基于馬扎諾分類理論的“原電池”進階模型研究

何金萍 李佳 林舒婷 林燕蘭 汪朝陽

摘要：馬扎諾分類理論突破了布魯姆分類理論的局限性，建構了知識領域和思維加工層次的二維模型，更科學地體現知識與思維的層次性。基于該理論，從知識和思維兩維度分析“原電池”的課標要求、教材內容與習題，經編碼分析得出進階關系，建立該核心概念的思維—知識—目標進階模型，并設計出新授課和復習課的教學思路。該模型的建構思路有利于教師更明確學生在“原電池”各學習階段已具備和應達到的知識和思維加工層次，并為教師探討其他核心概念的進階教學提供理論支撐和教學指向。

關鍵詞：馬扎諾分類理論；原電池；核心概念；思維—知識—目標進階模型

文章編號：1008-0546（2023）07-0014-07 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.07.003

高中生對化學核心概念的認識具有層次性，[1]“原電池”是高中電化學重要的核心概念，隨教學的推進而逐步深化。在2019年人教版高中化學教材中， “原電池”內容主要分布在必修第二冊（以下簡稱必修二）、[2] 選擇性必修1（以下簡稱選必1）， [3] 具有由淺入深、由易到難的特點，每個學習階段有不同的認知層次。知識的學習是分階段且有明確路徑的，思維需要遵循一條連貫的、由簡單到復雜的軌跡。[4] 在不同的學習階段，學生具備不同層次的知識和技能，對原電池的認知深度也不同。

馬扎諾分類理論是對布魯姆分類理論的“超越”。[5] 布魯姆分類理論深刻影響了20世紀的教育領域，廣泛應用到教學研究和教材分析等方面。然而，隨著腦科學和心理學的發展，其暴露出愈來愈多的局限性。例如，過于簡化人的思維本質及其與學習的關系。[6] 自此，馬扎諾分類理論應運而生，基于人的學習行為模式研究學習過程，從知識領域和思維加工層次建構二維模型，并按照簡單到復雜、具體到抽象分別對2個維度進一步劃分層次類別，科學地體現學生學習知識的過程和思維的本質。[6]

基于馬扎諾分類理論分析與“原電池”相關的新課標要求及教材內容，探討以下問題：（1）新課標中與“原電池”相關的內容要求、學業要求存在什么進階關系？（2）人教版教材與“原電池”相關的內容（包括教材正文、教材欄目和教材習題）存在什么進階關系？（3）如何促進學生對“原電池”核心概念的認知發展？根據上述問題的分析結果，建構“原電池”進階模型，提出相關教學建議，為“原電池”教學提供一定的參考，并為教師進行其他核心概念的進階研究提供理論支撐和教學指向。

一、馬扎諾分類理論概述

依據人的學習行為模式及其思維特征，馬扎諾提出二維框架模型（見圖1）：一維是知識領域，包括信息、心智程序和心理動作程序，三種不同類型的知識領域按照簡單到復雜進一步劃分層次類別，[6] 信息分為細節和觀念，[6] 心智程序、心理動作程序均分為技能和過程，[7] 具體編碼、分類和涵義見表1。另一維是思維加工層次，包括認知系統、元認知系統和自我系統，三大系統按簡單到復雜的層次排列，[7] 進一步分為六個層次，從下至上依次為：提取、理解、分析、知識應用、元認知系統和自我系統，[7] 具體編碼和涵義見表2。其中，層次越高，綜合性越強，認知活動所需的意識思維越高。[6] 知識領域和思維加工層次相互作用并相輔相成，知識是思維培養的關鍵要素，思維是知識學習的重要扶手。

二、研究設計

1. 基于馬扎諾分類理論的課標分析

新課標是“原電池”核心概念考查的基礎和依據。基于馬扎諾分類理論對新課標進行分析和編碼，從“內容要求”和“學業要求”篩選出與“原電池”相關的具體描述，[8] 分解出相應的知識塊和行為動詞，進而從知識領域對知識塊編碼，從思維加工層次對行為動詞編碼，具體分析和編碼見表3。以新課標對必修二原電池的學業要求為例： “能辨識簡單原電池的構成要素，能分析簡單原電池的工作原理”，[8] 該描述涉及的知識塊包括“簡單原電池的構成要素”和“簡單原電池的工作原理”，要求基于事實對原電池構成要素和工作原理進行概括，屬于知識領域的觀念（I2）。知識塊對應的行為動詞分別為“辨識”和“分析”， “辨識”要求學生能夠概括簡單原電池的構成要素并加以分辨和識別，屬于“理解”層次； “分析”要求學生能夠歸納出簡單原電池的工作原理并建構簡單原電池模型，屬于“分析”層次。由分析可知，必修二對“原電池”內容側重“理解”層次，選必1對“原電池”內容側重“分析”與“知識應用”層次，從必修二到選必1存在明顯進階。

2. 基于馬扎諾分類理論的教材進階分析

（1）教材內容的進階分析

選取必修二、選必1中與“原電池”相關的教材知識，包括教材正文與教材欄目的內容，梳理得到其知識邏輯線。基于上述對新課標的編碼分析，分析“原電池”的教材知識邏輯線及其所屬知識領域和思維加工層次。例如，選必1教材107-108頁，正文介紹了電化學腐蝕、析氫腐蝕和吸氧腐蝕的定義，結合化學方程式介紹相應的原理；實驗4-3則是鐵釘的吸氧腐蝕實驗，要求學生解釋導管中水柱變化的原因。二者均涉及析氫腐蝕、吸氧腐蝕的原理，對應新課標中必修主題的學業要求“能利用電化學原理解釋金屬腐蝕現象”，其知識領域屬于I2，思維加工層次為A。綜合整體分析可得，從必修二至選必1，原電池的教材知識體現的思維加工層次由側重“理解”進階為側重“分析”與“知識應用”，這進一步驗證新課標和教材從必修二到選必1存在明顯進階。詳見表4。

（2）教材習題的進階分析

基于馬扎諾分類理論對人教版教材的原電池相關習題進行分析，具體包括必修二第六章第一節與選必1第四章第一節和第三節的“練習與應用”及“復習與提高”欄目的習題，習題來源與舉例分析見表5。

基于馬扎諾分類理論對教材不同章節欄目的習題進行思維加工層次的分析，相關習題來源見表5。

必修二的“練習與應用”欄目的5道習題依次為RE、C、C、A和KU的思維加工層次； “復習與提高”欄目的3道習題依次屬于C、A和MS的層次，無RE低層次的習題，但有MS高層次的習題。習題設計符合新課標的學業要求和內容要求，促使學生辨識簡單原電池的構成要素、分析簡單原電池的工作原理和體會化學電源或新型電池的重要性。

選必1第一節的“練習與應用”欄目的習題主要為C層次的習題，第三節“練習與應用”欄目的習題主要為A層次的習題， “復習與提高”欄目的習題側重A和KU層次的習題。習題設計符合新課標的學業要求和內容要求，引導學生理解和分析常見原電池的工作原理，分析金屬發生電化學腐蝕的本質、防腐原理及措施，并綜合運用所學知識解決實際問題。

基于此，對于原電池的教材習題，習題在教材之間和欄目之間存在進階關系，具體為習題的思維加工層次存在從RE→C→A→KU的進階關系。從必修二到選必1，從“練習與應用”到“復習與提高”，對學生的思維加工層次的要求逐級遞升。

3. 基于馬扎諾分類理論的原電池進階模型

依據馬扎諾分類理論，并利用其對“原電池”相關的課標、教材內容和習題的編碼分析，得出“原電池”體現的思維層次包括“提取” “理解” “分析” “知識應用”和“元認知系統”，并概括出不同的思維層次對應的知識，設計相應的教學目標，建構基于馬扎諾分類理論的“原電池”核心概念的思維—知識—目標進階模型，見圖2。

三、教學啟示

1. 凸顯進階依據，合理設計教學目標引導教學

馬扎諾分類理論將認知活動所需的意識思維從簡單到復雜、具體到抽象科學地劃分出不同的層次，這恰符合學生對核心概念逐步發展的進階認識。可見，基于馬扎諾分類理論的“原電池”核心概念進階模型，具有科學性和可行性，有助于教師了解學生對核心概念的認識發展規律，合理規劃各個教學階段的認知思維層次。

具體而言，基于馬扎諾分類理論對“原電池”核心概念進階模型的分析思路為：首先，基于該理論分析原電池核心概念在新課標的“內容要求”和“學業要求”，分解出知識塊和行為動詞，對應到知識領域和思維加工層次，以此明確新課標對原電池所要求的思維層次。其次，梳理原電池在教材的知識邏輯線、相應欄目及習題的思維加工層次，以明確不同階段學生已具備的和待發展的知識領域和思維加工層次，進而建構基于馬扎諾分類理論的“原電池”核心概念思維—知識—目標進階模型。

基于此，依據進階模型形成不同層次的教學目標，以促進學生思維的螺旋式發展。在教學目標的逐步引領下，教師能夠明確不同階段的教學深度，并合理設計教學環節，注重知識和思維的整體性、連貫性和邏輯性。同時，基于教學目標形成評價目標，以評價學生在課堂和習題中所表現出的思維層次，從而挖掘并突破學生在思維進階的難點，促進學生思維的有效發展。

2. 應用進階模型，系統設計教學思路進階教學

基于“原電池”核心概念的思維—知識—目標進階模型，設計相應的新授課和復習課教學思路。新授課教學思路以選必1第四章第一節原電池第一課時為例，具體設計思路見圖3。主要包括：結合教材知識邏輯線，從知識領域與思維加工層次2個維度分析學生的已有基礎，設計“分析、知識應用和元認知系統”三個思維加工層次的教學目標，分別對應原電池的工作原理、應用及其與資源利用的知識領域內容。同時，結合選必1第四章“復習與提高”的習題情境“以鋁—空氣電池為電源的航標燈”，設計對應的學習任務與問題鏈，以深化學生對知識的理解，促進學生思維的有效發展。

“原電池”復習課的教學思路見圖4，具體為：以所學的各類原電池為貫穿式情境，基于“原電池”核心概念的思維—知識—目標進階模型，從知識領域與思維加工層次2個維度設計任務線和問題鏈。以此，引導學生先回顧原電池模型，再完善模型，進而應用模型，并感受模型，側重促進學生的素養水平從模型認知水平2向水平4發展，從社會責任水平1向水平2發展。

“原電池”新授課和復習課的教學思路，有助于教師明晰“原電池”核心概念的教學設計及其思路，并為其遷移運用至其他核心概念的進階教學提供參考。

參考文獻

[1] 胡久華，陳欣，支瑤. 不同教學處理方式對高中生化學核心概念建構的影響[J]. 中國教育學刊，2007（7）：61-64.

[2] 人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心. 普通高中教科書：化學必修第二冊[M]. 北京：人民教育出版社，2019.

[3] 人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心. 普通高中教科書：化學選擇性必修1[M]. 北京：人民教育出版社，2019.

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[8] 中華人民共和國教育部. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S]. 北京：人民教育出版社，2020.