化学问题解决

论化学问解决 摘要： 学科问题解决是教学心理学中问题解决研究的重要领域，化学问题解决是问题解决理论与学科教学相结合的重要成果之一。本文在查阅相关资料的基础上，从化学问题解决的认知心理学依据、化学问题解决的心理机制，化学问题解决的影响因素、化学问题解决策略这几方面进行概述目前学术界对“化学问题解决”研究的状况，并简单介绍几种新型学习理论和教学理论（概念图、思维导图法、脚手架教学法）在化学问题解决中的应用。 关键字： 化学问题解决      心理机制      影响因素      策略  新型学习和教学理论      综述 1、问题解决概述 现代认知心理学认为：问题解决是一种重要的思维活动，是思维活动的普遍形式，概念的形成和推理等思维活动，都直接或间接地具有问题解决形式。下面将从问题解决的模式以及一般问题的解决过程这两个方面简单阐述问题解决。 1. 问题解决的模式 对于问题解决的模式，可以将其分为传统观点、信息加工观点、现代认知派观点。 传统观点以“试误说”和“顿悟说”为代。最早研究问题解决的是美国心理学家桑代克(1898)，他提出了问题解决的“尝试-错误”理论。后来格式塔心理学主要代表人之一的苛勒(1913)又提出了“顿误”理论。这是两种持不同观点的理论，但都是基于动物实验得到的,要将其推广到心理过程极为复杂的人类，便不足以令人信服。 信息加工理论是随着计算机技术的迅猛发展而提出的，纽厄尔、西蒙（Newell & Simon,1972）认为问题一般包括三个方面，即初始状态、目标状态、操作，这三部分加起来构成了问题空间，这就是对问题的一个表征过程。 自皮亚杰的认知理论面试和现代认知心理学产生以后，人们热衷于人认知的角度来解释人类解决问题的过程。基克等人（Gick，1986；Derry & Murphy，1986；）根据对问题策略的研究，认为一般性的解决问题的策略包括四个阶段：理解和表征问题、寻求解答、尝试解答、评价，并在此基础上提出了一种有助于一般性问题解决策略的教学模式。 这一问题解决模式成为当代问题解决的基本模式，虽然不同学科提出了各自学科的问题解决心理机制，绝大部分以基克解决问题过程的模式为基础。因此，对于深入认识化学问题解决的有关内容，首先了解认知心理学的有关理论是必要的。 图示激活 基克解决问题过程的模式 2. 一般问题解决的过程 关于问题解决的具体过程，最早是度为提出的五阶段论。即开始意识到难题的存在→识别出问题→收集材料并对之分类整理→提出假设接受和拒绝试探性的假设→形成和评价。 综合各家理论模式和阶段论，将解决问题的过程分为以下四个阶段：理解和表征问题阶段，寻求解答阶段，执行或尝试某种解答阶段，评价结果阶段。 在寻求解答阶段，可能存在两种一般的途径：算法式和启发式。算法式就是为达到某一个目标或解决某个问题而采取的一步一步的程序。它通常与某个特定的课题领域相联系。启发式是指根据目标的指引，试图不断地将问题状态转化成与目标状态相近的状态，从而试探那些只对成功趋向目标状态有价值的操作，使用策略试图去解决问题。启发式常用的方法有手段目的分析法、逆向反推法、爬山法、类比思维法。例如，要判断哪些物质时混合物还是化合物、单质，则一般使用算法式，根据相关概念对物质进行逐一判断。但要完成一道较复杂推断题或有机合成题时，则需要使用结合算法式和启发式，才可能有效地解答。 2、 化学问题解决的提出 问题解决是心理学研究的热点问题,现代认知心理学甚至将其作为重要的领域和研究方向，培养学生问题解决能力是科学目标之一，而问题解决能力的培养，最有效且最有希望的做法是与学科教学相结合。当代认知心理学的研究成果对在教学过程中指导教与学的过程，提高教学质量有重要的启示。可以说，学科问题解决是问题解决研究的重要分支。很多心理学家也认为，研究问题解决最终要落实到各专门学科的应用，为指导实际教学服务。把重点放在专门学科问题解决的逻辑推理与策略上。 从上世纪的最后20余年时间里，国内外研究者开始对学科问题解决进行研究。在国外对化学问题解决研究中，有阿会莫等人(1979)提出化学问题解决的四个阶段，即识别问题-选择适当信息-孤立信息发生组合-验证结论；纽瑞本和皮克瑞(1987)在研究学生概念理解对化学问题解决的影响时，发现概念理解能力并不等于解决数据运算能力；纳赫利赫和密契尔(1993)发现许多学生虽能熟练运用算法解决问题，却对其中的意义理解甚少；魏德林(1998)在研究如何提高化学问题解决技能时，提出运用图表式网络来使学生掌握滴定计算及实验数据处理方法，能帮助学生理解问题解决的过程等。 在我国由于受过去传统“应试教育”观念的影响，化学教学的重点是放在概念的教学和具体解题能力的培养上，很少对学生化学问题解决能力进行培养。近十年来,随着“素质教育”的兴起与发展，化学教学开始注重学生化学思维过程与问题解决能力的培养，对化学问题解决的研究日益受到重视。 3、化学问题解决的心理机制 化学问题解决的心理机制，也可以将其称为化学问题解决的一般过程或模式，鉴于目前大部分研究者倾向使用化学问题解决机制，本文也采用化学问题解决的心理机制这一说法。 以下将对国内有关化学问题解决的心理机制的研究进行阐述。 在此基础上，北京师范大学王磊教授突出，化学问题解决的心理机制（图1）的研究表明 化学问题解决过程分为3个相互联系的环节:：审题活动、解析活动、实际解决活动。相应的化学基础知识、问题类型结构知识及有关的策略性知识在问题解决活动中发挥定向调节作用，各活动环节相对应的高级心智技能(自动化的程序性知识)对问题解决起执行调节作用。 在化学一般问题解决的心理机制的基础上，王磊教授等人利用活动分析法和心理模拟法进一步研究并提出化学实验问题解决的心理机制（图2）。它由5个相互联系的环节构成，即问题表征,问题解析，设计实验方案,实施实验方案，检验、反思与调整。其中问题解析、设计实验方案、实施实验方案是中心环节，而检验、反思与调整环节在问题解决活动中起着非常重要的作用,直接决定问题解决的质量与速度。 安徽无为县陡沟中学吴江明在“化学问题解决的心理机制及常用策略”一文中认为，化学问题解决心理机制可表示为：识别问题-问题表征-寻求解答-尝试解答-反思评价。作者认为评价反思是问题解决者发展元认知能力的一个重要途径,也是不断提高问题解决水平不可缺少的重要环节。它包括两个方面的含义：一是问题解决者对自己问题解决行为的适时监控和评价；二是问题解决者在找到问题的答案之后，对问题及整个问题解决行为进行评价。 对于化学学科课程而言，有机化学部分是相对独立的一个知识体系，学生在学习这一部分知识时往往比较难掌握。绍兴县华甫中学陆江岚老师结合认知心理学相关理论从知识表征、学习策略和原认知技能三个方面在“认知心理学对有机化学教学的启示”中谈论了有机化学的教学，希望能在理论的指导下实践，有效地进行教学。作者提出，有机化学问题解决的心理机制包括知识的建构和表征、学习策略的掌握与改进、元认知技能的培养。在知识的建构和表征构成中要求学习有机化学知识时要做到知识的条件化、程序化、网络化、系统化。在学习策略的掌握与改进中，包括激发注意的策略增强记忆的策略。元认知技能的培养包括制订学习计划、开展自我评价、认识所学知识技能的有效性。总之,认知心理学中的基本原理和观点对当今的教学模式、教学方法、教学评价等方面都提供了帮助,我们作为教师应该更好地去体会并加以很好的利用。 4、化学问题解决的影响因素 影响化学问题解决的因素有很多，影响到问题表征、问题解析、解题活动和元认知监控的各个环节，主要因素有：问题情景的影响、知识因素的影响、思维策略的影响、动机与情绪状态的影响、元认知策略的影响。 中学生化学问题解决中的元认知能力指的是学生在解决化学问题的过程中，将自己解决化学问题的过程作为意识的对象，对它进行计划、监测、调节和评价的能力。研究影响初中生化学问题解决中元认知能力提高的因素，对于提高初中生化学问题解决中元认知能力，提高学生的解决问题能力，使学生形成终身学习的能力和意识都具有较强的理论价值和积极的实践意义。 通过元认知监控,保持清醒的思路,适时调整思维方式,使问题解决朝着正确的方向进行。不同的学生元认知监控能力和习惯也各不相同,问题解决能力较强的学生,能积极主动地运用元认知监控,使其全部解决过程都处于元认知监控之中,而且能够通过某一化学问题解决的过程和所得结论,受到许多启发,进一步优化已有的知识结构。而那些元认知监控能力较差的学生,在解决化学问题时思维反应 迟钝,易出错,常走进问题解决的死胡同,这部分学生往往只重视问题解决的结果,却不善于对结果进行反思与总结。在复杂的化学计算题解题中,元认知监控的作用尤为明显。 5、化学问题解决策略 目前，化学学科问题解决策略的研究主要涉及中学生解决各种化学教学问题(计算问题、实验问题、有机问题等)的思维策略及主要影响因素，专家和新手的差异等方面。Adigwe ( 2002)在尼日利亚进行了一系列的研究表明：大多数的学生在解决化学问题时有着不恰当的问题解决方法和有限的问题解决策略知识，他们主要依赖于随机的尝试错误和算法。而且大多数学生不能评价他们的问题解决过程。这说明许多学生对化学概念理解不充分,为了得到“正确的答案”，学生们倾向于使用各种算法技巧来解决问题,而不是使用科学的化学概念进行问题解决。 李广洲，任红艳等(2001)认为中学生解决计算类化学问题时采取的策略，根据问题的性质、内容以及问题解决者的认知结构，可以分为盲目搜索策略、情境推理策略、原理统率策略、数学模型策略等四种。 吴鑫德，张庆林等(2004)认为高中生化学计算问题解决的有效思维策略有：读题审题策略、综合分析策略、双向推理策略、同中求异与异中求同策略、化繁为简策略、巧设速解策略、模糊思维策略、总结反思策略。 有学者根据化学问题解决的心理机制，培养学生化学问题解决能力，认为可采取以下几点措施：注重化学问题情景的创设、丰富化学基础知识、强化化学思维能力的训练、培养对化学学科的兴趣。 此外根据化学问题解决的心理机制，不少学者提出了与各个环节相对应的化学问题解决策略。化学问题表征阶段的思维策略有认真读题,捕捉要点、识别问题类型。寻求解答阶段的启发式策略有手段—目的分析法、逆向推理法、简化计划法、图解法。评价反思阶段的策略有反思解题过程、反思与题目有关的知识结构,是否达到了通过解决问题掌握知识的目的、反思解答方法。 6、 新型教学和学习理论在化学问题解决中的应用 随着新课程的持续稳步推进，作为化学学科教师，理应根据新课程新理念对过去的常规教学观念和方法进行重新审视和思考。新课程理念下的化学课堂教学以培养学生化学思维和化学能力作为教学的目的，使学生主动建构起自己的化学知识体系，形成属于自己的化学能力。将新型的有效的学习理论和教学理论应用到化学问题解决中，在帮助教师提高教学能力的同时能够更好地帮助学生有效的解决化学学习构成中的问题。下面简单介绍几种新型学习理论（概念图、思维导图、支架式、任务驱动法）在化学问题解决中的作用。 1. 概念图在化学问题解决中的作用 化学概念图是基于美国教育心理学家奥苏伯尔(David Ausubel)的有意义学习理论，学习者在学习过程中的先前知识对构成化学概念图的重要性。 概念图是用来组织和表征知识的工具，有美国康奈尔大学诺瓦克教授提出。它通常是将有关某一主题不同级别的概念或命题置于方框或圆圈中，用各种连线将相关的概念和命题连接，这样就形成了关于该主题的概念或命题网络，以此形象化的方式表征学习者的知识结构及对某一主题的理解。概念图是化学教与学的重要工具。化学教学中构建“概念图”的具体策略是：设计先行组织者，帮助学生衔接知识、疏通思路；组织概念网络，促进新旧知识同化；反思评价，修正、发展知识结构；变式练习应用概念，强化理解。概念图的构建可以帮助学生完善化学知识认知结构，从而使其转化为一种有效的学习策略，实现由“学会”转为“会学”。 运用概念图，加深概念理解，提高学习兴趣；促进民主气氛，合作学习；自我评价，发展元认知；发展能力，提高综合素质。可以说，概念图是课堂的有效工具，课堂教学效果的评价手段，利于学生的思维发展与合作学习，能够很好的促进化学问题的解决。 2. 思维导图在化学问题解决中的作用 思维导图是英国学者东尼·巴赞(TonyBuzan)实践研究于20世纪70年代创造的一种新型笔记型思维方式。 通过绘制思维导图可以协调开发左右脑的功能，综合地使用文字、图形、色彩、线条等信息载体，以发散性思维方式进行，在计划、总结、创意思考等方面取得了良好的效果，逐渐受到了人们的关注。 依据化学学科学习的特点，化学学习可以分为宏观、微观和符号表征三个相互关联、影响的层次。南京师范大学陆真教授等人开展了应用思维导图辅导学生进行化学模块学习的实践研究，研究表明，思维导图的层次隶属关系十分清晰，师生可以使用思维导图把多个零散的集合在一起，逐步建立各个单元、模块间的联系，加强信息加工和知识拓展。在完成了一个学习单元或模块的学习后，学生可以先把脑海中对学科知识的记忆画出来，再和以前画过的图表进行对比，这样既能加深记忆，又能强化以前的学习，促进知识的保持，也可以利用思维导图把学习的心得和成果展示出来，对学习内容进行总结复习，检查自己的内部认知结构是否稳固，优化总结和复习。 可见，在化学问题解决构成中运用合理有效地运用思维导图，有助于对化学问题的理解和表征，有助于简捷地寻求解答，促进反思和评价。 3. 支架式教学法在化学问题解决中的作用 支架式教学是基于建构主义学习理论的一种教学模式，旨在为学生学习搭建有力的学习支撑从而达到教学目标。支架式教学的思想源于前苏联著名心理学 家维果茨基（Vygotsky）的“最近发展区”理论。支架式教学通过提供一套适当的概念框架(conceptual framework)来帮助学习者理解特定知识、建构知识意义。其中，“支架”(scaffolding)原意为建筑行业中的“脚手架”。在这里，“支架”是一种比喻，描述的是在最近发展区中有效的教与学之间的互动。学生以“学”来积极主动地建构自己的“建筑物”，而教师的“教”建构“建筑物”必要的“脚手架”，是用来把学生的智力发展引导到更高水平，从而完成对所学知识的意义构建的。 运用支架式教学理论，教师在学生化学问题解决过程中为其搭建支架，进行智力、能力、方法上的引导，将能有效提高学生化学解决问题的能力。 7、 结束语 化学问题解决是化学教学和化学学习过程中的一个重要任务。化学学习过程实质上是化学问题解决的过程，无论是作为学习者还是教育者，了解化学问题解决的心理机制、影响因素以及相关策略具有重要作用和意义。将理论运用于实践，有助于我们运用科学有效的方法，指导化学问题的解决。做一个有效的化学问题解决的学习者、教育者和研究者。 同时，我们也需认识到化学问题解决这一理论并不是凭空而来或者独立的；相反，化学问题解决有着其理论渊源和发展过程，并且与其它相关理论相互影响、共同发展。因此，我们除了需了解化学问题解决的发展历程，从中受到启迪外；更应该关注和了解新型教学理论，做到与时俱进，博览众长，学会合理的借鉴，将新的元素注入化学问题解决的理论中，在实践中不断完善，更好地指导化学问题的解决。 参 考 文 献 [1]陈琦，刘儒德．当代教育心理学．北京师范大学出版社（第2版），2007，331-343． [2]王磊，胡久华．中学化学实验问题解决心理机制的初步研究．化学教育，2000,(5),11-13． [3]吴江明．化学问题解决的心理机制及常用策略．化学教育，2005,(4),28-30． [4]陆江岚．认知心理学对有机化学教学的启示．教师论坛，2007,(2),21-22． [5]夏成本．论化学问题解决．安徽教育学院学报，2005,(3),79-81． 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