认知发展阶段理论对初中化学教学的启示

杨素红 陆丽萍

摘要：初中生学习化学的过程像新生儿认识世界一样，需要经历一个循序渐进的过程。作者以皮亚杰认知发展阶段理论来指导初中化学教学，在物质的分类教学中运用了直观感知——形成图式、样例归纳——丰富图式、图式标识——运用图式、整体构建——发展图式等四种策略，取得了较好的效果。

关键词：认知发展阶段理论;初中化学;物质的分类;图式

文章编号：1008-0546（2018）12-0037-03中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.012

一、物质的分类教学的重要性和存在的困难

对物质进行科学的分类，有利于人们把握物质的本质属性和内在联系，分门别类地研究物质是科学研究的基本方法。对种类繁多的物质进行分类，然后逐一展开研究，特别是选择代表性物质，研究各类物质的通性以及重要物质的个性相结合，这是化学研究的重要方法之一，是化学应对物质种类繁多的有效策略，也是化学研究的一个特点。因此，在中学化学教学中，物质的分类占有极其重要的地位，贯穿中学化学的始终，具有重大的意义。

科学分类与日常分类有所不同，是按照一定方法、遵循一定规则进行的。日常分类多为一般划分，没有一定的方法和规则，还常常隐藏着逻辑错误。初中生已有的经验中对物质的分类属于日常分类，有些与科学分类发生了严重的冲突，导致学生的认知陷入混乱状态。为了进行恰当的分类，需要选择合适的分类标准、遵循合理的分类原则。初中生的认知大多比较单一，对于有多种分类标准的情况常常较难理解。对于分类原则，则常常犯一些逻辑性错误，如：各子项之和与被划分的母项不相等，导致分类过宽或过窄;每一次分类没有按照同一标准，导致子项重叠或缺漏;多级分类没有按照一定层次逐级进行，出现了越级划分的现象。

二、用皮亚杰认知发展阶段理论解析教材中物质分类教学的编排

瑞士心理学家让·皮亚杰使用自己创造的临床法，经过了大量的实验，发现了关于个体认知发展的一般规律，称之为认知发展阶段理论。该理论认为：个体从出生到成熟的发展过程中，其认知结构与环境的相互作用中不断重构，从而表现出四个不同阶段。这四个阶段有着不同的特征，分别是：感知运动阶段、前运算阶段、具体运算阶段、形式运算阶段。所有个体的认知发展都要经过四个阶段，这四个阶段具有连续性，没有哪个个体不经过前面三个阶段而直接进入形式运算阶段，也不可能逆向经历四个阶段。

1975年，美国普渡大学Herron教授在发表的《皮亚杰对化学家说：解释“好”学生无法理解的内容》文章中说明：为什么一些好学生非常努力地学习却无法在化学这门学科上获得成功。化学是在分子、原子层次上研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的一门基础自然科学，化学世界里抽象的概念随处可见。这部分学生不能理解化学中的那些抽象概念，是因为他们的认知水平還没有达到形式运算阶段。

沪教版对单质和化合物的编写方式就是直接给出抽象概念，学生没有经历感知阶段，没有形成单质和化合物的概念图式，直接达到形式运算阶段，在认知上存在较大的困难。辨析具体物质属于“单质”还是“化合物”尚且困难，更不用说判断“只含有一种元素的物质是哪种类别的物质”这样复杂的问题了。

初三化学属于启蒙教学阶段，初中生正处在从直观思维向抽象逻辑思维过渡的时期，在教学中要充分考虑化学学科知识的逻辑顺序、学生的认知顺序和心理发展顺序，实现教学内容和教学过程的和谐统一。

三、利用皮亚杰认知发展阶段理论指导物质分类教学的策略

皮亚杰强调“学生并不是空着脑袋走进教室的”。因此教学中要关注学生已有的知识和经验，并善于将其用作新知识的生长点，引导学生从原有的知识经验中“生长”出新的知识经验。遵循皮亚杰的认知发展阶段理论，结合教材中物质分类的学科知识以及学生的生活经验，形成物质分类教学的策略。

在皮亚杰认知发展阶段理论中，图式是指一个有组织、可重复的行为模式或心理结构，是一种认知结构的单元。一个人的全部图式组成一个人的认知结构。人们通过同化或者顺应来丰富自己的图式，发展自己的认知结构。在物质的分类教学中，学生首先要形成物质的类别的稳定的图式，然后在此基础上进行判断、比较、归纳、分析，建立物质的分类树状图。

1.直观感知——形成图式

（1）实验感知

利用“测定空气中氧气的含量”实验认识混合物和纯净物。空气因为其特殊性，人们长期以来一直认为它是一种单一的气体。拉瓦锡通过在密闭容器中加热汞得出空气不是单一气体的结论。借鉴拉瓦锡的实验，使用红磷在密闭的容器中燃烧来测定空气中氧气的含量。红磷燃烧熄灭后，密闭容器中仍然有气体存在，非常直观地向学生显示空气不是单一的气体，从而得出混合物的概念。

教师也可以利用生活中的常见物质做一些趣味性实验。用玻璃棒蘸取少量食盐水在酒精灯火焰上加热，水分蒸发后有白色固体留下。学生看到水分蒸发和白色固体的现象，可以得出食盐水是食盐和水组成的混合物。

利用“电解水”实验认识单质和化合物。长久以来，人们一直以为水是一种元素。拉瓦锡通过实验证明水不是一种元素，是由氢元素和氧元素组成的混合物。演示实验“电解水”得到氢气和氧气，学生认为水是由氢气和氧气组成的混合物。可以补充实验，分别展示氢气和氧气，混合后得到的是气体，证明水不是由氢气和氧气组成的，而是氢元素和氧元素组成的。像水这样由不同种元素组成的纯净物叫做化合物，而像氢气和氧气这样由一种元素组成的纯净物叫做单质。增加一个“氢气和氧气混合”的实验，使学生直观地感受到氢气和氧气混合得到的是气体混合物而不是液态的水。

（2）实物观察

观察生活物品上的标签认识混合物和纯净物。在教室里，学生往往会带一些矿泉水、面包、牛奶、饮料等食品。这些食品的外包装上面常常会标明该物质的成分，带领学生朗读标签上的配料或者成分，有助于学生识别混合物和纯净物。

观察试剂瓶上的标签认识单质和化合物。带领学生进入实验室观察药品摆放的方式以及试剂瓶标签上药品的名称或者化学式，分析其名称或化学式的共性，从而认识该物质归属的类别。

利用手机或数码相机拍摄实物供学生观察分类。用手机或数码相机拍摄家庭厨房内的物品、药店中的药品、超市内的物品，展示给学生观察分析，认识化学物质的多样性，并进行分类。

2.样例归纳——丰富图式

（1）物质归属

抽象的化学概念总是让学生望而生畏，使学生的学习经历较多的挫败感。从学生的认知水平和心理发展水平出发，采用样例归纳的方法来丰富学生已形成的物质分类的图式。

在学习了物质的类别的概念后，学生又认识了过氧化氢溶液、高锰酸钾、氯酸钾、二氧化锰等大量的物质，每每接触到新物质，应告诉学生该物质的类别，通过物质归属，丰富学生已经形成的图式。当学生已形成的物质的类别的图式迅速扩容后，可以开展下一层级的物质的类别的教学。

（2）模型展示

从微粒的角度认识是非常抽象的，对于学生来说，是十分困难的。如何解决这个问题，教师在教学中除运用多媒体之外，还需要大量的模型来辅助。

借助磁石来摆放原子、分子。如用一个小磁石表示氢原子，将两个小磁石相连表示氢分子，摆放许多这样的氢分子。请学生判断该物质是混合物还是纯净物，是单质还是化合物。对于单质的分子是由同种原子构成的，学生还是比较容易理解的。若用磁石摆出水分子的模型，让学生判断是混合物还是纯净物时，大多数学生会说是混合物，这是不能从微观角度认识化合物的本质。大量使用原子和分子的模型，学生的图式得到极大地丰富，有利于激发学生学习的积极性。

（3）符号分析

化学学习有三种水平：宏观水平、微观水平和符号水平。这三种水平是从低到高逐步发展的。学生在学习了元素符号和化学式以后，符号水平有了一定的提高。教师可以引导学生通过观察物质的化学式，理解该物质的元素组成，从而判断该物质所属的类别。

3.图式标识——运用图式

学生在建立较为丰富的物质类别的图式的基础之上，教师可以综合所学的大量物质，请学生判断物质所属的类别。例如：

我们已经学习了关于空气、氧气、水、碳、二氧化碳、氧化铜、铁、铝、硫酸、氢氧化钠和氯化钠等一系列物质的知识。

为便于记忆和进一步深入学习，可以按组成和性质对学过的物质进行整理和分类。

（1）根据物质组成是否单一来分，属于混合物的是__________，属于纯净物的是__________。

（2）在纯净物中，根据组成元素的异同来分，属于单质的是__________，属于化合物的是__________ 。

（3）在单质中按性质的差异来分，属于金属单质的是__________，属于非金属单质的是__________。

（4）在化合物中按组成的差异来分，属于氧化物的是__________，属于酸的是__________，属于碱的是__________，属于盐的是 __________ 。

借助于具体的物质，标识出各类物质完整的图式，不可遗漏或篡改，使学生对物质的类别有了深入的理解。

4.整体构建——升华图式

在给具体物质进行分类的基础上，观察各子项的答案，组织学生辨析：纯净物和混合物的关系、单质和化合物的关系、氧化物、酸、碱、盐的关系。

此时可以借助欧拉描述逻辑关系的方法，用圆圈来直观地显示并列、包含、交叉三种概念之间常见的关系，如下图：

教师帮助学生理清物质的类别之间的逻辑关系后，指导学生采用树状分类图描述各类别物质之间的层级关系，促使学生整体建构物质的分类图，优化学生的认知结构。

在学生形成的物质分类图式得到升华之后，脱离具体物质的帮助，直接利用物质的类别概念进行逻辑判断。例如：

只有一种元素组成的物质不可能是

A.纯净物 B.混合物

C.单质 D.化合物

单质是由同种元素组成的，由同种元素组成的物质一定是单质。

离开具体物质的协助，来对概念进行逻辑判断，需要学生具备较高的逻辑分析能力，也即到达了皮亚杰所说的形式运算水平。

我们通常所说的教学需要循序渐进地展开，实际上就暗含着皮亚杰的认知发展阶段理论。初中生刚刚接触到化学知识，恰如小學一年级的学生学习语文，或者像新生儿感知他周围的事物一样，教师运用皮亚杰的认知发展阶段理论来指导教学，符合学生的认知水平和心理发展水平，是科学的，是有利于学生的化学核心素养的养成的。

参考文献

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[3]  黄梅.化学陈述性知识的教学逻辑与教学策略[J].中学化学教学参考，2012（7）

[4]  吴俊明.分类观是化学学科的基本观念吗[J].化学教学，2015（4）：3-5