化學問題解決的心理圖式與影響因素探析

許海衛 陳紅

摘? ? 要：學生的化學問題解決過程是最重要的化學學習過程。要實現有效教學，就必須讓學生的學習過程，尤其是問題解決過程對教師可見。教師可以創設具有挑戰性的化學問題情境，借助學習訪談記錄表、口語報告等工具，對學生學習的過程進行外顯，并深入研究認知結構、思維能力、自我概念等因素對高中學生化學學習過程產生的影響，再結合案例給出提高教學有效性的策略。

關鍵詞：心理圖式;認知結構;思維能力;自我概念

為了更好地發展學生的核心素養，我們課題組立足化學學科，將研究視角定位在基于學生自主學習的優質教學。隨著教學研究的深入，我們深刻體會到要成為智慧教師，光有淵博的學識和精湛的教學技藝是不夠的，還需要有準確的教師定位，即服務于學生的學——“看見”學生的學習路徑，明晰對學生學習產生關鍵影響的因素，富有成效地促進學生學習目標的達成，做學生素養提升的催化劑。通過教學實踐和案例研究，我們認為學生的化學問題解決過程是最重要的化學學習過程，而了解學生的問題解決路徑是開展精準輔助學習的前提。

一、問題解決過程心理圖式的提煉

認知心理學認為，問題是在事物的初始狀態和想要達到的目標狀態之間存在障礙的情景，問題解決是指利用一系列認知操作或一定方法實現從目前狀態轉化為目標狀態的過程[1]232。為了透視學生解決學科問題時的內在思維“黑箱”，一方面，我們利用課堂觀察、作業分析、問卷調查和形成性檢測等渠道采集信息，并在分析和了解學生化學問題解決能力現有水平的基礎上，針對不同選科組合、不同學習內容、不同學業水平的學生，設定相應的問題解決學習的達成目標，創設具有一定挑戰性的化學問題情境，對學生問題解決過程展開系列研究。另一方面，我們又利用日常化學答疑的機會，適時開展了解學生問題解決過程的交流，并詳細記錄下對話內容，為研究積累豐富的可視化資料。

【案例1】堿性條件下CH4燃料電池負極反應式書寫的學習訪談

訪談目的：探查學生電極反應式書寫的思維過程。

問題設計：書寫堿性條件下甲烷燃料電池的負極反應式。

訪談對象：高二年級剛學完原電池新課的中等學業水平學生。

訪談記錄與資料分析如表1所示。

訪談資料的分析維度包含學生的學業基礎、思維角度、思考方法、思維障礙點以及自我過程（自我效能、動機、目標等）等。教師在與學生的訪談中利用傾聽，“看見”學生的學習路

徑，了解其學習難點。然后再借助評價引導，幫助學生發現認知偏差、豐富思維策略，促使其自主糾偏、增進自我效能感，進而提升學習信心，充分發揮問題解決能動性。

通過對不同層次學生典型問題解決過程的外顯表征分析，探查學生群體心理過程內部表征共性特征，我們提煉出學生化學問題解決過程中的一般心理圖式，如圖1所示：

學生先從問題情境中主動提取問題關鍵信息進入工作記憶，對問題的有關信息進行解讀表征，明確問題的目標指向并準確界定問題。接著努力檢索有關信息，激活已有認知，對問題目標進行剖析。然后確立問題解決的切入點，構建解決模型嘗試解決問題，并形成初步結論。最后再對取得的初步結論進行評價，并及時修正模型、調整策略，達成最終結論。

二、學生問題解決的影響因素

學生的問題解決過程是實現識知的現有狀態向目標狀態轉化的過程，是“在問題的已知狀態和目標狀態之間尋找一條路徑”[2]。它是一個復雜的認知活動綜合體，需要原有儲備知識、智慧能力和自我系統等的共同參與。通過剖析學生的問題解決過程案例，我們發現，從學生的層面來看，影響學生問題解決的因素至少包含以下幾個方面：

（一）認知結構制約化學問題解決

問題解決是學生運用原有認知解決具體情境問題的能力活動。認知結構影響對信息的選擇、解釋、組織和記憶[1]121。在問題解決的心理過程中，要準確解讀獲取信息、正確定位解決角度并確立解決路徑，知識的結構化水平顯得尤為重要。

【案例2】硫酸可用于制備哪些氣體？為什么？

設計意圖：探查學生對典型物質性質的掌握水平。

典型表述1：可以制備氫氣、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫，因為強酸可以制弱酸。

典型表述2：還可以制備氯化氫、溴化氫、硝酸等，因為不揮發性酸可以用來制備揮發性酸。

典型表述3：還可以利用它具有強氧化性的特性，來制備二氧化硫、二氧化碳等。

典型表述4：還可以制備一氧化碳、乙烯，因為它具有脫水性。

典型表述5：利用硫酸的酸性，還可以制備一氧化氮、二氧化氮，因為硫酸可以制備硝酸，利用所得的硝酸和銅反應不就能制備了嗎？

典型表述1和2一般是脫口而出的，說明學生對硫酸概念的學習處于從單點到多點的結構層次，停留在表層理解水平。強酸制弱酸、不揮發性酸制揮發性酸是初中已經學習過的內容，這兩個表述反映出熟練的知識在應用時可達到自動化狀態。對教學的啟示是：教學中適度地刻意訓練可以促進概念的內化和觀念化。當然，刻意訓練并不是簡單的重復練習，所擬題應能促進學生對所學知識的深度理解，具有拓展認知功能，以利于學生認識的發展。

典型表述3和4，體現出學生能認識到物質的多樣性。從組成、性質等多個視角分析、闡述硫酸的用途，說明學生對硫酸概念的學習處于從多點到關聯結構層次，進入深度理解水平。對教學的啟示是：應重視監控教學目標的達成度，及時對學生學習情況進行反饋評價，示范并引導學生用優化的策略建構知識網絡（如圖2），在刻意練習中促進認知的結構化。

典型表述5展現出學生能根據問題解決的需要，從不同的角度對硫酸及其變化進行分析，延展推斷得出硫酸可以制備一氧化氮和二氧化氮，從而創新性地解決問題。這說明學生對硫酸概念的學習已達到概念性理解水平。對教學的啟示是：設置落于學生最近發展區、具有挑戰性、需要深層理解水平的問題，有助于學生融會各方面的知識，提高知識的結構化水平，從而準確、全面、創造性地解決問題。

（二）思維能力制約化學問題解決

問題解決需要一系列認知操作的交互作用，如記憶與再現、理解與分析、綜合與推斷、評價與創造等。幫助學生發展高階思維能力，使其能有效靈活地利用有助于記憶、分析、推理等的學習策略，提高信息加工能力，助推問題解決，促進認識思路的結構化。

【案例3】某工廠對一物質的水溶液進行蒸發結晶，產率總是很低。你能幫忙分析可能的原因嗎？

學生通過頭腦風暴得出：

1.揮發性酸與難溶性堿形成的鹽發生了水解;

2.物質在蒸發過程中被氧化;

3.物質受熱分解了;

4.物質受熱升華了;

……

該案例反映出學生在解決問題時缺乏分析的策略，不善于多角度分析關聯、整合解決，只是憑直覺想到什么說什么，導致問題解決缺乏全面性、系統性，創新性受阻。

問題解決的思維策略和方法學習離不開具體的問題情境，需要在問題解決的過程中去體會和習得。參與性示范是現代心理學發展的一種有效方法。如案例3，教師可在學生基本得出問題成因的情況下，再協同學生對答案進行分析、綜合、評價、提煉，得出應從物質性質與化學環境相互作用的視角去整合解決（如表2），幫助學生找出認識差距和有待改進的地方，促進思維的發展。

教師應有效地干預學生的學習，讓學生在日常學習中使用并練習高階思維技能及分析策略，這樣可以提高學生的思維水平和認知效率。由于學生在問題解決過程中呈現出層次關系、并行關系和互補關系等思維狀態[3]，教學中，教師應提供多向交流對話平臺，引導學生學會互相欣賞、互相啟發，促使他們相互學習、相互補充。這也是發展學生思維的有效途徑之一。

（三）自我概念制約化學問題解決

約翰·哈蒂的“繩索模型”認為：“學生是‘選擇者，他們意在向自己的世界注入秩序、一致性和可預測性，不但要選擇詮釋世界的方法，選擇替代行動方案，還要思考做出以上選擇是否有價值。這些選擇旨在保護、呈現、維持和推動自我感[4]。”對學生而言，化學問題解決既需要動用已學的結構化知識，又需要策略性思維能力，是一種新的挑戰。對自我信息的處理能力和處理方式，決定著學生在挑戰性任務面前的自信心、在錯誤和失敗面前的適應能力、與同伴互動時的開放性和意愿，以及付諸行動得到成功后的自豪感。

【案例4】三所不同層次學校化學選考班學生問題解決的自我過程

學生問題解決的自我過程的典型表現如表3所示：

1.自我效能感的呵護

自我效能是學生對自己能否成功解決問題的信心。碰到困難的任務，敢于挑戰、充滿自信是高自我效能的表現，淺嘗輒止則為低自我效能的表現。因此，應設置略高于學生現有水平的問題，激勵學生積極大膽地嘗試，引導他們做出稍微超出自己能力的評價。若通過努力，問題能迎刃而解，將有助于學生增強自信心，也能為學生能力的發展提供可持續的動力。

2.自我驅動力的助推

自我驅動力是學生內在的強烈學習意愿和行動力。學生只有樹立正確的學習價值觀才能產生較強的驅動力。與現實生活和工農業生產相聯系的化學問題，能較好地體現學以致用的價值，可以激發學生主動探究的興趣。在化學問題解決能力培養的過程中，教師與學生共同參與制定學習目標，并將長期目標分解為多個短期目標，將有助于學生參與的積極性，增強其勝任力和持續學習的毅力。

3.自我管理的干預

自我管理是學生對自己的目標、思想、心理和行為等表現進行的監控、評價與調節。良好的自我管理能力，有利于學生學習力的提升。教學管理中，教師要有效調動元認知，教會學生元認知學習策略，讓學生學會規劃自己的學習，設定挑戰自我的學習目標，集中注意力，自覺主動地投入互動學習，養成良好的學習習慣。教師要積極處理教學反饋，讓學生對學習過程進行自我反思，開展自我評價、自我完善，幫助其樂觀耐挫、體驗成功。這樣可以增強學生持續學習思考并付諸行動的意愿和信念。

教學即生活，教學即研究。體現學為中心，在獲知和理解學生學習的基礎上，有效促進學生達成學習目標，服務好學生的學習，實現為學而教——這樣的教學，對每個教師而言都是任重道遠且不可推卸的。

參考文獻：

[1]王小明.學習心理學[M]. 北京：中國輕工業出版社，2019.

[2]ALLEN N， HERBERT A.Simon Human Problem Solving[M]. Englewood Cliffs： New Jersey Prentice-Hall， 1972：39.

[3]張春，劉怡.基于學生學習路徑分析的教學路徑研究[J].中小學教師培訓，2015（9）：41-42.

[4]約翰·哈蒂. 可見的學習[M].北京：教育科學出版社，2015：82-83.