基于认知灵活理论的高中化学概念教学策略研究

宋 婷 李远蓉

基于认知灵活理论的高中化学概念教学策略研究

宋 婷1李远蓉2

（1德州市第十中学 山东德州 253000；2西南大学化学化工学院 重庆 400715）

化学概念是高中化学知识网络的节点，是学好化学的重要一环；认知灵活理论是斯皮罗等人提出的针对高级领域学习的理论，以发展灵活应用能力为核心。作者从理论角度分析了认知灵活理论指导高中化学教学的可行性。以认知灵活理论为指导，提出高中化学概念教学策略，以期通过有效策略，突破概念教学难点。

认知灵活理论；高中化学概念；教学策略

化学概念是整个化学知识网络的节点，要想学好高中化学，必先学好高中化学概念。但是，由于学生迷思概念的存在以及化学概念本身三重表征之间转换困难［1］等的影响，造成了化学概念教学效果不佳。因此，必须寻找解决的策略和方法。

通过阅读文献，发现关于化学概念教学策略的研究颇多，研究者们提出的策略主要有：创设问题情境、应用实验、模型、进行变式训练、使用正例反例等。但在这些研究中缺乏对不同阶段化学教学策略的区分。与初中化学的入门性学习相比，高中化学处于较为高级的阶段。认知灵活理论认为进行入门性学习，可采用导论式教学方式，即将知识从复杂情境中抽离出来，学习经过高度概括的知识，强调记忆；但在这种教学方式下，学生获得的是脱离情境、割裂的知识，利于存储但不利于灵活应用。认知灵活理论是关于高级学习的理论，高中化学概念教学是化学学习的较高级阶段，因此，以认知灵活理论为指导，研究高中化学概念教学策略是有意义的。

一、认知灵活理论指导高中化学概念教学的可行性分析

认知灵活理论是上世纪80年代末，斯皮罗等人提出的针对劣构领域知识习得和迁移的理论，它包括3个基本的概念：劣构领域知识、高级学习和认知弹性。

1.高中化学概念教学之知识类型——劣构领域知识

斯皮罗等人依据知识的复杂程度，将其划分为：良构领域知识和劣构领域知识。良构领域知识是指经过抽象概括后，有明确构架，学习者可按照其规则或原则，直接加以运用的知识。例如，化学课本中呈现的概念抽象性、概括性较强，是经过比较、分析、归纳、类比等思维操作提取出的结构性良好的知识［2］，本身属于良构领域知识。但是，在现实中，概念的应用常常在不同的情境中，不能直接简单提取，而需具体问题具体解决，以原有的良构知识为基础，构建问题解决的新图式，这就涉及到劣构领域知识，即认知灵活理论所探讨的知识类型。

我国中学化学课程由低到高共分为三个阶段：九年级化学、高中必修化学和高中选修化学。其中，高中必修化学是在九年级化学基础上开设的，高中选修化学又是高中必修化学的拓展和延伸，三阶段的化学课程在内容上具有一致性和持续性。在化学概念方面，九年级化学和高中化学中有很多相同或者相衔接的概念，这些概念并非只是简单的重复，而是在学习程度上有所加深，例如，对于概念“离子”，初中阶段仅要求认识其是构成物质的微粒以及知道同一元素的离子和原子之间的相互转化，而在高中必修1中要求理解酸碱盐的电离、离子反应及发生条件、学会常见离子的检验方法。

可见，与九年级化学概念相比，高中阶段出现的相同概念学习角度更多、程度更深，更显现出劣构的特点。

2.高中化学概念教学之学习方式——高级学习方式

斯皮罗等人将学习划分为两种类型：初级学习和高级学习。前者针对的是良构领域知识，后者针对劣构领域知识。初级学习也可称为导论式学习，是学习的低级阶段，适用于掌握基本的概念、事实，在相同情境下进行简单提取；高级学习，是学习的较高级阶段，适用于掌握概念的复杂性，在不同情境下迁移运用（见表1）。

表1 初级学习与高级学习的区别

记忆化学概念是初级学习；灵活应用化学概念进行分析、思考，在问题解决或案例分析中把握概念的复杂性，是高级学习。在化学概念教学中，尤其是高中化学概念教学中，要想达到对概念的全面、深入的理解，在不同情境下灵活而正确地使用，高级学习是必不可少的。

3.高中化学概念教学之教学目标——发展认知弹性

认知弹性是认知灵活理论强调的核心能力［3］，即人的灵活变通能力，从知识学习方面讲，即对知识的迁移应用能力，表现在不同情境下，应用已有图式对情境做出合理认知和应对的能力。高中化学概念学习的最终目标是为了解决实际问题，且即使在解决化学习题时，也并非照搬课本知识，而是要对概念进行灵活应用。要想在面对具体问题时，能够灵活地应用所学化学知识，采取正确方案，就要求学习者在学习化学概念的过程中，能针对不同情境，对概念做出不同理解，发展自身的认知弹性。

认知灵活理论是关于高级学习的理论，高中化学概念教学是化学学习的较高级阶段，因此，以认知灵活理论为指导，研究高中化学概念教学策略是有意义的。

二、基于认知灵活理论的高中化学概念教学策略

以认知灵活理论的基本概念、基本原理和实现技术为依据，为完成化学概念的高级学习目标，制定了高中化学概念教学实施的总体方案（见图1）。并以人教版《化学2（必修)》第二章第一节“化学能与热能”中吸热反应和化学反应的学习为例，对教学策略进行了具体阐述；通过与一线高中化学教师进行交流、推荐其在课堂中实施的方式，获得反馈意见。

1.明确认知准备状态，确定高级学习目标

认知灵活理论所倡导的学生观属于现代学生观，他们的观点都主张：学习者并不是空着脑袋进入课堂，而是带着自己的经验和特殊的认知方式。而化学概念在教材中编排是层层递进、相互关联的，高级阶段的学习要以低级阶段的学习为基础。因此，在进行高中化学概念教学时，教师首先需清楚在初级学习阶段（初中及之前学习）化学概念的学习中，学习者已经知道了什么；需进一步学习什么；确定高级学习目标。

图1 认知灵活理论指导下的高中化学概念教学策略

以人教版《化学2（必修）》第二章第一节“化学能与热能”为例。化学反应与能量的内容在初中化学、高中《化学2（必修）》和《化学4（选修）》中均有安排，内容上呈螺旋式上升。在初中阶段，学生已从燃料的角度，了解到化学反应常常伴随着能量的变化，有的反应表现为放热，有的反应表现为吸热。在此基础上，确定本阶段的学习目标为：了解吸热反应和放热反应的概念，能够根据事实判断吸热反应、放热反应；能够从宏观角度和微观角度解释化学反应中的吸放热现象；关注化学能源，建立正确的能量观。参与研究的一线教师认为，该学习目标合理可行。

2.确定概念的不同侧面，注重多元表征

认知灵活理论强调对知识进行多元表征，即从多个角度、多种方式学习同一知识，打破从单一侧面对概念形成的片面认识，以形成对知识整体的完整认识，构建知识意义。而化学概念学习作为中学化学学习的重点和难点，多位研究者提出了通过变式变例突破概念教学难点的策略，正例可帮助加深了解概念的内涵，反例可帮助剔除概念的非本质特征。而正例、反例的使用正是对概念进行多元表征的一种方式，从不同角度展示了概念和概念各要素之间的复杂关系。确定概念的不同侧面，既是认知灵活理论的要求，也是突破化学概念教学难点的必要步骤。

在学习“化学能与热能”时，从事实、宏观、微观三个角度对吸热反应和放热反应的涵义进行整体把握。事实角度，即从生活实例角度，认识并判断吸热反应和放热反应；宏观角度，即从能量守恒角度，通过比较反应物与生成物总能量的大小把握化学反应吸热或放热的原因；微观角度，即从化学反应实质的角度，分析旧键断裂、新键形成过程中的能量变化。通过多角度的学习，学生能够达到对吸热反应和放热反应的较完整认识。

3.选择适合的案例，整合概念与案例

认知灵活理论非常强调案例在学习中的作用，认为基于情境、基于案例、基于问题解决的学习才是有效的。案例是具体化了的概念。确定了概念的各要素后，需精心选择适用于各个要素的案例，设计要素与案例的交叉式教学，即针对某一要素，选择多样化的案例，这些案例各有所侧重，但是，可能同时包含有其他主题涉及到的内容，以避免知识各个方面的相互割裂，达到相互补充的作用，将案例与知识进行整合，设计教学方案，帮助学生形成对概念的全面而完整的理解。

学习“化学能与热能”时，以案例为载体，在判断反应吸热还是放热的过程中认识吸热反应和放热反应，从宏观和微观角度，分析现象产生的原因，进而达到对概念的完整认识。从回顾学生熟悉的燃料燃烧入手，避免学生产生畏难心理；从新奇并与学生经验贴近的自热饭盒入手，直观感受化学反应提供能量所带来的便利；从工业上生产石灰石的方法中，认识吸热反应；从萤火虫发出闪光信号的原因中，了解能量的释放存在除放热外的其他形式。参与教师认为，从案例出发，能够吸引学生注意、激发学生的认知欲望，通过对多种案例的分析，能够避免对概念的片面认识，提高知识迁移能力。

4.注重问题情境创设，使教学面向真实任务

认知灵活理论强调应用知识对多变的情境做出灵活的应对以及在多变的情境下对知识意义进行建构。提高认知弹性是认知灵活理论强调的核心能力。因此，在教学中，要注重问题情境的创设。创设问题情境时，情境选择要尽可能真实，同时注重符合学生经验、兴趣，符合教学目标。

通过对能源危机和新能源使用的简单介绍或者新闻观看，开始了“化学能与热能”的学习，将简单的回顾性问题“化学反应本质是什么”和“化学反应中为什么有能量变化”变为生活化的问题，提出：经常都会听到能源二字，那么，到底什么是化学能源？化学能源是如何提供能量的？带着问题进入课堂，通过本节课的学习，请学生尝试从化学变化的意义、能量守恒定律、化学变化实质等方面，初步回答这些问题。同时，对各案例的分析也是以教师提供资料和问题、学生讨论回答的方式展开。参与教师认为，从生活实际出发，落实到实际问题的解决，利于化学与生活结合，有助于学生将知识用于实践，发展认知弹性并获得成就感。

5.注重概念间的联系，形成网状知识结构

认知灵活理论认为，孤立、片面地学习抽象概念，必将导致高级学习目标的缺失。应在具体情境中，通过解决真实问题或通过对具体案例的分析，使表面分割化而本质上高度相关的概念建立联系，综合使用来解决具体问题。在面对化学中综合类问题和生活实际中出现的化学问题时，单一的概念往往并不能够顺利地解决问题，而需要多个化学概念之间的相互配合和综合应用。并且，在将教学引向情景化和案例化的过程中，必将在分割的概念和概念要素之间建立起链接。斯皮罗等人提出了认知弹性超文本来实现不同概念之间、概念与案例之间的链接。在教学中，我们可利用多媒体等手段，在不同概念和相同概念的不同要素之间建立链接，形成网状的知识网络。

在学习“化学能与热能”时，非简单依据教材编排顺序孤立地学习概念中的各要素，而是将吸热反应和放热反应涵义中的各个要素通过分析案例的形式进行整合、应用，并合理联系能量守恒定律、化学变化的实质等已有知识，形成网络并纳入到已有的知识网络中，有助于学生解决问题时对知识进行有效提取。

参与研究的高中化学教师对上述教学策略认可度较高，普遍认为在分析案例、探究问题的过程中，能够综合应用概念，避免概念内部要素、概念与其他概念之间的割裂，提高知识迁移能力。但也存在案例的开发和选择难度大等问题，笔者将在今后的研究中进一步完善和改进。

［1］ 罗秀玲.教师与学生部分核心化学概念相异构想的比较研究［J］.化学教育，2008（1）：31-33

［2］ 谢泽琛，钱扬义.国内“化学概念教学”研究新进展［J］.化学教育，2004（10）：58-61

［3］ 庞坤，李明振.认知灵活理论指导下的中小学教师培训教学［J］.课程·教材·教法，2007，27（4）：73-75，87

［4］ 斯特弗.教育中的建构主义［M］.上海：华东师范大学出版社，2002：75

1008-0546（2017）10-0006-03

G632.41

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.10.002

*通迅联系人,E-mail:627803019@qq.com