不同教學策略對學生認知結構的影響研究

孫齊 閆春更 魯春梅 周青

摘要：以“苯酚”教學為例，設計并實施教學實驗，探究兩種不同教學策略對學生認知結構形成的影響。定量和質性分析表明，解讀式教學策略與啟發式教學策略下學生形成的認知結構具有明顯差異，解讀式教學策略對事實性知識的準確建構有積極作用，啟發式教學策略對概念性知識的建構更加有效，學生認知結構的系統性、可利用性更強，學生認識過程中的抽象、概括水平更高，問題解決的效果更好。

關鍵詞：認知結構;流程圖;苯酚;教學策略;啟發式;解讀式

文章編號：1008-0546（2018）10-0002-06 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

認知結構是知識結構內化在學習者頭腦里所形成的觀念的內容和組織[1]，學生通過課堂學習建構了哪些知識，這些知識又是以何種形式儲存于學生頭腦中的，學生巳有的認知結構是否存在缺陷，在相關知識模塊的學習中學生更傾向于使用哪種信息加工模式，不同的教學策略對學生認知結構的構建是否有影響，這些都是值得探討的問題。開展不同教學策略對學生認知結構構建的影響，有利于我們理解在特定內容教學中“教師教”與“學生學”的關系，進而把握課程內容屬性與教學策略特征的內在關系，反思相關教學設計的有效性、合理性及其教育價值。本研究擬采用流程圖法探索不同教學策略對學生“苯酚”認知結構建構的影響。

一、研究方法與過程

1.研究對象

苯酚是選擇性必修課程模塊3有機化學基礎中的主題2的內容，與已學且具有相同官能團的“醇”安排在同一節，為結構、性質的對比學習提供了極佳的素材，可以幫助學生更好地理解有機物基團間的相互影響，進一步凸顯“結構決定性質、性質反映結構”的核心化學思想，為后續的有機化學的學習提供了很好的學習方法[2]。

本研究將新疆昌吉州某中學高二某班30名學生（記為“1班”）及陜西省西安市某中學高二某班33名學生（記為“2班”）作為研究對象。本研究中，按照學習“苯酚”前的周測化學單科成績，將排名在前、中、后各10名的學生依次界定為“學優生”“中等生”“學困生”。表1是兩個班學生在學習“苯酚”前的周測成績。

在學習苯酚前，1班的周測化學成績平均分為73.90分（SD=11.385），2班的平均分為72.85分（SD=10.826），表明1班學生在本次周測中化學成績總體略高于2班學生，t檢驗的結果表明兩個班學生的成績沒有顯著性差異（P=0.708>0.05）。

2.研究方法

本研究采用流程圖法（Flow map）和SPSS22.0軟件對數據進行相關分析。Flow Map[3]由Anderson和Demetrius在1993年首次提出，主要通過訪談來收集數據，如：A.關于苯酚，你認為有哪些主要知識點？B.你能否將上述的知識點描述得更具體一些？C.這些知識點之間是否存在聯系，聯系是什么？將訪談錄音按學生陳述的順序繪制成流程圖，用回歸箭頭將有邏輯關系的知識點相連，標出學生的錯誤描述及學生表述時所消耗的總時間（研究者提問所花費的時間不計入）。個體認知結構定量描述的認知結構變量[4]和信息處理策略[5]類型如下表（見表2）。

二、研究數據與結果分析

1.不同教學策略影響下個體認知結構的差異研究

（1）兩班教師“苯酚”的教學策略

關于“苯酚”這一節課（本節課均安排一個課時），兩位教師使用了不同的教學策略：1班教師采取了“啟發式教學策略”，即在聯系新舊知識、演示實驗等基礎上提出問題，由學生經過對比、分析、歸納、推理等思維過程得出相應的結論性知識;2班教師采取了“解讀式教學策略”，即開門見山地給出相關知識結論，再通過語言論述、驗證實驗等方式實現對上述知識結論的解讀。具體上課流程如圖1。

（2）個體認知結構的分析

在兩個班中分別選取三位不同學習水平的學生為代表對其認知結構進行深入分析（其中學優生1、中等生1，學困生1來自1班，學優生2、中等生2、學困生2來自2班）（圖2、圖3）。

由表3可以看出，兩個班的學優生、中等生、學困生的相關認知結構變量得分均依次降低，學優生在廣度、豐富度、信息檢索率等變量的得分均較高，說明其認知結構的豐富性、系統性、可利用性較強（信息檢索率越大則認知結構的可利用性越強）。相應地，學困生的錯誤描述較多，認知結構的可利用性較弱。從質性分析可見，學優生認知結構的層次性、條理性較強。

由學優生1、中等生1、學困生1及1班其他樣本分析可以發現，1班學生對苯酚發生取代反應及具有弱酸性的本質原因印象深刻，如基本都提到“羥基使苯酚的鄰位和對位氫原子變活潑，所以苯酚能發生取代反應”，“苯環上連接的羥基發生電離，電離出氫離子，所以苯酚具有酸性”;由學優生2、中等生2、學困生2及2班其他樣本分析可以發現2班學生只是陳述“苯酚具有弱酸性”，“苯酚可以發生取代反應”，而對苯酚發生取代反應及具有弱酸性的本質原因很少提及，但2班學生對物質弱酸性比較的內容印象較深刻，如2班學生基本都提及到“苯酚的酸性比碳酸酸性弱”，“苯酚的酸性比碳酸氫根的酸性強”等。由此可見1班教師的“啟發式教學策略”有利于學生對微觀本質等概念性知識的掌握，學生的抽象水平更高，問題解決的效果較好。而2班教師的“解讀式教學策略”有利于學生對事實性知識的建構。

2.不同教學策略影響下群體認知結構的相關性分析

（1）認知結構變量與成績的相關性分析

從認知結構變量與成績的相關性分析中可以得出，兩個班學生的紙筆測驗成績與認知結構變量廣度、豐富度密切相關，但不同的是1班學生的成績與信息檢索率呈正相關性，與錯誤概念（大多集中在苯酚的酸性比較）呈負相關性。這說明在1班教師的啟發式教學策略影響下，1班問題解決的效果越好（即獲得較高的成績）的學生，在問題解決中對頭腦中具體知識信息的提取越迅速，這反映出其認知結構的條理性、系統性、可利用性越強;相應地，認知結構中的錯誤認知越多的學生，其問題解決效果越差。2班教師的解讀式教學策略對學生認知結構的建立的積極效果不夠明顯，例如，學生的認知結構廣度與其錯誤描述呈顯著正相關，說明學生認知結構中擁有的知識點越多，產生的錯誤概念也越多，即表明學生認知結構的生長呈現一種“非良性”態勢，學生形成的認知結構的系統性、穩定性均較差。

從信息處理策略與成績的相關性分析中可以得出，兩個班學生的紙筆測驗成績都與描述、情景推理與解釋呈顯著正相關，說明兩個班中成績較高的學生在回憶“苯酚”的知識時更傾向于使用描述、情景推理及解釋信息處理策略，如“苯酚可以和FeCl₃溶液發生反應，溶液顯示紫色”，“苯酚和氫氧化鈉溶液反應生成苯酚鈉”等。1班成績較高的學生還更傾向于使用定義這一信息處理策略，如“苯酚是無色、有特殊性氣味的晶體”，“苯酚具有弱酸性”等，而2班學生不存在上述相關性，說明1班教師的“啟發式教學策略”更有利于激發學優生對相關認識對象的概括和抽象能力。

三、認知結構的內容分析

有關“苯酚”主題的內容主要分為：定義和結構、物理性質、弱酸性、取代反應、顯色反應、氧化反應、縮聚反應、加成反應。將學生所回憶的有關苯酚的各個知識點中的錯誤概念數以及總概念數進行統計，找出學生的學習困難。

通過以上表格可以看出，2班學生在“定義和結構”、“弱酸性”、“取代反應”等知識點的錯誤率都明顯高于1班學生，2班學生這些錯誤表現在對苯酚相關概念的混淆，如對“羥基”和“氫氧根”的混淆，對分子式和結構式的混淆;對苯酚具有酸性的本質原因的不理解以及化學用語的錯誤使用，如“苯酚電離出氫原

注：第一行是1班，第二行是2班子，氫原子顯酸性”等錯誤描述以及認為“苯酚和液溴反應生成三溴苯酚”的錯誤知識，而1班學生的錯誤表現在學生對“苯酚結構影響性質”的認識不充分以及苯酚和碳酸等物質的酸性強弱比較。

由此可見，1班學生的認知錯誤則主要表現為對某些“事實性知識”的了解不夠全面、準確，而2班學生對“概念性知識”的整體建構效果均較差。這在一定程度上表明，1班所采取的“啟發式教學策略”相比于2班所采取的“解讀式教學策略”，更有利于學生的概念形成與建構，即“提出問題一形成解決方案一開展問題探究一結果分析一形成結論”這一教學邏輯更符合概念性知識教學的內在要求。

四、結論與啟示

通過定量和質性分析表明在不同教學策略的影響下，學生個體和群體關于特定知識領域的認知結構都表現出明顯差異，不同教學策略對學生形成的認知結構有顯著影響：“啟發式教學策略”有利于學生對概念性知識的掌握，學生認知結構的系統性更強，在問題解決中對知識的提取較迅速，但對某些“事實性知識”的了解不夠全面、準確;“解讀式教學策略”有利于學生對事實性知識的掌握，但對“概念性知識”的整體建構效果較差。不同教學策略對學生在認知建構過程中所使用的信息處理策略也有影響，“啟發式教學策略”使學生傾向于使用定義這一信息處理策略，有利于激發學優生對相關認識對象的概括和抽象能力。

通過對學生認知結構內容分析可以看出，學生對“苯酚”知識的理解存在不足，同時對化學用語的使用還不夠準確、規范，在分析“苯酚”的化學性質描述中發現學生對于有機化學反應中涉及到的微觀結構和反應理解是模糊的，教師應該從物質結構出發，引導學生理解化學反應的本質，培養學生“宏觀一微現一符號”的思維，進一步幫助學生形成良好的認知結構。教師應根據化學知識的特征，選擇相應的教學策略。如在概念性知識的教學中，合理地使用啟發式教學策略，引導學生通過對“問題”的思考和探究，主動地在頭腦中建立相關概念，能夠更為有效地促進學生抽象思維、批判性思維、想象思維、歸納一分析等能力全面發展，更好地實現概念的教育價值。

參考文獻

[1]奧蘇伯爾，等.教育心理學：認知觀點[M].余星南，宋鈞，譯.北京：人民教育出版社，1994：202

[2]王希檢.滲透學科核心素養的有機化合物教學設計——以《苯酚》一課為例[J].中學教學參考，2016（35）：76-79

[3]Anderson O R，Demetrius O J. A flow map method of repre-senting cognitive structure based on respondents' narrativeusing science content [J].Journal of Research in ScienceTeaching，1993，30（8）：953

[4]Chin-Chung Tsai，Chao-Ming Huang. Exploring students'cognitive structures in learning science：a review of rele-vant methods[J].Journal of Biological Education，2002，36（4）：163-169

[5]Chin-Chung Tsai.Content analysis of Taiwanese 14 yearolds' information processing operations shown in cognitivestructures following physics instruction，with relations toscience attainment and scientific epistemological beliefs.[J].Research in Science&Technological Education，1999，17：125-138