合理调动元认知 有效建构化学概念

陆芳静

摘要：溶解度概念是初中化学溶液章节中逻辑严密、表述复杂的一个定义性概念。这一概念对学生的逻辑抽象能力要求较高，学生学习时有较大困难。本研究借助心理学的元认知理论，运用于化学概念教学。与传统的概念讲授式的教学方法相比，作者认为此法更能有效实现化学科学概念的建构。

关键词：元认知理论;溶解度;概念教学

文章编号：1008-0546（2019）02-00012-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学概念是在化学科学研究过程中形成的，不仅是化学科学的基础，也是进行化学思维的工具。化学概念具有高度的抽象性和概括性。维果茨基认为：“概念的直接教授是不可能的，而且也是没有效果的。”

“溶解度”概念教学在溶液教学中处于重要地位，是教学中的一个难点，其逻辑严密，表述复杂，对学生能力要求也高。同时，学生在正式学习一种概念前，有着一定的“前概念”。教师在教学中必须结合学生的已有概念进行教学，如发现学生出现迷思概念，则需要进一步科学转化。以上概念教学的种种困难不得不要求化学教师不断寻求有效的概念教学方式，以期学生能真正建立起科学的化学概念。

然而，国内初中化学教学由于受应试教育的影响，大部分化学教师只注重学生的学习结果，强调概念的死记硬背，忽视概念教学与学生的互动，忽视调动学生的元认知。这样的化学概念教学使得学生不能理解概念的内涵与外延，逐渐对化学学习产生一定的困惑。为了了解学生对于溶解度前概念是否存在迷思，笔者在新课之前对全校500个学生进行问卷调查，收回有效问卷415份，有效问卷率83%。问卷结果显示，18.31%的学生认为增加水的质量可以提高食盐的溶解度;20.48%的学生认为搅拌可以增大食盐的溶解度。可见，学生对溶解度概念存在较大迷思。

一、元认知理论在化学概念教学中运用的理论分析

近几年，国内教育学者将最初属于心理学范畴的元认知理论运用到化学学科教学中，提出了元认知理论概念转变教学策略。元认知理论最早是由美国著名发展心理学家弗拉维尔（Flavell）提出的。他认为，“元认知是人们关于自身认知过程及结果或与此相关的一切事物的知识”。元认知的核心意义是对认知的认知，是个体對自己的认知加工过程的自我意识，自我体验，自我调节与自我监控。

从元认知的构成成分来看，它包括元认知知识、元认知体验和元认知监控三种成分。元认知知识是个体的长时记忆中贮存的一些陈述性、程序性及条件性知识。在实际认知过程中，三者相互联系、相互影响、相互制约，三者有机结合便构成一个统一整体，即元认知。

从元认知角度来看，学生的学习过程是对所学材料的识别、加工和理解的认知过程，同时也是一个对该过程进行积极监控、调节的过程。学生学习的有效性往往取决于学生自身元认知水平的高低。研究表明，具有较高元认知水平的学生，既能清楚运用所学知识，也能对自己的认知过程有一个清楚的认识。

合理调动学生的元认知，可以将枯燥的化学概念转变为学生自主认知的一个过程。这样的概念教学方式最大程度突显出以“生”为本的教育理念，能有效培养初中学生学会学习、学会反思、学会评价的能力。

二、元认知理论在化学概念教学中运用的实践案例

笔者以“溶解度”概念为内容，运用元认知理论进行概念教学的实践应用。

1.创设情景，用积极的元认知体验“唤醒”沉睡的元认知知识

新课引入：笔者播放“冰冻星球”摄制的一段南极“死亡冰柱”视频，展示给学生们一个前所未见的世界：当海水温度降低到一定程度后，海水里的盐分析出，海水发生结冰并呈柱状向海底延伸，所到之处，海洋生物被冻死。教师指出：这一奇妙的自然现象与课题“溶解度”概念有关。

创设情景：教学中教师联系已有知识，回顾相关的“溶解性及其影响因素”，然后向学生提出问题：不同的物质的溶解性该怎么比较？如何定性比较？教师给每组提供相同的实验仪器和药品，请学生比较：室温（20℃），食盆和蔗糖的溶解性强弱。教师要求：小组内讨论，并设计出合理方案。

为什么会出现“死亡冰柱”的神奇现象？什么是物质的“溶解度”？在学生们茫然之时，教师需要及时调动学生的元认知体验，“唤醒”“沉睡”的元认知知识。元认知知识只有被“激活”才能为个体所用。而元认知体验正可以“唤醒”“沉睡”的元认知知识，使元认知知识出现在学生的记忆中，从而能够被用于调节活动提供指导。

教师联系“溶解性及其影响因素”，巧妙借助实验比较室温下食盐和蔗糖的溶解性强弱，让学生意识到当前学习内容，产生的认知和情感体验。积极元认知体验激发学生的认知热情，激发学生的认知潜能，可以提高认知加工速度和有效性。当小组成员把生活中常见的食盐和蔗糖作为实验对象时，积极的元认知体验不断促使他们产生各种方案，产生激烈司论。

2.小组交流，用激烈的同伴思辨“启动”有效的元认知监控

小组汇报：不同的小组设计出不同的实验方案，最后得出了实验结论：室温（20℃）下，蔗糖在水中的溶解性大于食盐在水中的溶解性。但是在组间交流时出现了“沟通障碍”，即不同的小组在溶解食盆和蔗糖时使用了不同体积的水，导致溶解食盐和蔗糖的质量也不同，无法仅仅通过比较组间溶解食盐和蔗糖的质量来定性比较两者的溶解性大小。还有的小组由于水取用太多，导致实验给定的全部质量的食盐和蔗糖加入后都无法达到饱和状态，实验无法得出结论。教师在一旁稍加点拨，如果人为控制溶剂（水）的质量为100克，在比较不同固体溶解性强弱时就可以直接比较在相同温度下达到饱和状态时溶解的溶质质量即可。这个就是固体物质溶解度概念的由来。

溶解度是人们为了解决怎样用具体的数字精确表达物质溶解性的大小人为确定形成的概念。学生小组在设计方案时往往只考虑温度对物质溶解性的影响，忽略了实际应用中溶剂的质量影响溶质的质量，在推广交流使用中会遇到麻烦。

元认知理论概念教学经常使用小组合作的教学方式。小组合作模式可以最大限度地调动每个学生的認知过程。小组内和小组间的交流讨论是一种思维碰撞的过程。这一思维碰撞过程实际是还原了人们最初引入溶解度概念的认知过程。整个认知过程的不断修正与完善，也是学生个体自主或不自主进行着元认知监控活动，不断对这个实验设计进行积极而自觉地控制和调节。

3.师生实验，用真实的数据建构抽象的概念

通过上述讨论与分组实验，学生明白溶解度是溶解性的定性表示。为了使用方便，我们可以人为地控制某些因素不变，如一定温度、一定量的溶剂（100g），此时溶质最大的溶解量就能体现该物质的溶解能力。当所有物质在同一标准下得出最大溶解量的值，就可以比较出不同物质的溶解性强弱。由此得出固体物质溶解度的概念，即“一定温度下，该物质在100g溶剂（通常溶剂为水）中达到饱和状态时所溶解的质里]致。

师生齐心合作完成实验：在两个装有室温（20℃）100g水的烧杯中分别加入食盆和蔗糖并用玻璃棒不断搅拌至饱和状态，蔗糖需要203.98，食盐只需36g.即20℃时，蔗糖的溶解度是203.98，食盐是36g。

概念内涵外延的考查：在了解溶解度的由来与定义后，教师需要趁热打铁，及时用判断题对学生进行概念的考查。教学研究时制定一份溶解度试题测试卷，用于实验班和对照班的测试。

传统的溶解度概念教学一般是教师引入概念的定义，引导学生从四个关键字：“温度”、“100g溶剂”、“饱和状态”、“单位”去理解。学生在实际应用中往往丢三落四，总是掌握不了概念的实质。以上运用实验，通过具体数据与物质，学生可以直观看到“溶解度”概念是如何一步步建立的。这个过程有助于学生深刻地理解概念的内涵和外延。在实际应用中通常会围绕溶解度概念本身进行概念辨析，也会出现溶解度含义的外延考查，如通过溶解度曲线判断某温度下一定量物质在水中的溶解量，所得溶液是否是饱和状态，溶液的溶质质量分数等。这些在历年中考要求中都以B或C等级形式考查，对学生来说有一定的难度。

4.绘制概念图，用网络化的结构丰富多维度的概念

绘制概念图：学完溶解度概念，并完成相关练习后，作为课堂总结反馈，教师通常引导学生从溶解度的影响因素、概念四要素、溶解度与溶解性的关系等方面完成溶解度的概念图绘制（图1）。

概念图的绘制有助于完善新概念的建构，还有利于学生发展认知能力和创新能力。绘制概念图要求学生做到有条有理、清晰合理，重点突出。初中生往往缺乏一定的逻辑性和严谨性，教师可以利用小组互助模式予以补充完善。

概念图制作过程是学生对概念的再次认知，也是教师对概念教学的及时反馈评价。学生们经历了由害怕到尝试，再由欣喜到满足的心理状态，丰富了认知情感体验。

元认知体验有助于学生确定新目标，元认知监控有助于学生累积新的关于认知活动的经验，对元认知知识进行补充或修改。三者相互作用，共同促进溶解度概念的科学建构。

三、元认知理论在化学概念教学中运用的有效性分析

为了研究元认知理论概念教学对于溶解度概念教学的有效性，笔者在同质对照班中采用传统的讲授法概念教学。溶解度概念教学结束后笔者立即在实验班和对照班进行溶解度试题测试，并将成绩运用SPSS21软件进行独立样本T检验。结果表明：实验班和对照班的溶解度概念测试成绩存在方差齐性不显著（P>0.05），教学效果有显著性差异（t=-5.680，df=81，P<0.05），即用元认知理论概念教学建构溶解度概念效果明显优于传统讲授法概念教学。

化学概念教学强调建立完善的认知体系，注重化学科学思想和化学概念的联系，突出化学科学研究方法和价值观的重要作用。初中化学课程中化学用语和化学基本概念是学生学习化学的开始，也是后续学习的基础。本研究尝试借助心理学上的元认知理论，课堂上随时做到充分调动学生自身的元认知，用学生积极的元认知体验连接“动”与“静”，使元认知监控与元认知知识互相调节，三者共同促进新的化学概念如行云流水般有效建构于学生的化学知识网络中。力求在元认知理论的推动下，化学概念教学不仅能使学生熟练掌握概念的内涵与外延，更能使学生养成终身学习、勤于反思、悦纳自我的人生习惯。

参考文献

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