科学研究表明,人的大脑是由约1000亿个神经活动细胞构成的神经网络,每个人的学习、记忆、思维、创造正是通过这个网络系统来进行的。显然,化学学习活动遵循这样一个网络化的心理和生理机制其学习的效率就高。概念图就是这样一种网络化学习的工具,可以称之为科学学习的“互联网”。
学习是通过大脑进行信息的传输、处理和储存来进行的。记忆系统利用客观存在的事物聚类、事物在时空中的联系,通过归纳、组合、抽象等方式,将信息纳入到最佳的联系和最方便提取的记忆结构中。大脑是通过并行分布、多层结构、广泛联系的神经网络系统来实现这一任务的。大脑的认知结构是与知识的网络化水平相联系的,知识的网络化水平越高,则认知的水平越高。化学和其他科学一样是一个系统科学,反映这一科学特征的学科知识是由宏观、微观、符号和化学计算四个子系统构成的。这些系统相互联系,交织成化学知识的无形网络,概念就是这个网络中的节点。这样一个网络系统即知识结构,必须转化为学生头脑中的认知结构才能真正为学生所掌握。
学生深入学习化学知识的困难也恰恰在于知识的网络化水平较低。不能更好地掌握知识结构,因而就无法形成合理的认知结构。概念图就是促进知识的网络化水平、形成合理的认知结构的一种理想工具。
概念图是呈现概念或符号之间相互联系的一种简明便利的图式。它是以核心概念为中心,连接次一级的概念,并以这些次级概念为节点,再连结下一层次的概念,构成一个分层次、多节点相互联系的网络结构。图1给出了一个概念图的示例。概念图反映了学生头脑中概念间的相互联系,同样内容的概念图由于概念间的连接不同,概念的层次不同,会有很大的差异,这实际上是学生头脑中认知结构的差异所致。概念间的联系通过概念图能很好的体现出来。学生对概念间的联系如果存在着认知上的问题,那么所构建的概念图就一定存在着缺陷。概念图中概念的连接和位置的改变实际上是学生认知结构变化的反映。学生的认知水平越高,所构成的概念图结构越合理,层次越分明,概念间的联系越紧密,概念图是认知结构的一种镜像反映。由于神经科学尚不能揭示人的认知结构的机理,我们可以通过构建的知识图??概念图来反映认知结构的特征。概念图作为一种学习工具有重要的意义。
1999年12月美国《科学》杂志(网络版)中的一篇文章将“知识”定义为信息的一种组织体,文章认为现代科学技术,尤其是互联网给我们提供了浩如烟海的信息。问题是尝试吸收这些信息并将其组织成真正的知识的却很少,就如同从急速喷涌的消防水龙头中吞下一杯水一样。人们需要寻求将信息转变成真正知识的技术,概念图与这种技术可以说有异曲同工之妙。学生掌握了概念图这一技术,就可以在任何信息资源中抓住知识脉络,形成知识结构。这也是教育工作者长期探索的将学科内容的学习和学会如何学习结合为一个整体的技术。
用连线将概念连接起来离不开思维。将分支概念连接需要纵向思维,而用交叉连线将各分支之间的概念连接起来则需要横向思维。概念图是通过不同的思维方式将概念重新组合定位。这实际上也是一种发现和形成新关系以及重新组合的能力,正如爱因斯坦所说:“组合作用似乎是创造思维的本质特征。”构建概念图也是一项极好的创造性工作,有助于培养学生的创造能力。许多学者认识到了教学与评价相结合的重要性,Shavelson等人指出:“如果概念图被纳入课程内的话,那么这样的结合就形成了。”概念图既是学生学习科学知识的工具又是评价的工具。如前所述概念图是学生认知结构的反映,因此,可以用来评价学生的认知过程和认知结构。对学生构建概念图的过程以及对学生最初和最终的概念图加以比较,可以知道学生在概念理解上的变化和认知上的变化。有相当的学生自认为对那些熟悉的概念是理解的,但是当他们画概念图时,将那些概念用连线连接起来就感到了困难。这说明他们对这些概念的关系和层次结构还不清楚,并没有形成完整的认知结构。
概念图可以帮助学生检验自己所学的知识,实现教、学、考三者的统一。利用概念图教师可以获得更多的反馈信息,来诊断教学中存在的问题,以便更好地改进教学。
概念图的学习和教学可以分为三个阶段。第一阶段,训练学生画概念图。可从单元或一节课的总结开始,让学生列出本单元的重要概念,将这些概念作为课堂讨论和总结的主题。对于低年级的学生,可选择少量的重要概念写在卡片上,学生们分小组用这些卡片讨论概念的顺序和可能的连接,在教师的指导下移动卡片,构成小组图。在小组图的基础上,通过全班讨论再综合成一个班级的概念图。通过上述训练,要求学生在纸上画出自己的概念图。概念图的构建要循序渐进,随着学习和训练的深入,逐渐加大信息量,构建较复杂的概念图。
第二阶段,概念图的应用。学生在初步掌握了概念图的构建技能以后,就可以通过概念图来进行学习。按照由易到难,可以让学生绘制三种不同类型的概念图:
1.限定型概念图。在构建概念图之前,教师先给出一定数目且随机排列的概念、术语,要求学生必须使用这些术语来画概念图。例如,物质的量这一单元,让学生用“物质的量”、“物质的质量”、“气体体积”、“溶液体积”、“溶液的物质的量浓度”、“微粒数”、“阿佛加德罗常数”、“摩尔质量”等概念来构建概念图。
2.引导型概念图。给出一定数目的概念术语或符号之后,要求学生从中选择一部分来构图。例如,要求学生构建一个关于原子结构方面的概念图,给出15个概念或符号,要求学生从中选出10个来绘制一个概念图。由于所给的信息多于所选的信息,这就要求学生对所需概念的选择要准确,必须对主概念有系统性的认识。
3.创造型概念图。教师参照化学知识的特定范围,给出一个核心概念,要求学生围绕这一概念,联想有关的知识、概念,创造性地构图。第三阶段,概念图的评价。概念图的评价可以从四个方面进行:
1.概念间的联系。对于从主概念中引出的属概念或由属概念导入的主概念是否有意义,是否用连线连接。
2.层次性。观察所构概念图是否有层次。
3.关键节点。所谓关键节点是指一个概念至
少有三条连线与其他概念或知识点相连接,位于节点上的概念,是这个体系的最基本概念。关键节点可以由教师专家的概念图来确定。一个学生的概念图关键节点比另一个学生的多,则说明第一个学生的理解力要强于第二个学生。
4.交叉连线。即概念图体系中不同分支之间的连线。
对学生概念图的评价也可以用分数量化。需要指出的是,概念图这一工具不仅适用于概念的学习,而且也适用于元素化合物等知识的学习。应将个人、小组、班级活动结合起来,统筹安排,加强学生的合作学习。鼓励学生花时间和精力画概念图,坚持课前自学时构建课前概念图,教学后绘制总结性的概念图。教学前画概念图对学生自学能力和创造能力的培养有着积极的促进作用。要注意概念图之间的联系,随着学习的不断深入,把有关的概念及时地补充到概念图中,从而形成新的联结。
概念图的技术适用于各个年级的学生、各个学科。经过训练,不同能力的学生都能成为一个好的“概念图人”。一旦养成画概念图的习惯,必将终身受益。
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