种NiO晶体中就存在如图4所示的缺陷，一个
空缺，另有两个被
所取代。其结果晶体仍呈中性，但化合物中Ni和O的物质的量之比却发生了变化，某氧化镍样品组成为
，试计算该晶体中和的离子数之比（分析计算过程见下页表3）。
表3 认知结构组织的多元性示意表
四、化学学习中认知结构发展的一般模型顺应使个体建立了新的认知图式，同化则扩展了认知图式的容量并达到高级水平。单一的认知图式只能解决相应的单项问题，这是认知发展过程中的第一次自我调节，第一次自我调节使个体的思想和客观实际相一致；不同认知图式经过协调和整合，形成一定的组织关系——整体的多元认知结构，个体掌握了整体的多元认知结构才能解决综合的实际问题，这是认知发展过程中的第二次自我调节，第二次自我调节使个体的思想和客观实际更加协调一致。这就是化学学习中个体认知结构发展的一般模型（见图5）。
图5 个体知识结构发展的一般模型
成功实现这一认知发展模型，加快它的发展过程，是高效实现新课程倡导的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标的重要途径。