【摘要】文章試圖以“雙膜理論”為指導，將物質間的傳質過程移植到化學認知過程中，借鑒平衡狀態(tài)原理、吸收控制因素、氣液相轉換過程、形態(tài)、條件等內容為化學認知結構的構建從理論指導及實踐教學兩個層面提供必要啟示。

【關鍵詞】“雙膜理論” 認知結構 教學策略

【項目來源】2012年寧夏自治區(qū)高等學校教育教學改革項目—寧夏自治區(qū)級化學教育特色專業(yè)。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）10-0145-02

認知理論認為，個體的成長過程即是頭腦中形成認知框架并不斷完善的過程?；诖耍瑢τ诮處煻?，幫助學習者構建合理、清晰、易于接受的認知結構尤為重要。好的認知結構應體現(xiàn)出課程設置的合理性、內容選擇的多樣性、方法運用的靈活性和評價標準的多元性等特點，強調注重認知結果向認知過程的轉變、以教師為中心向以學生為中心的轉變、診斷性評價向過程性評價的轉變，從而打破“分”“數(shù)”至上的格局。本文試圖在“雙膜理論”視角下重新審視化學認知結構的構建過程，望為廣大學習者及教師予以一定啟示。

1.化學認知結構

化學是一門理論與實踐密切聯(lián)系的學科，其能夠從生活中的現(xiàn)象體現(xiàn)化學反應原理，也可通過化學理論知識解釋實際案例?；诖颂攸c，構建行而有效的化學認知結構應從實踐和理論兩條線同時進行，脫離了理論的實踐容易失去支撐，而缺乏實踐檢驗理論更是毫無價值，兩條線的交點即是化學認知結構構建的契合點。化學認知結構的構建主要指學習者通過學習所得的化學基本概念、反應規(guī)律、原理理論等化學知識，在原有認知水平基礎上，結合個體的感覺、思維、聯(lián)想、習慣等認知行為組合而成的一個具有內部規(guī)律的體系結構。其反映出的化學認知過程主要包括案例分析、現(xiàn)象呈現(xiàn)、概念提出、與原有內容整合、內化以及知識的運用與遷移。

2.“雙膜理論”簡析

“雙膜理論”原指在化工單元操作過程中物料間傳質或能量間傳熱的應用理論。其主要包括（以傳質為例）氣相主體、液相主體、界面、氣膜邊界、液膜邊界等若干部分。根據(jù)雙膜理論，當不同狀態(tài)的物質進行吸收時，氣相主體（吸收質）首先通過渦流擴散的形式即流體質點的相對運動，到達氣膜邊界，在氣膜內經(jīng)過分子擴散作用進入界面，并在界面上溶解，到達液膜邊界，最后再以渦流擴散的形式進入液相主體[1]，從而完成物質由氣相主體進入液相主體的過程（如圖1）。

傳質過程中存在如下特點：a.界面層與邊界層流體相對穩(wěn)定，而膜以外區(qū)域流體處于湍流狀態(tài)。b.界面層，氣液相處于平衡狀態(tài)，狀態(tài)穩(wěn)定。c.不同吸收質在出入界面邊界層時克服的阻力不同，其主要受氣相溶解度影響。

3.“雙膜理論”在化學認知結構構建中的啟示

化學認知結構的構建過程即完成知識的內涵化發(fā)展及運用遷移的過程，有效的將新舊知識進行融合是建立高效認知結構的關鍵?！半p膜理論”指導下重新審視化學認知結構的構建過程不難發(fā)現(xiàn)，物質的傳質過程與個體的認知過程極為相似，體現(xiàn)為：

3.1過程維度

“雙膜理論”下的物質傳質過程主要包括：氣相主體→氣膜邊界→界面→液膜邊界→ 液相主體，每一部分狀態(tài)不同，而又存在必然關系，并能夠在界面層形成平衡狀態(tài)?；瘜W認知結構的建構過程即完成不同“狀態(tài)”下知識的轉化過程，當學習者通過生活現(xiàn)象或教師的驅動性任務接觸到新的化學內容時，在內驅力（愛好、興趣、求知欲等）或外推力（獎勵、考試壓力等）的作用下有意識的將新知識內化，并形成更加完善的認知結構。在此過程中，當不同性質內容的知識進入頭腦之后會與原有認知結構融合，即建立“不同狀態(tài)”內容的“平衡關系”，平衡初期，原有認知水平作為主體，新內容逐漸向主體過渡，并不斷對認知結構進行重組和改造，隨著認知水平的不斷提升，個體對新內容的觀察維度和考察視角也發(fā)生著轉變，即完成不同“狀態(tài)”內容的第一次“擴散”及頭腦中知識的“溶解”過程；建立“平衡”之后，個體試圖將頭腦中新的化學認知結構在實踐中予以檢驗和證明，即將理論應用于新“狀態(tài)”內容中，從而完成知識的應用和遷移（如圖2）。

3.2形態(tài)維度

傳統(tǒng)的教學方式更加強調知識的傳承性，將學習內容作為聯(lián)系師生之間的唯一載體，使知識變?yōu)橐粸八浪?，缺乏流動性；認知結構僵化，缺乏靈活性。新一輪課改打破了傳統(tǒng)教學思想，注重學習者的化學認知過程及過程中情感態(tài)度價值觀的塑造，鼓勵學習者在更加輕松愉快的學習環(huán)境中探究知識的本源及應用。因此，化學認知結構的建立，在起初階段教師應為學習者提供大量的背景內容和生活素材，鼓勵學習者運用頭腦風暴尋求知識的內在關聯(lián)，形成生活實踐現(xiàn)象及化學理論知識的動態(tài)感知。知識內容豐富，情感形態(tài)多樣，如同傳質過程中氣相主體進入氣膜邊界的湍流形態(tài)；知識與原有認知主體同化過程則是在個體思維方式和表達習慣上經(jīng)過漫長的“醞釀”形成穩(wěn)固認知結構的過程，因而周期較長且形態(tài)穩(wěn)定，如同吸收質在界面的分子擴散所形成的平動流體；流體分子的溶解面積將直接影響到后期的擴散程度及吸收效果，而新認知結構的穩(wěn)定性及可操作性恰好對化學理論在實踐中的應用及遷移起到至關重要的作用。

3.3條件維度

“雙膜理論”指導下的物質間傳質過程存在氣液間的相平衡關系，當外界條件發(fā)生變化時，如壓強、溫度、濃度、比表面積等都會引起平衡的移動。從化學學科特點分析，知識量大、覆蓋面廣、內容零散、理論性強都是影響學習者在化學認知過程中能否建立有效認知結構的主要因素；從主體性角度分析，學習者對于化學學習的興趣愛好、智力因素及非智力因素、思維方式[2]等也在一定程度上影響著化學認知結構的穩(wěn)定性和靈活性；從教師角度分析，不同的授課方式、教學策略、課程設計對于學習者的影響是顯而易見的，如同樣講解“晶體類型”一節(jié)內容，對于場依存型學習者而言，教師采取對概念講解并對不同類型晶體進行對比的方法與設置疑問層層引導法相比，前者效果更加明顯。

4.“雙膜理論”指導下有效化學認知結構建構策略分析

4.1提高吸收系數(shù)——豐富內容，高效銜接

氣液相傳質過程中，伴隨著氣膜阻力和液膜阻力對傳質的影響。膜內阻力與膜的厚度成正比，因此加大氣液相流體的相對運動速度，使流體內產(chǎn)生攪動，可有效降低吸收阻力，從而實現(xiàn)增大吸收系數(shù)的目的。鑒于此，學習者在建構化學認知結構過程中，教師應有意識為其提供內容豐富、靈活性強、貼近生活的化學知識。其特點應包含：內容的“流動性”、知識的“發(fā)展性”、內涵的“生命性”、認知的“動態(tài)性”，使學習過程真正的“活”起來。如教師在講到“醇類”一節(jié)時，不僅涉及到醇的性質、分類、實驗室制法、反應原理等內容，還應滲透生活中的實際案例、實驗現(xiàn)象、用途、制備等，并能夠適時的傳授行而有效的認知方法，使新內容與原有知識形成有效銜接，減弱不同“狀態(tài)”內容的隔閡，降低同化阻力，從而構建高效的化學認知結構。

4.2增大吸收動力——激發(fā)興趣，提升動機

根據(jù)“雙膜理論”，物系及能量間的傳遞并不是自發(fā)進行的，只有在條件范圍內存在量的梯度才能夠實現(xiàn)轉化。在氣液兩相傳質過程中，增加吸收推動力，即提高吸收質氣相分壓或降低液相平衡分壓，有利于氣體的吸收。根據(jù)其特點，學習者在進行化學學習過程中，一方面應提高個體的認知驅動力、激發(fā)學習興趣；另一方面應降低學習難度，有效鏟除學習障礙。奧蘇貝爾學習動機理論認為，學習者對待事物的態(tài)度將直接影響到學習效果。根據(jù)化學學習特點，教師應首先為學習者建立自信，有效提到自我效能感，具體體現(xiàn)在能夠將抽象的化學理論生動化和簡約化、化學實驗趣味化和現(xiàn)實化，理論教學與生活實踐有機結合，使每一位學習者成為生活中的“化學家”，從而提高學習化學的興趣[3]。同時，降低學習化學的難度對學習者知識的掌握及情感態(tài)度價值觀的培養(yǎng)是有利的。難度過大對學習者會產(chǎn)生一定的負面影響，長此以往不利于學習者身心的健康發(fā)展。降低學習難度，一方面要求教師運用合理的教學方法，做到因材施教、循序漸進；另一方面應選取合理的教學內容，使之控制在“最近發(fā)展區(qū)”之內，在培養(yǎng)學習者學習興趣的同時，實現(xiàn)知識掌握的教學目標。

4.3把握控制因素——科學設計，有的放矢

傳質過程中，不同吸收劑對吸收質的吸收效率是不同的。溶解度大的易容氣體，相平衡常數(shù)較小，導致其在液膜的阻力降低，使氣膜阻力遠大于液膜阻力，吸收過程受氣膜阻力控制。相反，對于難容氣體，液膜阻力較大，吸收過程受到液膜阻力影響較明顯。根據(jù)現(xiàn)代認知心理學關于知識分類的觀點，將化學知識分為陳述性知識、程序性知識、策略性知識三大類，不同類型知識對于學習者化學認知結構的構建存在顯著差異[4]?；诖耍诨瘜W教學中，應針對不同類型的知識設計不同的教學過程和方法，以符合內容多元化的特點（見表3）。

5.結論與反思

“雙膜理論”指導下，將物質間的傳質機理移植到化學認知結構建構當中，體現(xiàn)學科間互動功能的同時，在理解化學認知過程及影響因素方面也起到了一定的借鑒作用。但值得注意的是，隨著所學內容的加深及學習者認知水平的提高，化學認知過程的邏輯性、復雜性、多樣性[6]的特點也隨之顯著。因此，廣大教育工作者，尤其是一線教師在注重學習者知識理解與掌握的同時，應更加關注化學學習過程中出現(xiàn)的問題，并予以及時和正確的引導。同時，也希望本文的嘗試能夠為廣大教師及學習者提供一定的啟示和幫助。

參考文獻：

[1]冷士良.化工單元過程及操作（第二版）.北京：化學工業(yè)出版社，2007：151-153

[2]靳瑩，劉璐.教育理論與實踐，2004，24（12）：42-45

[3]徐敏，王磊.化學教育，2013，（1）： 6-10

[4]李默.教育理論與實踐，2009，29（12）：62-64

[5]李杰紅，陳代武.現(xiàn)代教育科學，2007（1）114-116

[6]陳慧華.中國校外教育，2012（7）：77-79

作者簡介：

吳曉紅：寧夏大學化學化工學院教授，碩士研究生導師，研究方向：化學教學論、教學設計等。

畢吉利：寧夏大學化學化工學院研究生，專業(yè)：課程與教學論（化學）。

通訊作者：吳曉紅