孫齊 閆春更 魯春梅 周青

摘要：以“苯酚”教學(xué)為例，設(shè)計并實施教學(xué)實驗，探究兩種不同教學(xué)策略對學(xué)生認知結(jié)構(gòu)形成的影響。定量和質(zhì)性分析表明，解讀式教學(xué)策略與啟發(fā)式教學(xué)策略下學(xué)生形成的認知結(jié)構(gòu)具有明顯差異，解讀式教學(xué)策略對事實性知識的準(zhǔn)確建構(gòu)有積極作用，啟發(fā)式教學(xué)策略對概念性知識的建構(gòu)更加有效，學(xué)生認知結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性、可利用性更強，學(xué)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(guān)鍵詞：認知結(jié)構(gòu);流程圖;苯酚;教學(xué)策略;啟發(fā)式;解讀式

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

認知結(jié)構(gòu)是知識結(jié)構(gòu)內(nèi)化在學(xué)習(xí)者頭腦里所形成的觀念的內(nèi)容和組織[1]，學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)建構(gòu)了哪些知識，這些知識又是以何種形式儲存于學(xué)生頭腦中的，學(xué)生巳有的認知結(jié)構(gòu)是否存在缺陷，在相關(guān)知識模塊的學(xué)習(xí)中學(xué)生更傾向于使用哪種信息加工模式，不同的教學(xué)策略對學(xué)生認知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建是否有影響，這些都是值得探討的問題。開展不同教學(xué)策略對學(xué)生認知結(jié)構(gòu)構(gòu)建的影響，有利于我們理解在特定內(nèi)容教學(xué)中“教師教”與“學(xué)生學(xué)”的關(guān)系，進而把握課程內(nèi)容屬性與教學(xué)策略特征的內(nèi)在關(guān)系，反思相關(guān)教學(xué)設(shè)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(xué)策略對學(xué)生“苯酚”認知結(jié)構(gòu)建構(gòu)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(xué)基礎(chǔ)中的主題2的內(nèi)容，與已學(xué)且具有相同官能團的“醇”安排在同一節(jié)，為結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的對比學(xué)習(xí)提供了極佳的素材，可以幫助學(xué)生更好地理解有機物基團間的相互影響，進一步凸顯“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”的核心化學(xué)思想，為后續(xù)的有機化學(xué)的學(xué)習(xí)提供了很好的學(xué)習(xí)方法[2]。

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

在學(xué)習(xí)苯酚前，1班的周測化學(xué)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(xué)生在本次周測中化學(xué)成績總體略高于2班學(xué)生，t檢驗的結(jié)果表明兩個班學(xué)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(shù)據(jù)進行相關(guān)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(shù)據(jù)，如：A.關(guān)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(lián)系，聯(lián)系是什么？將訪談錄音按學(xué)生陳述的順序繪制成流程圖，用回歸箭頭將有邏輯關(guān)系的知識點相連，標(biāo)出學(xué)生的錯誤描述及學(xué)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(jié)構(gòu)定量描述的認知結(jié)構(gòu)變量[4]和信息處理策略[5]類型如下表（見表2）。

二、研究數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

1.不同教學(xué)策略影響下個體認知結(jié)構(gòu)的差異研究

（1）兩班教師“苯酚”的教學(xué)策略

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

（2）個體認知結(jié)構(gòu)的分析

在兩個班中分別選取三位不同學(xué)習(xí)水平的學(xué)生為代表對其認知結(jié)構(gòu)進行深入分析（其中學(xué)優(yōu)生1、中等生1，學(xué)困生1來自1班，學(xué)優(yōu)生2、中等生2、學(xué)困生2來自2班）（圖2、圖3）。

由表3可以看出，兩個班的學(xué)優(yōu)生、中等生、學(xué)困生的相關(guān)認知結(jié)構(gòu)變量得分均依次降低，學(xué)優(yōu)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(jié)構(gòu)的豐富性、系統(tǒng)性、可利用性較強（信息檢索率越大則認知結(jié)構(gòu)的可利用性越強）。相應(yīng)地，學(xué)困生的錯誤描述較多，認知結(jié)構(gòu)的可利用性較弱。從質(zhì)性分析可見，學(xué)優(yōu)生認知結(jié)構(gòu)的層次性、條理性較強。

由學(xué)優(yōu)生1、中等生1、學(xué)困生1及1班其他樣本分析可以發(fā)現(xiàn)，1班學(xué)生對苯酚發(fā)生取代反應(yīng)及具有弱酸性的本質(zhì)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(fā)生取代反應(yīng)”，“苯環(huán)上連接的羥基發(fā)生電離，電離出氫離子，所以苯酚具有酸性”;由學(xué)優(yōu)生2、中等生2、學(xué)困生2及2班其他樣本分析可以發(fā)現(xiàn)2班學(xué)生只是陳述“苯酚具有弱酸性”，“苯酚可以發(fā)生取代反應(yīng)”，而對苯酚發(fā)生取代反應(yīng)及具有弱酸性的本質(zhì)原因很少提及，但2班學(xué)生對物質(zhì)弱酸性比較的內(nèi)容印象較深刻，如2班學(xué)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(fā)式教學(xué)策略”有利于學(xué)生對微觀本質(zhì)等概念性知識的掌握，學(xué)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(xué)策略”有利于學(xué)生對事實性知識的建構(gòu)。

2.不同教學(xué)策略影響下群體認知結(jié)構(gòu)的相關(guān)性分析

（1）認知結(jié)構(gòu)變量與成績的相關(guān)性分析

從認知結(jié)構(gòu)變量與成績的相關(guān)性分析中可以得出，兩個班學(xué)生的紙筆測驗成績與認知結(jié)構(gòu)變量廣度、豐富度密切相關(guān)，但不同的是1班學(xué)生的成績與信息檢索率呈正相關(guān)性，與錯誤概念（大多集中在苯酚的酸性比較）呈負相關(guān)性。這說明在1班教師的啟發(fā)式教學(xué)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(xué)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(jié)構(gòu)的條理性、系統(tǒng)性、可利用性越強;相應(yīng)地，認知結(jié)構(gòu)中的錯誤認知越多的學(xué)生，其問題解決效果越差。2班教師的解讀式教學(xué)策略對學(xué)生認知結(jié)構(gòu)的建立的積極效果不夠明顯，例如，學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)廣度與其錯誤描述呈顯著正相關(guān)，說明學(xué)生認知結(jié)構(gòu)中擁有的知識點越多，產(chǎn)生的錯誤概念也越多，即表明學(xué)生認知結(jié)構(gòu)的生長呈現(xiàn)一種“非良性”態(tài)勢，學(xué)生形成的認知結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性、穩(wěn)定性均較差。

從信息處理策略與成績的相關(guān)性分析中可以得出，兩個班學(xué)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(guān)，說明兩個班中成績較高的學(xué)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(fā)生反應(yīng)，溶液顯示紫色”，“苯酚和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成苯酚鈉”等。1班成績較高的學(xué)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(xué)生不存在上述相關(guān)性，說明1班教師的“啟發(fā)式教學(xué)策略”更有利于激發(fā)學(xué)優(yōu)生對相關(guān)認識對象的概括和抽象能力。

三、認知結(jié)構(gòu)的內(nèi)容分析

有關(guān)“苯酚”主題的內(nèi)容主要分為：定義和結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、弱酸性、取代反應(yīng)、顯色反應(yīng)、氧化反應(yīng)、縮聚反應(yīng)、加成反應(yīng)。將學(xué)生所回憶的有關(guān)苯酚的各個知識點中的錯誤概念數(shù)以及總概念數(shù)進行統(tǒng)計，找出學(xué)生的學(xué)習(xí)困難。

通過以上表格可以看出，2班學(xué)生在“定義和結(jié)構(gòu)”、“弱酸性”、“取代反應(yīng)”等知識點的錯誤率都明顯高于1班學(xué)生，2班學(xué)生這些錯誤表現(xiàn)在對苯酚相關(guān)概念的混淆，如對“羥基”和“氫氧根”的混淆，對分子式和結(jié)構(gòu)式的混淆;對苯酚具有酸性的本質(zhì)原因的不理解以及化學(xué)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(yīng)生成三溴苯酚”的錯誤知識，而1班學(xué)生的錯誤表現(xiàn)在學(xué)生對“苯酚結(jié)構(gòu)影響性質(zhì)”的認識不充分以及苯酚和碳酸等物質(zhì)的酸性強弱比較。

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

四、結(jié)論與啟示

通過定量和質(zhì)性分析表明在不同教學(xué)策略的影響下，學(xué)生個體和群體關(guān)于特定知識領(lǐng)域的認知結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出明顯差異，不同教學(xué)策略對學(xué)生形成的認知結(jié)構(gòu)有顯著影響：“啟發(fā)式教學(xué)策略”有利于學(xué)生對概念性知識的掌握，學(xué)生認知結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)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(zhǔn)確;“解讀式教學(xué)策略”有利于學(xué)生對事實性知識的掌握，但對“概念性知識”的整體建構(gòu)效果較差。不同教學(xué)策略對學(xué)生在認知建構(gòu)過程中所使用的信息處理策略也有影響，“啟發(fā)式教學(xué)策略”使學(xué)生傾向于使用定義這一信息處理策略，有利于激發(fā)學(xué)優(yōu)生對相關(guān)認識對象的概括和抽象能力。

通過對學(xué)生認知結(jié)構(gòu)內(nèi)容分析可以看出，學(xué)生對“苯酚”知識的理解存在不足，同時對化學(xué)用語的使用還不夠準(zhǔn)確、規(guī)范，在分析“苯酚”的化學(xué)性質(zhì)描述中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于有機化學(xué)反應(yīng)中涉及到的微觀結(jié)構(gòu)和反應(yīng)理解是模糊的，教師應(yīng)該從物質(zhì)結(jié)構(gòu)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生“宏觀一微現(xiàn)一符號”的思維，進一步幫助學(xué)生形成良好的認知結(jié)構(gòu)。教師應(yīng)根據(jù)化學(xué)知識的特征，選擇相應(yīng)的教學(xué)策略。如在概念性知識的教學(xué)中，合理地使用啟發(fā)式教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生通過對“問題”的思考和探究，主動地在頭腦中建立相關(guān)概念，能夠更為有效地促進學(xué)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(fā)展，更好地實現(xiàn)概念的教育價值。

參考文獻

[1]奧蘇伯爾，等.教育心理學(xué)：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(xué)科核心素養(yǎng)的有機化合物教學(xué)設(shè)計——以《苯酚》一課為例[J].中學(xué)教學(xué)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