中学生化学学习困难的知识类型及认知分析，本文主要内容关键词为：生化学论文,认知论文,困难论文,类型论文,中学论文，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。
中学生在化学学习过程中往往产生某些学习困难，主要表现为学生难以将化学知识建立起内在的联系，缺乏对化学知识的深刻理解，在解决实际问题时对化学概念和原理缺乏迁移性。导致中学生化学学习困难的因素很多，本文从化学学科知识的角度分析学生的化学学习困难，并依据知识学习的信息加工理论分析导致学生产生化学学习困难的认知过程。
一、化学学习困难的知识类型
化学教学中教师能够根据自己的教学经验了解学生的一些学习困难，但很少从知识的角度来认识和把握这些学习困难。结合化学学科的特点，我们认为导致学生产生化学学习困难的知识包括专属知识、惰性知识、抽象知识和陌生知识4种类型，下面将分别结合具体实例进行阐释。
（一）专属知识
化学学科中包含与物质的存在、制法、保存、用途、检验和反应等多方面的事实性知识，有些具体事实是某一物质或化学反应特有的内容，具有很小的迁移价值，这些内容被称为特定化学物质或化学反应的“专属知识”。学习这类“专属知识”时，学生没有足够的知识基础与之产生实质性的联系，造成理解和记忆的困难。
化学符号是化学学科特有的语言体系，学生需要在化学符号与化学物质之间建立起联系。对于刚开始学习化学的学生来说，化学符号的识别和书写往往成为他们产生学习困难的主要内容。对于初学者来说，化学符号就是认识化学物质的专属知识。另外，某些化学反应的特殊现象或化学物质的特性也属于这类知识。
专属知识的迁移性较小，但是随着学生知识经验的不断丰富，这些专属知识也会与其他知识建立起比较稳固的联系。要突破专属知识对学生学习产生的困难，在化学教学中教师应努力引导学生建立起专属知识与其他知识之间有意义的联系。
（二）惰性知识
化学是一门以实验为基础的科学，包含大量的化学反应，涉及的元素及其化合物的种类较多，内容相对零散庞杂，这些知识容易被理解，但是常常在学生头脑中无条理地堆积，当面对新情境时很难检索提取出来，这类知识被称为“惰性知识”。“惰性知识”之间的关系错综复杂，学生若不能及时地建立起较系统的知识结构，很容易遗忘，并且随着惰性知识的增多，越不利于学生提取应用，于是这些惰性知识在学生头脑中就变成了僵化、死板的知识，难以用其解决实际问题。
这类知识主要包括主族元素、副族元素及其化合物以及各类有机物及其代表物，以及这些物质之间的反应。这些事实性知识在中学化学学科体系中分布较广，同时存在着某种程度的内在联系。例如，同种元素的物质其性质、存在、制法、用途之间是相互制约的；不同元素的物质其性质会呈现一定的周期性规律；同一类的物质往往具有某些相似的性质。
美国心理学家布鲁纳认为，人类记忆的首要问题不是储存而是检索，而检索的关键则在于结构组织[1]。惰性知识涉及的内容庞杂，但它们并不是孤立的知识点，它们之间存在着各种联系。在化学教学中教师要善于将这些惰性知识组织成整体的结构，引导学生及时归纳、整理，并创设多种情境引导学生提取并应用这些知识，从而提高对惰性知识检索的效率。
（三）抽象知识
化学从分子、原子水平上揭示物质及其变化的本质属性和内在规律，形成了有关物质组成、结构、性质和变化的理论性知识，这些知识是从丰富的具体事实材料中抽象概括出来的，具有高度的抽象性，这类知识被称为“抽象知识”。受认知水平及抽象概括能力等的限制，学生学习某些抽象知识时只能去背诵、记忆，往往难以形成对这些知识的深刻理解，造成一定的学习困难。
抽象知识反映物质及其变化的本质和规律，在中学化学知识体系中是以概念和原理的形式呈现，包括有关物质组成、结构、性质和变化的化学概念，以及物质结构理论、电离理论、化学平衡等化学原理。例如，“电解质”是中学生容易产生学习困难的概念，这个知识需要学生通过感性认识概括出酸、碱、盐及某些氧化物在水溶液中或熔融状态下都能够导电，进而提炼抽象出这类物质所共有的关键特征——电离本质。这类知识对抽象概括能力不强的学生来说往往造成理解的困难。
抽象知识具有高度的概括性，需要学生通过积极的思维活动，对各种事实材料进行分析、概括，抽象出同类事物的关键特征，从而理解物质及其变化的本质。教师在教学过程中应设计有思考价值的问题，引导学生通过积极的思考对事实材料进行抽象概括，体验化学概念原理知识的获得过程，增进学生对知识的理解。
（四）陌生知识
化学学科中还有一类知识也容易造成学生学习的困难，这类知识的学习往往与学生已有的认识方式或思维方式发生冲突，让学生感觉到比较陌生，有时甚至让学生无法识别，我们称之为“陌生知识”。“陌生知识”与之前的化学知识体系所要求学生认识物质的方式是不同的，这就要求学生在学习这类知识时要摆脱原有的认识方式，这对那些已经习惯了已有思维方式的学生来说造成了学习的困难。
例如，“物质的量”作为一个基本的物理量，普遍被认为是高中化学学习的难点。“物质的量”及其衍生概念是高中化学定量计算的基础。“物质的量”这个术语的含义很难与学生已有的语言系统进行融合，从微粒的个数到微粒的集合体在学生的已有知识、经验和观念上都存在困难[2]。初中阶段形成了以质量为基础的计算体系的思维模式，高中以“物质的量”为基础进行计算对学生来说是陌生的，容易造成学生认识上的困难。
陌生知识的学习需要学生根据新的情境努力转变原有的认识方式，学生对这类知识的学习往往在初始阶段感觉到困难，然而一旦形成了新的认识事物的方式，可能会较容易地理解和应用这类知识。
二、化学学习困难的认知因素分析
中学生化学学习困难的产生受多种因素的影响，其中认知方面的因素是引起学生化学学习困难的主要原因。依据知识学习的信息加工理论，我们认为导致学生化学学习困难的认知因素主要包括学生的抽象概括能力不足、缺乏定量的思维方式、认知超负荷和技能尚未自动化等。
（一）抽象概括能力不足
学生对化学概念和原理的学习，是建立在对具体事实的感性认识上，通过分析、综合、抽象、概括，归纳出其共同的本质特征，进而由感性认识上升到理性认识。另外，学生通过抽象概括能够在获得的“惰性知识”之间建立起内在的联系，并在头脑中形成稳固的知识网络。如果学生的抽象概括能力不足，面对丰富的具体事实往往不能概括出共同的本质特征，也难以发现其内在联系，于是只能机械地背诵、记忆这些知识。这些孤立、零散、缺乏内在联系的知识，不但阻碍学生对新知识的学习，同时造成学生问题解决的困难。
例如，对“氧化还原反应”知识的学习，要求学生首先认识到日常生活和社会生产中广泛存在的氧化还原反应，如钢铁生锈、煤和石油的燃烧、次氯酸杀菌消毒等，在对这类反应形成感性认识的基础上，结合学生熟悉的化学反应概括出这类反应的特征是有化合价的变化，然后将这些特征进一步抽象和概括，提炼出氧化还原反应的本质特征是有电子的转移。然而，学生并不能观察到这些氧化还原反应中的电子转移，必须借助逻辑推理将这些事实与已有的认识之间形成实质的联系，对于抽象概括能力不足的学生来说，只能去记忆氧化还原反应的定义，难以形成深刻的理解并灵活的应用。
（二）缺乏定量的思维方式
通过化学学科的学习不仅要求学生对化学物质及其变化有定性的认识，同时要求学生能够从定量的角度把握物质及其反应之间的关系，形成定性与定量相结合的思维方式。化学学习的不同阶段要求学生认识物质及其变化的方式是不同的，从定性到定量实现了对物质深入而全面的认识。然而，在实际的学习过程中，学生较容易从定性的角度去认识物质及其变化，往往缺少定量意识来认识物质的性质。这种定量思维方式的缺乏导致了学生对事物的认识停留在定性的描述阶段，不能通过数量之间的关系预测物质的结构及可能的性质，在分析问题和解决问题的过程中会造成一定的困难。
通常，学生对一些明确的定量计算，往往可以很好地解决，如有关“相对原子质量”、“溶液质量分数”、“物质的量”等化学计算题。但是在具体情境中解决化学问题时明显缺乏定量意识，特别是对复杂的溶液体系。例如，在高中必修阶段学生能够从宏观的角度认识化学反应，并借助对微观粒子的定性认识来理解电解质在水溶液中的行为；然而在高中选修阶段，学生一般较难从电解质在水溶液中的存在形式（分子、离子）及其相对大小的定量角度来认识电解质在水溶液中的行为。实践研究发现，当学生判断溶液的酸碱性时，多是从物质类别的角度去分析，如有的学生认为醋酸钠水解时产生了醋酸，溶液应该是呈酸性，明显缺乏通过定量比较
和
物质的量浓度来判断溶液酸碱性的意识。
（三）认知超负荷
认知负荷理论（Cognitive Load Theory，简称CLT）是20世纪80年代由教育心理学家约翰·斯威勒（John Sweller）等人提出并加以发展的一种理论，该理论认为在真实的复杂学习环境中，学习内容通常具有丰富的信息，各个信息之间的关系是复杂的，在学习过程中施加在学习者工作记忆上的认知负荷就会增加[3]。如果学习信息超过了学生工作记忆的加工容量就会造成认知超负荷，学生在有限的时间内无法将这些信息进行有意义地加工，造成记忆的困难，并且影响学生对新知识的学习和理解。
当前的化学课堂教学为了让学生掌握更多的化学知识，教师在有限的时间内为学生呈现大量的事实性知识，化学课堂教学追求高密度、快节奏，超出了学生的认知负荷。在这种情况下，学生来不及对大量的信息进行加工整理，无法把握各种信息之间的内在联系，这些信息只能以孤立事实的形式储存在学生头脑中，容易造成遗忘并且不利于迁移应用。另外，在实验教学过程中，特别是教师的演示实验，实验仪器、药品、操作、现象等丰富的信息，都会对学生的学习产生刺激，教师在教学过程中若不能明确实验的目的，指导学生有计划、有步骤地观察和思考，学生的实验观察缺乏选择性，大量的信息容易造成学生的认知超负荷，并且偏离重点内容的学习，造成化学学习的困难。
（四）技能尚未自动化
化学教学中包含化学用语、化学实验等技能性知识，技能性知识的学习一般要经过认知、联系形成和自动化的过程[4]。学生若处在技能性知识学习的认知阶段或联系形成阶段，并未达到自动化的水平，那么将会导致学生对其他化学认知任务学习的阻碍。
例如，化学用语是中学化学基础知识的重要组成部分，化学用语的书写是化学学习的一项基本技能，使学生熟练地掌握化学用语，达到会读、会写、会用，这是中学生学习化学知识的关键和基础[5]。如果学生对化学用语理解不透彻、掌握不熟练，没有形成相应的技能，就会形成审题和解题的思维障碍或心理障碍，影响化学问题的解决[6]。初中是学生学习化学用语的重要阶段，元素符号、化学式、化学方程式的书写这些技能性知识的熟练及自动化水平将会影响学生的后续学习，必须引起高度重视。
在化学教学中，教师要通过对教材内容和学生基础的深刻分析，准确了解产生化学学习困难的知识类型及认知因素[7，8]，进而采取有针对性的措施突破学生学习的难点，实现学生对化学知识的有意义学习。