高三化学二轮复习中学科知识逻辑的架构

杨德红

摘要：针对高三化学二轮复习中薄弱学生能力提升要求，在SOLO分类评价下提出了在学生认知结构发展基础上的学科知识逻辑结构的架构教学，以具体案例详实介绍了教学实施的原则、目标和方法，对提升薄弱学生化学学科认知结构与化学应用能力，形成化学学科知识体系具有显著作用。

关键词：高三化学；学科知识逻辑架构；学生认知逻辑；SOLO分类评价

文章编号：1008-0546（2016）12-0060-05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.12.021

一、问题的提出

高三化学复习一般包括一轮、二轮两轮复习。针对学习基础薄弱的学生群体而言，传统的一轮复习主要以知识梳理和例题分析为主，注重单一知识的巩固和提高，学生成绩一般提升较快；二轮复习主要以知识应用、方法指导和习题训练为主，注重解题指导与训练，但复习效果常常不尽如人意，甚至原地踏步、成绩滑坡，师生都很苦恼，笔者戏称为“高原期反应”。为什么会产生这种现象？问题的根源出在哪里？如何在教学中改进提高这是许多高三师生（特别是薄弱学生群体）面临的困惑和挑战。

笔者通过对学生的个别辅导和调查发现，一轮复习后，学生对单一知识点的应用基本没有困难，但对知识点间相互的联系、推演及相似、易混淆知识点的辨析、迁移、应用等方面存在较大困难。这里折射出学生的认知结构和问题解决所需的知识逻辑结构之间存在一定差距，从而导致对所学知识的不能有效提取、迁移和应用。因此，二轮复习应从学生自身认知结构出发，强化对学科知识结构的再认识、再理解和逻辑架构，从而促进学生认知结构与学科知识逻辑结构相统一，提升学生分析问题、提取所需知识点并加以应用的能力。

在高三二轮复习过程中，笔者采用“在教师指导下小组合作的方式，学生自我架构学科单元知识逻辑结构教学”，逐步厘清重点知识结构间的联系和区别，在实践中取得了很好的效果，所教学生在二模统考中一直遥遥领先同类学校。

二、理论依据

1. 知识结构化有利于学习记忆

认知心理学认为[1]，记忆是对输入信息的编码、储存，并在一定条件下进行检索和提取的过程。记忆的过程如图1所示[2]。

从图1可以看出，记忆包括“感觉登记系统、短时记忆系统和长时记忆系统”三个系统。其中，短时记忆的核心控制过程包括“复述、组块、编码和提取策略”等，最终形成反应输出，也是短时记忆与长时记忆相互转化的关键过程。

为了解决知识的存储与提取问题，认知心理学家一直将知识的结构化问题作为研究的重点之一，提出了很多观点[2]。研究证明，若把所学的知识要素按其相互作用、相互联系的方式和秩序组合起来，使知识由繁杂变成简化概括，能使学生对知识的体系和结构产生形象化的感觉和认识，有利于学习记忆。相反，若知识孤立地存储，相互间不能建立有效的联系，就会大大增加工作记忆的负担，势必给提取造成很大的困难[3]。

2. 知识逻辑架构是SOLO分类评价的高级目标

SOLO是指可观察到的学习结果的结构。SOLO理论最先由澳大利亚著名教育心理学家比格斯等提出。该理论将学生学习的结果根据回答问题的情况不同由低到高分为五个不同的层次，即：前结构、单点结构、多点结构、关联结构、拓展抽象结构等[4]，其基本内涵用图2表示[5]。其中，前结构是指逻辑混乱，没有形成对问题的理解；单点结构是指只能联系单一事件进行概括；多点结构是指能联系多个孤立事件，但未形成相关问题的知识网络；关联结构是指能够联想多个事件，并能将多个事件联系起来进行概括；拓展抽象结构是指能够进行抽象概括，结论具有开放性，使得问题本身的意义得到拓展。

对照图2可知，对多数薄弱学生而言，经过高三化学一轮复习后，绝大多数学生学习的结果层次超过了前结构和单点结构，少数学生可以达到多点结构，很少有学生会达到关联结构和拓展抽象结构。因此，二轮复习的重点目标就是让更多的学生达到多点结构、关联结构甚至抽象拓展结构的学习层次。

因此，从学生自身的认知结构出发，梳理单元核心知识，把所学的一个个孤立的知识点建立联系，从而架构具有知识逻辑结构顺序的知识网络，明确知识之间的发展与衍生关系是实现多点结构、关联结构和拓展抽象结构学习水平的重要途径。

3. 学生认知逻辑结构与学科知识逻辑结构相互促进

逻辑包括形式逻辑与辩证逻辑，形式逻辑包括归纳逻辑与演绎逻辑，辩证逻辑包括矛盾逻辑与对称逻辑。就学生而言，认知逻辑结构简言之就是学生头脑中对知识的直观反映，它是学生在某一学科的特殊知识领域内的观念的全部内容及其组织。学科知识逻辑结构泛指学科规律，包括学科思维规律和学科客观规律。两者在高三二轮复习中的关系及作用归纳如图3所示。

不难看出，高三化学复习的两大主要目标是知识巩固和能力提升，但两者是相辅相成的、互相促进的。学生认知基础上的学科知识逻辑结构的架构是二轮复习中达成多点结构和关联结构目标的关键所在。

三、教学实施与案例

学科知识逻辑架构教学是基于学生认知基础之上的一种师生互动、小组合作，共同分析单元知识结构，逐步构建知识逻辑层级（核心主干知识、一级分支、二级分支、…），从而达到对知识内容的结构化存储、理解和应用的一种教学方法。知识逻辑架构的主体是学生，研究分析学科知识逻辑是基础，学生认知结构的提升是关键。教师需要引导学生注重从以下几个方面进行教学。

1. 实施原则——知识为基、认知为本

学科知识逻辑架构的基本原则是以学生认知逻辑为基础，遵从学科单元知识特点循序渐进进行。如对元素化合物知识而言，教学中一般遵守“结构、性质、制法和用途”的逻辑顺序，既符合元素化合物知识本身的逻辑结构，又符合学生的认知结构顺序，即“结构决定性质，性质、制法共同决定用途”。因此，在元素化合物知识的结构化过程中，时刻遵守“学生认知顺序为本”的原则进行，遵守“先结构后性质、先元素后单质、先单质后化合物”这样由简入繁、步步深入的认知顺序，架起认知逻辑基础上的知识逻辑结构体系。下面就以元素化合物“氯”为例。

就氯气的物理性质而言，颜色（黄绿色）是它的特征之一，易液化又是它的物理特性之一，液化得到的物质称为“液氯”，仍属单质氯，工业上一般把氯气液化后通过钢瓶进行储存、运输和使用，给人类带来很多的便利；同时，正因为氯气在水中的可溶性（约1∶2）造就了它可以用作自来水的杀菌消毒作用；而氯气溶于水得到的物质称为“氯水”，属混合物。学生在知识逻辑的架构过程中，不断地分析、思考并加以辨析该物质与“液氯”在成分、性质等的区别与联系。

氯水的组成和性质也是本单元非常重要的一个内容，可以通过教师指导下的学生实验进行总结完成表1，学生在实验的基础上不断拓展对氯水成分和性质的认知结构，进而完善与“氯水”性质相关的知识逻辑结构，如氯水的酸性、漂白性、强氧化性、不稳定性等，最后学生完成氯单元知识结构（图4）。

2. 实施目标——分类合理、结构优化

学科知识逻辑结构架构教学的最终目的是提升学生对知识的提取、迁移、推演等综合应用能力。为此，教学中要对单元知识内容进行合理分类，不断优化知识结构。如对化学实验单元而言，从化学实验的研究内容看，它主要研究物质组成、结构和性质及变化规律、制备等的方法和操作；从实验的目的来看，主要结合生活和生产需要分为分析实验、制备实验、性质实验及探究实验等。高中阶段主要学习物质的定性检验（离子检验、物质鉴别和物质的检出）、定量测定（气体法、重量法和滴定法）、典型物质的制备、物质性质探究等，这些内容相互间具有一定的联系。学生通过分析可知，实验从定性到定量，从性质探究到物质制备，对实验者操作的要求越来越高，对实验方法和条件的选择越来越深入。

从学生对实验仪器的认识、基本实验操作原理的理解、实验方法的优化等提升学生对化学实验内容的认知提升，不断构建属于化学研究需要的实验知识逻辑结构体系，突出实验重点，达到理论与实践的统一，具体如图5所示。

其中，物质的检验是高中化学实验的重要内容之一，学生再根据所学内容进行知识结构的细化（如图6），做到结构层层深入、内容不断具体，形成完整的知识逻辑结构体系。

3. 实施方法

（1）宏观视角、学科立意

学科知识逻辑结构是基于学生认知基础之上的宏观结构表现。教学中要从核心知识着眼，逐步深化拓展知识结构，把第一轮复习过程中的知识进行整合、内化、发展、表达，形成“主干清晰、枝干有序、结构丰满”的学科知识逻辑架构，构建具有清晰思维逻辑结构的学科逻辑“树”。其中，高中化学知识整体逻辑结构框架是最先需要架构的，这将对后续的架构教学起到总领和示范作用。首先从研究对象“物质”出发，揭示化学是一门自然科学；再从研究的内容出发得到化学这一学科的内涵，即研究物质组成、结构、性质及其变化规律的科学，最后不断对知识进行分类延伸得到如图7所示的知识逻辑结构。

（2）突出主干、有序发展

学生的认知结构随着学习的深入将不断向前发展，在教师指导下不断地得到优化，在同伴的互助下不断完善，在自我否定的过程中不断提升。教学中，教师可以先让学生在整体理解单元知识的前提下，独立分析单元知识之间的关系，寻找单元主干知识，建立单元知识的主干结构，再进一步拓展知识结构层级。如，在“化学反应速率与化学平衡”单元的二轮复习中，学生在构建图8的基础上，再进一步完善拓展，如图9所示。

（3）分析教材、问题引导

知识的架构离不开问题。在系列递进性问题的指引下，按步骤设计知识结构所必需的知识模块，一个问题的解决过程就是一个知识模块的习得过程。如，元素周期律是化学的基本原理之一，对元素化合物的学习具有十分重要的指导意义。教学中首先要分析教材内容的编写顺序、知识逻辑结构以及概念的阐述方式等，厘清单元知识间的逻辑结构和概念间的上下位关系及其关联性。

通过分析教材的知识逻辑顺序后不难发现，教材在内容主题的编写上相互联系，层层深入，这也恰好与学生的认知结构顺序相一致。教学中以“问题”的形式点燃学生的思维火花，如，什么是元素周期律？元素哪些性质具有周期性？为什么会产生周期律？如何用科学方法体现周期律？周期表如何体现周期律？周期律学习的意义何在？在系列递进性问题解决的过程中，依次架构元素周期律的概念、内容、本质和规律及周期表，如图10所示。学生的认知逻辑与知识逻辑结构逐渐趋向统一。

（4）注重逻辑，厘清关系

学科知识逻辑结构的本质属性是“逻辑性”。在知识构建过程中，要指导学生先对单元知识进行整理归纳，按照自身认识顺序和知识逻辑发展顺序整理分类单元主干知识、知识的上下位关系、知识的包含关系、知识的衍生关系等，如在物质的量单元知识复习中，教学中可以围绕这样几个问题展开。①物质的量是什么？学生的回答往往是摩尔，再问摩尔是什么？学生往往会说摩尔就是阿伏伽德罗常数。由此可以看出，学生常常把“物质的量”这个物理量与物质的量的单位“摩尔”两者混为一谈，把物质的量的单位与具体微粒个数混为一谈。说到底，学生对物质的量的作用、为什么引入物质的量不清楚。因此，教学中对该内容的知识与概念的逻辑关系的构建和梳理相当重要。②为什么要引入物质的量？从生产实践来看，宏观物质的质量是可控的，但具体到微观的化学反应而言，微粒间的反应实质是微粒之间按一定个数比例进行的。如何把宏观质量和微粒个数联系起来？这里就需要一座桥梁——物质的量。因此，物质的量的引入起初就是要解决质量与微粒个数间的换算。这里自然产生两个问题：一是对相同的物质而言，质量与微粒个数成正比关系；二是对不同物质而言，微粒个数与质量有何关系？由此物质的量应运而生。③单位物质的量的微粒个数和物质质量分别是多少？科学进行测定不同物质发现，单位物质的量的物质所含的微粒个数均相同，即阿伏加德罗常数个（NA），而单位物质的量的质量却不一定相同，但数值上与该物质的式量相当，这就是摩尔质量。通过对这些概念的分析，学生不难得到几个概念的逻辑关系结构如下图11所示。

学生在上述概念逻辑架构完成后，进一步分析并建立概念之间的相互关系。学生始终围绕“物质的量”这个核心“桥梁”，建立互为一体的网络关系图（图12），并用关系式和化学符号进行表征，即n====cV。网络图的构建也是知识逻辑结构教学的重要环节，主要解决同级或不同级知识之间的相互联系与转换应用。

四、结论与建议

在学生生认知结构基础上的学科知识逻辑结构的构建对高中化学概念与理论、元素化合物及化学实验等内容的教学均具有很好的普适性。对学生有序构建学科知识体系、高效提取学科知识和应用的能力，促进学生钻研知识分类和概念的理解具有不可替代的作用。

教学过程中要注意循序渐进的原则，充分发挥师生的共同作用。教学中要克服两种倾向。一种是忽略教师的指导作用，导致课堂效率低下；另一种是不注意调动学生的积极性和主动性，避免越俎代庖或一讲到底，教学流于形式。

教学中要时刻关注学生的认知反馈和综合表现，及时给予指导和必要的教学调整。学生的知识基础、认知水平、构建能力与方法、课堂的参与度等都是教学中需要重点关注的问题。

课堂中需要做好异质分组（认知水平、性格特点、性别等）、任务引领和问题引导，千方百计调动学生做好课前准备、参与课堂讨论、坚持课后总结完善。同时适当精选一些应用性习题加以训练巩固，形成符合二轮复习阶段性特点和学生需求的架构教学课堂。

参考文献

[1] 张厚粲译.教育心理学[M].北京：中国轻工业出版社，2003：243

[2] 王祖浩等.化学教育心理学[M].南宁：广西教育出版社，2007：86

[3] 刘淑花.促进知识结构化的高三化学复习教学研究[D].山东师范大学硕士学位论文，2013

[4] 吴有昌，高凌飚. SOLO分类法在教学评价中的应用[J].华南师范大学学报.2008（03）：95～99

[5] 李佳，吴维宁.SOLO分类理论及其教学评价观[J].教育测量与评价（理论版），2009（2）：16～19