化学“图创”教学原理及方法探析

王卫军

摘要： 简要介绍“图创”教学原理，并以“原电池工作原理”为例，探讨了图创教学的思路和方法。认为图创教学可分为组装、融合与发展三个阶段，经由具象到抽象再到具象的发生与发展过程，使学习者深入其中，做到人图合一，从而实现事理与情理兼顾、学科价值与个人意愿兼容、事理逻辑与个人习惯兼修，化学学科才能超脱工具而深层次地影响人们的观念和决策。

关键词： 图创; 教学原理; 教学方法; 原电池; 化学教学

文章编号： 1005-6629（2022）05-0040-05

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

思维的历程，其实是有一些“模糊”的，尽管人们对脑及神经科学从结构、功能、机理等角度进行深入且有成效的研究，但大脑依然像个“黑箱子”，输入与输出的内容存在一定不可捉摸性。同一事物，不管看到的、听到的多么清晰和准确，但经个人加工后，其存储和输出的结果往往出人意料。这种“物思相异”现象，在教学中也是非常普遍的，学生认知过程和结果的模糊性和难以预料性，使得应然的教学效果与实际大相径庭。因此，从某种角度而言，教学即是在与这些不确定因素交锋博弈，需要通过不断减少和合理安置这些不确定因素，加强对学生离散性思维、无意识情感和趋向不明的价值观进行收拢和规整，深层次地对学生的观念、思维进行塑造和校准，从而确保学习过程的科学性和学习结果的准确性。

1 图创教学原理概述

要介入思维过程，需要载体和可以操作的对象。创建一种可承载和反映思维内容、思维过程的载体，就成为教学中迫切需要解决的关键问题。化学学习一直都是以视觉、感觉等直觉信息为起点，经由分类、归纳，拓展、延伸，实践、应变等系列过程，才形成对事物和事理的认知。这个过程学生会经历什么、伴随着哪些变化，都需要教师透过事件和人性的表象去分析和推断，在掌握事件及规律的基础上，给予学生恰当的指引和启发。

实践证明，化学学习起步于对各类直觉及表象信息的抽象和联想，进而构建出一种基于体验的、个性化的介于实物和符号之间的“意象”。通过对意象的排列、组合和演绎，而完成对事物和事理的认知。可见，“意象”在其中是非常重要的认知元素，是先观具体事物之“象”，后概括、抽象并融入个人理解之“意”，形成的一种无形有质的认知工具，它让知觉和思维之间有了互通和转化的可能[1]。而“图创”教学，则是聚焦“意象”的构建和完善。“图创”之“图”是泛在的概念，可认为是“认知的素材或支架”“认知的途径或方式”或是“动态的、可变的认知结构”[2]或是“成型的科学结论和规律”。“创”则是为了发挥学习者的能动性，将学习看成是一种创造性行为，肯定学习者在接收、加工和输出过程中，存在突破性和创造性作用和价值。

2 图创教学思路与方法

意象是人与物、人与事交互产生的映像，蕴含着对客观事实和规律的尊重，也包含着个人主观意愿的随意和任性。图创教学不在于约束和规范，不在于逼迫学生形成一个统一的“意象”，而是追求其意象的科学性、合理性，契合学生的个性和习惯，能让学生通过合理的“意象”去更好地认识世界、改造世界，更好地解决学习和生活中遇到的问题。

从意象的构建和发展过程来看，学习可分为三个阶段： 组装、融合与发展。下面就以“原电池工作原理”为例，谈谈图创教学的实施过程和方法。

2.1 概念组装，形成粗放的“草图”

人们在认识新事物、新概念时，必然会借鉴前概念，通过挪用、嫁接、组合等方式，构建个人以为的新概念。新概念往往包含着以前与之相关、相类似的事物特征及原理。但新生的概念往往是松散的、粗放的，其特征不一定相互融合、协调一致。如学生看到“原电池”三个字，在学生头脑里就会浮现很多画面： 各类电池，扁的、圆的、大的、小的，以及生活中各种各样的电池使用场景。学生感觉很熟悉，但最多也只是知道它是“产电、供电的东西”。然后看到课本上的定义：“是将化学能转化为电能的装置”。于是心中出现的是一节电池，里面放着神秘的化学物质，发生着神秘的化学反应，不断输出电流。化学反应与电流之间存在何种关系，却是一无所知。也就是说，学生通过现象和经验，将以往的概念进行了组装，但也是“盒子”“反应”“电流”等碎片化概念的堆积，缺乏明确的逻辑关联（如图1）。

在该阶段，学生组装的新概念是否契合实际，是否能真实反映新概念的组成、结构及功能，取决于学生是否具备丰富的“原材料”，对原材料的认识是否准确、深刻，是否能很好地发现不同原材料之间存在的重要关联性。为此，教师在教学时，需要关注以下几点：

（1） 提供丰富素材，营造概念生长的基本环境。

电池生产电，不是无中生有，而是利用了某些反应。通过解剖电池可以发现，电池中的结构和成分是有规律的，如干电池中的Zn与MnO2、铅蓄电池中的Pb与PbO2，在一定条件下均能发生化学反应，在反应过程中，存在着能量的转化。特别是干电池在使用一段时间后出现变软、有液体渗透等现象，均说明这些化学物质在提供电能时发生了化学反应，这些物质在反应消耗后，电池就会失去产生电能的能力。电池的解剖，还可以清晰地看到电池的基本构成，这让学生对电池的结构有一个基本的了解。至此，学生对化学反应与产生电能形成了模糊但确定的关联，并对电池的结构有了起码的认知。即形成了一个原电池的“大框架”，新概念也就有了基本的边界和起码的内涵。

（2） 厘清前概念，挖掘概念组装的关键接口。

结合生活經验及电池解剖，学生感知电流的产生与化学反应存在必然的关系，但关系何在？这需要教师对前概念进行梳理、辨析，将其中的联系抽丝剥茧地挖掘和呈现出来，让学生领会，从而实现概念的修正、调适，进而科学地组装新概念。如原电池教学中，教师要从电流的本质谈起，导线中的电流是电子定向移动而形成的，因而持续的电流需要“电子源”，也需要电子“归属地”，而化学反应中的氧化还原反应，就存在着电子的转移，有电子的给出、迁移和获得，这恰巧能为电流的形成提供基础条件，将电流的产生与氧化还原反应理所当然地对接起来。电子转移与电流传导，是前后概念关联和对接的接口，有了接口就有了联通的桥梁，两个概念的组装就不会生硬、不会难以协调。

概念组装是学习的重要阶段，不能因为学生组装的概念存在粗糙、不准确、不完善的现象而否定这样一个过程。新概念的形成，如果缺乏足够的经验和体验，就如无根浮萍，飘渺而含糊不清;如果缺乏深度的剖析、修正和完善，概念就不会深刻，不会有学生自己的印记，使用起来也难以得心应手。因此，概念组装是“蹒跚学步”的开始，有了这个步骤，将来才可能“健步如飞”。但学步之初是需要“扶手”的，需要教师给予丰富的素材，并对素材进行必要的梳理、加工，从新概念所包含的内容与原理出发，指导学生基于前概念进行联想，勾绘出粗放的概念“草图”，初步厘清新概念的关键内容和含义。

2.2 概念融合，构建准确的“成图”

概念的形成，需要在圈定的大框架下，进一步细化、明确。需要将整体结构和微观行为均勾绘清楚，学生才会对新概念产生准确的认识。如学习原电池时，学生将氧化还原反应中的电子转移与电流的形成产生关联后，还需引导学生沿着电子行走的路线，以及电子转移所引发的物质变化“经历”一遍，才能将两个概念、各种行为和变化厘清并融合起来。如图2，原电池概念的组装和融合，其实就是为不同概念找到合适的接口接通了，它们之间就有相通的东西，有了脉络，便成为一个有机的整体，其运行的方式及蕴意就能成型。

化学反应与电能产生通过“电子转移”这个接口对接，便能融合成一个整体。在某一电极，某物质（Zn）作为“电子源”贡献电子，自身化合价升高（Zn2+），发生氧化反应;电子因电势差的作用，定向移至另一电极，由某物质（Cu2+）接收，该物种因获得电子而被还原（Cu）。可见，电能的产生，是以氧化还原反应为基础，它与以往的氧化还原反应有两点不同的地方： 一是氧化、还原反应，不在一个地方发生，而是分别发生在两个电极，但依然同步进行;二是电子的转移不是直接传递，而是会通过特定的路线进行传输，其传输过程即是电流形成的过程。至此，两个前概念在厘清并找到对接口的基础上实现融合，于是学生理解化学能转化为电能，以及原电池工作原理也就变得顺理成章了。

在融合过程中，教学充分利用了学生的生活经验，也运用了逻辑推理，让学生在直觉、想象和推理中，对前概念进行梳理和完善，在结构和原理上进行组装和融合。学生在感受“电子旅途”的时候，头脑里必然会将各阶段的经历和变化，勾绘成一幅幅抽象而具体的画面，或形成一段段契合自己心理特征的“心灵电影”，它们储存在头脑里，可以随时查看和回想。当然，我们无法知道学生的“成图”是何种画面，但我们只要确保电子旅途的方向、路线和结果是正确的，学生“成图”无论怎样光怪陆离，其运行的方式和结果就必然是正确的、科学的。也就是说，图创教学，我们并不追求结果的一致性，而是追求概念内核的科学性、得当性，我们需要引导学生找准前概念相互融合的接口和契机，找准一条思维构建和发展的合理路线。至于内核之外的附加想象，我们并不进行约束，只要附加信息能衬托主体，能为新概念增加色彩、趣味及有意义的内容，一切都是值得提倡和鼓励的。

2.3 概念拓展，铸就智慧的“活图”

概念的组装和融合，先是对前概念进行具化，然后融入个人直觉感受、理解，在形意上进行对接、整合与发展。此时，新概念还是较为偏向某一具体事物或某一具体过程和结果的。但概念要有更大的適用范围，就需要对其进行抽象，将其简化成更为本质、扼要、高级的东西，才能将其迁移至某一类事物的变化中去。

如图3，Zn与CuSO4构成的原电池，图形包含了宏观结构、微观示意以及有关定义，较为形象具体地表征了原电池的工作原理及过程。当然，它依然只能表示这一具体的原电池，而不能表征其他。若其蕴含的原理、规律要应用到其他原电池，还需对数个不同的原电池进行分析、比对，从中归纳和总结出一般规律，进而概括出一个更为“简要”的概念图。该概念图更为抽象、明确、开放，不仅能一目了然地看出原电池的构造和原理，还能随时与任一原电池进行对接，转化为一个具体的原电池。此外，对示意图的抽象，还可以依据需要选择性地进行。如为了帮助学生厘清和掌握微观粒子的流动方向、规律，可引导学生从原电池概念图中抽象出“正循环”和“负循环”两个基本循环（如图4）。

图4 原电池中“正、负循环”示意图

概念的理解，必然涉及发散和归一两个过程。人们对不同事物的认知，会产生不同的“印象”和“模型”。化学知识如此繁多，那就需要无数种“图形”来反映和解释不同的事实规律。“图形”的发散性是解释多种事实的需要，但“多”就难以控制，难以形成一贯的做法，因此，在鼓励发散性和多样性的前提下，还需要引导学生发现归一性，就是找到高度概括、抽象、通用性的“图形”，使其能反映一个普遍的规律，可以和不同的事实对接，灵活地解决同类型问题。

3 图创教学总结与反思

信息被认识是先形式、后内容、再效用的过程[3]。“图创”即是要改变单一地采用文字语言呈现学习内容，而有目的地引导学生基于经验和实验等具象事物进行观察与联想，并依托前概念的组装、调试、融合与抽象，创造出新的“概念图”[4];再通过实践，将新概念图与实物、个人思维充分对接起来，做到可以彼此填充、彼此支撑与转换;人图合一后，新概念图就成为一种有效的思维工具和下意识的思维方式，不会因要用化学知识而刻意为之。这个过程体现了“图创”在教学中所具有的价值和意义。

3.1 “图创”让事实与事理之间有了中转站

“图创”提倡打破纯符号、纯逻辑推导的教学方式，也要打破纯靠事实罗列和堆积来增长知识的做法。通过观察、想象、勾绘与实践，经历从具象到抽象再到具象的学习过程，实现形象思维与逻辑思维、文本逻辑与生活逻辑的融通，化学学习变得有形态、有趣味和有逻辑，使得符号和实物之间有了可以记录规律和表达个人理解和取向的“意象图”。意象图让符号具象化，实物抽象化，既联通了虚实，也跨越了时空，它让处于不同时空的此事实与彼事实联系起来，并凭借前事实的经验和方法，解决当前的问题。“图创”有别于常说的“三重表征”，它不惟客观和精准，而是在科学的基础上融入了主观上的判断和加工，融入了学习者的经验和喜好。在从事实走向事理的过程中，学习者不仅仅是探寻、印证和记录，而是有了一个相对独立的空间，供自己驻足、思考和创作。

3.2 “图创”探寻知识地图也挖掘人的版图

“图创”是心理认知的过程和产物，是基于个人经验、情感和习惯，对客观事实进行概括和抽象，形成个性化的“意象”。这意象既遵循化学事实和规律，又契合个人习惯和特性，是个人得心应手的思考工具。学习过程中，学习者是信息的收集者、加工者和创造者，同时也是信息的提供者。学生对前概念认知的广泛性、丰富性及准确性，以及学习过程的情感体验和价值判断，对学习的动机、态度和效果都有深刻的影响。图创教学，在不断丰富和校准基础素材的基础上，引导学生观察、感受与思考，在挖掘事理结构与规律的同时，还为事理规律的理解和掌握附加上各种有意义的经历和情感，并做出积极的、科学的价值判断。即在教学中，学生的认知与能力是教学的起点，也是教学的归宿，过程中他们是能动的、有批判性的、有创造力的，他们是真正的参与者、践行者，而非只是接受者。既然学生是学习的主体，教学中就无法将事理与情理分开，无法将客观价值与个人意愿分开，无法将事实逻辑与个人习惯分开。学习过程与标准的整齐划一，并不是教学的目的和追求，教学追求的是百花齐放、各美其美却又保持着同性同质、同情同理。即学习不是让学生接收和记住同一个结论，而是经由同类事实后，能各自用自己的方式推导出相同的结论，进而制定出各种有效且有创意的问题解决方案。

3.3 “图创”追求浸入与融合而不是简单安放

事实证明，教学中若将化学学习视为一个封闭的逻辑体系，化学教学就只能在自己的方圆内进行自我佐证、自圆其说，其结果必然会将学生隔离在外。学生学习只能将自己变成化学知识体系上的一张“贴纸”粘附其上，不能融合其中。所谓的化学思想、化学方法就不能成为深入学生内心的东西，在实践中，化学也只能被当成一个“锤子”，而不能深层次地影响和辅助学生进行思考和决策。图创的目标，是为了协助学生构建契合自己习惯的概念图、方略图，而不是规格统一、形式相同的严密体系。这对学生而言，这种与自己不能融合的体系，就是强加到头脑中的一个异物，没办法得心应手，也没办法灵活变化，无非是在遇到“钉钉子”时，拎起来砸一砸的“锤子”而已。为此，图创教學追求解读、内化和创造，是将化学知识与个体发展深度融合，化学知识不仅仅是砸一砸的工具，而是能影响学生作出决策的重要因素。

3.4 “图创”让思维更有张力和创造性

图创教学将逻辑思维的“理性”和形象思维的“感性”对接起来，并将逻辑的严密性、严谨性和想象的跳跃性、发散性结合起来，使思维更有突破性和创造性。影响问题解决的因素非常复杂，特别是现实生活和生产中，遇到的问题完全不像教材中那样有着完整的问题结构，有着条理清晰的预设条件，而是盘根错节、主次难分，甚至结构不良。为此，要解决实际问题，不仅需要学生具备严密的逻辑思维能力，还需要有发散性、跳跃性的想象力，用以跨越逻辑上的断层以及问题结构不良带来的障碍，从而找到完美解决问题的方法和策略。

图创教学力图在人与化学之间构建平等对话的机会，将科学的客观性、严谨性与人的主观性、情感性对接，相互融合并建立既符合科学规律又契合自己认知习惯和审美情趣的意象和模型，从而打破人与知识之间的隔阂，使得教学不至于被动灌输或胡乱揣测。当然，图创教学不足以称之为一种教学创新，也不可能是传统教学的替代手段，它只是一种教学思路，一种辅助或补充，其核心只是将“学习”变为“人的学习”，并将“人”变活、变真实而已。

参考文献：

[1]汪振城. 视觉思维中的意象及其功能——鲁道夫·阿恩海姆视觉思维理论解读[J]. 学术论坛， 2005， （2）： 129～133.

[2]唐芳贵. 图式研究的历史演变[J]. 重庆教育学院学报， 2003， （1）： 52～54， 63.

[3]赵慧臣. 知识可视化的视觉表征研究[D]. 南京： 南京师范大学硕士学位论文， 2010.

[4]林冰冰. 教学中发展学生视觉思维的策略研究[D]. 福州： 福建师范大学硕士学位论文， 2014.