化學“圖創”教學原理及方法探析

王衛軍

摘要： 簡要介紹“圖創”教學原理，并以“原電池工作原理”為例，探討了圖創教學的思路和方法。認為圖創教學可分為組裝、融合與發展三個階段，經由具象到抽象再到具象的發生與發展過程，使學習者深入其中，做到人圖合一，從而實現事理與情理兼顧、學科價值與個人意愿兼容、事理邏輯與個人習慣兼修，化學學科才能超脫工具而深層次地影響人們的觀念和決策。

關鍵詞： 圖創; 教學原理; 教學方法; 原電池; 化學教學

文章編號： 1005-6629（2022）05-0040-05

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

思維的歷程，其實是有一些“模糊”的，盡管人們對腦及神經科學從結構、功能、機理等角度進行深入且有成效的研究，但大腦依然像個“黑箱子”，輸入與輸出的內容存在一定不可捉摸性。同一事物，不管看到的、聽到的多么清晰和準確，但經個人加工后，其存儲和輸出的結果往往出人意料。這種“物思相異”現象，在教學中也是非常普遍的，學生認知過程和結果的模糊性和難以預料性，使得應然的教學效果與實際大相徑庭。因此，從某種角度而言，教學即是在與這些不確定因素交鋒博弈，需要通過不斷減少和合理安置這些不確定因素，加強對學生離散性思維、無意識情感和趨向不明的價值觀進行收攏和規整，深層次地對學生的觀念、思維進行塑造和校準，從而確保學習過程的科學性和學習結果的準確性。

1 圖創教學原理概述

要介入思維過程，需要載體和可以操作的對象。創建一種可承載和反映思維內容、思維過程的載體，就成為教學中迫切需要解決的關鍵問題?；瘜W學習一直都是以視覺、感覺等直覺信息為起點，經由分類、歸納，拓展、延伸，實踐、應變等系列過程，才形成對事物和事理的認知。這個過程學生會經歷什么、伴隨著哪些變化，都需要教師透過事件和人性的表象去分析和推斷，在掌握事件及規律的基礎上，給予學生恰當的指引和啟發。

實踐證明，化學學習起步于對各類直覺及表象信息的抽象和聯想，進而構建出一種基于體驗的、個性化的介于實物和符號之間的“意象”。通過對意象的排列、組合和演繹，而完成對事物和事理的認知。可見，“意象”在其中是非常重要的認知元素，是先觀具體事物之“象”，后概括、抽象并融入個人理解之“意”，形成的一種無形有質的認知工具，它讓知覺和思維之間有了互通和轉化的可能[1]。而“圖創”教學，則是聚焦“意象”的構建和完善?！皥D創”之“圖”是泛在的概念，可認為是“認知的素材或支架”“認知的途徑或方式”或是“動態的、可變的認知結構”[2]或是“成型的科學結論和規律”?！皠摗眲t是為了發揮學習者的能動性，將學習看成是一種創造性行為，肯定學習者在接收、加工和輸出過程中，存在突破性和創造性作用和價值。

2 圖創教學思路與方法

意象是人與物、人與事交互產生的映像，蘊含著對客觀事實和規律的尊重，也包含著個人主觀意愿的隨意和任性。圖創教學不在于約束和規范，不在于逼迫學生形成一個統一的“意象”，而是追求其意象的科學性、合理性，契合學生的個性和習慣，能讓學生通過合理的“意象”去更好地認識世界、改造世界，更好地解決學習和生活中遇到的問題。

從意象的構建和發展過程來看，學習可分為三個階段： 組裝、融合與發展。下面就以“原電池工作原理”為例，談談圖創教學的實施過程和方法。

2.1 概念組裝，形成粗放的“草圖”

人們在認識新事物、新概念時，必然會借鑒前概念，通過挪用、嫁接、組合等方式，構建個人以為的新概念。新概念往往包含著以前與之相關、相類似的事物特征及原理。但新生的概念往往是松散的、粗放的，其特征不一定相互融合、協調一致。如學生看到“原電池”三個字，在學生頭腦里就會浮現很多畫面： 各類電池，扁的、圓的、大的、小的，以及生活中各種各樣的電池使用場景。學生感覺很熟悉，但最多也只是知道它是“產電、供電的東西”。然后看到課本上的定義：“是將化學能轉化為電能的裝置”。于是心中出現的是一節電池，里面放著神秘的化學物質，發生著神秘的化學反應，不斷輸出電流?；瘜W反應與電流之間存在何種關系，卻是一無所知。也就是說，學生通過現象和經驗，將以往的概念進行了組裝，但也是“盒子”“反應”“電流”等碎片化概念的堆積，缺乏明確的邏輯關聯（如圖1）。

在該階段，學生組裝的新概念是否契合實際，是否能真實反映新概念的組成、結構及功能，取決于學生是否具備豐富的“原材料”，對原材料的認識是否準確、深刻，是否能很好地發現不同原材料之間存在的重要關聯性。為此，教師在教學時，需要關注以下幾點：

（1） 提供豐富素材，營造概念生長的基本環境。

電池生產電，不是無中生有，而是利用了某些反應。通過解剖電池可以發現，電池中的結構和成分是有規律的，如干電池中的Zn與MnO2、鉛蓄電池中的Pb與PbO2，在一定條件下均能發生化學反應，在反應過程中，存在著能量的轉化。特別是干電池在使用一段時間后出現變軟、有液體滲透等現象，均說明這些化學物質在提供電能時發生了化學反應，這些物質在反應消耗后，電池就會失去產生電能的能力。電池的解剖，還可以清晰地看到電池的基本構成，這讓學生對電池的結構有一個基本的了解。至此，學生對化學反應與產生電能形成了模糊但確定的關聯，并對電池的結構有了起碼的認知。即形成了一個原電池的“大框架”，新概念也就有了基本的邊界和起碼的內涵。

（2） 厘清前概念，挖掘概念組裝的關鍵接口。

結合生活經驗及電池解剖，學生感知電流的產生與化學反應存在必然的關系，但關系何在？這需要教師對前概念進行梳理、辨析，將其中的聯系抽絲剝繭地挖掘和呈現出來，讓學生領會，從而實現概念的修正、調適，進而科學地組裝新概念。如原電池教學中，教師要從電流的本質談起，導線中的電流是電子定向移動而形成的，因而持續的電流需要“電子源”，也需要電子“歸屬地”，而化學反應中的氧化還原反應，就存在著電子的轉移，有電子的給出、遷移和獲得，這恰巧能為電流的形成提供基礎條件，將電流的產生與氧化還原反應理所當然地對接起來。電子轉移與電流傳導，是前后概念關聯和對接的接口，有了接口就有了聯通的橋梁，兩個概念的組裝就不會生硬、不會難以協調。

概念組裝是學習的重要階段，不能因為學生組裝的概念存在粗糙、不準確、不完善的現象而否定這樣一個過程。新概念的形成，如果缺乏足夠的經驗和體驗，就如無根浮萍，飄渺而含糊不清;如果缺乏深度的剖析、修正和完善，概念就不會深刻，不會有學生自己的印記，使用起來也難以得心應手。因此，概念組裝是“蹣跚學步”的開始，有了這個步驟，將來才可能“健步如飛”。但學步之初是需要“扶手”的，需要教師給予豐富的素材，并對素材進行必要的梳理、加工，從新概念所包含的內容與原理出發，指導學生基于前概念進行聯想，勾繪出粗放的概念“草圖”，初步厘清新概念的關鍵內容和含義。

2.2 概念融合，構建準確的“成圖”

概念的形成，需要在圈定的大框架下，進一步細化、明確。需要將整體結構和微觀行為均勾繪清楚，學生才會對新概念產生準確的認識。如學習原電池時，學生將氧化還原反應中的電子轉移與電流的形成產生關聯后，還需引導學生沿著電子行走的路線，以及電子轉移所引發的物質變化“經歷”一遍，才能將兩個概念、各種行為和變化厘清并融合起來。如圖2，原電池概念的組裝和融合，其實就是為不同概念找到合適的接口接通了，它們之間就有相通的東西，有了脈絡，便成為一個有機的整體，其運行的方式及蘊意就能成型。

化學反應與電能產生通過“電子轉移”這個接口對接，便能融合成一個整體。在某一電極，某物質（Zn）作為“電子源”貢獻電子，自身化合價升高（Zn2+），發生氧化反應;電子因電勢差的作用，定向移至另一電極，由某物質（Cu2+）接收，該物種因獲得電子而被還原（Cu）?？梢姡娔艿漠a生，是以氧化還原反應為基礎，它與以往的氧化還原反應有兩點不同的地方： 一是氧化、還原反應，不在一個地方發生，而是分別發生在兩個電極，但依然同步進行;二是電子的轉移不是直接傳遞，而是會通過特定的路線進行傳輸，其傳輸過程即是電流形成的過程。至此，兩個前概念在厘清并找到對接口的基礎上實現融合，于是學生理解化學能轉化為電能，以及原電池工作原理也就變得順理成章了。

在融合過程中，教學充分利用了學生的生活經驗，也運用了邏輯推理，讓學生在直覺、想象和推理中，對前概念進行梳理和完善，在結構和原理上進行組裝和融合。學生在感受“電子旅途”的時候，頭腦里必然會將各階段的經歷和變化，勾繪成一幅幅抽象而具體的畫面，或形成一段段契合自己心理特征的“心靈電影”，它們儲存在頭腦里，可以隨時查看和回想。當然，我們無法知道學生的“成圖”是何種畫面，但我們只要確保電子旅途的方向、路線和結果是正確的，學生“成圖”無論怎樣光怪陸離，其運行的方式和結果就必然是正確的、科學的。也就是說，圖創教學，我們并不追求結果的一致性，而是追求概念內核的科學性、得當性，我們需要引導學生找準前概念相互融合的接口和契機，找準一條思維構建和發展的合理路線。至于內核之外的附加想象，我們并不進行約束，只要附加信息能襯托主體，能為新概念增加色彩、趣味及有意義的內容，一切都是值得提倡和鼓勵的。

2.3 概念拓展，鑄就智慧的“活圖”

概念的組裝和融合，先是對前概念進行具化，然后融入個人直覺感受、理解，在形意上進行對接、整合與發展。此時，新概念還是較為偏向某一具體事物或某一具體過程和結果的。但概念要有更大的適用范圍，就需要對其進行抽象，將其簡化成更為本質、扼要、高級的東西，才能將其遷移至某一類事物的變化中去。

如圖3，Zn與CuSO4構成的原電池，圖形包含了宏觀結構、微觀示意以及有關定義，較為形象具體地表征了原電池的工作原理及過程。當然，它依然只能表示這一具體的原電池，而不能表征其他。若其蘊含的原理、規律要應用到其他原電池，還需對數個不同的原電池進行分析、比對，從中歸納和總結出一般規律，進而概括出一個更為“簡要”的概念圖。該概念圖更為抽象、明確、開放，不僅能一目了然地看出原電池的構造和原理，還能隨時與任一原電池進行對接，轉化為一個具體的原電池。此外，對示意圖的抽象，還可以依據需要選擇性地進行。如為了幫助學生厘清和掌握微觀粒子的流動方向、規律，可引導學生從原電池概念圖中抽象出“正循環”和“負循環”兩個基本循環（如圖4）。

圖4 原電池中“正、負循環”示意圖

概念的理解，必然涉及發散和歸一兩個過程。人們對不同事物的認知，會產生不同的“印象”和“模型”?；瘜W知識如此繁多，那就需要無數種“圖形”來反映和解釋不同的事實規律?！皥D形”的發散性是解釋多種事實的需要，但“多”就難以控制，難以形成一貫的做法，因此，在鼓勵發散性和多樣性的前提下，還需要引導學生發現歸一性，就是找到高度概括、抽象、通用性的“圖形”，使其能反映一個普遍的規律，可以和不同的事實對接，靈活地解決同類型問題。

3 圖創教學總結與反思

信息被認識是先形式、后內容、再效用的過程[3]?！皥D創”即是要改變單一地采用文字語言呈現學習內容，而有目的地引導學生基于經驗和實驗等具象事物進行觀察與聯想，并依托前概念的組裝、調試、融合與抽象，創造出新的“概念圖”[4];再通過實踐，將新概念圖與實物、個人思維充分對接起來，做到可以彼此填充、彼此支撐與轉換;人圖合一后，新概念圖就成為一種有效的思維工具和下意識的思維方式，不會因要用化學知識而刻意為之。這個過程體現了“圖創”在教學中所具有的價值和意義。

3.1 “圖創”讓事實與事理之間有了中轉站

“圖創”提倡打破純符號、純邏輯推導的教學方式，也要打破純靠事實羅列和堆積來增長知識的做法。通過觀察、想象、勾繪與實踐，經歷從具象到抽象再到具象的學習過程，實現形象思維與邏輯思維、文本邏輯與生活邏輯的融通，化學學習變得有形態、有趣味和有邏輯，使得符號和實物之間有了可以記錄規律和表達個人理解和取向的“意象圖”。意象圖讓符號具象化，實物抽象化，既聯通了虛實，也跨越了時空，它讓處于不同時空的此事實與彼事實聯系起來，并憑借前事實的經驗和方法，解決當前的問題?！皥D創”有別于常說的“三重表征”，它不惟客觀和精準，而是在科學的基礎上融入了主觀上的判斷和加工，融入了學習者的經驗和喜好。在從事實走向事理的過程中，學習者不僅僅是探尋、印證和記錄，而是有了一個相對獨立的空間，供自己駐足、思考和創作。

3.2 “圖創”探尋知識地圖也挖掘人的版圖

“圖創”是心理認知的過程和產物，是基于個人經驗、情感和習慣，對客觀事實進行概括和抽象，形成個性化的“意象”。這意象既遵循化學事實和規律，又契合個人習慣和特性，是個人得心應手的思考工具。學習過程中，學習者是信息的收集者、加工者和創造者，同時也是信息的提供者。學生對前概念認知的廣泛性、豐富性及準確性，以及學習過程的情感體驗和價值判斷，對學習的動機、態度和效果都有深刻的影響。圖創教學，在不斷豐富和校準基礎素材的基礎上，引導學生觀察、感受與思考，在挖掘事理結構與規律的同時，還為事理規律的理解和掌握附加上各種有意義的經歷和情感，并做出積極的、科學的價值判斷。即在教學中，學生的認知與能力是教學的起點，也是教學的歸宿，過程中他們是能動的、有批判性的、有創造力的，他們是真正的參與者、踐行者，而非只是接受者。既然學生是學習的主體，教學中就無法將事理與情理分開，無法將客觀價值與個人意愿分開，無法將事實邏輯與個人習慣分開。學習過程與標準的整齊劃一，并不是教學的目的和追求，教學追求的是百花齊放、各美其美卻又保持著同性同質、同情同理。即學習不是讓學生接收和記住同一個結論，而是經由同類事實后，能各自用自己的方式推導出相同的結論，進而制定出各種有效且有創意的問題解決方案。

3.3 “圖創”追求浸入與融合而不是簡單安放

事實證明，教學中若將化學學習視為一個封閉的邏輯體系，化學教學就只能在自己的方圓內進行自我佐證、自圓其說，其結果必然會將學生隔離在外。學生學習只能將自己變成化學知識體系上的一張“貼紙”粘附其上，不能融合其中。所謂的化學思想、化學方法就不能成為深入學生內心的東西，在實踐中，化學也只能被當成一個“錘子”，而不能深層次地影響和輔助學生進行思考和決策。圖創的目標，是為了協助學生構建契合自己習慣的概念圖、方略圖，而不是規格統一、形式相同的嚴密體系。這對學生而言，這種與自己不能融合的體系，就是強加到頭腦中的一個異物，沒辦法得心應手，也沒辦法靈活變化，無非是在遇到“釘釘子”時，拎起來砸一砸的“錘子”而已。為此，圖創教學追求解讀、內化和創造，是將化學知識與個體發展深度融合，化學知識不僅僅是砸一砸的工具，而是能影響學生作出決策的重要因素。

3.4 “圖創”讓思維更有張力和創造性

圖創教學將邏輯思維的“理性”和形象思維的“感性”對接起來，并將邏輯的嚴密性、嚴謹性和想象的跳躍性、發散性結合起來，使思維更有突破性和創造性。影響問題解決的因素非常復雜，特別是現實生活和生產中，遇到的問題完全不像教材中那樣有著完整的問題結構，有著條理清晰的預設條件，而是盤根錯節、主次難分，甚至結構不良。為此，要解決實際問題，不僅需要學生具備嚴密的邏輯思維能力，還需要有發散性、跳躍性的想象力，用以跨越邏輯上的斷層以及問題結構不良帶來的障礙，從而找到完美解決問題的方法和策略。

圖創教學力圖在人與化學之間構建平等對話的機會，將科學的客觀性、嚴謹性與人的主觀性、情感性對接，相互融合并建立既符合科學規律又契合自己認知習慣和審美情趣的意象和模型，從而打破人與知識之間的隔閡，使得教學不至于被動灌輸或胡亂揣測。當然，圖創教學不足以稱之為一種教學創新，也不可能是傳統教學的替代手段，它只是一種教學思路，一種輔助或補充，其核心只是將“學習”變為“人的學習”，并將“人”變活、變真實而已。

參考文獻：

[1]汪振城. 視覺思維中的意象及其功能——魯道夫·阿恩海姆視覺思維理論解讀[J]. 學術論壇， 2005， （2）： 129～133.

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[3]趙慧臣. 知識可視化的視覺表征研究[D]. 南京： 南京師范大學碩士學位論文， 2010.

[4]林冰冰. 教學中發展學生視覺思維的策略研究[D]. 福州： 福建師范大學碩士學位論文， 2014.