概念圖技術(shù)及其在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

吳良根

自上世紀(jì)六十年代,美國心理學(xué)家諾瓦克(Joseph D.Novak)基于奧蘇伯爾(David Ausubel)的同化理論創(chuàng)設(shè)概念圖(Concept Map)以來,概念圖作為一種組織和表征知識的工具,在教學(xué)中日益受到關(guān)注和重視。目前,建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論的不斷發(fā)展和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益普及,為概念圖廣闊的應(yīng)用前景提供了大量的理論與技術(shù)支持。推廣概念圖教學(xué)已成為許多國家的教育改革內(nèi)容之一。

一、 概念圖

所謂概念圖,是指利用圖示的方法來表達人們頭腦中的概念、思想和理論等,是把人腦中隱形知識顯性化、可視化,以便于思考、交流和表達,因此也被稱作思維地圖、思維導(dǎo)圖。甚至可以這樣說,人類使用的一切用來表達自己思想的圖示方法都可稱為“概念圖”。

1. 概念圖及其特征

圖1為一張用Inspiration軟件制作的化學(xué)“物質(zhì)的分類”的簡明概念圖。

由圖可以看出,概念圖的圖表結(jié)構(gòu)包括節(jié)點、連線、連接詞三個部分。節(jié)點就是圖中置于圓圈或方框中的概念,連線表示兩個概念之間的意義聯(lián)系,連接詞是置于連線上的兩個概念之間形成命題的聯(lián)系詞,如“是”、“有”、“產(chǎn)生”、“包括”、“表示”等等。

一般來說,概念圖具有如下特征:①概念圖中的概念是按分層的形式表現(xiàn)的。一個概念圖通常用來表達一個主概念,主概念之下分出幾個相關(guān)聯(lián)的支概念。②連線表示兩個概念之間的意義聯(lián)系,連接可以沒有方向,也可以單向或雙向,即概念圖反映出概念之間既有縱向聯(lián)系,又有橫向聯(lián)系,由此構(gòu)成一個縱橫交錯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。③概念圖中也可包含許多的具體事例,這些事例有助于我們理解所給定概念的意義。在繪制概念圖的過程中,所列舉的有效事例和有意義的概念越多,說明繪制者對這一概念理解越深刻。

2. 概念圖的作用

(1)概念圖是一種創(chuàng)作工具。畫一幅概念圖好比經(jīng)歷一次“頭腦風(fēng)暴”。當(dāng)一個人把自己的想法順利地畫下來時,其思路會更清晰,知識會更鞏固。

(2)概念圖是一種學(xué)習(xí)工具。建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論認(rèn)為,要記住概念并理解其意義, 就應(yīng)當(dāng)將新知識與原有的知識結(jié)構(gòu)整合。概念圖能促進這個過程的形成,因為概念圖可以把整合過程清晰呈現(xiàn)出來,并使學(xué)習(xí)者看到概念之間的關(guān)系。

(3)概念圖是一種評價工具。通過概念圖可以了解學(xué)生在解釋概念時出現(xiàn)的不完整甚至錯誤的想法。學(xué)生畫的概念圖表達了他們對概念正確或錯誤的理解,有助于教師診斷概念被學(xué)生曲解,以致影響教學(xué)效率的原因。

(4)概念圖是一種交流工具。概念圖表達了一種組織信息或思想的方法。它是可以被其他人共享的東西,可用作人們討論概念和概念之間關(guān)系的交流工具。

3. 概念圖制作的步驟

化學(xué)概念圖的制作沒有嚴(yán)格的程序規(guī)范,要制作一個較為完整的概念圖,一般有以下幾個環(huán)節(jié):

(1)確定某單元中的關(guān)鍵概念。關(guān)鍵概念是一張概念圖的主題,也稱中心概念,一般放在概念圖的最上端或中央。有時確定中心概念可能會遇到困難,這時,可以注意一下概念的背景,或了解概念出現(xiàn)的順序,或反思中心主題的引導(dǎo)方向等,在這個過程中需要反復(fù)思考、斟酌及修正。

(2)把該單元中所有的概念都羅列出來(包括那些雖然不在該單元出現(xiàn),但與該單元關(guān)系密切的概念)。注意只羅列出這些概念的名詞,不要任何解釋,也不應(yīng)該包括任何形容詞、動詞。制作時可把概念寫在卡片上以便于移動,這對設(shè)計概念圖很有幫助。

(3)從關(guān)鍵概念出發(fā),尋求各概念之間的聯(lián)系,然后按一定的邏輯關(guān)系將所有的概念整理歸納,以建立概念之間的連接,用線條把概念連接起來,并用連接詞注明。連接詞通常是單個的詞,要簡潔明了,應(yīng)能說明兩個概念之間的關(guān)系。連線使概念之間建立了意義。

(4)把說明概念的具體例子簡要地寫在概念旁。

(5)不斷反思和完善概念圖。隨著學(xué)習(xí)的深入,學(xué)習(xí)者對原有知識的理解會逐漸深入和改變。因此,概念圖應(yīng)不斷修改和完善。諾瓦克認(rèn)為好的概念圖一般要修改三次以上,甚至更多。

圖2是概念圖的基本模型。

概念圖可以用粉筆和黑板、紙和筆等手工制作,也可以用平常的辦公應(yīng)用軟件如office、wps等繪制。目前,針對概念圖的特點,國外研究出了幾種專門制作概念圖的軟件工具,如Amp、Inspiration、Activity Map、Mind Manager、Mindman、Axon Idea Processor、CoCo Systems Decision Explorer等。利用電腦軟件制作概念圖有許多優(yōu)點,如修改方便,界面漂亮,可以直接打印,可以網(wǎng)上交流等,是目前制作概念圖最常用的方法。

二、 概念圖在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

概念圖把化學(xué)知識高度濃縮,將各種概念及其關(guān)系以層狀結(jié)構(gòu)形式排列,體現(xiàn)了意義建構(gòu)學(xué)習(xí)的實質(zhì)。概念圖作為“學(xué)”的策略,能促進學(xué)生的意義學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性學(xué)習(xí),最終使學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí);作為“教”的策略,能有效地改變學(xué)生的認(rèn)知方式,切實提高教學(xué)效果。在化學(xué)教學(xué)中,概念圖主要應(yīng)用在以下幾個方面:

1. 作為化學(xué)教學(xué)設(shè)計的有效工具

化學(xué)概念并不是孤立存在的,概念之間有著嚴(yán)密的邏輯關(guān)系,包括從一般到具體的序列關(guān)系及相互滲透的網(wǎng)狀關(guān)系。一個概念只有與多個概念發(fā)生聯(lián)系才能表現(xiàn)出它的意義。概念圖使學(xué)生能較清楚地看到各概念之間的聯(lián)系,促進學(xué)習(xí)正遷移和意義學(xué)習(xí)的發(fā)生,從而提高學(xué)習(xí)效率。化學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計中運用概念圖,能將原來儲存在教師頭腦中的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)理論和教學(xué)經(jīng)驗以可視化的形式表現(xiàn)出來,把知識整合過程清晰地呈現(xiàn)出來,能改變學(xué)生的認(rèn)知方式,使學(xué)生看到概念之間的關(guān)系。學(xué)生掌握了整體的知識框架,更容易了解新舊知識之間的聯(lián)系和區(qū)別。學(xué)生通過概念圖記憶的知識也必然比簡單機械記憶更牢固,從而有助于他們應(yīng)用化學(xué)知識解決實際問題。如圖3的“構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子”的簡明概念圖,它清晰地呈現(xiàn)出構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子及粒子的特征、粒子之間的關(guān)系等知識體系。這一單元的教學(xué)環(huán)節(jié)與教學(xué)流程讓人一目了然,并且還可根據(jù)需要進一步拓展。

2. 創(chuàng)設(shè)學(xué)生主動建構(gòu)知識的平臺

概念圖不僅是收集信息的工具,也是表現(xiàn)信息的工具。一幅化學(xué)概念圖可以容納大量的信息,學(xué)生可以利用概念圖總覽章、節(jié)、單元或文章所涉及的內(nèi)容,又可以對這些內(nèi)容進行編輯、改寫和增刪,這些過程其實就是重構(gòu)自己知識結(jié)構(gòu)或認(rèn)知圖式的過程。在實際教學(xué)中,讓學(xué)生自己制作概念圖,更容易發(fā)揮概念圖獨特的功效。由于制作概念圖時要求重建概念關(guān)系,因此,學(xué)生無法直接抄錄課文,除依賴書本已有信息外,還應(yīng)進行主動性的認(rèn)知活動。在構(gòu)圖中,學(xué)生首先要尋找并理解重要概念,然后將這些概念重新組織,并說明適當(dāng)?shù)倪B接關(guān)系,完成每一個有意義的命題,以表達一個完整的系統(tǒng)性的科學(xué)知識架構(gòu)。通過該過程,學(xué)生有充分機會重新審視自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu),培養(yǎng)在繁雜的信息中掌握對所學(xué)習(xí)的主要概念結(jié)構(gòu)的認(rèn)知能力,達到自我實現(xiàn)、提升概念學(xué)習(xí)成效的目的。

3. 培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力

對學(xué)生來說,設(shè)計并創(chuàng)作概念圖能促使他們整合新舊知識,建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò),濃縮知識結(jié)構(gòu),從而從整體上把握知識。概念圖作為一種元認(rèn)知策略,可極大地提高學(xué)生的自學(xué)能力、思維能力和自我反思能力。學(xué)生在畫概念圖的過程中體會、觀察知識之間的關(guān)系,對自己所學(xué)過的概念加以組織及整理,而使自己的知識結(jié)構(gòu)更加完整。同時,通過在學(xué)習(xí)過程中不同階段所繪制的概念圖,自行判斷自己認(rèn)知上的改變,甚至發(fā)現(xiàn)自己從來沒有注意和意識到的各部分知識之間的關(guān)系,從而產(chǎn)生一些獨特的理解,達到創(chuàng)新性學(xué)習(xí)的目的。

4. 作為學(xué)生形成性評價的依據(jù)

傳統(tǒng)的以分?jǐn)?shù)為標(biāo)準(zhǔn)的總結(jié)性評價有著明顯的弊端,作為補充形式,形成性評價越來越受到老師們的喜愛和重視。很多實踐探索表明,概念圖能夠作為形成性評價的有效工具。例如,教師可通過觀察學(xué)生設(shè)計概念圖的構(gòu)圖過程,了解其學(xué)習(xí)進展和內(nèi)心思維活動的情況,以便給出及時診斷,改進教學(xué)。概念圖也可用于書面考試中,它與傳統(tǒng)的紙筆測試相比的優(yōu)點在于,概念圖提供的考試結(jié)果已經(jīng)不僅僅是一個抽象的分?jǐn)?shù),而是學(xué)生頭腦中知識結(jié)構(gòu)的圖示再現(xiàn)。教師和學(xué)生本人都可以清晰地知道其學(xué)習(xí)的狀況,從而有效地幫助學(xué)生認(rèn)識自我。對概念圖的評分可以包括幾個方面:分支情況、從一般到具體的原則、等級、專業(yè)術(shù)語、連接詞語、橫向聯(lián)系等。

三、 化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用概念圖應(yīng)注意的兩個問題

1. 適應(yīng)內(nèi)容和能力培養(yǎng)的局限性

與結(jié)構(gòu)圖、模式圖、示意圖、實驗裝置圖等類型的化學(xué)圖表相比,概念圖更側(cè)重研究概念與概念之間的區(qū)別與聯(lián)系,而對于一些微觀結(jié)構(gòu)、重要的化學(xué)變化過程以及用實驗進行探究學(xué)習(xí)等,概念圖就顯得愛莫能助了。因此,在肯定概念圖功能的同時,不能無限地夸大概念圖的功能,并不是所有的化學(xué)知識內(nèi)容都適宜用概念圖的。勉強繪制概念圖往往會造成知識結(jié)構(gòu)變形,更有甚者在概念圖節(jié)點上出現(xiàn)的并不是概念,這樣就陷入了形式主義的泥潭,違背了概念圖制作的初衷。

概念圖是一種基于意義學(xué)習(xí)和概念同化理論的教學(xué)技術(shù),培養(yǎng)的是學(xué)生對概念的分析、比較、理解能力,反映了學(xué)生知識結(jié)構(gòu)中的靜態(tài)部分,主要適用于化學(xué)課堂知識教學(xué)中基本概念、基本理論及復(fù)習(xí)課的教學(xué)。但它在其他能力培養(yǎng)和技能訓(xùn)練等方面則顯得不足,尤其是對學(xué)生化學(xué)實驗基本技能及科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。

2. 制作方法的多樣性

化學(xué)概念學(xué)習(xí)的內(nèi)容不僅包含概念間的層級關(guān)系,還包括概念的定義、內(nèi)涵與外延、屬性及規(guī)則(包含概念的例證)等要素。對同一個知識單元,不同的人可以有不同的理解和構(gòu)思,他們繪制出來的概念圖可能有明顯的不同。所以概念圖的畫法不是唯一的,并且隨著制圖者對概念之間關(guān)系理解的深入,其制作的概念圖也會發(fā)生變化。

概念圖是一種把知識具體化、可視化的工具,反映出學(xué)生搜索已有知識,把握知識特點,聯(lián)系和獲得新知識的能力。使用概念圖教學(xué)能夠極大地提高學(xué)生的理解能力和記憶能力,對培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)造性思維有很大幫助。

概念圖的研究和應(yīng)用在國外已經(jīng)比較成熟和普及,而引入國內(nèi)的時間不長,要在教學(xué)實踐中廣泛應(yīng)用,教師必須掌握一定的理論知識和相關(guān)的現(xiàn)代教育技術(shù)。這對教師是一種新的挑戰(zhàn)。

(責(zé)編王學(xué)軍)