化学概念图有效性的原理分析

齐婷

摘 要：介绍化学概念图的定义，并分析化学概念图能够对学习有促进作用的几点原因，即对学生有促进作用是因为化学概念图能有效延长记忆时间、有效拓展记忆容量，并且化学概念图的层级网络结构符合人脑生理机制；对教师有促进作用的原因是化学概念图能帮助教师有效全面地整合知识点、有效监督教师自我教学过程。

关键词：化学概念；化学概念图；学习

中图分类号：G427 文献标志码：A 文章编号：1002-2589（2015）09-0198-02

一、化学概念图的定义

概念图是一种由概念节点和连线所组成的一系列概念的结构化表征。概念图中的节点是表示某一命题或知识领域内的各概念；连线则表示节点概念间的内在逻辑关系。连线上的标注（关系标签）则用于说明连线两端的逻辑关系[1]。

从化学的学科特点来看，它整体的知识体系是以化学概念为基础，区别于其他理科学科的特点之一是需要记忆的信息较多，且化学概念数目繁多又过于抽象，表象容易应用难。教师迫于升学压力，采用传统的“填鸭式”“一杆到底”等教学方法，学生只是死记硬背，不求甚解。更是有许多化学教师在教学初期向学生强调化学是“文科”，只强调记忆层面，忽略学生的理解、逻辑、创造等层面的能力。让化学概念教学变得死板乏味，学生也渐渐丧失了对化学的兴趣和热情，甚至会逐渐丧失独立思考的能力。

化学概念图将化学基础知识归类、结构化，形成立体网状结构。学习者在学习同一化学命题中的新概念时，新概念不断地与学习者头脑中的旧的概念发生相互作用，逐渐形成一个更加完善的系统的知识结构体系。通过知识的结构化，可以使看起来零星、细碎的知识变成有序化、网络化，使学生对抽象的各种化学概念、定律的判断和推理得心应手[2]。

二、化学概念图的有效性

研究证实，概念图教学策略更适合于科学课程，而在其他学科，如英语、数学的教学中则效果不理想[3]。而化学概念图作为一种化学课堂的教学策略；或评估工具；或化学教材编写和教学材料的组织；或作为有意义学习的策略，这些方面都表现出有效性，即既能够帮助教师提高个人技能，又可以大面积提高学生的学业成绩。使师生达到共赢的双面发展，有效地成为教育者和受教育者共同提高的媒介。

（一）化学概念图对学生学习的有效促进

化学概念图教学中强调化学概念和化学原理的重要作用，更能使学生获得对化学学科内容的概念化、系统化理解。那么概念图作为一种学习策略在化学学习中是如何对学生进行影响的呢？

1.化学概念图能有效延长记忆时间

首先，从认知心理学角度进行分析：科学研究证明，在记忆的过程中，大脑不是被动记忆，而是主动加工信息。神经科学的研究已经证实，在通过改变脑结构而建立心理结构的过程中，经验起重要作用。人类各个记忆系统是相互融会贯通的，短时记忆和工作记忆是必经的过程，但只有进入长时记忆才能成为学习者已有的经验。只有对短时记忆和工作记忆进行不断组织强化和重复加工才可将其变为长时记忆，这说明学习者的已有知识结构对新知识的记忆有着重要的影响[4]。这也就强调了练习的重要性。而概念图的构图过程无疑是一个经验积累的过程。概念图将原有的众多零散的知识点联系起来，整体有序地展现出来，摆脱了原本无序的识记格局。例如图1“铜锌原电池概念图”，初步接触原电池的学生常常会将正极发生还原反应得到电子，负极发生氧化反应失去电子这一规律弄混，即使在初步学习时记得住，时间久了记忆也会模糊。构成铜锌原电池的必要条件就是一组电极，电解质溶液，闭合电路，电解质溶液在电池中，是电池内部的构成条件，沟通电池内电路，它起传导电荷，使带电离子在电场作用下，沿电场方向移动的作用。如阳离子移向电池的阴极，也就是电池的正极区，阴离子移向电池的阳极，就是电池的负极区。我们分析锌-硫酸-铜电池，在硫酸中，锌失去的电子，通过外电路移到正极的铜板上，锌离子进入硫酸溶液，并和氢离子一起移动到正极区，但锌离子的移动速度比氢离子慢，若没有这个运动，电池活动根本无法持续。即锌失去电子变成锌离子，原电池的负极上发生了氧化反应。在阴极上，也就是铜板上，大量聚集的电子，被电极附近的氢离子夺取，氢离子由此变成氢气，即氢离子得到电子，发生还原反应，完成整个电池反应。

化学概念图将“原电池”“电解质溶液”“正极”“负极”“氧化反应”“还原反应”这些无序零散的概念进行有序地整合，不但帮助学生清晰了概念，同时说明铜锌原电池包括电解质溶液，而之前学习的氧化还原又是原电池的设计原理，与前后知识相联系，构建了整体的知识体系，将信息纳入到大脑的最佳的联系和最方便提取的记忆结构中。

2.化學概念图能有效拓展记忆容量

按照认知心理学的观点，人的短时记忆容量仅为7±2个组块，非常有限。这样一来，人的信息加工受到了很大的限制。化学概念图将概念和概念联系起来，从而加大了知识的组块，在容量有限的情况下增加了可供加工的信息。又间接地将难于区分的概念进行了分类，例如单质和非电解质的区分。将抽象的化学概念清晰化、可视化、具体化、系统化，从而延长知识在头脑中的存储时间。化学概念图的这一功能高效率地利用了人类大脑，减少不必要的记忆负担，促进了知识的记忆和整合，而这两部分正是人类大脑所欠缺的部分。

3.化学概念图的层级网络结构符合人脑生理机制

脑科学的泛脑网络学说认为，人的学习、记忆和思维正是通过人的大脑，这样一个并行分布、多层结构、广泛联系的神经网络系统来进行的[5]。可以看出，概念图结构特征充分符合这一人脑的生理机制，化学概念像神经网络系统一样进行上下级和并列式的层级网络排列。这种排列类似人脑对知识的储存，符合意义建构的实质，给予学习过程以清晰的脉络[6]。

化学概念图的形象性、整体性、综合性、层次性和经济性等诸多优点都证实了其在学习的过程中的有效性，使化学学习过程中的预定的知识目标和能力目标很好地落实。与生理学、心理学、脑科学等方面内容相互结合利用，解决了学生以往在具体的化学学习过程中的难点，即学困原因之一就是不能较好地辨别和建构概念和命题框架，一定程度上改变了传统教学导致的机械学习，顺利地进行概念“移植”。使学生顺畅地接受概念、命题，从而掌握知识。

（二）化学概念图对教师技能的有效提高

1.化学概念图能帮助教师有效全面地整合知识点

教师在一节化学课上可能要向学生介绍讲解许多化学概念等，细小繁多的化学知识点和层层级级的逻辑关系每一部分都不能遗漏，否则就会产生学生的概念厘清障碍，使学生自主构建的知识结构体系出现偏差，长时间累计甚至会产生“蝴蝶效应”，影响学业成绩。严重的甚至会造成实验事故，结果不堪设想。所以，教师在备课时，首先要建立宏观的整体的化学概念图，其次呈现主要的化学概念，最后将显示某一章节的知识结构的小概念图链接进整个大概念图中（如“单质”链接“物质的分类”）。这样能够帮助教师有效全面地将知识点进行整合，同时形成教学知识点网络，也减轻了备课压力。

2.化学概念图能有效监督教师自我教学过程

1998年Beyerbach研究发现：新教师使用概念图策略教学时，能够更有效地监控自己的教学过程与自我概念的发展，使教师的教学内容和课堂结构更清晰[7]。而化学概念图有利于组织教学材料，让教育者对所教授的材料首先做到心中明镜，更有利于教师对教学内容进行形象的设计。化学概念图作为一种教学策略，有利于组织教学技能的提高。逻辑清晰结构严谨的概念层级帮助教师的教学设计层层相扣，便于教师备课、不容易出现知识点的遗漏，有效地促进教师教学技能的提高。

三、结语

本文运用认知心理学、大脑生理学等理论分析了化学概念图能够促进有意义学习的原因，发现化学概念图对记忆的时长、容量以及概念图网络与人脑生理机制相符合等方面均有正向作用。通过化学概念图形成的以化学概念为核心的网络构架，一方面帮助学生构建完整的知识体系，另一方面也为教师教学技能的发展提供帮助。而学生对化学概念的理解不仅是一种知识内化的過程，也是形成科学思维能力的过程，更是培养科学素养的过程。

参考文献：

[1]徐洪林，康长运，刘恩山.概念图的研究及其进展[J].学科教育，2003（3）：39.

[2]李思雨.高中化学概念图教学设计与实验研究[D].重庆：西南大学，2009.

[3]陈向明.质的研究方法与社会科学研究[M].北京：教育科学出版社，2000.

[4]孙爱萍.基于意义学习的概念图工具开发与运用[J].远程教育杂志，2009（3）：64-65.

[5]李哉平，成世钢.概念图与化学教学策略的最优化[J].中小学教材教学，2005（12）：19.

[6]李增玲，刘继和.概念图及其在化学教学中的制作与应用[J].沈阳师范大学学报：自然科学版，2013，7（3）：431.

[7]Beyerbach，B.A.Developing a technical Vocabulary on Teacher Planning PreService Teachers' Concept Map[J].Teaching and Teacher Education，1988，4（4）：339-347.