促進學生認知結構形成的教學路徑

陳宏兆+謝兆貴

摘要：促進學生良好認知結構的形成是化學教學的重要任務之一。個體的認知結構形成及發展就是利用原有圖式通過同化和順應日益復雜的環境而達到平衡的過程。可以通過以下路徑促進認知結構的形成：創設問題情境，產生認知需要；激活已有知識，激發認知沖突；開展新知學習，促進問題解決；進行聯系整合，優化認知結構。

關鍵詞：認知結構；教學路徑；認知需要，認知沖突

文章編號：1005–6629（2015）8–0018–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

認知結構是學科知識結構通過個體的內化在頭腦中所形成的全部知識（或觀念）的內容和組織[1]。認知心理學研究表明，有時頭腦中具備解決某個問題所需要的全部知識也不能保證問題得到解決，這是因為頭腦中存儲的知識表征不當，組織得不好，應用時無法提取。奧蘇貝爾說：“每當我們致力于影響學生的認知結構，以便最大限度提高意義學習和保持時，我們就深入到了教育過程的核心。”他認為，教學的主要任務是幫助學習者建立清晰、牢固的認知結構[2]。

化學學科中概念多，反應多，實驗多，符號多，不少學生感到化學學習課上易懂，課下易忘。重要原因之一是教師在教學中未能把握化學學科知識內在的邏輯關聯，未能幫助學生構建起組織良好的認知結構。這就需要中學化學教師將良好認知結構的形成作為化學教學的重要任務之一，并掌握相應的教學策略。

1 認知結構形成的心理機制

認知結構的形成包括圖式、同化、順應和平衡等4個基本要素。圖式是個體經過組織而形成的思維以及行為的方式，幫助我們適應環境中新的刺激。個體的認知發展就是利用原有圖式通過同化和順應日益復雜的環境而達到平衡的過程。通過同化，認知結構得到了豐富；通過順應，認知結構得到了改造。而具有自我調節作用的平衡化過程在認知發展中起到關鍵作用——當個體已有的認知結構能同化環境中新的信息時，則其心理上處于暫時的平衡狀態；但如果個體已有的認知結構不能同化環境中新的信息時，則其心理上處于不平衡的狀態，這種不平衡會使個體產生一種自我調節的內驅力，推動個體調整或者建構新認知結構，直到能同化環境中新的信息為止。此時，個體的認知結構得到了發展，智慧水平得到了提高[3]。

2 良好認知結構形成的教學路徑

基于上述認知發展規律及認識結構形成的心理機制，在化學教學中可通過如下路徑促進學生良好認知結構的形成。

2.1 創設問題情境，產生認知需要

認知需要（cognitive needs）是人類的需要和動機之一，泛指個體對事物的追尋、認知、了解的內在動力，如求知欲、好奇心等。美國人本主義心理學家馬斯洛的需要模式中有一個心理需要或成長需要的高級層次，指個體在基本需要滿足后產生的認知需要，即人具有解決疑難和理解問題的欲望，探索各種事物的需求[4]。在教學過程中，通過創設問題情境，激發學生解決問題的愿望，促使他們產生認知需要。

案例：“鎂的提取及應用”教學中認知需要的產生[5]

[師生活動]師生共同列舉金屬鎂在國防、科技及生活中的廣泛應用。教師展示常見廣泛應用的鎂材料及鎂的產量逐年上升的圖表。

[教師提問]鎂在自然界以什么形態存在？

[學生分析]鎂原子核外最外層電子數為2，易失去，活潑性強，在自然界中主要以化合態存在。

[教師講授]在自然界中鎂主要以MgCl2、MgSO4等形式存在。展示鎂資源儲量比較和海水中元素的分布圖。

[教師提問]我們所需要的是金屬單質鎂，而自然界中存在的是化合態的鎂，那么，如何把自然界中所存在的化合態的鎂轉化為我們所需要的單質鎂呢？

在上述教學環節中，教師通過巧妙地情境創設讓學生感受到鎂的需求量逐年上升與鎂在自然界中以化合態存在的矛盾，提出“如何把自然界中所存在的化合態的鎂轉化為我們所需要的單質鎂呢”，讓學生自然而然地產生認知需要。

2.2 激活已有認知，激發認知沖突

認知沖突（cognitive conflict）指認知發展過程原有概念（或認知結構）與現實情境不相符時在心理上所產生的矛盾或沖突[6]。當個體不能用頭腦中已有的知識來解釋一個新問題或發現新知識與頭腦中已有知識相悖時，就會產生“認知沖突”。這時，心理上就處于失衡狀態，那么擺脫這種“失衡”的心理困境的傾向就構成了個體問題解決的需要和動機，推動個體的認知達到更高水平的平衡狀態。在認知發展過程中，“認知沖突”起到了關鍵性作用，引發認知沖突是促使學生實現知識建構的契機和動力。在教學過程中，要注意引起學生心理的失衡狀態，從而激發認知沖突。

案例：“鎂的提取及應用”教學中已有認知的激活

[師生活動]把化合態的鎂轉化為我們所需要的單質鎂，從氧化還原反應的原理去分析，這個轉化是一個什么過程？

[學生分析]鎂從化合態轉化為游離態，化合價降低，發生還原反應。

[教師提問]有哪些方法可以實現金屬的還原呢？

[學生分析]可以參照鐵的冶煉，用C、H2、CO等還原。

[學生分析]可以參照銅的制備，用比鎂活潑的金屬如金屬鈉置換。

[學生分析]可以參照金屬鈉的制備，用電解熔融的鎂鹽。

[教師提問]以上三種方法是否都可行？

在上述教學環節中，教師順著提出來的問題繼續引導學生思考，通過系列問題自然而然地將學生的思路引到“金屬的還原方法”上，激活學生頭腦中已有的相關知識，引發了學生的認知沖突。

值得指出的是，任何一個新知的出現總是和已有知識發生聯系，新知不是被已有認知結構所吸收（同化），就是引起已有認知結構的改造（順應），以產生新的認知結構。學生的認知結構就是在同化和順應機制的交互作用下逐步形成的。這一形成過程不是自發的，它必須在教學活動中通過新舊知識的相互作用，通過對已有認知結構的組織和再組織才能實現。

2.3 開展新知學習，促進問題解決

奧蘇貝爾把新學的知識比作剛駛進港口的船，把頭腦中原有的知識比作錨樁，即固定點，當學習者面對新知識時，固定點越清晰、穩固，新知識就能越容易被學生內化。從建構主義的觀點來看，新知識學習的過程不是學生原封不動地接受、占有知識，而是學生主動參與建構的過程，這種過程是通過新知識與原有的認知結構之間產生雙向、反復的相互作用完成的，需要以“固定點”——已有的認知結構為基礎將新知識納入來同化新知識，這一過程涉及記憶、感知、分析、判斷、推理等一系列復雜的認知活動。

案例：“鎂的提取及應用”教學中新知學習的開展

[師生活動]下面我們先看一段鎂的冶煉史。

[教師分析]從1808年，英國的戴維，用鉀還原白鎂氧（即氧化鎂MgO），到1828年，法國A. BUSSY用鉀還原熔融氯化鎂，到18世紀30年代，法拉第第一次通過電解氯化鎂得到了金屬鎂。到19世紀80年代，才由德國首先建立工業規模上的電解槽，電解無水光鹵石生產金屬鎂，從此開創了電解法煉鎂的工業化時代。目前，世界各國金屬鎂冶煉工業中約80%用比較成熟的熔鹽電解法。

[教師提問]為什么不用碳還原氧化鎂呢？

[學生分析]氧化鎂具有很高的熔點，用碳還原需要有很高的溫度，在技術上不易實現，代價巨大。

[教師提問]那為什么現在不用金屬鉀來還原熔融氯化鎂呢？

[學生分析]金屬鉀要比金屬鎂貴重得多，用金屬鉀還原熔融氯化鎂顯然得不償失，因而無法大規模應用。

[教師提問]電解哪一種熔融的鎂鹽呢？為什么？

[學生分析]用電解熔融的氯化鎂。因為海水中鎂的儲量約為1.8×1015 t。

[教師活動]雖然Mg2+在海水中總量很大，但是濃度很低，提取海水中的氯化鎂，一般需要先進行富集。我們可以利用海水曬鹽得到的鹵水。如何提取海水中的氯化鎂？請設計方案。

在上述教學環節中，根據學生提出的三種方案“用C、H2、CO等還原，用比鎂活潑的金屬置換、電解熔融氯化鎂”，教師又結合鎂的冶煉史的分析，引導學生從冶煉的難易程度和經濟效益角度，分析選用冶煉方法的依據，得出熔鹽電解法是現在較為普遍的冶煉鎂的方法，從而實現了問題的解決。進而又自然生成新的學習任務“如何提取海水中的氯化鎂”。

在此學習任務的完成過程中，學生不斷地利用頭腦中已有的知識來解決問題。可見，“同化”過程實質上是一個不斷建立聯系、做出推論的過程，學習者正是通過這種聯系和推論活動將外在的信息轉化為頭腦中的認知結構。

2.4 進行聯系整合，優化認知結構

化學認知結構是一個不斷發展變化的動態結構，其建立要經歷一個逐步發展的過程。化學知識雖然紛繁復雜，但有其內在的聯系。猶如一棵枝葉繁茂的大樹，通過枝干脈絡把它們有機地聯系在一起。揭示化學知識間的內在聯系和本質規律是化學知識結構化的關鍵所在，不僅有助于學生整合知識、形成良好的認知結構，而且有助于依據規律解決問題、發展思維。學習初期，通過已有認知結構和新知識的相互作用，形成一個化學認知結構的雛形，隨著學習的不斷深入，認知結構在橫向逐步變廣、縱向逐步加深，并且縱橫貫通。與此同時，隨著新知識的同化，已有認知結構會因為新知識的納入而發生一定的調整和改組，此即“順應”。當新知識與原有知識之間可以融洽相處時，新知識的進入可以豐富、充實原有知識。

案例：“鎂的提取及應用”教學中認知結構的優化

[教師提問]通過鎂的冶煉學習，請同學們思考我們冶煉金屬有什么一般性的規律？

[教師分析]我們可以根據已學的鐵、銅、鈉、鎂等金屬的冶煉方式，結合金屬的活動性，來加以思考歸納。

[學生分析]鐵、銅可以用置換的方法。

[教師分析]一定是置換？

[學生分析]不一定，假如是用CO還原就不屬于置換反應，就叫還原法。

[學生分析]鈉、鎂可以用電解熔融鹽的方法。

[教師小結]冶煉金屬的方法有多種，我們一般可以根據金屬的活動性順序表歸納如下。

在上述教學環節中，隨著鎂的冶煉這一新知識被同化，已有金屬冶煉在初中階段的“金屬鐵、銅可用CO或H2等熱還原的方法提取”，高中電解法冶煉金屬鈉、鎂，關于金屬冶煉方法的認知結構不斷充實和豐富，學生逐步認識到金屬的冶煉方法與金屬活動性順序之間的規律性。知識要成體系，就要提煉所學知識，有意識地整合知識，完善認知結構。

教師在教學過程中要引導學生關注單元知識之間的因果邏輯關系和縱橫關系，善于聯系和整合。每經一個階段，就要對所學過的知識、思想與方法作歸納小結，建立起知識間的有機聯系，提煉出關鍵性的和核心的知識，使知識由“點”成“線”，再成“網”，分層次組成一個知識系統，從而改進和完善認知結構，以便于進一步學習和利用。

在此過程，教師要善于指導學生學會用表格、概念圖或思維導圖等方式自己繪制出知識結構圖。因為，從認知的角度來看，學生繪制出的知識結構圖就是學生頭腦中的認知結構，那就是一個化學認知結構的自我建構過程。通過展示知識結構化的具體模型，如表格、概念圖、網絡圖等，演示分類歸納知識的程序和方法，使學生明確怎樣使知識結構化。

認知結構是影響學生學習是否成功的一個關鍵因素，因為它會直接參與和新知識的相互作用以及學生解決新問題的過程。把握學生認知發展的規律，促進學生良好認知結構的形成是教師教學設計的重要任務。

參考文獻：

[1][3]吳慶麟主編.教育心理學——獻給教師的書[M].上海：華東師范大學出版社，2003：30～33.

[2] D. P. Ausubel. Educational Psychology： A Cognitive View [J]. Journal of Educatiaonal Psychology，1988，（80）：177.

[4]王曉東，許振國.認知需要研究述評[J].長春理工大學學報，2011，（6）：12.

[5]劉芹.鎂的提取及應用[EB/OL]. http：//hx.jssjys. com/Html/Article/2171/，2012-12-13.

[6]車文博.當代西方心理學新詞典[M].長春：吉林人民出版社，2001.