不同教学策略对学生认知结构的影响研究
孙齐 闫春更 鲁春梅 周青
摘要：以“苯酚”教学为例，设计并实施教学实验，探究两种不同教学策略对学生认知结构形成的影响。定量和质性分析表明，解读式教学策略与启发式教学策略下学生形成的认知结构具有明显差异，解读式教学策略对事实性知识的准确建构有积极作用，启发式教学策略对概念性知识的建构更加有效，学生认知结构的系统性、可利用性更强，学生认识过程中的抽象、概括水平更高，问题解决的效果更好。
关键词：认知结构;流程图;苯酚;教学策略;启发式;解读式
文章编号：1008-0546（2018）10-0002-06 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
认知结构是知识结构内化在学习者头脑里所形成的观念的内容和组织[1]，学生通过课堂学习建构了哪些知识，这些知识又是以何种形式储存于学生头脑中的，学生巳有的认知结构是否存在缺陷，在相关知识模块的学习中学生更倾向于使用哪种信息加工模式，不同的教学策略对学生认知结构的构建是否有影响，这些都是值得探讨的问题。开展不同教学策略对学生认知结构构建的影响，有利于我们理解在特定内容教学中“教师教”与“学生学”的关系，进而把握课程内容属性与教学策略特征的内在关系，反思相关教学设计的有效性、合理性及其教育价值。本研究拟采用流程图法探索不同教学策略對学生“苯酚”认知结构建构的影响。
一、研究方法与过程
1.研究对象
苯酚是选择性必修课程模块3有机化学基础中的主题2的内容，与已学且具有相同官能团的“醇”安排在同一节，为结构、性质的对比学习提供了极佳的素材，可以帮助学生更好地理解有机物基团间的相互影响，进一步凸显“结构决定性质、性质反映结构”的核心化学思想，为后续的有机化学的学习提供了很好的学习方法[2]。
本研究将新疆昌吉州某中学高二某班30名学生（记为“1班”）及陕西省西安市某中学高二某班33名学生（记为“2班”）作为研究对象。本研究中，按照学习“苯酚”前的周测化学单科成绩，将排名在前、中、后各10名的学生依次界定为“学优生”“中等生”“学困生”。表1是两个班学生在学习“苯酚”前的周测成绩。
在学习苯酚前，1班的周测化学成绩平均分为73.90分（SD=11.385），2班的平均分为72.85分（SD=10.826），表明1班学生在本次周测中化学成绩总体略高于2班学生，t检验的结果表明两个班学生的成绩没有显著性差异（P=0.708>0.05）。
2.研究方法
本研究采用流程图法（Flow map）和SPSS22.0软件对数据进行相关分析。Flow Map[3]由Anderson和Demetrius在1993年首次提出，主要通过访谈来收集数据，如：A.关于苯酚，你认为有哪些主要知识点？B.你能否将上述的知识点描述得更具体一些？C.这些知识点之间是否存在联系，联系是什么？将访谈录音按学生陈述的顺序绘制成流程图，用回归箭头将有逻辑关系的知识点相连，标出学生的错误描述及学生表述时所消耗的总时间（研究者提问所花费的时间不计入）。个体认知结构定量描述的认知结构变量[4]和信息处理策略[5]类型如下表（见表2）。
二、研究数据与结果分析
1.不同教学策略影响下个体认知结构的差异研究
（1）两班教师“苯酚”的教学策略
关于“苯酚”这一节课（本节课均安排一个课时），两位教师使用了不同的教学策略：1班教师采取了“启发式教学策略”，即在联系新旧知识、演示实验等基础上提出问题，由学生经过对比、分析、归纳、推理等思维过程得出相应的结论性知识;2班教师采取了“解读式教学策略”，即开门见山地给出相关知识结论，再通过语言论述、验证实验等方式实现对上述知识结论的解读。具体上课流程如图1。
（2）个体认知结构的分析
在两个班中分别选取三位不同学习水平的学生为代表对其认知结构进行深入分析（其中学优生1、中等生1，学困生1来自1班，学优生2、中等生2、学困生2来自2班）（图2、图3）。
由表3可以看出，两个班的学优生、中等生、学困生的相关认知结构变量得分均依次降低，学优生在广度、丰富度、信息检索率等变量的得分均较高，说明其认知结构的丰富性、系统性、可利用性较强（信息检索率越大则认知结构的可利用性越强）。相应地，学困生的错误描述较多，认知结构的可利用性较弱。从质性分析可见，学优生认知结构的层次性、条理性较强。
由学优生1、中等生1、学困生1及1班其他样本分析可以发现，1班学生对苯酚发生取代反应及具有弱酸性的本质原因印象深刻，如基本都提到“羟基使苯酚的邻位和对位氢原子变活泼，所以苯酚能发生取代反应”，“苯环上连接的羟基发生电离，电离出氢离子，所以苯酚具有酸性”;由学优生2、中等生2、学困生2及2班其他样本分析可以发现2班学生只是陈述“苯酚具有弱酸性”，“苯酚可以发生取代反应”，而对苯酚发生取代反应及具有弱酸性的本质原因很少提及，但2班学生对物质弱酸性比较的内容印象较深刻，如2班学生基本都提及到“苯酚的酸性比碳酸酸性弱”，“苯酚的酸性比碳酸氢根的酸性强”等。由此可见1班教师的“启发式教学策略”有利于学生对微观本质等概念性知识的掌握，学生的抽象水平更高，问题解决的效果较好。而2班教师的“解读式教学策略”有利于学生对事实性知识的建构。
2.不同教学策略影响下群体认知结构的相关性分析
（1）认知结构变量与成绩的相关性分析
从认知结构变量与成绩的相关性分析中可以得出，两个班学生的纸笔测验成绩与认知结构变量广度、丰富度密切相关，但不同的是1班学生的成绩与信息检索率呈正相关性，与错误概念（大多集中在苯酚的酸性比较）呈负相关性。这说明在1班教师的启发式教学策略影响下，1班问题解决的效果越好（即获得较高的成绩）的学生，在问题解决中对头脑中具体知识信息的提取越迅速，这反映出其认知结构的条理性、系统性、可利用性越强;相应地，认知结构中的错误认知越多的学生，其问题解决效果越差。2班教师的解读式教学策略对学生认知结构的建立的积极效果不够明显，例如，学生的认知结构广度与其错误描述呈显著正相关，说明学生认知结构中拥有的知识点越多，产生的错误概念也越多，即表明学生认知结构的生长呈现一种“非良性”态势，学生形成的认知结构的系统性、稳定性均较差。
從信息处理策略与成绩的相关性分析中可以得出，两个班学生的纸笔测验成绩都与描述、情景推理与解释呈显著正相关，说明两个班中成绩较高的学生在回忆“苯酚”的知识时更倾向于使用描述、情景推理及解释信息处理策略，如“苯酚可以和FeCl3溶液发生反应，溶液显示紫色”，“苯酚和氢氧化钠溶液反应生成苯酚钠”等。1班成绩较高的学生还更倾向于使用定义这一信息处理策略，如“苯酚是无色、有特殊性气味的晶体”，“苯酚具有弱酸性”等，而2班学生不存在上述相关性，说明1班教师的“启发式教学策略”更有利于激发学优生对相关认识对象的概括和抽象能力。
三、认知结构的内容分析
有关“苯酚”主题的内容主要分为：定义和结构、物理性质、弱酸性、取代反应、显色反应、氧化反应、缩聚反应、加成反应。将学生所回忆的有关苯酚的各个知识点中的错误概念数以及总概念数进行统计，找出学生的学习困难。
通过以上表格可以看出，2班学生在“定义和结构”、“弱酸性”、“取代反应”等知识点的错误率都明显高于1班学生，2班学生这些错误表现在对苯酚相关概念的混淆，如对“羟基”和“氢氧根”的混淆，对分子式和结构式的混淆;对苯酚具有酸性的本质原因的不理解以及化学用语的错误使用，如“苯酚电离出氢原
注：第一行是1班，第二行是2班子，氢原子显酸性”等错误描述以及认为“苯酚和液溴反应生成三溴苯酚”的错误知识，而1班学生的错误表现在学生对“苯酚结构影响性质”的认识不充分以及苯酚和碳酸等物质的酸性强弱比较。
由此可见，1班学生的认知错误则主要表现为对某些“事实性知识”的了解不够全面、准确，而2班学生对“概念性知识”的整体建构效果均较差。这在一定程度上表明，1班所采取的“启发式教学策略”相比于2班所采取的“解读式教学策略”，更有利于学生的概念形成与建构，即“提出问题一形成解决方案一开展问题探究一结果分析一形成结论”这一教学逻辑更符合概念性知识教学的内在要求。
四、结论与启示
通过定量和质性分析表明在不同教学策略的影响下，学生个体和群体关于特定知识领域的认知结构都表现出明显差异，不同教学策略对学生形成的认知结构有显著影响：“启发式教学策略”有利于学生对概念性知识的掌握，学生认知结构的系统性更强，在问题解决中对知识的提取较迅速，但对某些“事实性知识”的了解不够全面、准确;“解读式教学策略”有利于学生对事实性知识的掌握，但对“概念性知识”的整体建构效果较差。不同教学策略对学生在认知建构过程中所使用的信息处理策略也有影响，“启发式教学策略”使学生倾向于使用定义这一信息处理策略，有利于激发学优生对相关认识对象的概括和抽象能力。
通过对学生认知结构内容分析可以看出，学生对“苯酚”知识的理解存在不足，同时对化学用语的使用还不够准确、规范，在分析“苯酚”的化学性质描述中发现学生对于有机化学反应中涉及到的微观结构和反应理解是模糊的，教师应该从物质结构出发，引导学生理解化学反应的本质，培养学生“宏观一微现一符号”的思维，进一步帮助学生形成良好的认知结构。教师应根据化学知识的特征，选择相应的教学策略。如在概念性知识的教学中，合理地使用启发式教学策略，引导学生通过对“问题”的思考和探究，主动地在头脑中建立相关概念，能够更为有效地促进学生抽象思维、批判性思维、想象思维、归纳一分析等能力全面发展，更好地实现概念的教育价值。
参考文献
[1]奥苏伯尔，等.教育心理学：认知观点[M].余星南，宋钧，译.北京：人民教育出版社，1994：202
[2]王希检.渗透学科核心素养的有机化合物教学设计——以《苯酚》一课为例[J].中学教学参考，2016（35）：76-79
[3]Anderson O R，Demetrius O J. A flow map method of repre-senting cognitive structure based on respondents' narrativeusing science content [J].Journal of Research in ScienceTeaching，1993，30（8）：953
[4]Chin-Chung Tsai，Chao-Ming Huang. Exploring students'cognitive structures in learning science：a review of rele-vant methods[J].Journal of Biological Education，2002，36（4）：163-169
[5]Chin-Chung Tsai.Content analysis of Taiwanese 14 yearolds' information processing operations shown in cognitivestructures following physics instruction，with relations toscience attainment and scientific epistemological beliefs.[J].Research in Science&Technological Education，1999，17：125-138
摘要：以“苯酚”教学为例，设计并实施教学实验，探究两种不同教学策略对学生认知结构形成的影响。定量和质性分析表明，解读式教学策略与启发式教学策略下学生形成的认知结构具有明显差异，解读式教学策略对事实性知识的准确建构有积极作用，启发式教学策略对概念性知识的建构更加有效，学生认知结构的系统性、可利用性更强，学生认识过程中的抽象、概括水平更高，问题解决的效果更好。
关键词：认知结构;流程图;苯酚;教学策略;启发式;解读式
文章编号：1008-0546（2018）10-0002-06 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
认知结构是知识结构内化在学习者头脑里所形成的观念的内容和组织[1]，学生通过课堂学习建构了哪些知识，这些知识又是以何种形式储存于学生头脑中的，学生巳有的认知结构是否存在缺陷，在相关知识模块的学习中学生更倾向于使用哪种信息加工模式，不同的教学策略对学生认知结构的构建是否有影响，这些都是值得探讨的问题。开展不同教学策略对学生认知结构构建的影响，有利于我们理解在特定内容教学中“教师教”与“学生学”的关系，进而把握课程内容属性与教学策略特征的内在关系，反思相关教学设计的有效性、合理性及其教育价值。本研究拟采用流程图法探索不同教学策略對学生“苯酚”认知结构建构的影响。
一、研究方法与过程
1.研究对象
苯酚是选择性必修课程模块3有机化学基础中的主题2的内容，与已学且具有相同官能团的“醇”安排在同一节，为结构、性质的对比学习提供了极佳的素材，可以帮助学生更好地理解有机物基团间的相互影响，进一步凸显“结构决定性质、性质反映结构”的核心化学思想，为后续的有机化学的学习提供了很好的学习方法[2]。
本研究将新疆昌吉州某中学高二某班30名学生（记为“1班”）及陕西省西安市某中学高二某班33名学生（记为“2班”）作为研究对象。本研究中，按照学习“苯酚”前的周测化学单科成绩，将排名在前、中、后各10名的学生依次界定为“学优生”“中等生”“学困生”。表1是两个班学生在学习“苯酚”前的周测成绩。
在学习苯酚前，1班的周测化学成绩平均分为73.90分（SD=11.385），2班的平均分为72.85分（SD=10.826），表明1班学生在本次周测中化学成绩总体略高于2班学生，t检验的结果表明两个班学生的成绩没有显著性差异（P=0.708>0.05）。
2.研究方法
本研究采用流程图法（Flow map）和SPSS22.0软件对数据进行相关分析。Flow Map[3]由Anderson和Demetrius在1993年首次提出，主要通过访谈来收集数据，如：A.关于苯酚，你认为有哪些主要知识点？B.你能否将上述的知识点描述得更具体一些？C.这些知识点之间是否存在联系，联系是什么？将访谈录音按学生陈述的顺序绘制成流程图，用回归箭头将有逻辑关系的知识点相连，标出学生的错误描述及学生表述时所消耗的总时间（研究者提问所花费的时间不计入）。个体认知结构定量描述的认知结构变量[4]和信息处理策略[5]类型如下表（见表2）。
二、研究数据与结果分析
1.不同教学策略影响下个体认知结构的差异研究
（1）两班教师“苯酚”的教学策略
关于“苯酚”这一节课（本节课均安排一个课时），两位教师使用了不同的教学策略：1班教师采取了“启发式教学策略”，即在联系新旧知识、演示实验等基础上提出问题，由学生经过对比、分析、归纳、推理等思维过程得出相应的结论性知识;2班教师采取了“解读式教学策略”，即开门见山地给出相关知识结论，再通过语言论述、验证实验等方式实现对上述知识结论的解读。具体上课流程如图1。
（2）个体认知结构的分析
在两个班中分别选取三位不同学习水平的学生为代表对其认知结构进行深入分析（其中学优生1、中等生1，学困生1来自1班，学优生2、中等生2、学困生2来自2班）（图2、图3）。
由表3可以看出，两个班的学优生、中等生、学困生的相关认知结构变量得分均依次降低，学优生在广度、丰富度、信息检索率等变量的得分均较高，说明其认知结构的丰富性、系统性、可利用性较强（信息检索率越大则认知结构的可利用性越强）。相应地，学困生的错误描述较多，认知结构的可利用性较弱。从质性分析可见，学优生认知结构的层次性、条理性较强。
由学优生1、中等生1、学困生1及1班其他样本分析可以发现，1班学生对苯酚发生取代反应及具有弱酸性的本质原因印象深刻，如基本都提到“羟基使苯酚的邻位和对位氢原子变活泼，所以苯酚能发生取代反应”，“苯环上连接的羟基发生电离，电离出氢离子，所以苯酚具有酸性”;由学优生2、中等生2、学困生2及2班其他样本分析可以发现2班学生只是陈述“苯酚具有弱酸性”，“苯酚可以发生取代反应”，而对苯酚发生取代反应及具有弱酸性的本质原因很少提及，但2班学生对物质弱酸性比较的内容印象较深刻，如2班学生基本都提及到“苯酚的酸性比碳酸酸性弱”，“苯酚的酸性比碳酸氢根的酸性强”等。由此可见1班教师的“启发式教学策略”有利于学生对微观本质等概念性知识的掌握，学生的抽象水平更高，问题解决的效果较好。而2班教师的“解读式教学策略”有利于学生对事实性知识的建构。
2.不同教学策略影响下群体认知结构的相关性分析
（1）认知结构变量与成绩的相关性分析
从认知结构变量与成绩的相关性分析中可以得出，两个班学生的纸笔测验成绩与认知结构变量广度、丰富度密切相关，但不同的是1班学生的成绩与信息检索率呈正相关性，与错误概念（大多集中在苯酚的酸性比较）呈负相关性。这说明在1班教师的启发式教学策略影响下，1班问题解决的效果越好（即获得较高的成绩）的学生，在问题解决中对头脑中具体知识信息的提取越迅速，这反映出其认知结构的条理性、系统性、可利用性越强;相应地，认知结构中的错误认知越多的学生，其问题解决效果越差。2班教师的解读式教学策略对学生认知结构的建立的积极效果不够明显，例如，学生的认知结构广度与其错误描述呈显著正相关，说明学生认知结构中拥有的知识点越多，产生的错误概念也越多，即表明学生认知结构的生长呈现一种“非良性”态势，学生形成的认知结构的系统性、稳定性均较差。
從信息处理策略与成绩的相关性分析中可以得出，两个班学生的纸笔测验成绩都与描述、情景推理与解释呈显著正相关，说明两个班中成绩较高的学生在回忆“苯酚”的知识时更倾向于使用描述、情景推理及解释信息处理策略，如“苯酚可以和FeCl3溶液发生反应，溶液显示紫色”，“苯酚和氢氧化钠溶液反应生成苯酚钠”等。1班成绩较高的学生还更倾向于使用定义这一信息处理策略，如“苯酚是无色、有特殊性气味的晶体”，“苯酚具有弱酸性”等，而2班学生不存在上述相关性，说明1班教师的“启发式教学策略”更有利于激发学优生对相关认识对象的概括和抽象能力。
三、认知结构的内容分析
有关“苯酚”主题的内容主要分为：定义和结构、物理性质、弱酸性、取代反应、显色反应、氧化反应、缩聚反应、加成反应。将学生所回忆的有关苯酚的各个知识点中的错误概念数以及总概念数进行统计，找出学生的学习困难。
通过以上表格可以看出，2班学生在“定义和结构”、“弱酸性”、“取代反应”等知识点的错误率都明显高于1班学生，2班学生这些错误表现在对苯酚相关概念的混淆，如对“羟基”和“氢氧根”的混淆，对分子式和结构式的混淆;对苯酚具有酸性的本质原因的不理解以及化学用语的错误使用，如“苯酚电离出氢原
注：第一行是1班，第二行是2班子，氢原子显酸性”等错误描述以及认为“苯酚和液溴反应生成三溴苯酚”的错误知识，而1班学生的错误表现在学生对“苯酚结构影响性质”的认识不充分以及苯酚和碳酸等物质的酸性强弱比较。
由此可见，1班学生的认知错误则主要表现为对某些“事实性知识”的了解不够全面、准确，而2班学生对“概念性知识”的整体建构效果均较差。这在一定程度上表明，1班所采取的“启发式教学策略”相比于2班所采取的“解读式教学策略”，更有利于学生的概念形成与建构，即“提出问题一形成解决方案一开展问题探究一结果分析一形成结论”这一教学逻辑更符合概念性知识教学的内在要求。
四、结论与启示
通过定量和质性分析表明在不同教学策略的影响下，学生个体和群体关于特定知识领域的认知结构都表现出明显差异，不同教学策略对学生形成的认知结构有显著影响：“启发式教学策略”有利于学生对概念性知识的掌握，学生认知结构的系统性更强，在问题解决中对知识的提取较迅速，但对某些“事实性知识”的了解不够全面、准确;“解读式教学策略”有利于学生对事实性知识的掌握，但对“概念性知识”的整体建构效果较差。不同教学策略对学生在认知建构过程中所使用的信息处理策略也有影响，“启发式教学策略”使学生倾向于使用定义这一信息处理策略，有利于激发学优生对相关认识对象的概括和抽象能力。
通过对学生认知结构内容分析可以看出，学生对“苯酚”知识的理解存在不足，同时对化学用语的使用还不够准确、规范，在分析“苯酚”的化学性质描述中发现学生对于有机化学反应中涉及到的微观结构和反应理解是模糊的，教师应该从物质结构出发，引导学生理解化学反应的本质，培养学生“宏观一微现一符号”的思维，进一步帮助学生形成良好的认知结构。教师应根据化学知识的特征，选择相应的教学策略。如在概念性知识的教学中，合理地使用启发式教学策略，引导学生通过对“问题”的思考和探究，主动地在头脑中建立相关概念，能够更为有效地促进学生抽象思维、批判性思维、想象思维、归纳一分析等能力全面发展，更好地实现概念的教育价值。
参考文献
[1]奥苏伯尔，等.教育心理学：认知观点[M].余星南，宋钧，译.北京：人民教育出版社，1994：202
[2]王希检.渗透学科核心素养的有机化合物教学设计——以《苯酚》一课为例[J].中学教学参考，2016（35）：76-79
[3]Anderson O R，Demetrius O J. A flow map method of repre-senting cognitive structure based on respondents' narrativeusing science content [J].Journal of Research in ScienceTeaching，1993，30（8）：953
[4]Chin-Chung Tsai，Chao-Ming Huang. Exploring students'cognitive structures in learning science：a review of rele-vant methods[J].Journal of Biological Education，2002，36（4）：163-169
[5]Chin-Chung Tsai.Content analysis of Taiwanese 14 yearolds' information processing operations shown in cognitivestructures following physics instruction，with relations toscience attainment and scientific epistemological beliefs.[J].Research in Science&Technological Education，1999，17：125-138
