合理調動元認知 有效建構化學概念

陸芳靜

摘要：溶解度概念是初中化學溶液章節中邏輯嚴密、表述復雜的一個定義性概念。這一概念對學生的邏輯抽象能力要求較高，學生學習時有較大困難。本研究借助心理學的元認知理論，運用于化學概念教學。與傳統的概念講授式的教學方法相比，作者認為此法更能有效實現化學科學概念的建構。

關鍵詞：元認知理論;溶解度;概念教學

文章編號：1008-0546（2019）02-00012-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學概念是在化學科學研究過程中形成的，不僅是化學科學的基礎，也是進行化學思維的工具?；瘜W概念具有高度的抽象性和概括性。維果茨基認為：“概念的直接教授是不可能的，而且也是沒有效果的。”

“溶解度”概念教學在溶液教學中處于重要地位，是教學中的一個難點，其邏輯嚴密，表述復雜，對學生能力要求也高。同時，學生在正式學習一種概念前，有著一定的“前概念”。教師在教學中必須結合學生的已有概念進行教學，如發現學生出現迷思概念，則需要進一步科學轉化。以上概念教學的種種困難不得不要求化學教師不斷尋求有效的概念教學方式，以期學生能真正建立起科學的化學概念。

然而，國內初中化學教學由于受應試教育的影響，大部分化學教師只注重學生的學習結果，強調概念的死記硬背，忽視概念教學與學生的互動，忽視調動學生的元認知。這樣的化學概念教學使得學生不能理解概念的內涵與外延，逐漸對化學學習產生一定的困惑。為了了解學生對于溶解度前概念是否存在迷思，筆者在新課之前對全校500個學生進行問卷調查，收回有效問卷415份，有效問卷率83%。問卷結果顯示，18.31%的學生認為增加水的質量可以提高食鹽的溶解度;20.48%的學生認為攪拌可以增大食鹽的溶解度?？梢?，學生對溶解度概念存在較大迷思。

一、元認知理論在化學概念教學中運用的理論分析

近幾年，國內教育學者將最初屬于心理學范疇的元認知理論運用到化學學科教學中，提出了元認知理論概念轉變教學策略。元認知理論最早是由美國著名發展心理學家弗拉維爾（Flavell）提出的。他認為，“元認知是人們關于自身認知過程及結果或與此相關的一切事物的知識”。元認知的核心意義是對認知的認知，是個體對自己的認知加工過程的自我意識，自我體驗，自我調節與自我監控。

從元認知的構成成分來看，它包括元認知知識、元認知體驗和元認知監控三種成分。元認知知識是個體的長時記憶中貯存的一些陳述性、程序性及條件性知識。在實際認知過程中，三者相互聯系、相互影響、相互制約，三者有機結合便構成一個統一整體，即元認知。

從元認知角度來看，學生的學習過程是對所學材料的識別、加工和理解的認知過程，同時也是一個對該過程進行積極監控、調節的過程。學生學習的有效性往往取決于學生自身元認知水平的高低。研究表明，具有較高元認知水平的學生，既能清楚運用所學知識，也能對自己的認知過程有一個清楚的認識。

合理調動學生的元認知，可以將枯燥的化學概念轉變為學生自主認知的一個過程。這樣的概念教學方式最大程度突顯出以“生”為本的教育理念，能有效培養初中學生學會學習、學會反思、學會評價的能力。

二、元認知理論在化學概念教學中運用的實踐案例

筆者以“溶解度”概念為內容，運用元認知理論進行概念教學的實踐應用。

1.創設情景，用積極的元認知體驗“喚醒”沉睡的元認知知識

新課引入：筆者播放“冰凍星球”攝制的一段南極“死亡冰柱”視頻，展示給學生們一個前所未見的世界：當海水溫度降低到一定程度后，海水里的鹽分析出，海水發生結冰并呈柱狀向海底延伸，所到之處，海洋生物被凍死。教師指出：這一奇妙的自然現象與課題“溶解度”概念有關。

創設情景：教學中教師聯系已有知識，回顧相關的“溶解性及其影響因素”，然后向學生提出問題：不同的物質的溶解性該怎么比較？如何定性比較？教師給每組提供相同的實驗儀器和藥品，請學生比較：室溫（20℃），食盆和蔗糖的溶解性強弱。教師要求：小組內討論，并設計出合理方案。

為什么會出現“死亡冰柱”的神奇現象？什么是物質的“溶解度”？在學生們茫然之時，教師需要及時調動學生的元認知體驗，“喚醒”“沉睡”的元認知知識。元認知知識只有被“激活”才能為個體所用。而元認知體驗正可以“喚醒”“沉睡”的元認知知識，使元認知知識出現在學生的記憶中，從而能夠被用于調節活動提供指導。

教師聯系“溶解性及其影響因素”，巧妙借助實驗比較室溫下食鹽和蔗糖的溶解性強弱，讓學生意識到當前學習內容，產生的認知和情感體驗。積極元認知體驗激發學生的認知熱情，激發學生的認知潛能，可以提高認知加工速度和有效性。當小組成員把生活中常見的食鹽和蔗糖作為實驗對象時，積極的元認知體驗不斷促使他們產生各種方案，產生激烈司論。

2.小組交流，用激烈的同伴思辨“啟動”有效的元認知監控

小組匯報：不同的小組設計出不同的實驗方案，最后得出了實驗結論：室溫（20℃）下，蔗糖在水中的溶解性大于食鹽在水中的溶解性。但是在組間交流時出現了“溝通障礙”，即不同的小組在溶解食盆和蔗糖時使用了不同體積的水，導致溶解食鹽和蔗糖的質量也不同，無法僅僅通過比較組間溶解食鹽和蔗糖的質量來定性比較兩者的溶解性大小。還有的小組由于水取用太多，導致實驗給定的全部質量的食鹽和蔗糖加入后都無法達到飽和狀態，實驗無法得出結論。教師在一旁稍加點撥，如果人為控制溶劑（水）的質量為100克，在比較不同固體溶解性強弱時就可以直接比較在相同溫度下達到飽和狀態時溶解的溶質質量即可。這個就是固體物質溶解度概念的由來。

溶解度是人們為了解決怎樣用具體的數字精確表達物質溶解性的大小人為確定形成的概念。學生小組在設計方案時往往只考慮溫度對物質溶解性的影響，忽略了實際應用中溶劑的質量影響溶質的質量，在推廣交流使用中會遇到麻煩。

元認知理論概念教學經常使用小組合作的教學方式。小組合作模式可以最大限度地調動每個學生的認知過程。小組內和小組間的交流討論是一種思維碰撞的過程。這一思維碰撞過程實際是還原了人們最初引入溶解度概念的認知過程。整個認知過程的不斷修正與完善，也是學生個體自主或不自主進行著元認知監控活動，不斷對這個實驗設計進行積極而自覺地控制和調節。

3.師生實驗，用真實的數據建構抽象的概念

通過上述討論與分組實驗，學生明白溶解度是溶解性的定性表示。為了使用方便，我們可以人為地控制某些因素不變，如一定溫度、一定量的溶劑（100g），此時溶質最大的溶解量就能體現該物質的溶解能力。當所有物質在同一標準下得出最大溶解量的值，就可以比較出不同物質的溶解性強弱。由此得出固體物質溶解度的概念，即“一定溫度下，該物質在100g溶劑（通常溶劑為水）中達到飽和狀態時所溶解的質里]致。

師生齊心合作完成實驗：在兩個裝有室溫（20℃）100g水的燒杯中分別加入食盆和蔗糖并用玻璃棒不斷攪拌至飽和狀態，蔗糖需要203.98，食鹽只需36g.即20℃時，蔗糖的溶解度是203.98，食鹽是36g。

概念內涵外延的考查：在了解溶解度的由來與定義后，教師需要趁熱打鐵，及時用判斷題對學生進行概念的考查。教學研究時制定一份溶解度試題測試卷，用于實驗班和對照班的測試。

傳統的溶解度概念教學一般是教師引入概念的定義，引導學生從四個關鍵字：“溫度”、“100g溶劑”、“飽和狀態”、“單位”去理解。學生在實際應用中往往丟三落四，總是掌握不了概念的實質。以上運用實驗，通過具體數據與物質，學生可以直觀看到“溶解度”概念是如何一步步建立的。這個過程有助于學生深刻地理解概念的內涵和外延。在實際應用中通常會圍繞溶解度概念本身進行概念辨析，也會出現溶解度含義的外延考查，如通過溶解度曲線判斷某溫度下一定量物質在水中的溶解量，所得溶液是否是飽和狀態，溶液的溶質質量分數等。這些在歷年中考要求中都以B或C等級形式考查，對學生來說有一定的難度。

4.繪制概念圖，用網絡化的結構豐富多維度的概念

繪制概念圖：學完溶解度概念，并完成相關練習后，作為課堂總結反饋，教師通常引導學生從溶解度的影響因素、概念四要素、溶解度與溶解性的關系等方面完成溶解度的概念圖繪制（圖1）。

概念圖的繪制有助于完善新概念的建構，還有利于學生發展認知能力和創新能力。繪制概念圖要求學生做到有條有理、清晰合理，重點突出。初中生往往缺乏一定的邏輯性和嚴謹性，教師可以利用小組互助模式予以補充完善。

概念圖制作過程是學生對概念的再次認知，也是教師對概念教學的及時反饋評價。學生們經歷了由害怕到嘗試，再由欣喜到滿足的心理狀態，豐富了認知情感體驗。

元認知體驗有助于學生確定新目標，元認知監控有助于學生累積新的關于認知活動的經驗，對元認知知識進行補充或修改。三者相互作用，共同促進溶解度概念的科學建構。

三、元認知理論在化學概念教學中運用的有效性分析

為了研究元認知理論概念教學對于溶解度概念教學的有效性，筆者在同質對照班中采用傳統的講授法概念教學。溶解度概念教學結束后筆者立即在實驗班和對照班進行溶解度試題測試，并將成績運用SPSS21軟件進行獨立樣本T檢驗。結果表明：實驗班和對照班的溶解度概念測試成績存在方差齊性不顯著（P>0.05），教學效果有顯著性差異（t=-5.680，df=81，P<0.05），即用元認知理論概念教學建構溶解度概念效果明顯優于傳統講授法概念教學。

化學概念教學強調建立完善的認知體系，注重化學科學思想和化學概念的聯系，突出化學科學研究方法和價值觀的重要作用。初中化學課程中化學用語和化學基本概念是學生學習化學的開始，也是后續學習的基礎。本研究嘗試借助心理學上的元認知理論，課堂上隨時做到充分調動學生自身的元認知，用學生積極的元認知體驗連接“動”與“靜”，使元認知監控與元認知知識互相調節，三者共同促進新的化學概念如行云流水般有效建構于學生的化學知識網絡中。力求在元認知理論的推動下，化學概念教學不僅能使學生熟練掌握概念的內涵與外延，更能使學生養成終身學習、勤于反思、悅納自我的人生習慣。

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