高中生認(rèn)知思維層面的圖表信息攝取障礙及改進(jìn)性教學(xué)實(shí)踐

楊健萍

（廣州市協(xié)和中學(xué) 廣東廣州 510160）

一、問(wèn)題的提出

基礎(chǔ)教育課程改革實(shí)施以來(lái)的高考試題中出現(xiàn)了大量新穎的化學(xué)圖表信息題，要求學(xué)生通過(guò)觀察圖表獲取或表述有關(guān)的信息。國(guó)外各種大型考試，這類(lèi)試題的比重更大，如美國(guó)大學(xué)入學(xué)考試（ACT）的科學(xué)測(cè)試（ACT Science Test）中，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)（Data Representation）部分占38%；國(guó)際學(xué)生評(píng)價(jià)項(xiàng)目（PISA）也極強(qiáng)調(diào)圖表信息的解讀。化學(xué)圖表信息題具有較高的區(qū)分度，能有效考察學(xué)生從化學(xué)圖表中攝取有用信息并結(jié)合化學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。然而，學(xué)困生對(duì)這一類(lèi)型試題大多感到無(wú)從入手和困難重重。分析已報(bào)道的高考備考文章，人們對(duì)這一類(lèi)型試題的突破和解決方法中90%以上都是采取“歸類(lèi)典型圖表、大題量訓(xùn)練”的方法，并由此形成若干種解題模式。這種訓(xùn)練過(guò)于強(qiáng)調(diào)解題技巧，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)卻并未得到切實(shí)的提高。其實(shí)，造成學(xué)生閱讀與攝取化學(xué)圖表信息困難的原因，既有化學(xué)信息呈現(xiàn)方式的因素，也與學(xué)生認(rèn)知思維模式上的缺陷有關(guān)。筆者嘗試運(yùn)用教育心理學(xué)的有關(guān)理論，分析學(xué)生在攝取化學(xué)圖表信息時(shí)存在的問(wèn)題，并利用高中化學(xué)人教版必修教科書(shū)中的素材，針對(duì)學(xué)生暴露的問(wèn)題改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)，以期促進(jìn)學(xué)生化學(xué)圖表攝取能力的提高。

二、學(xué)生攝取化學(xué)圖表信息時(shí)存在的典型錯(cuò)誤

1．研究方法

筆者通過(guò)長(zhǎng)期跟蹤的方式，研究學(xué)生在攝取化學(xué)圖表信息過(guò)程中存在的思維誤區(qū)。資料收集方式主要是收集學(xué)生解答化學(xué)圖表信息歸納題出現(xiàn)頻率較高的典型錯(cuò)誤，分析其作圖題的作答，并且記錄不同學(xué)業(yè)成就學(xué)生運(yùn)用發(fā)聲思維分析化學(xué)圖表的過(guò)程。研究所選擇的試題主要來(lái)自2007～2009年的廣東化學(xué)高考試題和廣州市一模化學(xué)試題。

2．研究結(jié)果

（1）不同學(xué)業(yè)成就學(xué)生攝取化學(xué)圖表信息的共有誤區(qū)

①二維圖表中缺少自變量的表述

二維圖表是最常見(jiàn)的一種圖表形式，也是復(fù)合圖表的基礎(chǔ)。描述其信息時(shí)正確的表征方式是“隨著××（自變量）發(fā)生××變化，××（因變量）發(fā)生××變化。 ”但學(xué)生往往答出如“這圖說(shuō)明熔沸點(diǎn)逐漸升高”等的“半”語(yǔ)句。

②信息攝取不全面

圖表（Chart）是一種很好的將對(duì)象屬性數(shù)據(jù)直觀、形象地“可視化”的手段。一般包括：主題、空間屬性、時(shí)間屬性、數(shù)量特征以及變化特征等。通過(guò)觀察可發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)數(shù)量特征是最敏感的，幾乎所有學(xué)生閱讀圖表時(shí)首先會(huì)讀出數(shù)據(jù)，然后讀出時(shí)間、主題，最后才是何處和變化特征。越后閱讀的信息，學(xué)生越容易忽略。而且，學(xué)生極易忽視數(shù)據(jù)中的單位。筆者曾分析某一試題，題干中速率單位是 mol·L-1·min-1，表格中是 mol·L-1·s-1，幾乎所有學(xué)生在比較速率大小時(shí)均忽視了兩者單位的不同。當(dāng)題干兩處單位不同、表格中兩處單位不同時(shí)，學(xué)生更易發(fā)現(xiàn)兩者的差別。或許可以得到這樣的結(jié)論：學(xué)生傾向于把表格和圖像切分為題干外的另一個(gè)閱讀單元，而不易建立整體的信息系統(tǒng)。

③容易任意擴(kuò)大概念或變量的適用范圍

如當(dāng)表格只給出AgCl、AgBr、AgI的溶解度數(shù)據(jù)時(shí)，許多學(xué)生歸納出“鹵化銀均不溶于水”的結(jié)論，而不深究AgF的溶解度。

（2）不同學(xué)業(yè)成就學(xué)生在處理化學(xué)圖表信息上的差異

為何圖表信息試題常能夠很好地區(qū)分和甄選學(xué)生？大量教育科研實(shí)驗(yàn)表明：學(xué)優(yōu)生在數(shù)據(jù)處理、推理和分類(lèi)等學(xué)習(xí)策略應(yīng)用方面明顯優(yōu)于學(xué)困生。以本校不同學(xué)業(yè)成就學(xué)生閱讀2007年廣東高考化學(xué)卷第22題 （“碘鐘”實(shí)驗(yàn)）的表格（如下圖）為例：

實(shí)驗(yàn)編號(hào) ① ② ③ ④ ⑤c（I-） 0．04 0．08 0．08 0．16 0．12 c（S2O82-） 0．04 0．04 0．08 0．02 0．04 t ／s 88．0 44．0 22．0 44．0 t2

學(xué)困生甲：“0．04、0．08…0．12，先變大，又不變，變大，再變小…下一行，不變，增大，變小，可時(shí)間變小，又變大，沒(méi)有不變的…”

學(xué)困生乙：“兩個(gè) 0．04 對(duì)應(yīng) 88．0…兩個(gè) 0．08 對(duì)22．0，0．16和 0．02，t又變大了…”

學(xué)優(yōu)生丙：“0．04、0．08…0．12，⑤和④要調(diào)過(guò)來(lái)，就是 1∶2∶3∶4，①、②、⑤可以放在一起，88．0、44．0、t2，t2就可求了…”

從學(xué)生的回答中不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)困生往往簡(jiǎn)單地重復(fù)數(shù)據(jù)和比較大小，而且會(huì)把多個(gè)因素混在一起，使自己的思維更混亂；學(xué)優(yōu)生能夠把數(shù)據(jù)排序，并且能夠找出不同數(shù)據(jù)間的數(shù)量關(guān)系和合理分組，這些都有助于問(wèn)題的解決。同樣的，從讀圖和作圖的情況來(lái)看，大多學(xué)生能夠準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)和依數(shù)據(jù)描點(diǎn)，但學(xué)優(yōu)生則能夠更關(guān)注圖像中曲線斜率的大小變化，定性作圖上更傾向于固定無(wú)關(guān)因素（分組）比較數(shù)據(jù)，作圖時(shí)在圖形的相對(duì)位置方面做得更好。由此初步可看出，學(xué)優(yōu)生在數(shù)據(jù)處理的精細(xì)化方面更有優(yōu)勢(shì)。

在復(fù)合圖表分析中，不同學(xué)業(yè)成就學(xué)生的差異更為明顯。學(xué)困生往往毫無(wú)頭緒，而學(xué)優(yōu)生能夠迅速按照不同維度的分類(lèi)信息發(fā)現(xiàn)規(guī)律，也能夠從問(wèn)題情境中迅速篩選出一系列數(shù)據(jù)來(lái)解決問(wèn)題。

三、在必修模塊中針對(duì)性訓(xùn)練圖表閱讀能力的實(shí)踐

1．教學(xué)策略的選擇

綜合研究結(jié)果作深層次的分析，可以看出：分類(lèi)思想在攝取化學(xué)圖表信息上有重要的意義。不能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行合理的分組，數(shù)據(jù)范圍與所定義的變量和概念不一致，不懂得劃分圖像研究區(qū)域，在復(fù)合圖表中找不出分組依據(jù)等情況均會(huì)導(dǎo)致攝取和處理化學(xué)圖表信息的失誤。這比化學(xué)圖表信息獲取不完整、信息不全面等試題解答“瑕疵”要嚴(yán)重得多。試題解答“瑕疵”可以通過(guò)規(guī)范表述、形成邊讀題邊畫(huà)信息的習(xí)慣等訓(xùn)練來(lái)糾正，而形成分類(lèi)的思維能力要比前述訓(xùn)練要困難得多。高一學(xué)生在閱讀化學(xué)圖表時(shí)常出現(xiàn)以下情況：①?zèng)]有分類(lèi)的意識(shí)；②不清楚應(yīng)按信息的何種屬性進(jìn)行分類(lèi)（分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不明）；③不具備按標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)的學(xué)科知識(shí)而導(dǎo)致分類(lèi)錯(cuò)誤；④分類(lèi)后對(duì)數(shù)據(jù)處理不夠深入和精細(xì)。因此，在課堂教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)該重在強(qiáng)化學(xué)生的分類(lèi)意識(shí)和能力。

2．實(shí)施流程

高一是學(xué)生形成科學(xué)的思維方法的關(guān)鍵期，在此階段針對(duì)學(xué)生暴露的問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)，有助于幫助學(xué)生建立正確的化學(xué)圖表閱讀及表述模式。筆者在2009-2010學(xué)年任教高一的過(guò)程中，利用高中化學(xué)人教版必修模塊教科書(shū)中的素材對(duì)學(xué)生進(jìn)行圖表信息獲取及表述的訓(xùn)練，具體流程如下：

3．表格信息獲取訓(xùn)練案例

以下以人教版化學(xué)2模塊教科書(shū)中第14～15頁(yè)科學(xué)探究（1）欄目的教學(xué)為例，說(shuō)明表格信息獲取訓(xùn)練中針對(duì)性教學(xué)的實(shí)施過(guò)程。

課前預(yù)習(xí)

（1）填寫(xiě) P14-15 科學(xué)探究（1）前三個(gè)周期（1～18號(hào)）元素的符號(hào)和原子核外電子排布。

（2）以原子序數(shù)為橫坐標(biāo)，最外層電子數(shù)為縱坐標(biāo)，畫(huà)出1～18號(hào)元素變化的趨勢(shì)折線圖。

課后提升：［嘗試把多幅二維圖合成復(fù)合圖像］

以原子序數(shù)為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為不同變量，把1～18號(hào)元素最外層電子數(shù)、原子半徑（除稀有氣體）、主要化合價(jià)的變化趨勢(shì)畫(huà)在同一幅坐標(biāo)圖上。

案例說(shuō)明：這是學(xué)生首次接觸較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)表格。以往學(xué)生因?yàn)闆](méi)有把18種元素分組，就難以看出周期性變化，都容易得出“1-18號(hào)元素的原子的……逐漸增多”的錯(cuò)誤結(jié)論，筆者運(yùn)用分類(lèi)思想，較好地解決了這一問(wèn)題。另外，針對(duì)學(xué)生閱讀和表述的“瑕疵”，在教學(xué)設(shè)計(jì)上，筆者注意把“表格第一行——圖中橫坐標(biāo)——表述的自變量”一一對(duì)應(yīng)，使學(xué)生對(duì)表格、圖、表述之間的關(guān)聯(lián)有更清晰的理解。通過(guò)課后提升，可以了解多種因變量的復(fù)合圖是怎樣畫(huà)出來(lái)的，為復(fù)合圖的閱讀打下一定基礎(chǔ)。

4．圖像信息獲取訓(xùn)練案例

以下以人教版化學(xué)2模塊教科書(shū)中第24頁(yè)科學(xué)視野圖1-11的教學(xué)為例，說(shuō)明圖像信息獲取訓(xùn)練中針對(duì)性教學(xué)的實(shí)施過(guò)程。

［呈現(xiàn)基本知識(shí)］組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)也越高。

【師】圖1-11中的哪組數(shù)據(jù)能支持以上觀點(diǎn)？

【生】CH4、SiH4、GeH4、SnH4這一組，沸點(diǎn)依次升高。

【師】根據(jù)C、Si等在周期表的位置，你能歸納一個(gè)結(jié)論嗎？

【生】IVA族元素氫化物的沸點(diǎn)依次升高。

【師】（提示）隨著……的變化？

【生】隨著周期數(shù)增加，相對(duì)分子質(zhì)量增大，IVA族元素氫化物的沸點(diǎn)依次升高。

【師】有同學(xué)認(rèn)為：同周期元素的氫化物的沸點(diǎn)，也隨相對(duì)分子質(zhì)量增大而依次升高。

【生】不是的。相對(duì)分子質(zhì)量PH3=H2S＜HCl，但沸點(diǎn)是PH3＜HCl＜H2S

【師】為什么這組數(shù)據(jù)不支持以上觀點(diǎn)？

【生】分子式不太一樣。

【師】分子式不一樣的原因是氫化物結(jié)構(gòu)和組成上有差異！

【師】你能預(yù)測(cè)VA、VIA、VIIA族元素氫化物沸點(diǎn)的變化情況嗎？觀察圖1-11，與你的預(yù)測(cè)是否一致？

【生】不一致。 H2O，HF、NH3的沸點(diǎn)異常高。

【師】把N、O、F歸為特殊的一組，試根據(jù)它們?cè)谥芷诒淼奈恢脷w納其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

【生】都在第二周期，右方。

【師】三種元素的非金屬性極強(qiáng)，原子的電子層數(shù)少（二層），與相鄰分子的氫原子能形成一種較強(qiáng)的分子間作用力，稱(chēng)為“氫鍵”。所以我們找到把數(shù)據(jù)歸為一組的依據(jù)就容易找出其性質(zhì)類(lèi)似的原因。

案例說(shuō)明：教學(xué)中進(jìn)行了3次分組，目的不盡相同。前兩次分別以 “同主族元素的氫化物”、“同周期元素的氫化物”來(lái)分組，目的是從正反兩個(gè)方面說(shuō)明，只有按“組成和結(jié)構(gòu)相似”的分類(lèi)依據(jù)選取數(shù)據(jù)，所得結(jié)論才是準(zhǔn)確的。第三次在對(duì)異常數(shù)據(jù)歸類(lèi)、尋找分類(lèi)依據(jù)過(guò)程中揭示數(shù)據(jù)異常的原因，從而引出了氫鍵的概念。

四、一些思考

基礎(chǔ)課程改革在教學(xué)目標(biāo)中強(qiáng)調(diào) “過(guò)程和方法”目標(biāo)，這里的“過(guò)程”不是通常所說(shuō)的教學(xué)過(guò)程，而是指學(xué)習(xí)者達(dá)成知識(shí)目標(biāo)的思維過(guò)程，是學(xué)生思考問(wèn)題的認(rèn)知建構(gòu)過(guò)程。學(xué)習(xí)者在認(rèn)知建構(gòu)過(guò)程中會(huì)形成一定的心智模式。教師在新課教學(xué)過(guò)程中幫助學(xué)生建立正確的心智模式，比在高三復(fù)習(xí)期間再糾正學(xué)生錯(cuò)誤或瑕疵的心智模式要容易得多。雖然在高一必修模塊中適合用作閱讀表述訓(xùn)練的圖表不多，難以評(píng)估教學(xué)實(shí)踐對(duì)學(xué)生建立科學(xué)的心智模式帶來(lái)多大的影響，但筆者認(rèn)為教師正確的示范、有意識(shí)的引導(dǎo)，對(duì)學(xué)生形成正確攝取化學(xué)圖表信息的思維方式有積極的作用。在高考實(shí)施理綜考試的今天，以學(xué)科知識(shí)為載體，訓(xùn)練適用于大多自然科學(xué)的、適用范圍更廣泛的圖表信息攝取方法，比局限在單純化學(xué)圖表的機(jī)械閱讀訓(xùn)練上更有意義。

［1］ Butterfield，E．C&Ferretti，R．P．Toward a theoretical integration of cognitive hypotheses about intellectual differences among children．In J．G．Borkowski&J．D．Doy（Eds），Cognition in special children：Comparative approaches to retardation，learning disabilities，and giftedness．Norwood，NJ．Ablex

［2］ 王春展．專(zhuān)家與生手間問(wèn)題解決能力的差異及其在教學(xué)上的啟示［J］．教育研究資訊，1997，5（2）

［3］ 黃書(shū)升．人教版化學(xué)必修模塊教材插圖的運(yùn)用策略．［J］教學(xué)與管理，2009，（1）

［4］ 鄧峰，錢(qián)揚(yáng)義等．高中化學(xué)新教材（必修）圖像系統(tǒng)的教學(xué)功能初步研究［J］．課程·教材·教法，2006，（03）