化學(xué)教學(xué)方法對不同層次學(xué)生的影響

楊季冬+吳冰寒+畢文婷

摘要：認(rèn)知沖突法被廣泛用于化學(xué)課堂之中，研究中分別用認(rèn)知沖突法和直接教學(xué)法對學(xué)業(yè)水平較高和較低的學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，形成一個(gè)2×2的實(shí)驗(yàn)，通過課后的即時(shí)試卷分?jǐn)?shù)來衡量不同教學(xué)方法對不同學(xué)生的影響。結(jié)果表明：化學(xué)教學(xué)方法對不同學(xué)業(yè)水平的學(xué)生有著不同的影響，化學(xué)教學(xué)中認(rèn)知沖突法更有利于學(xué)業(yè)水平較高的學(xué)生，而直接教學(xué)的方式則更有利于學(xué)業(yè)水平較低的學(xué)生。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知沖突；直接教學(xué)；化學(xué)教學(xué)方法；學(xué)業(yè)水平

文章編號：1005–6629（2016）8–0014–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

利用認(rèn)知沖突（cognitive conflict）是一種重要的教學(xué)方法，在每一次聽課中，或多或少的會看到教師利用各種方法讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突。但是某種教學(xué)方法是否會有利于所有學(xué)生的學(xué)習(xí)？本文通過實(shí)證研究探究了化學(xué)教學(xué)中認(rèn)知沖突教學(xué)法和直接教學(xué)法對不同層次的學(xué)生的影響。

1 問題緣起

皮亞杰是研究認(rèn)知沖突的先驅(qū)，他認(rèn)為認(rèn)知沖突對于學(xué)習(xí)者有著重要作用，認(rèn)為學(xué)習(xí)者的經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)有的觀念不匹配時(shí)思維平衡就會被打破，為了保持平衡，學(xué)習(xí)者就會產(chǎn)生學(xué)習(xí)行為[1]。對于認(rèn)知沖突定義的表述有很多，但核心是一致的，即認(rèn)知沖突指認(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[2]。國內(nèi)外許多學(xué)者對認(rèn)知沖突進(jìn)行了大量的研究，其中有的學(xué)者關(guān)注學(xué)習(xí)者的認(rèn)知特點(diǎn)，比如動機(jī)研究[3]、前概念[4，5]等，也有學(xué)者關(guān)注到在課堂上由于認(rèn)知沖突而產(chǎn)生的教學(xué)效果[6]，另外也有大量學(xué)者研究了認(rèn)知沖突產(chǎn)生的特點(diǎn)[7]。而大多數(shù)的國內(nèi)學(xué)者則是研究在具體的教學(xué)中如何產(chǎn)生認(rèn)知沖突，如何應(yīng)用認(rèn)知沖突。比如陳玉喬研究了如何巧設(shè)認(rèn)知沖突[8]，沈崢研究了認(rèn)知沖突法在化學(xué)教學(xué)中的具體應(yīng)用[9]，羅美玲則研究了認(rèn)知沖突策略在概念轉(zhuǎn)變中的應(yīng)用[10]。

從已有文獻(xiàn)來看，設(shè)置認(rèn)知沖突是一種重要的教學(xué)方法，被大家認(rèn)可，并被廣泛應(yīng)用于化學(xué)課堂之中。蘇春林通過實(shí)證研究得出利用認(rèn)知沖突教學(xué)的實(shí)驗(yàn)班成績優(yōu)于利用常規(guī)教學(xué)的對照班[11]，但在與一線化學(xué)教師的交流時(shí)發(fā)現(xiàn)有些教師認(rèn)為設(shè)置認(rèn)知沖突的教學(xué)效果不太理想，不如使用直接教學(xué)。這里的直接教學(xué)（direct instruction）是一種教學(xué)方法，是一種小步驟呈現(xiàn)材料，停下來以檢查學(xué)生的理解，引導(dǎo)學(xué)生積極參與的系統(tǒng)方法。羅森斯海納認(rèn)為，如果教師要求學(xué)生學(xué)會些什么，那么就應(yīng)該直接教給他們。直接教學(xué)是一種以教師為中心的策略，主要由教師呈現(xiàn)信息。教師的作用是盡可能以直接的方式把事實(shí)、規(guī)則和動作序列傳達(dá)給學(xué)生。在直接教學(xué)中，學(xué)習(xí)的意思是參與、吸收教師直接呈現(xiàn)的觀點(diǎn)、技能和信息[12]。

這引起了筆者的興趣，可能存在其他因素影響著化學(xué)教學(xué)方法的教學(xué)效果，因此需要進(jìn)一步做深入細(xì)致的研究。我們猜想認(rèn)知沖突教學(xué)法可能對于不同的學(xué)生有著不同的效果，因此設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)證研究。

2 研究設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)將九年級化學(xué)中“空氣是由什么組成的”作為的課堂教授內(nèi)容（主要是紅磷燃燒實(shí)驗(yàn)），授課教師將分別利用認(rèn)知沖突和直接教學(xué)兩種方法中的一種對四個(gè)班級進(jìn)行授課（其中兩個(gè)班級用認(rèn)知沖突法授課，另外兩個(gè)班級用直接教學(xué)法），然后利用相關(guān)習(xí)題對學(xué)生進(jìn)行檢測，數(shù)據(jù)會根據(jù)教學(xué)方式以及學(xué)生的學(xué)業(yè)水平高低分別處理，根據(jù)習(xí)題完成的正確率來推斷不同教學(xué)方法對不同學(xué)業(yè)水平學(xué)生的教學(xué)效果。因此，本研究采取了2×2的設(shè)計(jì)，學(xué)生的學(xué)業(yè)水平和教學(xué)方法作為獨(dú)立變量，測量習(xí)題的正確率作為因變量。

2.2 研究對象

本實(shí)驗(yàn)的研究對象是武漢市某公立初中九年級四個(gè)班的部分學(xué)生。這四個(gè)班級屬于該學(xué)校同一層次班級，共兩名教師承擔(dān)這四個(gè)班的化學(xué)教學(xué)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)過程中有兩個(gè)班利用認(rèn)知沖突法教學(xué)，另外兩個(gè)班利用直接教學(xué)法。

我們區(qū)分學(xué)生學(xué)業(yè)水平高低主要依據(jù)最近的年級統(tǒng)考的綜合成績，并參考化學(xué)單元測驗(yàn)成績，最終結(jié)果如表1所示。

2.3 測量與評價(jià)

本研究采用自編習(xí)題對學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行測量，習(xí)題均與課堂內(nèi)容相關(guān)。為了減少其他因素對結(jié)果的影響，所有試卷均是在授課結(jié)束后立即發(fā)放，到時(shí)間后現(xiàn)場回收。之后進(jìn)行改卷，并將分?jǐn)?shù)錄入SPSS17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

需要說明的是，為了保證實(shí)驗(yàn)的客觀性，一個(gè)班級所有學(xué)生都將進(jìn)行測驗(yàn)，但并不是該班級所有的學(xué)生都屬于學(xué)業(yè)水平較高學(xué)生或?qū)W業(yè)水平較低學(xué)生范疇，比如其中某班共48人，但是實(shí)際參與分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)的學(xué)生只有29人（學(xué)業(yè)水平較高學(xué)生15人，學(xué)業(yè)水平較低學(xué)生14人）。

2.4 教學(xué)方法說明

保持兩種教學(xué)方法的相互獨(dú)立性是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，因此，在實(shí)驗(yàn)開始前筆者與參與研究的二位老師進(jìn)行了詳細(xì)溝通。在此環(huán)節(jié)，首先向二位老師介紹本研究的目的、方法、要點(diǎn)等，然后我們根據(jù)本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路、相關(guān)文獻(xiàn)及教學(xué)設(shè)計(jì)和二位老師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，制定了相應(yīng)教學(xué)計(jì)劃。

直接教學(xué)法主要采用教師講授的形式，而利用認(rèn)知沖突進(jìn)行教學(xué)時(shí)，則會設(shè)計(jì)一些問題讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，再引導(dǎo)學(xué)生解決認(rèn)知沖突。兩種教學(xué)方式的教學(xué)流程如圖1、圖2所示。

其中認(rèn)知沖突教學(xué)序列是從教師呈現(xiàn)問題開始，讓學(xué)生思考如何測量空氣中氧氣的含量。然后直接讓學(xué)生分組討論實(shí)驗(yàn)的大致思路及方案。此時(shí)學(xué)生會出現(xiàn)一些錯誤（比如使用木炭來消耗氧氣），甚至有些小組沒有設(shè)計(jì)思路。接下來針對學(xué)生的思路進(jìn)行師生交流活動，此時(shí)原本認(rèn)為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合理的學(xué)生會受到其余組的學(xué)生的質(zhì)疑（產(chǎn)生認(rèn)知沖突），在教師的組織下，得出一個(gè)大家都認(rèn)為合理的方案（實(shí)際過程中該方案不存在原理錯誤的問題）。然后根據(jù)該方案，由學(xué)生來描述，教師進(jìn)行操作。由于學(xué)生容易忽略實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)問題，因此初次實(shí)驗(yàn)容易失敗（在本研究實(shí)際過程中當(dāng)氧氣耗盡，由于沒有冷卻到室溫便打開止水夾，導(dǎo)致回流水不足1/5）。由于結(jié)果與學(xué)生預(yù)想的不一致（產(chǎn)生認(rèn)知沖突），教師組織學(xué)生討論可能的原因，該討論為開放式討論，教師并不預(yù)設(shè)參考原因。結(jié)合學(xué)生的想法，教師對可能造成實(shí)驗(yàn)失敗的原因進(jìn)行總結(jié)后，重新實(shí)驗(yàn)，并得出正確結(jié)論。最后教師對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。endprint

而直接教學(xué)法同樣也是以教師呈現(xiàn)問題開始，之后教師會直接說明實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，比如直接告訴學(xué)生為什么用磷而不用木炭，然后學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)思路分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在教師的引導(dǎo)下得出較為完善的實(shí)驗(yàn)方案。教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，邊操作邊講述實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)，比如紅磷要過量、等裝置冷卻到室溫再打開止水夾等，使得實(shí)驗(yàn)一次成功，即水的回流大約在1/5處。然后由教師列出一些錯誤的操作，引導(dǎo)學(xué)生討論這些錯誤操作對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。最后教師對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

3 數(shù)據(jù)分析

在用SPSS17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，我們將接受認(rèn)知沖突教學(xué)的學(xué)業(yè)水平較高和較低學(xué)生編為第1組和第2組，接受直接教學(xué)的學(xué)業(yè)水平較高和較低學(xué)生編為第3組和第4組。

3.1 學(xué)生總體結(jié)果

對數(shù)據(jù)進(jìn)行均值檢驗(yàn)，得到結(jié)果如表2所示。從表2中可以看到，第1組學(xué)生的平均分最高（10.09），第2組學(xué)生的平均分最低（5.67），且第1組的平均分?jǐn)?shù)約為第2組的兩倍。而第3組與第4組學(xué)生的平均分（分別為8.12、7.10）與總體的平均分（7.89）接近。由此可以看出，利用認(rèn)知沖突教學(xué)的高水平學(xué)生與低水平學(xué)生之間的分?jǐn)?shù)差距較大，而利用直接教學(xué)的高水平學(xué)生與低水平學(xué)生之間的分?jǐn)?shù)差距較小，利用認(rèn)知沖突教學(xué)似乎對于學(xué)業(yè)水平較高的學(xué)生十分有利，而對于學(xué)業(yè)水平較低的學(xué)生不利，利用直接教學(xué)的方法則更有利于學(xué)業(yè)水平較低的學(xué)生。為了強(qiáng)化上述的初步結(jié)論，我們將對數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理。

3.2 學(xué)業(yè)水平高學(xué)生的結(jié)果

學(xué)業(yè)水平高的學(xué)生分別是前文提到的第1組和第3組，對兩組進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

由表3中sig<0.05可知，這兩組學(xué)生的分?jǐn)?shù)有顯著差異，第1組均分高于第3組，因此認(rèn)知沖突法對學(xué)業(yè)水平高的學(xué)生更有效。

3.3 學(xué)業(yè)水平低學(xué)生的結(jié)果

學(xué)業(yè)水平低的學(xué)生分別是前文提到的第2組和第4組，對兩組進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

由表4中sig<0.05可知，這兩組學(xué)生的分?jǐn)?shù)有顯著差異，第4組均分高于第2組，因此直接教學(xué)法對學(xué)業(yè)水平低的學(xué)生更有效。

4 分析與討論

根據(jù)上述數(shù)據(jù)情況，認(rèn)知沖突教學(xué)法并沒有比直接教學(xué)法的效率更高，這也驗(yàn)證了之前的假設(shè)，即認(rèn)知沖突教學(xué)法對于不同的學(xué)生有著不同的效果。

在此研究中，我們根據(jù)認(rèn)知沖突和直接教學(xué)的一些原則設(shè)計(jì)兩個(gè)教學(xué)序列。實(shí)際上，最終的測試結(jié)果是一個(gè)教學(xué)序列的綜合結(jié)果，一個(gè)教學(xué)序列的各部分到底對最后的結(jié)果有著什么樣的影響顯然已經(jīng)超出本研究的范疇。

而對于這樣的結(jié)果，認(rèn)為有以下原因：

（1）學(xué)業(yè)水平較高的學(xué)生往往勤于思考，較為主動，因此，一旦發(fā)現(xiàn)有認(rèn)知沖突會積極去解決。所以，在課堂討論中他們思維敏捷，而學(xué)業(yè)水平較低的學(xué)生看似參與，但參與度可能不高。因此，認(rèn)知沖突法對于學(xué)業(yè)水平較高的學(xué)生更加有效。

（2）在直接教學(xué)中，很多知識點(diǎn)是由教師直接呈現(xiàn)，然后反復(fù)訓(xùn)練。這樣一種較為傳統(tǒng)的教學(xué)方式需要學(xué)生在課堂上集中注意力，而讓學(xué)生思考的部分較少。當(dāng)學(xué)生聽課注意力相近時(shí)，學(xué)業(yè)水平較低的學(xué)生同樣在課堂上能記住許多要點(diǎn)。因此，利用直接教學(xué)法對于學(xué)業(yè)水平較低的學(xué)生較為有效。

通過上述的數(shù)據(jù)分析處理，本研究得到以下結(jié)論：（1）化學(xué)教學(xué)方法（認(rèn)知沖突法和直接教學(xué)法）對不同學(xué)業(yè)水平的學(xué)生的影響有差異；（2）化學(xué)教學(xué)中，認(rèn)知沖突法有利于學(xué)業(yè)水平較高的學(xué)生；（3）直接教學(xué)法有利于學(xué)業(yè)水平較低的學(xué)生。

本研究通過教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究得到研究結(jié)論，但是也還有進(jìn)一步研究的空間。第一，由于資源有限，所以本研究只是選了一節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行干預(yù)，后繼研究可以進(jìn)行更長時(shí)間的干預(yù)來檢驗(yàn)效果。第二，本研究得出了一系列的結(jié)論，而對于造成此結(jié)果的原因，文中雖略有討論，但仍需在后續(xù)研究中深入探討。第三，學(xué)生學(xué)業(yè)水平的差異會影響教學(xué)方法的效果，但這很可能并不是唯一因素，比如教學(xué)內(nèi)容也可能是影響因素，對此還可以做進(jìn)一步的實(shí)證研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] Piaget， J.. The Equilibration of Cognitive Structures[M]. Chicago： University of Chicago Press， 1985.

[2]車文博.當(dāng)代西方心理學(xué)新詞典[M].長春：吉林人民出版社，2001：299.

[3] Kang， S.， Scharmann， L. C.， Noh， T. & Koh， H.. Cognitive Conflict and Situational Interest as Factors Influencing Conceptual Change [J]. International Journal of Environmental and Science Education， 2010， 5（4）： 384～405.

[4] Limón， M.. On the Cognitive Conflict as an Instructional Strategy for Conceptual Change： A Critical Appraisal [J]. Learning and Instruction， 2001， （11）： 357～380.

[5]趙軍志.前概念對化學(xué)概念的影響及其轉(zhuǎn)變策略的研究[D].武漢：華中師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007：28～29.

[6] Chan， C.， Burtis， J. & Bereiter， C.. Knowledge Building as a Mediator of Conflict in Conceptual Change [J]. Cognition and Instruction， 1997， 15（1）： 1～40.

[7] Druyan， S.. A Comparison of Four Types of Cognitive Conflict and their Effect on Cognitive Development[J]. International Journal of Behavioral Development， 2001， 25（3）： 226～236.

[8]陳玉喬.巧設(shè)認(rèn)知沖突提升化學(xué)教學(xué)有效性[J].化學(xué)教學(xué)，2012，（1）：18～20.

[9]沈崢.“認(rèn)知沖突法”在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].化學(xué)教學(xué)，2007，（10）：1～3.

[10]羅美玲.認(rèn)知沖突策略在概念轉(zhuǎn)變中的應(yīng)用研究[J].化學(xué)教育，2014，（5）：34～36.

[11]蘇春林.認(rèn)知沖突教學(xué)策略在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].福州：福建師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2014：61.

[12]于素紅.論直接教學(xué)[J]外國教育研究，2013，（11）：4.endprint