基于馬扎諾分類理論的“原電池”進階模型研究

何金萍 李佳 林舒婷 林燕蘭 汪朝陽

摘要：馬扎諾分類理論突破了布魯姆分類理論的局限性，建構了知識領域和思維加工層次的二維模型，更科學地體現知識與思維的層次性。基于該理論，從知識和思維兩維度分析“原電池”的課標要求、教材內容與習題，經編碼分析得出進階關系，建立該核心概念的思維—知識—目標進階模型，并設計出新授課和復習課的教學思路。該模型的建構思路有利于教師更明確學生在“原電池”各學習階段已具備和應達到的知識和思維加工層次，并為教師探討其他核心概念的進階教學提供理論支撐和教學指向。

關鍵詞：馬扎諾分類理論；原電池；核心概念；思維—知識—目標進階模型

文章編號：1008-0546（2023）07-0014-07 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.07.003

高中生對化學核心概念的認識具有層次性，[1]“原電池”是高中電化學重要的核心概念，隨教學的推進而逐步深化。在2019年人教版高中化學教材中， “原電池”內容主要分布在必修第二冊（以下簡稱必修二）、[2] 選擇性必修1（以下簡稱選必1）， [3] 具有由淺入深、由易到難的特點，每個學習階段有不同的認知層次。知識的學習是分階段且有明確路徑的，思維需要遵循一條連貫的、由簡單到復雜的軌跡。[4] 在不同的學習階段，學生具備不同層次的知識和技能，對原電池的認知深度也不同。

馬扎諾分類理論是對布魯姆分類理論的“超越”。[5] 布魯姆分類理論深刻影響了20世紀的教育領域，廣泛應用到教學研究和教材分析等方面。然而，隨著腦科學和心理學的發(fā)展，其暴露出愈來愈多的局限性。例如，過于簡化人的思維本質及其與學習的關系。[6] 自此，馬扎諾分類理論應運而生，基于人的學習行為模式研究學習過程，從知識領域和思維加工層次建構二維模型，并按照簡單到復雜、具體到抽象分別對2個維度進一步劃分層次類別，科學地體現學生學習知識的過程和思維的本質。[6]

基于馬扎諾分類理論分析與“原電池”相關的新課標要求及教材內容，探討以下問題：（1）新課標中與“原電池”相關的內容要求、學業(yè)要求存在什么進階關系？（2）人教版教材與“原電池”相關的內容（包括教材正文、教材欄目和教材習題）存在什么進階關系？（3）如何促進學生對“原電池”核心概念的認知發(fā)展？根據上述問題的分析結果，建構“原電池”進階模型，提出相關教學建議，為“原電池”教學提供一定的參考，并為教師進行其他核心概念的進階研究提供理論支撐和教學指向。

一、馬扎諾分類理論概述

依據人的學習行為模式及其思維特征，馬扎諾提出二維框架模型（見圖1）：一維是知識領域，包括信息、心智程序和心理動作程序，三種不同類型的知識領域按照簡單到復雜進一步劃分層次類別，[6] 信息分為細節(jié)和觀念，[6] 心智程序、心理動作程序均分為技能和過程，[7] 具體編碼、分類和涵義見表1。另一維是思維加工層次，包括認知系統(tǒng)、元認知系統(tǒng)和自我系統(tǒng)，三大系統(tǒng)按簡單到復雜的層次排列，[7] 進一步分為六個層次，從下至上依次為：提取、理解、分析、知識應用、元認知系統(tǒng)和自我系統(tǒng)，[7] 具體編碼和涵義見表2。其中，層次越高，綜合性越強，認知活動所需的意識思維越高。[6] 知識領域和思維加工層次相互作用并相輔相成，知識是思維培養(yǎng)的關鍵要素，思維是知識學習的重要扶手。

二、研究設計

1. 基于馬扎諾分類理論的課標分析

新課標是“原電池”核心概念考查的基礎和依據。基于馬扎諾分類理論對新課標進行分析和編碼，從“內容要求”和“學業(yè)要求”篩選出與“原電池”相關的具體描述，[8] 分解出相應的知識塊和行為動詞，進而從知識領域對知識塊編碼，從思維加工層次對行為動詞編碼，具體分析和編碼見表3。以新課標對必修二原電池的學業(yè)要求為例： “能辨識簡單原電池的構成要素，能分析簡單原電池的工作原理”，[8] 該描述涉及的知識塊包括“簡單原電池的構成要素”和“簡單原電池的工作原理”，要求基于事實對原電池構成要素和工作原理進行概括，屬于知識領域的觀念（I2）。知識塊對應的行為動詞分別為“辨識”和“分析”， “辨識”要求學生能夠概括簡單原電池的構成要素并加以分辨和識別，屬于“理解”層次； “分析”要求學生能夠歸納出簡單原電池的工作原理并建構簡單原電池模型，屬于“分析”層次。由分析可知，必修二對“原電池”內容側重“理解”層次，選必1對“原電池”內容側重“分析”與“知識應用”層次，從必修二到選必1存在明顯進階。

2. 基于馬扎諾分類理論的教材進階分析

（1）教材內容的進階分析

選取必修二、選必1中與“原電池”相關的教材知識，包括教材正文與教材欄目的內容，梳理得到其知識邏輯線。基于上述對新課標的編碼分析，分析“原電池”的教材知識邏輯線及其所屬知識領域和思維加工層次。例如，選必1教材107-108頁，正文介紹了電化學腐蝕、析氫腐蝕和吸氧腐蝕的定義，結合化學方程式介紹相應的原理；實驗4-3則是鐵釘的吸氧腐蝕實驗，要求學生解釋導管中水柱變化的原因。二者均涉及析氫腐蝕、吸氧腐蝕的原理，對應新課標中必修主題的學業(yè)要求“能利用電化學原理解釋金屬腐蝕現象”，其知識領域屬于I2，思維加工層次為A。綜合整體分析可得，從必修二至選必1，原電池的教材知識體現的思維加工層次由側重“理解”進階為側重“分析”與“知識應用”，這進一步驗證新課標和教材從必修二到選必1存在明顯進階。詳見表4。

（2）教材習題的進階分析

基于馬扎諾分類理論對人教版教材的原電池相關習題進行分析，具體包括必修二第六章第一節(jié)與選必1第四章第一節(jié)和第三節(jié)的“練習與應用”及“復習與提高”欄目的習題，習題來源與舉例分析見表5。

基于馬扎諾分類理論對教材不同章節(jié)欄目的習題進行思維加工層次的分析，相關習題來源見表5。

必修二的“練習與應用”欄目的5道習題依次為RE、C、C、A和KU的思維加工層次； “復習與提高”欄目的3道習題依次屬于C、A和MS的層次，無RE低層次的習題，但有MS高層次的習題。習題設計符合新課標的學業(yè)要求和內容要求，促使學生辨識簡單原電池的構成要素、分析簡單原電池的工作原理和體會化學電源或新型電池的重要性。

選必1第一節(jié)的“練習與應用”欄目的習題主要為C層次的習題，第三節(jié)“練習與應用”欄目的習題主要為A層次的習題， “復習與提高”欄目的習題側重A和KU層次的習題。習題設計符合新課標的學業(yè)要求和內容要求，引導學生理解和分析常見原電池的工作原理，分析金屬發(fā)生電化學腐蝕的本質、防腐原理及措施，并綜合運用所學知識解決實際問題。

基于此，對于原電池的教材習題，習題在教材之間和欄目之間存在進階關系，具體為習題的思維加工層次存在從RE→C→A→KU的進階關系。從必修二到選必1，從“練習與應用”到“復習與提高”，對學生的思維加工層次的要求逐級遞升。

3. 基于馬扎諾分類理論的原電池進階模型

依據馬扎諾分類理論，并利用其對“原電池”相關的課標、教材內容和習題的編碼分析，得出“原電池”體現的思維層次包括“提取” “理解” “分析” “知識應用”和“元認知系統(tǒng)”，并概括出不同的思維層次對應的知識，設計相應的教學目標，建構基于馬扎諾分類理論的“原電池”核心概念的思維—知識—目標進階模型，見圖2。

三、教學啟示

1. 凸顯進階依據，合理設計教學目標引導教學

馬扎諾分類理論將認知活動所需的意識思維從簡單到復雜、具體到抽象科學地劃分出不同的層次，這恰符合學生對核心概念逐步發(fā)展的進階認識。可見，基于馬扎諾分類理論的“原電池”核心概念進階模型，具有科學性和可行性，有助于教師了解學生對核心概念的認識發(fā)展規(guī)律，合理規(guī)劃各個教學階段的認知思維層次。

具體而言，基于馬扎諾分類理論對“原電池”核心概念進階模型的分析思路為：首先，基于該理論分析原電池核心概念在新課標的“內容要求”和“學業(yè)要求”，分解出知識塊和行為動詞，對應到知識領域和思維加工層次，以此明確新課標對原電池所要求的思維層次。其次，梳理原電池在教材的知識邏輯線、相應欄目及習題的思維加工層次，以明確不同階段學生已具備的和待發(fā)展的知識領域和思維加工層次，進而建構基于馬扎諾分類理論的“原電池”核心概念思維—知識—目標進階模型。

基于此，依據進階模型形成不同層次的教學目標，以促進學生思維的螺旋式發(fā)展。在教學目標的逐步引領下，教師能夠明確不同階段的教學深度，并合理設計教學環(huán)節(jié)，注重知識和思維的整體性、連貫性和邏輯性。同時，基于教學目標形成評價目標，以評價學生在課堂和習題中所表現出的思維層次，從而挖掘并突破學生在思維進階的難點，促進學生思維的有效發(fā)展。

2. 應用進階模型，系統(tǒng)設計教學思路進階教學

基于“原電池”核心概念的思維—知識—目標進階模型，設計相應的新授課和復習課教學思路。新授課教學思路以選必1第四章第一節(jié)原電池第一課時為例，具體設計思路見圖3。主要包括：結合教材知識邏輯線，從知識領域與思維加工層次2個維度分析學生的已有基礎，設計“分析、知識應用和元認知系統(tǒng)”三個思維加工層次的教學目標，分別對應原電池的工作原理、應用及其與資源利用的知識領域內容。同時，結合選必1第四章“復習與提高”的習題情境“以鋁—空氣電池為電源的航標燈”，設計對應的學習任務與問題鏈，以深化學生對知識的理解，促進學生思維的有效發(fā)展。

“原電池”復習課的教學思路見圖4，具體為：以所學的各類原電池為貫穿式情境，基于“原電池”核心概念的思維—知識—目標進階模型，從知識領域與思維加工層次2個維度設計任務線和問題鏈。以此，引導學生先回顧原電池模型，再完善模型，進而應用模型，并感受模型，側重促進學生的素養(yǎng)水平從模型認知水平2向水平4發(fā)展，從社會責任水平1向水平2發(fā)展。

“原電池”新授課和復習課的教學思路，有助于教師明晰“原電池”核心概念的教學設計及其思路，并為其遷移運用至其他核心概念的進階教學提供參考。

參考文獻

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[3] 人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發(fā)中心. 普通高中教科書：化學選擇性必修1[M]. 北京：人民教育出版社，2019.

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[8] 中華人民共和國教育部. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S]. 北京：人民教育出版社，2020.