促进学生认知结构形成的教学路径

陈宏兆+谢兆贵

摘要：促进学生良好认知结构的形成是化学教学的重要任务之一。个体的认知结构形成及发展就是利用原有图式通过同化和顺应日益复杂的环境而达到平衡的过程。可以通过以下路径促进认知结构的形成：创设问题情境，产生认知需要；激活已有知识，激发认知冲突；开展新知学习，促进问题解决；进行联系整合，优化认知结构。

关键词：认知结构；教学路径；认知需要，认知冲突

文章编号：1005–6629（2015）8–0018–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

认知结构是学科知识结构通过个体的内化在头脑中所形成的全部知识（或观念）的内容和组织[1]。认知心理学研究表明，有时头脑中具备解决某个问题所需要的全部知识也不能保证问题得到解决，这是因为头脑中存储的知识表征不当，组织得不好，应用时无法提取。奥苏贝尔说：“每当我们致力于影响学生的认知结构，以便最大限度提高意义学习和保持时，我们就深入到了教育过程的核心。”他认为，教学的主要任务是帮助学习者建立清晰、牢固的认知结构[2]。

化学学科中概念多，反应多，实验多，符号多，不少学生感到化学学习课上易懂，课下易忘。重要原因之一是教师在教学中未能把握化学学科知识内在的逻辑关联，未能帮助学生构建起组织良好的认知结构。这就需要中学化学教师将良好认知结构的形成作为化学教学的重要任务之一，并掌握相应的教学策略。

1 认知结构形成的心理机制

认知结构的形成包括图式、同化、顺应和平衡等4个基本要素。图式是个体经过组织而形成的思维以及行为的方式，帮助我们适应环境中新的刺激。个体的认知发展就是利用原有图式通过同化和顺应日益复杂的环境而达到平衡的过程。通过同化，认知结构得到了丰富；通过顺应，认知结构得到了改造。而具有自我调节作用的平衡化过程在认知发展中起到关键作用——当个体已有的认知结构能同化环境中新的信息时，则其心理上处于暂时的平衡状态；但如果个体已有的认知结构不能同化环境中新的信息时，则其心理上处于不平衡的状态，这种不平衡会使个体产生一种自我调节的内驱力，推动个体调整或者建构新认知结构，直到能同化环境中新的信息为止。此时，个体的认知结构得到了发展，智慧水平得到了提高[3]。

2 良好认知结构形成的教学路径

基于上述认知发展规律及认识结构形成的心理机制，在化学教学中可通过如下路径促进学生良好认知结构的形成。

2.1 创设问题情境，产生认知需要

认知需要（cognitive needs）是人类的需要和动机之一，泛指个体对事物的追寻、认知、了解的内在动力，如求知欲、好奇心等。美国人本主义心理学家马斯洛的需要模式中有一个心理需要或成长需要的高级层次，指个体在基本需要满足后产生的认知需要，即人具有解决疑难和理解问题的欲望，探索各种事物的需求[4]。在教学过程中，通过创设问题情境，激发学生解决问题的愿望，促使他们产生认知需要。

案例：“镁的提取及应用”教学中认知需要的产生[5]

[师生活动]师生共同列举金属镁在国防、科技及生活中的广泛应用。教师展示常见广泛应用的镁材料及镁的产量逐年上升的图表。

[教师提问]镁在自然界以什么形态存在？

[学生分析]镁原子核外最外层电子数为2，易失去，活泼性强，在自然界中主要以化合态存在。

[教师讲授]在自然界中镁主要以MgCl2、MgSO4等形式存在。展示镁资源储量比较和海水中元素的分布图。

[教师提问]我们所需要的是金属单质镁，而自然界中存在的是化合态的镁，那么，如何把自然界中所存在的化合态的镁转化为我们所需要的单质镁呢？

在上述教学环节中，教师通过巧妙地情境创设让学生感受到镁的需求量逐年上升与镁在自然界中以化合态存在的矛盾，提出“如何把自然界中所存在的化合态的镁转化为我们所需要的单质镁呢”，让学生自然而然地产生认知需要。

2.2 激活已有认知，激发认知冲突

认知冲突（cognitive conflict）指认知发展过程原有概念（或认知结构）与现实情境不相符时在心理上所产生的矛盾或冲突[6]。当个体不能用头脑中已有的知识来解释一个新问题或发现新知识与头脑中已有知识相悖时，就会产生“认知冲突”。这时，心理上就处于失衡状态，那么摆脱这种“失衡”的心理困境的倾向就构成了个体问题解决的需要和动机，推动个体的认知达到更高水平的平衡状态。在认知发展过程中，“认知冲突”起到了关键性作用，引发认知冲突是促使学生实现知识建构的契机和动力。在教学过程中，要注意引起学生心理的失衡状态，从而激发认知冲突。

案例：“镁的提取及应用”教学中已有认知的激活

[师生活动]把化合态的镁转化为我们所需要的单质镁，从氧化还原反应的原理去分析，这个转化是一个什么过程？

[学生分析]镁从化合态转化为游离态，化合价降低，发生还原反应。

[教师提问]有哪些方法可以实现金属的还原呢？

[学生分析]可以参照铁的冶炼，用C、H2、CO等还原。

[学生分析]可以参照铜的制备，用比镁活泼的金属如金属钠置换。

[学生分析]可以参照金属钠的制备，用电解熔融的镁盐。

[教师提问]以上三种方法是否都可行？

在上述教学环节中，教师顺着提出来的问题继续引导学生思考，通过系列问题自然而然地将学生的思路引到“金属的还原方法”上，激活学生头脑中已有的相关知识，引发了学生的认知冲突。

值得指出的是，任何一个新知的出现总是和已有知识发生联系，新知不是被已有认知结构所吸收（同化），就是引起已有认知结构的改造（顺应），以产生新的认知结构。学生的认知结构就是在同化和顺应机制的交互作用下逐步形成的。这一形成过程不是自发的，它必须在教学活动中通过新旧知识的相互作用，通过对已有认知结构的组织和再组织才能实现。

2.3 开展新知学习，促进问题解决

奥苏贝尔把新学的知识比作刚驶进港口的船，把头脑中原有的知识比作锚桩，即固定点，当学习者面对新知识时，固定点越清晰、稳固，新知识就能越容易被学生内化。从建构主义的观点来看，新知识学习的过程不是学生原封不动地接受、占有知识，而是学生主动参与建构的过程，这种过程是通过新知识与原有的认知结构之间产生双向、反复的相互作用完成的，需要以“固定点”——已有的认知结构为基础将新知识纳入来同化新知识，这一过程涉及记忆、感知、分析、判断、推理等一系列复杂的认知活动。

案例：“镁的提取及应用”教学中新知学习的开展

[师生活动]下面我们先看一段镁的冶炼史。

[教师分析]从1808年，英国的戴维，用钾还原白镁氧（即氧化镁MgO），到1828年，法国A. BUSSY用钾还原熔融氯化镁，到18世纪30年代，法拉第第一次通过电解氯化镁得到了金属镁。到19世纪80年代，才由德国首先建立工业规模上的电解槽，电解无水光卤石生产金属镁，从此开创了电解法炼镁的工业化时代。目前，世界各国金属镁冶炼工业中约80%用比较成熟的熔盐电解法。

[教师提问]为什么不用碳还原氧化镁呢？

[学生分析]氧化镁具有很高的熔点，用碳还原需要有很高的温度，在技术上不易实现，代价巨大。

[教师提问]那为什么现在不用金属钾来还原熔融氯化镁呢？

[学生分析]金属钾要比金属镁贵重得多，用金属钾还原熔融氯化镁显然得不偿失，因而无法大规模应用。

[教师提问]电解哪一种熔融的镁盐呢？为什么？

[学生分析]用电解熔融的氯化镁。因为海水中镁的储量约为1.8×1015 t。

[教师活动]虽然Mg2+在海水中总量很大，但是浓度很低，提取海水中的氯化镁，一般需要先进行富集。我们可以利用海水晒盐得到的卤水。如何提取海水中的氯化镁？请设计方案。

在上述教学环节中，根据学生提出的三种方案“用C、H2、CO等还原，用比镁活泼的金属置换、电解熔融氯化镁”，教师又结合镁的冶炼史的分析，引导学生从冶炼的难易程度和经济效益角度，分析选用冶炼方法的依据，得出熔盐电解法是现在较为普遍的冶炼镁的方法，从而实现了问题的解决。进而又自然生成新的学习任务“如何提取海水中的氯化镁”。

在此学习任务的完成过程中，学生不断地利用头脑中已有的知识来解决问题。可见，“同化”过程实质上是一个不断建立联系、做出推论的过程，学习者正是通过这种联系和推论活动将外在的信息转化为头脑中的认知结构。

2.4 进行联系整合，优化认知结构

化学认知结构是一个不断发展变化的动态结构，其建立要经历一个逐步发展的过程。化学知识虽然纷繁复杂，但有其内在的联系。犹如一棵枝叶繁茂的大树，通过枝干脉络把它们有机地联系在一起。揭示化学知识间的内在联系和本质规律是化学知识结构化的关键所在，不仅有助于学生整合知识、形成良好的认知结构，而且有助于依据规律解决问题、发展思维。学习初期，通过已有认知结构和新知识的相互作用，形成一个化学认知结构的雏形，随着学习的不断深入，认知结构在横向逐步变广、纵向逐步加深，并且纵横贯通。与此同时，随着新知识的同化，已有认知结构会因为新知识的纳入而发生一定的调整和改组，此即“顺应”。当新知识与原有知识之间可以融洽相处时，新知识的进入可以丰富、充实原有知识。

案例：“镁的提取及应用”教学中认知结构的优化

[教师提问]通过镁的冶炼学习，请同学们思考我们冶炼金属有什么一般性的规律？

[教师分析]我们可以根据已学的铁、铜、钠、镁等金属的冶炼方式，结合金属的活动性，来加以思考归纳。

[学生分析]铁、铜可以用置换的方法。

[教师分析]一定是置换？

[学生分析]不一定，假如是用CO还原就不属于置换反应，就叫还原法。

[学生分析]钠、镁可以用电解熔融盐的方法。

[教师小结]冶炼金属的方法有多种，我们一般可以根据金属的活动性顺序表归纳如下。

在上述教学环节中，随着镁的冶炼这一新知识被同化，已有金属冶炼在初中阶段的“金属铁、铜可用CO或H2等热还原的方法提取”，高中电解法冶炼金属钠、镁，关于金属冶炼方法的认知结构不断充实和丰富，学生逐步认识到金属的冶炼方法与金属活动性顺序之间的规律性。知识要成体系，就要提炼所学知识，有意识地整合知识，完善认知结构。

教师在教学过程中要引导学生关注单元知识之间的因果逻辑关系和纵横关系，善于联系和整合。每经一个阶段，就要对所学过的知识、思想与方法作归纳小结，建立起知识间的有机联系，提炼出关键性的和核心的知识，使知识由“点”成“线”，再成“网”，分层次组成一个知识系统，从而改进和完善认知结构，以便于进一步学习和利用。

在此过程，教师要善于指导学生学会用表格、概念图或思维导图等方式自己绘制出知识结构图。因为，从认知的角度来看，学生绘制出的知识结构图就是学生头脑中的认知结构，那就是一个化学认知结构的自我建构过程。通过展示知识结构化的具体模型，如表格、概念图、网络图等，演示分类归纳知识的程序和方法，使学生明确怎样使知识结构化。

认知结构是影响学生学习是否成功的一个关键因素，因为它会直接参与和新知识的相互作用以及学生解决新问题的过程。把握学生认知发展的规律，促进学生良好认知结构的形成是教师教学设计的重要任务。

参考文献：

[1][3]吴庆麟主编.教育心理学——献给教师的书[M].上海：华东师范大学出版社，2003：30～33.

[2] D. P. Ausubel. Educational Psychology： A Cognitive View [J]. Journal of Educatiaonal Psychology，1988，（80）：177.

[4]王晓东，许振国.认知需要研究述评[J].长春理工大学学报，2011，（6）：12.

[5]刘芹.镁的提取及应用[EB/OL]. http：//hx.jssjys. com/Html/Article/2171/，2012-12-13.

[6]车文博.当代西方心理学新词典[M].长春：吉林人民出版社，2001.