陳浩 嚴文法 靳澤藝

摘要：根據(jù)建構(gòu)主義的指導(dǎo)思想，學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)概念之前頭腦中存在著大量的相異構(gòu)想。概念圖作為表征學(xué)生認知結(jié)構(gòu)和促進學(xué)生有意義學(xué)習(xí)的工具，它可以被用來診斷、轉(zhuǎn)變學(xué)生的相異構(gòu)想。探討了概念圖作為教學(xué)策略、學(xué)習(xí)策略在學(xué)生“電解質(zhì)”概念相異構(gòu)想轉(zhuǎn)變中的應(yīng)用，并利用概念圖技術(shù)對應(yīng)用效果進行了評價，得出了以下結(jié)論：概念圖是促進學(xué)生有意義學(xué)習(xí)和概念轉(zhuǎn)變的有效工具;概念圖有助于學(xué)生形成良好的認知結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：概念圖;相異構(gòu)想;概念轉(zhuǎn)變;電解質(zhì)

文章編號：1008-0546（2019）10-0015-06 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.10.004

一、問題提出

概念圖（concept map）由美國康奈爾大學(xué)的諾瓦克（Novak）在上世紀70年代末提出，能形象表達命題網(wǎng)絡(luò)中一系列概念含義及其關(guān)系的圖解，是用來組織與表征知識的工具。概念圖是概念的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是由節(jié)點（點/最高點）和連結(jié)節(jié)點的線段（弧形，折線）組成。節(jié)點代表概念而連線（關(guān)系標簽）代表概念之間的關(guān)系。概念（concepts）、命題（proposition）、交叉連線（cross-links）和層級結(jié)構(gòu)（hierarchicalframeworks）是概念圖的四個圖表特征。

1.概念圖是實現(xiàn)教、學(xué)、評一體化的有效策略

在教育領(lǐng)域，一些最常用的認知過程模型建議應(yīng)該把知識從長時記憶中組織化以便于理解。根據(jù)這些模型理論，知識就是通過發(fā)展豐富的、準確的、相關(guān)的以及可理解的、組織化的知識結(jié)構(gòu)來獲得的，換言之，概念的理解既要理解概念本身的意義更要理解概念之間的關(guān)系。作為一種教學(xué)策略，概念圖可以用在教學(xué)設(shè)計優(yōu)化，新授課、復(fù)習(xí)課教學(xué)等方面。作為一種學(xué)習(xí)策略，概念圖可以促進學(xué)科知識的整合，便于學(xué)生自主、合作、探究學(xué)習(xí)，從而有利于學(xué)生將相異構(gòu)想轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念等。作為一種評價工具，概念圖可以被用于評價學(xué)生概念學(xué)習(xí)的效果。

2.概念圖是診斷化學(xué)相異構(gòu)想的有效工具

建構(gòu)主義認為，學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者根據(jù)已有的知識經(jīng)驗主動建構(gòu)新知識的過程。由于受語言、教學(xué)、日常生活經(jīng)驗等的影響，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)科學(xué)概念（scientific conceptions）之前，頭腦中存在著許多相異構(gòu)想（ahernative framework），有些相異構(gòu)想與科學(xué)概念是完全相悖的，有些雖然不是錯誤的，但是卻與科學(xué)概念不完全一致。作為組織與表征知識的工具，概念圖中呈現(xiàn)的命題及其層級關(guān)系可以反映學(xué)生對相關(guān)概念及其關(guān)系理解的正誤，因此概念圖可以被用作可視化的工具有效診斷學(xué)生的相異構(gòu)想。我們在此前的研究中以概念圖為工具診斷并發(fā)現(xiàn)了學(xué)生頭腦中存在的“電解質(zhì)”概念的相異構(gòu)想，并發(fā)現(xiàn)學(xué)生頭腦中內(nèi)在的相異構(gòu)想具有溢出性和負遷移性、結(jié)構(gòu)性和關(guān)聯(lián)性、存在的廣泛性和普遍性等性質(zhì)。

3.概念圖能很好地促使學(xué)生的相異構(gòu)想轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念

教學(xué)實踐中的大量事實證明，學(xué)生頭腦中的相異構(gòu)想極大地阻礙了學(xué)生對科學(xué)概念的獲取，因此概念教學(xué)的目的是促使學(xué)生的相異構(gòu)想轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念，即促使學(xué)生實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變。Posner提出了促使學(xué)生發(fā)生概念轉(zhuǎn)變需要滿足的四個條件：①學(xué)習(xí)者要對已有概念產(chǎn)生不滿;②新概念必須是可理解性的，要求學(xué)習(xí)者需懂得新概念的真正含義，并要建立概念間的整體聯(lián)系;③新概念必須是合理的，要求新概念要與已接受的其他概念保持相互一致，能夠被重新整合接納;④新概念必須是有效的，要求個體應(yīng)看到新概念的價值，能通過遷移應(yīng)用解決其它途徑難以解決的問題，并且能幫助個體發(fā)現(xiàn)新的可能和方向，具有啟發(fā)意義。概念圖是由多個語義單元通過其內(nèi)在關(guān)系和意義連接在一起組成，教師對標準概念圖中概念關(guān)系的正確呈現(xiàn)能激發(fā)學(xué)生對已有概念的不滿，有效激發(fā)學(xué)生的認知沖突;繪制概念圖的過程也是建立概念間有意義聯(lián)系的過程，因而有助于加深學(xué)生對新概念的理解;利用概念圖教學(xué)能幫助學(xué)生找到新概念和已有概念間的一致性，有助于學(xué)生將新概念整合到已有概念體系;修改或完善概念圖的過程中能激發(fā)學(xué)生的思考，有助于促使學(xué)生遷移應(yīng)用新概念解決新問題或發(fā)現(xiàn)新知識。基于概念圖具有以上優(yōu)勢，概念圖技術(shù)能很好地促使學(xué)生的相異構(gòu)想轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念，而把概念圖技術(shù)應(yīng)用在診斷學(xué)生相異構(gòu)想和促進學(xué)生概念轉(zhuǎn)變上，能夠達到有效彌合學(xué)科知識邏輯結(jié)構(gòu)和學(xué)生構(gòu)建的心理意義之間的差距的目的。

傳統(tǒng)“電解質(zhì)”相關(guān)概念的教學(xué)過分關(guān)注概念字面意思，忽視對概念內(nèi)涵的理解及其與相關(guān)知識的邏輯關(guān)系，學(xué)生通過這種方式獲得的概念往往是孤立的、零散的，很難再生長和發(fā)展，因而不能很好地幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變相異構(gòu)想并形成良好的概念體系。已有研究中提出的化學(xué)概念轉(zhuǎn)變策略主要有對比教學(xué)策略、激發(fā)認知沖突策略、微課策略等，這些策略固然可以加深學(xué)生對“電解質(zhì)”概念的理解，但它們在促進學(xué)生相異構(gòu)想轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念并幫助學(xué)生建立正確的認知結(jié)構(gòu)方面存在缺陷?；诟拍顖D可用于教、學(xué)、評為一體的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)模式中的討論，本文將研究概念圖作為教學(xué)策略、學(xué)習(xí)策略在學(xué)生相異構(gòu)想轉(zhuǎn)變中的應(yīng)用過程，并利用概念圖技術(shù)對實施效果進行評價。

二、研究設(shè)計與實施

1.研究設(shè)計

（1）方案

本研究采用“實驗組一控制組后測設(shè)計”方案，選取化學(xué)基礎(chǔ)基本相同的兩個班，將其中的一個班確定為實驗組，將另一個班確定為控制組。教師對控制組學(xué)生利用除概念圖以外的其它策略教學(xué)，包括設(shè)置演示實驗、概念講授、課堂提問、舉例、類比、設(shè)置習(xí)題進行課堂練習(xí)等策略，學(xué)生則主要以習(xí)題強化訓(xùn)練的方式甄別或應(yīng)用概念;而教師對實驗組學(xué)生除了應(yīng)用上述策略教學(xué)外，還重點利用概念圖進行教材處理及教學(xué)設(shè)計，并利用概念圖策略進行概念教學(xué)，學(xué)生則利用概念圖預(yù)習(xí)、練習(xí)、復(fù)習(xí)等。實驗結(jié)束后，以概念圖為工具，從兩組學(xué)生的概念圖得分、相異構(gòu)想數(shù)量兩個方面評價概念轉(zhuǎn)變效果。

（2）抽樣

選取甘肅省某中學(xué)高二年級的兩個理科平行班作為研究對象，兩個班均為60名學(xué)生且為同一化學(xué)教師任教，在實驗前，用SPSS24.0對兩個班最近一次化學(xué)成績進行獨立樣本T檢驗，具體的檢驗結(jié)果見表1和表2。從兩組成績的樣本均值來看，兩組成績基本無差異;方差齊性檢驗結(jié)果，F(xiàn)的統(tǒng)計量為1.496，其相伴概率為p=0.224>0.05。因此，可以認為兩組成績的方差是相等的;假設(shè)方差相等，t統(tǒng)計量的值為-1.224，自由度df=118，其相伴概率為p=0.223>0.05。因而我們應(yīng)當接受Ho：u1=u2，即兩個班的化學(xué)成績無顯著性差異，說明兩個班的化學(xué)基礎(chǔ)基本相同。

選取“電解質(zhì)”作為研究的內(nèi)容載體，對兩個班采取不同的教學(xué)方法教學(xué)干預(yù)一個月后，再次利用概念圖技術(shù)測評兩個班各自的教學(xué)效果。在測評教學(xué)效果之前，為確保所有學(xué)生熟練掌握手工繪制概念圖的技巧，任課教師前后三次培訓(xùn)了實驗組和控制組全體學(xué)生繪制概念圖的技能，且培訓(xùn)主題均與“電解質(zhì)”無關(guān)。

3.數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

用Markham的概念圖評分方案對每位學(xué)生的概念圖評分，采用SPSSS24.0軟件對實驗組和控制組的兩組數(shù)據(jù)進行配對樣本t檢驗。

三、基于概念圖的化學(xué)概念轉(zhuǎn)變教學(xué)

1.概念圖在概念教學(xué)中的應(yīng)用

（1）教師利用概念圖整合教材內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計

概念圖是組織和表征知識的工具。教師通過繪制所教內(nèi)容的概念圖，使教材的組織與呈現(xiàn)更具條理性，有助于教師更加深入地理解所教內(nèi)容，從而使教學(xué)目標更加明確，對教學(xué)重、難點的把握更加到位，有助于教師掌握學(xué)情并據(jù)此選擇恰當?shù)慕虒W(xué)策略。作為可視化的工具，概念圖可以清晰地反映教學(xué)設(shè)計中知識的組織方式，通過不斷修改，不僅可以形成以本節(jié)課所學(xué)知識點為中心的知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，而且通過縱向連接還可以可清晰地意識到本節(jié)內(nèi)容的知識點與其它章節(jié)知識點之間的關(guān)系，從而形成教學(xué)的邏輯起點。

（2）教師利用概念圖進行概念教學(xué)

按照內(nèi)容特征，概念圖可分為專題概念圖、對比概念圖、章節(jié)概念圖三種類型，不同類型的概念圖功能和使用方法都不一樣。利用專題概念圖可對某一專題概念進行歸納、總結(jié)，常被用于新授課講解概念及其關(guān)系;利用對比概念圖以圖示的方法展現(xiàn)臨近概念并通過對比揭示易混淆其內(nèi)涵概念之間的差異;利用章節(jié)概念圖對某一章節(jié)內(nèi)容概括可以使之形成較為完整的知識體系。

①以概念圖為“腳手架”促進概念意義的理解

在“電解質(zhì)”概念教學(xué)過程中，教師適時要求學(xué)生完成概念圖繪制任務(wù)有助于學(xué)生建立概念間有意義的聯(lián)系。教師指導(dǎo)學(xué)生繪制概念圖時，要求學(xué)生提煉出關(guān)鍵概念并將所有概念按照層級關(guān)系排序，在確定了縱橫向關(guān)聯(lián)之后，用連接詞標明兩者之間的關(guān)系;在學(xué)生繪制完成概念圖后，教師利用專題概念圖逐步呈現(xiàn)不同層次的概念及其關(guān)系，并對前期研究中利用概念圖技術(shù)診斷得到的“電解質(zhì)”相異構(gòu)想進行重點講解，學(xué)生在比較分析的基礎(chǔ)上形成認知沖突，反思個人所繪制概念圖中錯誤的連接或不足之處，教師指導(dǎo)學(xué)生修正錯誤的連線或標簽，補充缺少的概念或?qū)嵗膭顚W(xué)生盡可能多地建立分支或橫向連接，以加深學(xué)生對“電解質(zhì)”概念內(nèi)涵及外延的理解，具體的教學(xué)過程見表3。

②學(xué)生使用填充型概念圖練習(xí)，進一步修正知識結(jié)構(gòu)

填充型概念圖任務(wù)一般要求繪制者選擇關(guān)鍵詞或連接詞填充到既定的概念圖框架中，如果給定框架正確可使繪制者錯誤的知識結(jié)構(gòu)得以修正，利用具有對比功能的填充型概念圖，目的是使學(xué)生形成對臨近概念的正確辨識以消除相異構(gòu)想的關(guān)聯(lián)性，從而建立正確的認知結(jié)構(gòu)。

例1：選擇關(guān)鍵詞完成概念圖，可選擇的關(guān)鍵詞有：電解質(zhì)，強電解質(zhì)，弱電解質(zhì)，離子化合物，共價化合物，易溶物，難溶物，導(dǎo)電，離子所帶電荷及其濃度。其中涉及到例子的填空可自由發(fā)揮（見圖1）。

例2：選擇關(guān)鍵詞完成概念圖，可選擇的關(guān)鍵詞有：電解質(zhì)，非電解質(zhì)，電離，導(dǎo)電。其中涉及到的例子可自由發(fā)揮（見圖2）。

③繪制標準概念圖，促進知識的鞏固和遷移應(yīng)用

在教學(xué)和練習(xí)后，師生共同繪制班級概念圖使概念進一步得以整合或綜合應(yīng)用，在修改班級概念圖的過程中，教師通過提問或舉例或輔以練習(xí)題等形式有意促進概念的遷移應(yīng)用，最終形成結(jié)構(gòu)正確、概念豐富的標準概念圖（見圖3），教師要求學(xué)生將所繪制的標準概念圖保存下來用于以后對該領(lǐng)域相關(guān)知識的復(fù)習(xí)。

2.概念圖在概念學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

（1）繪制個人概念圖，診斷相異構(gòu)想

學(xué)生個人繪制的概念圖很容易暴露相異構(gòu)想，通過對相關(guān)概念意義的再次理解和審視，能夠促使學(xué)生自覺意識到理解誤區(qū)，進而引導(dǎo)學(xué)生主動思考。如果養(yǎng)成利用概念圖總結(jié)知識的習(xí)慣，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力將會有所提高。

（2）繪制小組概念圖，解構(gòu)相異構(gòu)想

通過繪制小組概念圖，學(xué)生不斷將自己的認識與組內(nèi)其它同學(xué)的認識進行對照，能引發(fā)學(xué)生理解概念時的認知沖突，學(xué)生將在個人認知、沖突、再認知、再沖突的過程中不斷修正和豐富自己的知識結(jié)構(gòu)，而且還利于加強學(xué)生之間的對話與合作，有助于引起學(xué)生的學(xué)習(xí)方式由單獨學(xué)習(xí)變?yōu)楹献鲗W(xué)習(xí)，形成長期合作學(xué)習(xí)的氛圍和習(xí)慣，為創(chuàng)建和諧的生生關(guān)系創(chuàng)造條件。

（3）繪制章節(jié)概念圖，形成良好的概念體系

在復(fù)習(xí)概念時，要求學(xué)生繪制一章內(nèi)容的概念圖，能加強對概念內(nèi)涵的理解及其與相關(guān)知識的邏輯關(guān)系的認識，不僅能幫助學(xué)生快速檢索到學(xué)習(xí)目標、重點、難點等，而且還能促使學(xué)生對舊知識加以梳理和回顧，避免無關(guān)信息的干擾，從而提高復(fù)習(xí)效率。

四、利用概念圖后測學(xué)生“電解質(zhì)”概念轉(zhuǎn)變的研究結(jié)果

1.控制組、實驗組學(xué)生概念圖平均得分對比

Novak最初是把概念圖作為一種評價工具提出的，他在提出概念圖的同時就提出了基于概念圖的構(gòu)成要素與層級結(jié)構(gòu)的評分方案，其它評分方案多數(shù)是對Novak評分方案的某種改變。本研究采用了Markham的概念圖評價方案，Markham從概念圖的節(jié)點數(shù)目、連接質(zhì)量、分支、層級、交叉連接、實例六個方面記分，并將具體的評分標準確定如下：每個有效的概念得1分，只有與主題相關(guān)的概念才是有效的;每個正確的命題得2分，若概念之間沒有標簽，概念和連接詞割裂或不正確，概念之間的關(guān)系沒有充分的解釋都屬于不清楚的命題或沒有完成的命題，不清楚或沒有完成的命題不得分;分支得分按照分支的數(shù)量和精確度計分（每個分支記1分，每個成功的分支記3分）;每個有效的等級水平記5分;每個既有效又重要的交叉連接記10分，有效但沒有體現(xiàn)系列相關(guān)概念或者命題之間綜合聯(lián)系的橫向連接記2分;每個正確的實例記1分。

用SPSS24.0對控制組和實驗組學(xué)生概念圖得分做了配對樣本t檢驗，具體的檢驗結(jié)果見表4和表5。從樣本的均值和標準差數(shù)據(jù)來看，兩個樣本的方差差異和均值差異都較大，這說明在采用基于概念圖的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)之后，學(xué)生與學(xué)生之間概念圖得分的差異程度變大;相比較于控制組，實驗組學(xué)生概念圖平均分提高顯著。配對變量差值的t檢驗的結(jié)果是：我們應(yīng)當拒絕接受Ho：u1=u2，說明基于概念圖的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)之后學(xué)生的概念圖得分發(fā)生了顯著性的變化。

2.控制組、實驗組學(xué)生相異構(gòu)想數(shù)量比較

對控制組、實驗組學(xué)生概念圖中的相異構(gòu)想統(tǒng)計的結(jié)果是：實驗組學(xué)生擁有的相異構(gòu)想總數(shù)量為5個，少于控制組的19個;控制組相異構(gòu)想中的15個在實驗組中沒有出現(xiàn)，有4個相異構(gòu)想在兩組中均出現(xiàn)，但是其中3個相異構(gòu)想實驗組的頻數(shù)減少;只有1個相異構(gòu)想在控制組沒有出現(xiàn)而在實驗組出現(xiàn)。在實驗組研究對象的60個人中有37人的相異構(gòu)想完全得以消除;其中4人的相異構(gòu)想沒有被消除，前、后測時頻數(shù)均為1，且為同一相異構(gòu)想;只有2人在后測時出現(xiàn)了新的相異構(gòu)想，前測時相異構(gòu)想頻數(shù)為O，后測為1;另外還有17人在前、后測中均沒有被診斷出相異構(gòu)想，這有兩種可能：一是部分學(xué)優(yōu)生較好地掌握了“電解質(zhì)”概念沒有出現(xiàn)相異構(gòu)想，二是有部分學(xué)生繪制的概念圖過于簡單，沒有達到暴露相異構(gòu)想的目的。增加的相異構(gòu)想均為前測中沒有出現(xiàn)而只在后測中新出現(xiàn)的相異構(gòu)想，這可能是學(xué)生再次繪制概念圖的過程中被誘發(fā)的。

五、討論

1.概念圖是促進學(xué)生有意義學(xué)習(xí)和概念轉(zhuǎn)變的有效工具

在利用概念圖技術(shù)經(jīng)過一段時間的教學(xué)干預(yù)后，實驗組學(xué)生相異構(gòu)想得以徹底消除或數(shù)量明顯減少，這說明概念圖技術(shù)作為教學(xué)策略或?qū)W習(xí)策略能有效促使學(xué)生的相異構(gòu)想轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念;而且實驗組學(xué)生概念圖得分明顯高于控制組學(xué)生，一方面是因為其概念圖中有效連接比控制組學(xué)生多，另外一方面是因為其概念圖中的層級結(jié)構(gòu)或交叉連接更加豐富，這說明概念圖能促使學(xué)生建立概念之間實質(zhì)性的聯(lián)系，即能促使學(xué)生進行意義學(xué)習(xí)。

2.概念圖有助于學(xué)生形成良好的認知結(jié)構(gòu)

在利用概念圖對實驗組學(xué)生教學(xué)干預(yù)后，通過比較學(xué)生繪制的概念圖發(fā)現(xiàn)，雖然實驗組個別學(xué)生仍散在地存在著少量的相異構(gòu)想，但是在一定程度上實驗組學(xué)生錯誤的認知結(jié)構(gòu)得以修正。例如，后測發(fā)現(xiàn)控制組學(xué)生在常規(guī)教學(xué)后仍存在電解質(zhì)類型與化學(xué)鍵、溶解性、導(dǎo)電性、電離、電離方程式等相異構(gòu)想之間的關(guān)聯(lián)性，而實驗組學(xué)生已經(jīng)能清晰辨別臨近概念之間的關(guān)系并且能對其加以正確應(yīng)用，這說明概念圖技術(shù)也能有效豐富或修正學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)。