胡先錦+呂琳+周琴

摘要：通過文獻(xiàn)資料研究，介紹了心智模型的起源、基本內(nèi)涵、形成機(jī)制和影響因素，從中學(xué)化學(xué)教學(xué)視角概括分析了心智模型的研究內(nèi)容、研究方法與工具等，總結(jié)歸納了中學(xué)化學(xué)教學(xué)領(lǐng)域心智模型的研究成果和存在的不足，并在此基礎(chǔ)上提出了下階段研究的方向與建議。

關(guān)鍵詞：心智模型；中學(xué)化學(xué)；化學(xué)教學(xué)；文獻(xiàn)研究；述評

文章編號：1005–6629（2016）8–0003–05 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

心智模型（Mental Model）概念最早由蘇格蘭心理學(xué)家肯尼斯·克雷克（Kenneth Craik）在1943年提出，用以表示一個系統(tǒng)的內(nèi)部表征，指那些在人們心中根深蒂固存在的，影響人們認(rèn)識世界、解釋世界、面對世界，以及如何采取行動的許多假設(shè)、陳見和印象[1]。隨后，雖有部分研究者對其展開討論，但直到上世紀(jì)八十年代才逐漸被重視。目前，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注心智模型，從不同視角對心智模型的基本內(nèi)涵、功能特征、形成機(jī)制、影響因素等方面做出了不同詮釋。

1 心智模型的基本理論概述

1.1 心智模型的基本內(nèi)涵

關(guān)于心智模型的概念，不同的研究者往往有著不同的解釋，但大致可以分為表征型、功能型和功能表征結(jié)合型三種定義。如，道爾和福特（Doyle and Ford，1998）認(rèn)為心智模型是比較持久和可測量的，是對外部系統(tǒng)的內(nèi)在概念化表征[2]。佳克博和肖（Jacob and Shaw，1998）認(rèn)為心智模型是個人建構(gòu)的內(nèi)在的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，是個人基于經(jīng)驗(yàn)和知識而獲得并形成的概念框架，以此使人們不僅能夠預(yù)測行動的結(jié)果，而且能夠借此來理解和說明人們自身所處的環(huán)境[3]。張丙香、畢華林（2013）認(rèn)為，從靜態(tài)角度分析，心智模型是內(nèi)隱地存在于長時記憶中的概念框架，個體對外在事物的理解都與此密切相關(guān)，既是已有學(xué)習(xí)的結(jié)果，也是學(xué)習(xí)新知識的基礎(chǔ)。從動態(tài)角度分析，心智模型是一種內(nèi)在運(yùn)作機(jī)制，影響著個體對知識的提取和使用，決定了個體以何種方式對外在進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測，會產(chǎn)生什么樣的認(rèn)知行為[4]。

1.2 心智模型的形成機(jī)制

心智模型的形成是動態(tài)的、變化的，是個體在自身和外界影響下不斷建構(gòu)的。自上世紀(jì)八十年代以來，多位研究者從不同視角提出多種心智模型理論框架。諾爾曼（Norman，1983）提出的個體心智模型是人與自然世界互動時，對互動的現(xiàn)象所形成的一種個人化的內(nèi)在經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ絒5]。約翰遜-萊爾德（Johnson-Laird，1994）認(rèn)為心智模型是通過知覺、想象等形成概念，不同概念間再進(jìn)行相互作用而形成一種復(fù)雜的概念架構(gòu)[6]。從中學(xué)化學(xué)教學(xué)視角，我們傾向于認(rèn)同嚴(yán)延、呂琳（2014）提出的心智模型形成機(jī)制，認(rèn)為呈現(xiàn)模型、教學(xué)模型、生活經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)探究等，通常作用于個體的視覺、聽覺和觸覺，經(jīng)行相應(yīng)的刪減選擇（與認(rèn)知風(fēng)格有關(guān)）和想象建構(gòu)（符號、表象），從而形成了初始模型，初始模型通過語言、文字和動作去解決問題，并不斷地進(jìn)行修正，從而生成了推論（綜合）心智模型，推論心智模型通過一定的群體交往，形成了群體的共識，從而又形成了一個新的概念模型[7]。

1.3 心智模型的影響因素

當(dāng)前關(guān)于心智模型影響因素的研究相對較少，但是研究者們普遍認(rèn)為，心智模型是個體經(jīng)由自身認(rèn)知和外在因素的共同作用下不斷建構(gòu)起來的，個體的已有知識經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知能力、認(rèn)知風(fēng)格、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)環(huán)境、生活背景和家庭環(huán)境等都會影響其建構(gòu)和發(fā)展[8]。

可見，心智模型的影響因素既包括個體的內(nèi)在認(rèn)知，也包括外部條件。誠然，學(xué)習(xí)者個體的內(nèi)在特征因素對心智模型的建構(gòu)和發(fā)展有著至關(guān)重要的關(guān)鍵作用，如性格潛在的自我效能感、年齡增長的心理變化、特定經(jīng)歷的認(rèn)知突變等。但是，外部條件往往會影響和作用于個體的內(nèi)在認(rèn)知，并改變內(nèi)在認(rèn)知。學(xué)生在學(xué)校的學(xué)習(xí)經(jīng)歷是影響心智模型的非常重要的外在因素，如教育資源、教學(xué)范式、學(xué)習(xí)方式、人際交往、學(xué)校文化等。

2 中學(xué)化學(xué)教學(xué)領(lǐng)域心智模型的研究現(xiàn)狀

對國內(nèi)、國外在化學(xué)教學(xué)領(lǐng)域關(guān)于心智模型的研究文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，從不同維度對當(dāng)前的心智模型的研究成果進(jìn)行分析、整理和概括，以了解其研究的進(jìn)展、成果和方向等。

2.1 探查了某些抽象化學(xué)概念的心智模型及影響因素

至目前為止，中學(xué)化學(xué)教學(xué)領(lǐng)域的心智模型研究主要集中在原子和分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)平衡、氧化還原反應(yīng)等少數(shù)抽象的化學(xué)概念。

關(guān)于金屬鍵、原子和分子結(jié)構(gòu)等概念，先后有瑞查德和楚格斯特（Richard K. Coll&David F. Treagust，2000），魏冰、賈衛(wèi)江等人（2001），楊茜、李廣洲（2012）等人進(jìn)行了相關(guān)研究。結(jié)果均表明，不管是金屬鍵還是原子結(jié)構(gòu)模型，學(xué)生更偏愛相對簡單的、具體的模型，都存在大量的迷思概念，如原子核外電子的運(yùn)動形式、對共價化合物性質(zhì)的解釋等。并指出，除了教師和教材以外，學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和其他學(xué)科知識也會影響對科學(xué)概念的認(rèn)識，而且更為強(qiáng)烈和持久[9]，性別對學(xué)生建構(gòu)原子心智模型沒有影響，而教育環(huán)境和教師也是影響因素之一[10]。

對于化學(xué)平衡、可逆反應(yīng)等概念的心智模型研究，主要有臺灣地區(qū)的鄧雅文、邱美虹（2003），陳婉茹、邱美虹（2003），許添丁、劉嘉茹（2005），鄭瑋婷、林煥祥和徐永源（2006）等，他們主要分析了在化學(xué)平衡中易產(chǎn)生模糊觀念的知識與原因，找出了直觀模型、記憶錯誤連結(jié)模型、臆測模型等六種心智模型類型[11]，探查了具有不同初始心智模型類型的學(xué)生學(xué)習(xí)可逆反應(yīng)過程中的心智模型概念化歷程的情形[12]。近年來，大陸地區(qū)麥裕華等人（2012）提出了完整的高中生學(xué)習(xí)可逆反應(yīng)的四種心智模型分析框架，即靜止（完全反應(yīng)或反應(yīng)終止）模式、單向（某單一方向）模式、雙向交替模式和雙向（雙向同時）模式[13]。

嚴(yán)延、呂琳（2014）從認(rèn)知角度、認(rèn)知模型、三重表征、知識經(jīng)驗(yàn)的豐富程度和結(jié)構(gòu)化以及存在的模糊觀念等方面進(jìn)行探究，得出了學(xué)生有關(guān)化學(xué)平衡的心智模型特點(diǎn)，如，對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)反應(yīng)方向等存在模糊概念，將反應(yīng)速率和化學(xué)平衡混為一談，錯誤建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡之間的關(guān)系，對化學(xué)平衡相關(guān)概念以宏觀和符號表征為主，缺乏微觀表征；并得出教材和教師對學(xué)生心智模型的構(gòu)建所產(chǎn)生的影響，學(xué)生希望教師改變教學(xué)方式，豐富教學(xué)資源，促進(jìn)其心智模型的轉(zhuǎn)變[14]。劉麗、孫影（2014）將化學(xué)平衡概念心智模型歸類為直觀模型、語言模型、臆想模型、推理錯誤模型、數(shù)學(xué)邏輯思維模型等[15]。截至目前，研究化學(xué)平衡及相關(guān)概念的相對較多，而且研究者們均結(jié)合學(xué)生心智模型的探查提出了一定的教學(xué)建議和意見。endprint

對于氧化還原反應(yīng)的概念，江文瑋、邱美虹（2007）研究發(fā)現(xiàn)高中學(xué)生對氧化還原反應(yīng)概念持有氧模型、電子模型、氧化數(shù)模型等八種心智模型，還發(fā)現(xiàn)學(xué)生對氧化還原反應(yīng)所產(chǎn)生的自發(fā)性解釋和科學(xué)史上已經(jīng)被廢棄不用的舊典范相類似[16]。張丙香、畢華林（2013）發(fā)現(xiàn)，高中不同年級學(xué)生對氧化還原反應(yīng)的心智模型是多元的、漸進(jìn)的、情境相依的和不穩(wěn)定的，且影響因素不同；學(xué)優(yōu)生和學(xué)困生心智模型的一致性程度不同，并揭示了高中三個年級學(xué)生氧化還原反應(yīng)三重表征心智模型的分布及發(fā)展特點(diǎn)，分析了學(xué)優(yōu)生和學(xué)困生存在差異的根本原因[17]。

此外，還有姚錦棟、邱美虹（2001）以初高中基礎(chǔ)理化教材為主，統(tǒng)整其中有關(guān)酸堿鹽的概念，找出了學(xué)生的模糊觀念及其背后所隱含的心智模型類型[18]。

2.2 試圖了解中學(xué)生學(xué)習(xí)特定化學(xué)概念心智模型的動態(tài)變化

魏冰、賈衛(wèi)江等人（2001），楊茜、李廣洲（2012）發(fā)現(xiàn)不同年齡段學(xué)生對于原子和分子的心智模型有著不同的見解，且生活經(jīng)驗(yàn)的增長和其他學(xué)科知識的豐富也會完善或影響對概念的認(rèn)識[19]。

鄧雅文、邱美虹（2003）探查出學(xué)生對化學(xué)平衡中的化學(xué)反應(yīng)方程式、催化劑對反應(yīng)速率的影響等模糊概念隨著年級的增加而逐漸減少[20]。劉麗、孫影（2014）研究發(fā)現(xiàn)，不同年級學(xué)生的化學(xué)平衡心智模型類型和特點(diǎn)有一定差異，高中生對化學(xué)平衡的心智模型是不穩(wěn)定的、是逐漸完善的，學(xué)生對化學(xué)平衡概念的認(rèn)識與科學(xué)概念的歷史發(fā)展相類似[21]。

張丙香、畢華林（2013）研究指出，高中生的氧化還原反應(yīng)三重表征的心智模型是多元的、不穩(wěn)定的，其發(fā)展是漸進(jìn)的，不同年級學(xué)生心智模型的影響因素也是不同的，隨著學(xué)生微觀表征能力的提高而逐漸修正和完善[22]。

2.3 初步研究了化學(xué)教師及教學(xué)方式對心智模型的影響

許添丁、劉嘉茹（2005）認(rèn)為，要特別留意學(xué)生微觀和宏觀在生活上的聯(lián)結(jié)，主動了解學(xué)生的初始心智模型，通過探究具有不同初始心智模型的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的概念化歷程而采取針對性的教學(xué)措施，促使學(xué)生心智模型的修正和完善，進(jìn)而導(dǎo)向完備精致的心智模型[23]。

鄭瑋婷、林煥祥和徐永源（2006）研究了不同教學(xué)法下初中八年級學(xué)生對于化學(xué)平衡單元所持有的心智模型。研究發(fā)現(xiàn)建構(gòu)式教學(xué)對于學(xué)生持有的心智模型品質(zhì)比講述式教學(xué)較佳，尤其對低學(xué)習(xí)成就學(xué)生的幫助比高學(xué)習(xí)成就學(xué)生更為明顯[24]。

劉秀娟、邱美虹（2006）利用“教-學(xué)序列法”探查對學(xué)生電解質(zhì)概念及心智模型的影響[25]。邱柏融、邱美虹（2008）研究借由建模教學(xué)活動使小學(xué)生接受微觀模型的教學(xué)，甚至透過視覺與動作表征的建模方式，修改學(xué)生原有的心智模型[26]。

2.4 嘗試采用不同研究方法和研究工具探查學(xué)生化學(xué)心智模型

麗卡莎和塔蘭科爾（LaKeisha McClary and Vicente Talanquer，2011）通過設(shè)計讓學(xué)生參與預(yù)測、解釋和判斷不同化合物的酸性強(qiáng)弱的任務(wù)，來誘導(dǎo)學(xué)生表達(dá)出有關(guān)酸及酸強(qiáng)度等概念的心智模型[27]。

姚錦棟、邱美虹（2001），江文瑋、邱美虹（2007），邱柏融、邱美虹（2008）先后以訪談和二段式診斷測驗(yàn)探查了學(xué)生有關(guān)酸堿鹽、氧化還原反應(yīng)等概念及其背后所隱含的心智模型類型。陳婉茹、邱美虹（2003）采用動態(tài)類比的方法對學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)平衡相關(guān)概念的心智模型進(jìn)行研究。許添丁、劉嘉茹（2005），劉秀娟、邱美虹（2006）采用分段施測及訪談探究了臺灣地區(qū)初中二年級學(xué)生學(xué)習(xí)可逆反應(yīng)、電解質(zhì)概念的心智模型。

杜艷霞（2001）提出建立化學(xué)觀察活動的心智模型[28]。麥裕華（2012）通過紙筆測驗(yàn)診斷研究了學(xué)生在高一化學(xué)必修模塊建立的可逆反應(yīng)心智模型。張丙香、畢華林（2013）通過開放式問卷和半結(jié)構(gòu)式訪談相結(jié)合的方式，研究了高中生對氧化還原反應(yīng)三重表征的心智模型。劉麗、孫影（2014）以二段式診斷測驗(yàn)了解了不同年齡段學(xué)生的化學(xué)平衡心智模型。嚴(yán)延、呂琳（2014）以“解釋-聯(lián)想-建構(gòu)-應(yīng)用-訪談”組合的方式，探查了高中生化學(xué)平衡及相關(guān)概念學(xué)習(xí)過程中的心智模型。

綜上，我國在中學(xué)化學(xué)領(lǐng)域的心智模型研究已經(jīng)展開，也取得了一定的成果：（1）對于“化學(xué)平衡”相關(guān)概念的心智模型研究已經(jīng)取得了較為豐富的成果；（2）已經(jīng)涉及氧化還原反應(yīng)、原子結(jié)構(gòu)、電解質(zhì)等其他少數(shù)抽象化學(xué)概念；（3）已經(jīng)試圖探尋高中生對特定化學(xué)概念的心智模型動態(tài)變化和發(fā)展?fàn)顩r；（4）嘗試運(yùn)用不同研究方法和研究工具開展心智模型的研究。但是，文獻(xiàn)分析的結(jié)果同樣也顯示了我國在中學(xué)化學(xué)領(lǐng)域心智模型研究存在的不足和問題：（1）大陸地區(qū)關(guān)于心智模型在化學(xué)教學(xué)領(lǐng)域的研究較為稀少，而且還主要是在國外或臺灣地區(qū)提出的理論指導(dǎo)下進(jìn)行的模仿性、驗(yàn)證性研究；（2）研究成果主要集中于少數(shù)特定化學(xué)概念，如氧化還原反應(yīng)、化學(xué)平衡等，未能對中學(xué)化學(xué)的其他模塊或內(nèi)容展開廣泛而深入的探究；（3）對于化學(xué)心智模型的研究主要集中于師范院校的研究生，缺少中學(xué)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐與心智模型理論的有機(jī)對接，實(shí)踐指導(dǎo)意義不夠。

3 中學(xué)化學(xué)教學(xué)領(lǐng)域心智模型的研究展望與建議

從當(dāng)前的研究現(xiàn)狀來看，中學(xué)化學(xué)教學(xué)領(lǐng)域心智模型的研究不論是在研究內(nèi)容、理論體系，還是研究方法、實(shí)踐指導(dǎo)等方面，都有著很大的、需要深入的空間。

3.1 需要繼續(xù)擴(kuò)大中學(xué)化學(xué)心智模型的研究范疇，豐富心智模型的理論體系

當(dāng)前，心智模型研究在心理學(xué)、人工智能、語言學(xué)等領(lǐng)域的研究成果已經(jīng)取得較為明顯的成效，而基于中學(xué)學(xué)科教學(xué)領(lǐng)域，尤其是中學(xué)化學(xué)領(lǐng)域心智模型的理論研究還不夠豐富。因此，我們需要深入研究具有化學(xué)學(xué)科屬性的心智模型，不斷豐富心智模型的理論體系；進(jìn)一步展開關(guān)于電化學(xué)，水溶液中微粒濃度相對大小的比較，化學(xué)（離子）方程式，有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)等不同化學(xué)內(nèi)容或模塊的心智模型研究；探尋不同化學(xué)概念或?qū)W科不同模塊心智模型的共性、差異性；探尋基于心智模型轉(zhuǎn)變的初高中化學(xué)的科學(xué)銜接；繼續(xù)探索更加豐富的研究方法和測量工具，以更加全面地了解中學(xué)生的化學(xué)心智模型。endprint

3.2 需要更加注重與中學(xué)化學(xué)教與學(xué)的有機(jī)對接，提高教學(xué)實(shí)踐的指導(dǎo)價值

由于研究資源和研究能力等因素的影響和限制，當(dāng)前主要是高等師范院?；瘜W(xué)專業(yè)的研究生在開展化學(xué)心智模型的研究，而身處一線的、與學(xué)生接觸最為頻繁和直接的、有著更為豐富的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的中學(xué)教師未能更好地參與其中，這就缺少了中學(xué)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐與心智模型理論的有機(jī)對接。因此，吸納和帶動中學(xué)一線化學(xué)教師參與心智模型的研究將成為一種必然；需要更加深入開展基于心智模型轉(zhuǎn)變的課程編制、教學(xué)資源開發(fā)、教學(xué)方式轉(zhuǎn)變、學(xué)習(xí)方式改變等方面的研究；亟需結(jié)合中學(xué)化學(xué)教學(xué)和學(xué)習(xí)的特點(diǎn)和需要，深入開展切合中學(xué)生認(rèn)知水平和中學(xué)化學(xué)課程體系的實(shí)踐性研究；在充分探查中學(xué)生化學(xué)心智模型的基礎(chǔ)上，逐漸豐富基于心智模型轉(zhuǎn)變的中學(xué)化學(xué)教學(xué)策略，促進(jìn)中學(xué)生化學(xué)心智模型的修正和完善，引導(dǎo)學(xué)生化學(xué)心智模型走向精致和完備。

4 結(jié)語

我們需要全面探查高中生化學(xué)學(xué)習(xí)現(xiàn)狀和已有心智模型，通過理論研究和課堂教學(xué)實(shí)踐探索，進(jìn)而提煉和建構(gòu)基于心智模型轉(zhuǎn)變的高中化學(xué)教學(xué)策略體系，實(shí)現(xiàn)中學(xué)生化學(xué)心智模型的修正和完善，為高中化學(xué)教學(xué)提供富有實(shí)踐意義的指導(dǎo)策略，并豐富基于心智模型的教學(xué)理論。

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