陳宏兆+謝兆貴

摘要：促進(jìn)學(xué)生良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成是化學(xué)教學(xué)的重要任務(wù)之一。個(gè)體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成及發(fā)展就是利用原有圖式通過同化和順應(yīng)日益復(fù)雜的環(huán)境而達(dá)到平衡的過程?？梢酝ㄟ^以下路徑促進(jìn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成：創(chuàng)設(shè)問題情境，產(chǎn)生認(rèn)知需要；激活已有知識(shí)，激發(fā)認(rèn)知沖突；開展新知學(xué)習(xí)，促進(jìn)問題解決；進(jìn)行聯(lián)系整合，優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知結(jié)構(gòu)；教學(xué)路徑；認(rèn)知需要，認(rèn)知沖突

文章編號(hào)：1005–6629（2015）8–0018–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

認(rèn)知結(jié)構(gòu)是學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)通過個(gè)體的內(nèi)化在頭腦中所形成的全部知識(shí)（或觀念）的內(nèi)容和組織[1]。認(rèn)知心理學(xué)研究表明，有時(shí)頭腦中具備解決某個(gè)問題所需要的全部知識(shí)也不能保證問題得到解決，這是因?yàn)轭^腦中存儲(chǔ)的知識(shí)表征不當(dāng)，組織得不好，應(yīng)用時(shí)無法提取。奧蘇貝爾說：“每當(dāng)我們致力于影響學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以便最大限度提高意義學(xué)習(xí)和保持時(shí)，我們就深入到了教育過程的核心?！彼J(rèn)為，教學(xué)的主要任務(wù)是幫助學(xué)習(xí)者建立清晰、牢固的認(rèn)知結(jié)構(gòu)[2]。

化學(xué)學(xué)科中概念多，反應(yīng)多，實(shí)驗(yàn)多，符號(hào)多，不少學(xué)生感到化學(xué)學(xué)習(xí)課上易懂，課下易忘。重要原因之一是教師在教學(xué)中未能把握化學(xué)學(xué)科知識(shí)內(nèi)在的邏輯關(guān)聯(lián)，未能幫助學(xué)生構(gòu)建起組織良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。這就需要中學(xué)化學(xué)教師將良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成作為化學(xué)教學(xué)的重要任務(wù)之一，并掌握相應(yīng)的教學(xué)策略。

1 認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成的心理機(jī)制

認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成包括圖式、同化、順應(yīng)和平衡等4個(gè)基本要素。圖式是個(gè)體經(jīng)過組織而形成的思維以及行為的方式，幫助我們適應(yīng)環(huán)境中新的刺激。個(gè)體的認(rèn)知發(fā)展就是利用原有圖式通過同化和順應(yīng)日益復(fù)雜的環(huán)境而達(dá)到平衡的過程。通過同化，認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到了豐富；通過順應(yīng)，認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到了改造。而具有自我調(diào)節(jié)作用的平衡化過程在認(rèn)知發(fā)展中起到關(guān)鍵作用——當(dāng)個(gè)體已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)能同化環(huán)境中新的信息時(shí)，則其心理上處于暫時(shí)的平衡狀態(tài)；但如果個(gè)體已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)不能同化環(huán)境中新的信息時(shí)，則其心理上處于不平衡的狀態(tài)，這種不平衡會(huì)使個(gè)體產(chǎn)生一種自我調(diào)節(jié)的內(nèi)驅(qū)力，推動(dòng)個(gè)體調(diào)整或者建構(gòu)新認(rèn)知結(jié)構(gòu)，直到能同化環(huán)境中新的信息為止。此時(shí)，個(gè)體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到了發(fā)展，智慧水平得到了提高[3]。

2 良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成的教學(xué)路徑

基于上述認(rèn)知發(fā)展規(guī)律及認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)形成的心理機(jī)制，在化學(xué)教學(xué)中可通過如下路徑促進(jìn)學(xué)生良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成。

2.1 創(chuàng)設(shè)問題情境，產(chǎn)生認(rèn)知需要

認(rèn)知需要（cognitive needs）是人類的需要和動(dòng)機(jī)之一，泛指?jìng)€(gè)體對(duì)事物的追尋、認(rèn)知、了解的內(nèi)在動(dòng)力，如求知欲、好奇心等。美國(guó)人本主義心理學(xué)家馬斯洛的需要模式中有一個(gè)心理需要或成長(zhǎng)需要的高級(jí)層次，指?jìng)€(gè)體在基本需要滿足后產(chǎn)生的認(rèn)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(xué)過程中，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生解決問題的愿望，促使他們產(chǎn)生認(rèn)知需要。

案例：“鎂的提取及應(yīng)用”教學(xué)中認(rèn)知需要的產(chǎn)生[5]

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

[教師提問]鎂在自然界以什么形態(tài)存在？

[學(xué)生分析]鎂原子核外最外層電子數(shù)為2，易失去，活潑性強(qiáng)，在自然界中主要以化合態(tài)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(chǔ)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(zhì)鎂，而自然界中存在的是化合態(tài)的鎂，那么，如何把自然界中所存在的化合態(tài)的鎂轉(zhuǎn)化為我們所需要的單質(zhì)鎂呢？

在上述教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師通過巧妙地情境創(chuàng)設(shè)讓學(xué)生感受到鎂的需求量逐年上升與鎂在自然界中以化合態(tài)存在的矛盾，提出“如何把自然界中所存在的化合態(tài)的鎂轉(zhuǎn)化為我們所需要的單質(zhì)鎂呢”，讓學(xué)生自然而然地產(chǎn)生認(rèn)知需要。

2.2 激活已有認(rèn)知，激發(fā)認(rèn)知沖突

認(rèn)知沖突（cognitive conflict）指認(rèn)知發(fā)展過程原有概念（或認(rèn)知結(jié)構(gòu)）與現(xiàn)實(shí)情境不相符時(shí)在心理上所產(chǎn)生的矛盾或沖突[6]。當(dāng)個(gè)體不能用頭腦中已有的知識(shí)來解釋一個(gè)新問題或發(fā)現(xiàn)新知識(shí)與頭腦中已有知識(shí)相悖時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生“認(rèn)知沖突”。這時(shí)，心理上就處于失衡狀態(tài)，那么擺脫這種“失衡”的心理困境的傾向就構(gòu)成了個(gè)體問題解決的需要和動(dòng)機(jī)，推動(dòng)個(gè)體的認(rèn)知達(dá)到更高水平的平衡狀態(tài)。在認(rèn)知發(fā)展過程中，“認(rèn)知沖突”起到了關(guān)鍵性作用，引發(fā)認(rèn)知沖突是促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)的契機(jī)和動(dòng)力。在教學(xué)過程中，要注意引起學(xué)生心理的失衡狀態(tài)，從而激發(fā)認(rèn)知沖突。

案例：“鎂的提取及應(yīng)用”教學(xué)中已有認(rèn)知的激活

[師生活動(dòng)]把化合態(tài)的鎂轉(zhuǎn)化為我們所需要的單質(zhì)鎂，從氧化還原反應(yīng)的原理去分析，這個(gè)轉(zhuǎn)化是一個(gè)什么過程？

[學(xué)生分析]鎂從化合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)。

[教師提問]有哪些方法可以實(shí)現(xiàn)金屬的還原呢？

[學(xué)生分析]可以參照鐵的冶煉，用C、H2、CO等還原。

[學(xué)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(xué)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(xué)環(huán)節(jié)中，教師順著提出來的問題繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考，通過系列問題自然而然地將學(xué)生的思路引到“金屬的還原方法”上，激活學(xué)生頭腦中已有的相關(guān)知識(shí)，引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突。

值得指出的是，任何一個(gè)新知的出現(xiàn)總是和已有知識(shí)發(fā)生聯(lián)系，新知不是被已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)所吸收（同化），就是引起已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的改造（順應(yīng)），以產(chǎn)生新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)就是在同化和順應(yīng)機(jī)制的交互作用下逐步形成的。這一形成過程不是自發(fā)的，它必須在教學(xué)活動(dòng)中通過新舊知識(shí)的相互作用，通過對(duì)已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的組織和再組織才能實(shí)現(xiàn)。

2.3 開展新知學(xué)習(xí)，促進(jìn)問題解決

奧蘇貝爾把新學(xué)的知識(shí)比作剛駛進(jìn)港口的船，把頭腦中原有的知識(shí)比作錨樁，即固定點(diǎn)，當(dāng)學(xué)習(xí)者面對(duì)新知識(shí)時(shí)，固定點(diǎn)越清晰、穩(wěn)固，新知識(shí)就能越容易被學(xué)生內(nèi)化。從建構(gòu)主義的觀點(diǎn)來看，新知識(shí)學(xué)習(xí)的過程不是學(xué)生原封不動(dòng)地接受、占有知識(shí)，而是學(xué)生主動(dòng)參與建構(gòu)的過程，這種過程是通過新知識(shí)與原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生雙向、反復(fù)的相互作用完成的，需要以“固定點(diǎn)”——已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)將新知識(shí)納入來同化新知識(shí)，這一過程涉及記憶、感知、分析、判斷、推理等一系列復(fù)雜的認(rèn)知活動(dòng)。

案例：“鎂的提取及應(yīng)用”教學(xué)中新知學(xué)習(xí)的開展

[師生活動(dòng)]下面我們先看一段鎂的冶煉史。

[教師分析]從1808年，英國(guó)的戴維，用鉀還原白鎂氧（即氧化鎂MgO），到1828年，法國(guó)A. BUSSY用鉀還原熔融氯化鎂，到18世紀(jì)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(jì)80年代，才由德國(guó)首先建立工業(yè)規(guī)模上的電解槽，電解無水光鹵石生產(chǎn)金屬鎂，從此開創(chuàng)了電解法煉鎂的工業(yè)化時(shí)代。目前，世界各國(guó)金屬鎂冶煉工業(yè)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(xué)生分析]氧化鎂具有很高的熔點(diǎn)，用碳還原需要有很高的溫度，在技術(shù)上不易實(shí)現(xiàn)，代價(jià)巨大。

[教師提問]那為什么現(xiàn)在不用金屬鉀來還原熔融氯化鎂呢？

[學(xué)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(guī)模應(yīng)用。

[教師提問]電解哪一種熔融的鎂鹽呢？為什么？

[學(xué)生分析]用電解熔融的氯化鎂。因?yàn)楹Ｋ墟V的儲(chǔ)量約為1.8×1015 t。

[教師活動(dòng)]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(jìn)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(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)方案。

在上述教學(xué)環(huán)節(jié)中，根據(jù)學(xué)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(jié)合鎂的冶煉史的分析，引導(dǎo)學(xué)生從冶煉的難易程度和經(jīng)濟(jì)效益角度，分析選用冶煉方法的依據(jù)，得出熔鹽電解法是現(xiàn)在較為普遍的冶煉鎂的方法，從而實(shí)現(xiàn)了問題的解決。進(jìn)而又自然生成新的學(xué)習(xí)任務(wù)“如何提取海水中的氯化鎂”。

在此學(xué)習(xí)任務(wù)的完成過程中，學(xué)生不斷地利用頭腦中已有的知識(shí)來解決問題?？梢?，“同化”過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)不斷建立聯(lián)系、做出推論的過程，學(xué)習(xí)者正是通過這種聯(lián)系和推論活動(dòng)將外在的信息轉(zhuǎn)化為頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

2.4 進(jìn)行聯(lián)系整合，優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)

化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)是一個(gè)不斷發(fā)展變化的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，其建立要經(jīng)歷一個(gè)逐步發(fā)展的過程。化學(xué)知識(shí)雖然紛繁復(fù)雜，但有其內(nèi)在的聯(lián)系。猶如一棵枝葉繁茂的大樹，通過枝干脈絡(luò)把它們有機(jī)地聯(lián)系在一起。揭示化學(xué)知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)規(guī)律是化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)化的關(guān)鍵所在，不僅有助于學(xué)生整合知識(shí)、形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而且有助于依據(jù)規(guī)律解決問題、發(fā)展思維。學(xué)習(xí)初期，通過已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)和新知識(shí)的相互作用，形成一個(gè)化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的雛形，隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，認(rèn)知結(jié)構(gòu)在橫向逐步變廣、縱向逐步加深，并且縱橫貫通。與此同時(shí)，隨著新知識(shí)的同化，已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)樾轮R(shí)的納入而發(fā)生一定的調(diào)整和改組，此即“順應(yīng)”。當(dāng)新知識(shí)與原有知識(shí)之間可以融洽相處時(shí)，新知識(shí)的進(jìn)入可以豐富、充實(shí)原有知識(shí)。

案例：“鎂的提取及應(yīng)用”教學(xué)中認(rèn)知結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

[教師提問]通過鎂的冶煉學(xué)習(xí)，請(qǐng)同學(xué)們思考我們冶煉金屬有什么一般性的規(guī)律？

[教師分析]我們可以根據(jù)已學(xué)的鐵、銅、鈉、鎂等金屬的冶煉方式，結(jié)合金屬的活動(dòng)性，來加以思考?xì)w納。

[學(xué)生分析]鐵、銅可以用置換的方法。

[教師分析]一定是置換？

[學(xué)生分析]不一定，假如是用CO還原就不屬于置換反應(yīng)，就叫還原法。

[學(xué)生分析]鈉、鎂可以用電解熔融鹽的方法。

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

在上述教學(xué)環(huán)節(jié)中，隨著鎂的冶煉這一新知識(shí)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(guān)于金屬冶煉方法的認(rèn)知結(jié)構(gòu)不斷充實(shí)和豐富，學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)到金屬的冶煉方法與金屬活動(dòng)性順序之間的規(guī)律性。知識(shí)要成體系，就要提煉所學(xué)知識(shí)，有意識(shí)地整合知識(shí)，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

教師在教學(xué)過程中要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注單元知識(shí)之間的因果邏輯關(guān)系和縱橫關(guān)系，善于聯(lián)系和整合。每經(jīng)一個(gè)階段，就要對(duì)所學(xué)過的知識(shí)、思想與方法作歸納小結(jié)，建立起知識(shí)間的有機(jī)聯(lián)系，提煉出關(guān)鍵性的和核心的知識(shí)，使知識(shí)由“點(diǎn)”成“線”，再成“網(wǎng)”，分層次組成一個(gè)知識(shí)系統(tǒng)，從而改進(jìn)和完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以便于進(jìn)一步學(xué)習(xí)和利用。

在此過程，教師要善于指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用表格、概念圖或思維導(dǎo)圖等方式自己繪制出知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。因?yàn)?，從認(rèn)知的角度來看，學(xué)生繪制出的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖就是學(xué)生頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，那就是一個(gè)化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的自我建構(gòu)過程。通過展示知識(shí)結(jié)構(gòu)化的具體模型，如表格、概念圖、網(wǎng)絡(luò)圖等，演示分類歸納知識(shí)的程序和方法，使學(xué)生明確怎樣使知識(shí)結(jié)構(gòu)化。

認(rèn)知結(jié)構(gòu)是影響學(xué)生學(xué)習(xí)是否成功的一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)樗鼤?huì)直接參與和新知識(shí)的相互作用以及學(xué)生解決新問題的過程。把握學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律，促進(jìn)學(xué)生良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成是教師教學(xué)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。

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