化学问题解决的心理图式与影响因素探析

许海卫 陈红

摘    要：学生的化学问题解决过程是最重要的化学学习过程。要实现有效教学，就必须让学生的学习过程，尤其是问题解决过程对教师可见。教师可以创设具有挑战性的化学问题情境，借助学习访谈记录表、口语报告等工具，对学生学习的过程进行外显，并深入研究认知结构、思維能力、自我概念等因素对高中学生化学学习过程产生的影响，再结合案例给出提高教学有效性的策略。

关键词：心理图式;认知结构;思维能力;自我概念

为了更好地发展学生的核心素养，我们课题组立足化学学科，将研究视角定位在基于学生自主学习的优质教学。随着教学研究的深入，我们深刻体会到要成为智慧教师，光有渊博的学识和精湛的教学技艺是不够的，还需要有准确的教师定位，即服务于学生的学——“看见”学生的学习路径，明晰对学生学习产生关键影响的因素，富有成效地促进学生学习目标的达成，做学生素养提升的催化剂。通过教学实践和案例研究，我们认为学生的化学问题解决过程是最重要的化学学习过程，而了解学生的问题解决路径是开展精准辅助学习的前提。

一、问题解决过程心理图式的提炼

认知心理学认为，问题是在事物的初始状态和想要达到的目标状态之间存在障碍的情景，问题解决是指利用一系列认知操作或一定方法实现从目前状态转化为目标状态的过程[1]232。为了透视学生解决学科问题时的内在思维“黑箱”，一方面，我们利用课堂观察、作业分析、问卷调查和形成性检测等渠道采集信息，并在分析和了解学生化学问题解决能力现有水平的基础上，针对不同选科组合、不同学习内容、不同学业水平的学生，设定相应的问题解决学习的达成目标，创设具有一定挑战性的化学问题情境，对学生问题解决过程展开系列研究。另一方面，我们又利用日常化学答疑的机会，适时开展了解学生问题解决过程的交流，并详细记录下对话内容，为研究积累丰富的可视化资料。

【案例1】碱性条件下CH4燃料电池负极反应式书写的学习访谈

访谈目的：探查学生电极反应式书写的思维过程。

问题设计：书写碱性条件下甲烷燃料电池的负极反应式。

访谈对象：高二年级刚学完原电池新课的中等学业水平学生。

访谈记录与资料分析如表1所示。

访谈资料的分析维度包含学生的学业基础、思维角度、思考方法、思维障碍点以及自我过程（自我效能、动机、目标等）等。教师在与学生的访谈中利用倾听，“看见”学生的学习路

径，了解其学习难点。然后再借助评价引导，帮助学生发现认知偏差、丰富思维策略，促使其自主纠偏、增进自我效能感，进而提升学习信心，充分发挥问题解决能动性。

通过对不同层次学生典型问题解决过程的外显表征分析，探查学生群体心理过程内部表征共性特征，我们提炼出学生化学问题解决过程中的一般心理图式，如图1所示：

学生先从问题情境中主动提取问题关键信息进入工作记忆，对问题的有关信息进行解读表征，明确问题的目标指向并准确界定问题。接着努力检索有关信息，激活已有认知，对问题目标进行剖析。然后确立问题解决的切入点，构建解决模型尝试解决问题，并形成初步结论。最后再对取得的初步结论进行评价，并及时修正模型、调整策略，达成最终结论。

二、学生问题解决的影响因素

学生的问题解决过程是实现识知的现有状态向目标状态转化的过程，是“在问题的已知状态和目标状态之间寻找一条路径”[2]。它是一个复杂的认知活动综合体，需要原有储备知识、智慧能力和自我系统等的共同参与。通过剖析学生的问题解决过程案例，我们发现，从学生的层面来看，影响学生问题解决的因素至少包含以下几个方面：

（一）认知结构制约化学问题解决

问题解决是学生运用原有认知解决具体情境问题的能力活动。认知结构影响对信息的选择、解释、组织和记忆[1]121。在问题解决的心理过程中，要准确解读获取信息、正确定位解决角度并确立解决路径，知识的结构化水平显得尤为重要。

【案例2】硫酸可用于制备哪些气体？为什么？

设计意图：探查学生对典型物质性质的掌握水平。

典型表述1：可以制备氢气、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢，因为强酸可以制弱酸。

典型表述2：还可以制备氯化氢、溴化氢、硝酸等，因为不挥发性酸可以用来制备挥发性酸。

典型表述3：还可以利用它具有强氧化性的特性，来制备二氧化硫、二氧化碳等。

典型表述4：还可以制备一氧化碳、乙烯，因为它具有脱水性。

典型表述5：利用硫酸的酸性，还可以制备一氧化氮、二氧化氮，因为硫酸可以制备硝酸，利用所得的硝酸和铜反应不就能制备了吗？

典型表述1和2一般是脱口而出的，说明学生对硫酸概念的学习处于从单点到多点的结构层次，停留在表层理解水平。强酸制弱酸、不挥发性酸制挥发性酸是初中已经学习过的内容，这两个表述反映出熟练的知识在应用时可达到自动化状态。对教学的启示是：教学中适度地刻意训练可以促进概念的内化和观念化。当然，刻意训练并不是简单的重复练习，所拟题应能促进学生对所学知识的深度理解，具有拓展认知功能，以利于学生认识的发展。

典型表述3和4，体现出学生能认识到物质的多样性。从组成、性质等多个视角分析、阐述硫酸的用途，说明学生对硫酸概念的学习处于从多点到关联结构层次，进入深度理解水平。对教学的启示是：应重视监控教学目标的达成度，及时对学生学习情况进行反馈评价，示范并引导学生用优化的策略建构知识网络（如图2），在刻意练习中促进认知的结构化。

典型表述5展现出学生能根据问题解决的需要，从不同的角度对硫酸及其变化进行分析，延展推断得出硫酸可以制备一氧化氮和二氧化氮，从而创新性地解决问题。这说明学生对硫酸概念的学习已达到概念性理解水平。对教学的启示是：设置落于学生最近发展区、具有挑战性、需要深层理解水平的问题，有助于学生融会各方面的知识，提高知识的结构化水平，从而准确、全面、创造性地解决问题。

（二）思维能力制约化学问题解决

问题解决需要一系列认知操作的交互作用，如记忆与再现、理解与分析、综合与推断、评价与创造等。帮助学生发展高阶思维能力，使其能有效灵活地利用有助于记忆、分析、推理等的学习策略，提高信息加工能力，助推問题解决，促进认识思路的结构化。

【案例3】某工厂对一物质的水溶液进行蒸发结晶，产率总是很低。你能帮忙分析可能的原因吗？

学生通过头脑风暴得出：

1.挥发性酸与难溶性碱形成的盐发生了水解;

2.物质在蒸发过程中被氧化;

3.物质受热分解了;

4.物质受热升华了;

……

该案例反映出学生在解决问题时缺乏分析的策略，不善于多角度分析关联、整合解决，只是凭直觉想到什么说什么，导致问题解决缺乏全面性、系统性，创新性受阻。

问题解决的思维策略和方法学习离不开具体的问题情境，需要在问题解决的过程中去体会和习得。参与性示范是现代心理学发展的一种有效方法。如案例3，教师可在学生基本得出问题成因的情况下，再协同学生对答案进行分析、综合、评价、提炼，得出应从物质性质与化学环境相互作用的视角去整合解决（如表2），帮助学生找出认识差距和有待改进的地方，促进思维的发展。

教师应有效地干预学生的学习，让学生在日常学习中使用并练习高阶思维技能及分析策略，这样可以提高学生的思维水平和认知效率。由于学生在问题解决过程中呈现出层次关系、并行关系和互补关系等思维状态[3]，教学中，教师应提供多向交流对话平台，引导学生学会互相欣赏、互相启发，促使他们相互学习、相互补充。这也是发展学生思维的有效途径之一。

（三）自我概念制约化学问题解决

约翰·哈蒂的“绳索模型”认为：“学生是‘选择者，他们意在向自己的世界注入秩序、一致性和可预测性，不但要选择诠释世界的方法，选择替代行动方案，还要思考做出以上选择是否有价值。这些选择旨在保护、呈现、维持和推动自我感[4]。”对学生而言，化学问题解决既需要动用已学的结构化知识，又需要策略性思维能力，是一种新的挑战。对自我信息的处理能力和处理方式，决定着学生在挑战性任务面前的自信心、在错误和失败面前的适应能力、与同伴互动时的开放性和意愿，以及付诸行动得到成功后的自豪感。

【案例4】三所不同层次学校化学选考班学生问题解决的自我过程

学生问题解决的自我过程的典型表现如表3所示：

1.自我效能感的呵护

自我效能是学生对自己能否成功解决问题的信心。碰到困难的任务，敢于挑战、充满自信是高自我效能的表现，浅尝辄止则为低自我效能的表现。因此，应设置略高于学生现有水平的问题，激励学生积极大胆地尝试，引导他们做出稍微超出自己能力的评价。若通过努力，问题能迎刃而解，将有助于学生增强自信心，也能为学生能力的发展提供可持续的动力。

2.自我驱动力的助推

自我驱动力是学生内在的强烈学习意愿和行动力。学生只有树立正确的学习价值观才能产生较强的驱动力。与现实生活和工农业生产相联系的化学问题，能较好地体现学以致用的价值，可以激发学生主动探究的兴趣。在化学问题解决能力培养的过程中，教师与学生共同参与制定学习目标，并将长期目标分解为多个短期目标，将有助于学生参与的积极性，增强其胜任力和持续学习的毅力。

3.自我管理的干预

自我管理是学生对自己的目标、思想、心理和行为等表现进行的监控、评价与调节。良好的自我管理能力，有利于学生学习力的提升。教学管理中，教师要有效调动元认知，教会学生元认知学习策略，让学生学会规划自己的学习，设定挑战自我的学习目标，集中注意力，自觉主动地投入互动学习，养成良好的学习习惯。教师要积极处理教学反馈，让学生对学习过程进行自我反思，开展自我评价、自我完善，帮助其乐观耐挫、体验成功。这样可以增强学生持续学习思考并付诸行动的意愿和信念。

教学即生活，教学即研究。体现学为中心，在获知和理解学生学习的基础上，有效促进学生达成学习目标，服务好学生的学习，实现为学而教——这样的教学，对每个教师而言都是任重道远且不可推卸的。

参考文献：

[1]王小明.学习心理学[M]. 北京：中国轻工业出版社，2019.

[2]ALLEN N， HERBERT A.Simon Human Problem Solving[M]. Englewood Cliffs： New Jersey Prentice-Hall， 1972：39.

[3]张春，刘怡.基于学生学习路径分析的教学路径研究[J].中小学教师培训，2015（9）：41-42.

[4]约翰·哈蒂. 可见的学习[M].北京：教育科学出版社，2015：82-83.