多轮认知结构教学模式及其在化学教学中的应用，本文主要内容关键词为：教学模式论文,认知论文,结构论文,化学论文,教学中论文，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。
教学模式是由教学程序及其实施方法构成的策略体系，其重要特点是中介性，它能够在教学理论与教学实践之间担负起桥梁作用，更好地促进和指导教学实践活动。多轮认知结构教学模式经过近几年的理论思考与实践探索，已经发展成为一种适用于中学多个学科的教学模式。笔者以人教版化学选修4第一节《原电池》为例，探讨该模式在高中化学教学中的具体应用，以期为化学有效教学提供一些有益的参考。
一、多轮认知结构教学模式简介
多轮认知结构教学模式的理论基石是建构主义理论和概念图理论。建构主义理论认为，一方面，教学的关键在于使学生将书本等客观世界的知识结构转化为其内部的认知结构，即教学应该是学生多次反复改造自己认知结构的动态过程；另一方面，学生在认知结构、认知风格和认知能力等方面存在差异，学生对外部世界的解读可能千差万别。因此，学习应该是学生主动进行具有个体特点的认知建构的过程，同时，可以用概念图将存在于大脑中的认知结构进行可视化的外部表征，这样就使改造认知结构在操作上具有了可能性。简言之，从多轮认知结构教学模式来看，学生的学习应该是学生以自然界的客观事实及其先拥知识结构为基础，通过自己的固有经验和认知结构的改造来建构知识；学生在学习过程中以概念图为外部的、可视化的表征工具，教师引导学生认知结构进行螺旋式上升。多轮认知结构教学模式的基本程序是：初识新课知识结构→检视原有认知结构→打破原有认知结构→建立新的认知结构-巩固新的认知结构。
二、多轮认知结构教学模式在化学教学中的应用
多轮认知结构教学模式的基本流程如图1所示。结合人教版化学选修4第一节《原电池》的知识特点，笔者提出了具体的操作建议。
1.初识新课知识结构
所谓初识新课知识结构，是指通过对化学课程标准的要求和教材单元内容进行研读和分解，分析并罗列出单元教材中包含的基本要素，如事实性材料、方法性材料、概念和原理、应用性材料以及上述材料之间存在的内在联系、课程标准对本单元的教学要求等。
在教学之前，教师指导学生按照下页表1所示，利用课余时间通过自学教材和参考资料来分类整理新课中的学习材料，并初步归纳、整理出知识结构网络图。
2.检视原有认知结构
教学的起点是弄清学生的已知领域和未知领域，即摸清学生的原有认知结构。学生对于知识（客观世界）的理解和意义建构是由个人的认知结构所决定的，因此，检视学生原有认知结构是教学的重要基础。教师需要通过提问、学案导学和概念图等方式让学生把自己原有的认知结构表征出来。具体操作步骤如下：
第一，确定学生需要掌握的必要的先拥知识。根据前一环节分析得出的新课知识结构，推测并确定学生学习新课应该具备的认知结构。
第二，确定学生已经具备的认知结构。将学生已经具备的认知结构与应该具备的认知结构进行比较分析，弄清学生原有的认知结构中缺少的部分，运用教学机智调整教学计划，给学生补充必备的知识。
师：（投影Cu-Zn-稀硫酸原电池的装置图和氢氧燃料电池示意图），请同学们回忆高一实验时观察到的现象。
生：铜片上有气泡，锌片上也有气泡，电流表指针偏转。
师：锌容易失去电子，被氧化成锌离子进入溶液，电子由锌片经导线流向铜片，溶液中的
从铜片上得到电子被还原成氢原子，氢原子再结合成氢分子从铜片上逸出。锌片上有气泡是因为锌片直接与稀硫酸溶液接触了（同时也为打破学生原有认知结构埋下伏笔）。
教师继续请学生判断Cu-Zn-稀硫酸原电池的正负极，写出电极反应式，再判断氢氧燃料电池的正负极，继而写出电极反应式，并要求学生填写在学案的相应位置上。
师：（通过上述两个反应归纳总结）什么样的化学反应可以设计成原电池呢？
生：自发的氧化还原反应。
师：我们初中学过的Zn与
的反应也是自发的氧化还原反应，这个反应可以设计成原电池吗？如果可以，请把你设计的实验装置图画在学案的相应位置上。
教师通过分析学生的设计方案，引导学生总结归纳出原电池的形成条件。
【案例评述】在上述教学过程中，教师借助学案，检测学生原有认知结构及其不足。通过精心组织教学活动并发挥教育机智及时调整教学流程，使学生最终具有新课必备的认知结构。
3.打破原有认知结构
只有打破原有认知结构的平衡，才能发展和建立新的认知结构。打破原有认知结构往往贯穿于整个教学过程中，主要方法有两种：第一，通过教学机智让学生将原有认知结构中的缺口暴露出来；第二，巧妙地在学生的原有认知结构与新信息之间制造认知冲突。打破原有认知结构能让学生产生好奇心、探索欲和学生急于获取新知的积极心态。
在原电池的教学中，笔者采用第一种方法寻找学生原有认知结构中的缺口，让学生将原有认知结构中的缺口暴露出来。具体教学流程如图2所示：
【案例评述】在上述教学过程中，学生原有认知结构是：Zn-Cu-硫酸铜能形成原电池，闭合回路中有电流通过，电流表指针偏转，有示数。通过分组实验，学生原有认知结构中的不足得以暴露：为什么电流表示数逐渐减少呢？怎么设计原电池才能产生持续稳定的电流呢？这样，学生原有的认知平衡被打破了，激发了学生的探究欲。
4.建立新的认知结构
多轮认知结构教学模式要建立新的认知结构通常有概念形成、概念同化和概念改变三种方式。在化学教学中，概念的形成是指从外部的、具体的非本质特征中抽象出概念内部的、抽象的本质特征的过程。从化学学科的角度来看，主要指学生通过直接感悟科学事实或直接观察科学实验等手段，从众多非本质特征中抽象出概念的本质特征。概念的同化是指用定义的方式直接向学生呈现一类事物的关键特征，使其把新概念纳入到原有的认知结构中。例如，在《原电池》的教学中，教师设法使学生原有认知结构中的缺口暴露出来后，应及时引导、启发学生找准新、旧知识之间的连接点：原电池能产生电流，那怎样设计原电池才能使之产生持续稳定的电流呢？通过连接点，将“盐桥”等新概念纳入到学生原有认知结构中去。在这样的概念转变过程中，与原有认知结构很不一致的新经验对学生原有的知识和经验产生冲击，迫使学生不得不通过顺应来转变认知结构。在教学中，教师需要用科学、规范的概念图（如图3所示）表征出新的认知结构，从而促进学生的意义学习。
5.巩固新的认知结构
本环节主要通过变式训练来对前一个教学环节建立起来的新的认知结构进行精细加工，使新的认知结构进一步翔实和巩固，将小知识合并为大知识，并增强各知识之间的联系性。同时，变式训练可以将概念的正例和反例尽可能宽泛地分散在各种不同的情境中，以提高学生的概括能力和将概念迁移到尽可能多的合适情境中的能力。比如，在《原电池》一课的教学中，教师可以设计“基础题”和“拓展题”，以帮助学生巩固新的认知结构。
【基础题案例】
1.（2011年福建理综，第11题，6分）研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是（
）
A.水既是氧化剂又是溶剂
B.放电时正极上有氢气生成
C.放电时OH-向正极移动
D.总反应为：
2.（2011年北京理综，第8题，6分）结合下图判断，下列叙述正确的是（
）
A.Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是
C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是
D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量
溶液，均有蓝色沉淀
【拓展题案例】
1.（2011年浙江理综，第8题，6分）将氯化钠溶液滴在一块未生锈且洁净的铁板表面上，一段时间后发现圆周中心区a（被液滴覆盖的区域）已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环b，如下图所示。该现象出现的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是（
）
A.液滴中的
由a区向b区迁移
B.液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：
C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的
由a区向b区迁移，与b区的
形成
，进一步氧化、脱水形成铁锈
D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加氯化钠溶液，则负极发生的电极反应为
除此之外，也可以让学生利用概念图将原电池的原理、原电池的形成条件、盐桥、电极反应和电极反应方程式等重要概念的含义和内在联系表达清楚。在后续的教学中，教师也可以将学生形成的认知结构在新的问题情境中加以应用。例如，在介绍常见的化学电源时，可以让学生用新的认知结构来解决实际生活和生产中的问题，以达到巩固新的认知结构的目的。
三、多轮认知结构教学模式对化学教学的启示
1.重视概念图的教学意义
在化学教学中，使用概念图来帮助学生组织与表征知识，可以让学生进行有意义的、高效的学习，提高学习效率；根据学生画的概念图，教师应准确且快速地发现学生认知结构中的不足，便于进行有针对性的有效教学。但由于中学生未接触过概念图，需要教师在日常教学中科学地讲解概念图的定义和绘制方法，使其习惯于用概念图科学地表征自己的认知结构和评价学习效果，从而达到理想效果。
2.重视学生的有意义学习
多元认知结构教学模式以建构主义理论为基础，认为学习是学生主动进行具有个人特点的认知建构的过程。在多元认知结构教学模式的实施流程中，应重视学生相关的原有知识（认知结构），再用合理的方法打破学生原有的认知结构，使学生产生不满足感，从而积极、主动地进行意义建构，同时，还可以用概念图辅助学生进行有意义学习、建立新的认知结构。多元认知结构教学模式强调以学生为主体，以“学生的学为主旨”。
3.重视认知结构的巩固
多元认知结构教学模式认为，一方面，新的认知结构建立起来以后，可以通过变式训练、学生制作概念图和在新的情境中应用三条途径来达到巩固认知结构的目的。另一方面，多元认知结构教学模式通过初识教材知识结构和检视原有认知结构的环节，来帮助学生理清知识体系，巩固原有知识，高效而有针对性地学习新知识。因此，多轮认知结构教学模式在我国中小学实践中具有很强的实践意义。
4.重视对学生的因材施教
学生的认知结构、认知风格和认知能力等存在差异，故学生对于客观世界的理解可能千差万别，但内存于人脑的认知结构可以通过概念图进行可视化的外部表征，这就为教师了解每个学生的认知风格、认知过程和认知结果提供了依据。因此，教师可以通过学生画的概念图找出学生的认知风格、学生突破原有认知结构的方法等关键信息，再以此为基础，对学生进行有针对性的教学。可见，多轮认知结构教学模式给教师提供了一个可以参考的模式去了解学生，便于对学生进行因材施教。
5.重视概念和练习的整合
概念教学的过程可以分为三大块：导入（激发学生兴趣和动机、确定教学意图、课程预习）、主体（回忆先行知识、加工信息与样例、集中注意力、练习、评价性反馈、运用学习策略、记忆术、想象）和结尾（总结与复习、知识的迁移、进一步的激励和结束教学）。在概念学习的主体部分，学生见过概念的正例和反例后，应该让其加工更多的、更复杂的正例和反例。这就需要让学生多进行练习，促进学生更好地区分概念的关键特征和无关特征；同时，概念的正例和反例应该尽可能宽泛地分散在各种不同情境中，以提高学生将概念迁移到尽可能多的情境中的能力。在概念教学结尾时，也需要通过适当的练习，让学生学习在不同的情境中使用概念，完成知识的迁移。