化学概念是人们对物质发生变化本质属性的认识。只有理解、掌握了化学概念,才能牢固、系统地掌握化学基础知识和基本技能,形成探究化学问题的能力,进而揭示化学变化的客观规律。所以,化学概念教学一直是化学教学研究的重要课题。图式理论是现代认知心理学的重要理论之一,利用图式理论理解化学概念教学过程,可以为我们进行化学概念教学与研究从教育心理学理论水平提供新的视角。本文拟在介绍图式理论的基础上,讨论图式理论在指导中学化学概念教学中的应用。
一、图式理论
所谓图式是指围绕某一个主题组织起来的知识的表征和贮存方式。人的一生要学习和掌握大量的知识,这些知识并不是杂乱无章地贮存在人的大脑中的,而是围绕某一主题相互联系起来形成一定的知识单元,这种单元就是图式。比如,我们见到某种动物的图片,就能很快想起它的名称、性情、生活习性等很多有关该动物的知识。这说明该动物的外观特征是与它的名称、性情、生活习性等有关知识是联系在一起贮存在人的大脑中的。所以说,图式实际上是一种关于知识的认知模式。图式理论研究的就是知识是怎样表征出来的,以及关于这种对于知识的表征如何以其特有的方式有利于知识的应用的理论。
图式一词早在康德的哲学著作中就已出现。在近代心理学研究中,最早对图式给以理论上高度重视的是格式塔心理学。瑞士著名的心理学家、教育家皮亚杰也十分重视图式概念,他认为“图式是指动作的结构或组织”。现代图式理论是在信息科学、计算机科学深入到心理学领域,使心理学中关于人的认知的研究发生了深刻变化之后于本世纪70年代后期发展起来的。概括起来,现代图式理论主要有以下要点:
1.图式描述的是具有一定概括程度的知识,而不是定义。也就是说,图式既描述事物的必要特征,又包括其非必要特征。图式所描述的知识由一部分或几部分按一定的方式组合起来,其中的组成部分称之为变量(variable)或槽道(slot)。例如:动物的图式包括有皮肤、能活动、吃食物、呼吸空气;鸟的图式包括有翅膀、有羽毛、能飞等。总之,一个符号、一种物体等均可以看成是一种图式。
2.图式有简单和复杂、抽象和具体、高级和低级之分。简单的图式可以只是一个字符,复杂的图式可以有几个子图式构成。抽象的图式是关于意识形态和文化观念方面的图式,具体的图式则包括生活经历和事物的特征。所谓高级图式和低级图式是指图式之间的层次或隶属关系。比如:前面提到的动物的图式和鸟的图式,后者相对来说构成了一个较为复杂的图式。鸟属于动物,对于鸟来说,动物的图式是高级或上位图式,而鸟的图式则是低级或下位图式。
3.图式不是各个部分简单机械相加,而是按照一定规律由各个部分构成的有机整体。构成图式的各个部分即变量有恒定的,也有变化的;当一部分变量取一定值时,其他变量的取值也就受到了约束。图式的加工过程是通过对加工的信息进行拟合、优化、评价而进行的,对某些信息的加工甚至有几个图式相互比拟、进行评估,最后才能作出决策。
4.图式是在以往经验的旧知识与新信息相互联系的基础上,通过“同化”与“顺应”而形成的,是以往经验的积极组织。图式不是被动地接受信息,而是积极地把新信息同图式表征的旧知识加以联系。每个图式在发展过程中受到同化作用和协调作用而发生变化。低级的图式通过同化、协调、平衡而逐渐向层次越来越高的图式发展。“同化”和“顺应”是皮亚杰图式理论的两个重要概念。“同化”就是把外界的信息纳入已有的图式,使图式不断扩大。“顺应”则是当环境发生变化时,原有的图式不能再同化新信息,而必须通过调整改造才能建立新的图式。
二、图式理论与化学概念教学
1.从图式的结构看化学概念教学
图式是由变量或槽道组成的,每个化学概念也都是由相互关联的几个部分构成的。如果我们把化学概念看成是一个图式的话,构成化学概念的几个部分便是这一图式的变量或槽道。因此,在化学概念教学中,要想使学生形成关于某一概念的图式,首先要分析该化学概念是由哪几部分构成的,即该化学概念图式的变量,然后从中找出起关键作用的变量,以便从全局上把握整体与部分的关系,这样就能为准确地理解和掌握该化学概念打下坚实的基础。比如:关于“固体的溶解度”这一化学基本概念的教学,我们要首先找出它的图式的变量。它包括:一定温度、100g溶剂、达到饱和、溶解的克数。其中,一定温度、100g溶剂、达到饱和是对“固体的溶解度”概念的理解起关键作用的变量。在教学中,深入透彻地分析这几个关键变量,可以使学生形成关于“固体的溶解度”的正确图式,进而准确地掌握这个重要化学基本概念。
2.从图式的关系看化学概念教学
在化学概念教学中,我们不仅要分析化学概念的构成部分,更重要的是要搞清这些构成部分之间以及化学概念之间的内在联系。图式理论指出,图式不是变量的机械相加,而是按一定规律结合的有机整体,图式的变量之间有相互约束的关系。化学概念的图式也是如此,例如:在进行“溶液”这一概念的教学时不仅要弄清楚溶液是由溶质和溶剂组成的,还要明确二者之间的关系是形成了均一、稳定、透明的混合物。化学概念的图式之间同样也存在着简单与复杂、高级与低级的关系。比如:“酸”这一概念被包含在电解质概念中,而电解质必须是化合物,而化合物又属于纯净物。那么对于酸和纯净物这两个概念的图式,酸的图式就较复杂,相对来说纯净物的图式就较简单。从图式的高级与低级的关系来看,酸的图式是低级图式或下位图式,而电解质和纯净物的图式相对来说则是高级图式或上位图式。因此,在化学概念教学中,应用图式理论可以帮助学生更好地理解化学概念各构成部分之间以及化学概念之间的内在关系,形成化学概念网络。这对于学生准确、牢固地掌握化学概念是非常必要的。
3.从图式的形成看化学概念教学
在化学概念教学中,学生化学概念的形成是一个从对化学变化的感性认识出发,经过抽象、概括而达到对化学现象理性认识的过程。在这个过程中,它首先是建立在以往经验的旧概念和新知识联系的基础上,然后通过新知识与原有化学概念的相互作用,构建新的化学概念。这一过程正是图式理论所描述的原有的图式可通过“同化”和“顺应”形成新的图式的过程。例如:缓慢氧化概念图式的形成,首先是氧化反应概念的图式(原有图式)同新信息“进行很缓慢”积极、主动、有机地结合,即发生联系,再通过“同化”,氧化反应概念图式将新信息“进行很缓慢”纳入自己的图式,使之成为新概念——缓慢氧化图式的一部分,最后形成关于缓慢氧化概念的完整图式。从图式理论看,氧化还原反应概念的完整图式则是通过从得氧失氧角度定义的氧化还原反应概念图式的“顺应”,不断调整自己的组成部分和结构而形成的。因为从“有氧得失的化学反应”的氧化还原反应概念到“有电子得失或有电子对偏移的化学反应”这一高层次氧化还原反应概念的发展过程中,“有氧得失的化学反应”图式不能通过“同化”其他新知识形成“有电子得失或有电子对偏移的化学反应”图式,只能通过呈现一些没有氧得失的氧化还原反应例子,分析它们与原有氧化还原反应概念图式所描述的氧化还原反应的本质联系是都有化合价变化,而这些化合价变化是由于发生了电子得失或电子对偏移,这样,经过调整、改造即所谓“顺应”,就可形成高层次氧化还原反应概念的图式。那么,根据图式理论,在进行化学概念教学时,对于新概念图式的形成,一方面要看它是否能通过“同化”学生已有化学概念图式的方式来实现;另一方面,则应考虑通过“顺应”的方式,不过应用这种方式教师必须精心设计或选择形成化学概念图式的一些例子,既要比较它们的必要特征又要比较它们的无关特征,以使学生形成完整的有关化学概念的图式。
总之,图式理论是关于知识的心理组织结构的理论。我们这里所讲的图式是一种认知图式,它不仅可以用来表征各种概念和理论的知识,而且还可以表征不同操作水平的知识。它对知识的获得具有重要意义。在化学概念教学中,应用图式理论可以使教师从教育心理学水平上更好地指导学生形成、理解和掌握化学概念。
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