论化学教师教学认知的基本图式，本文主要内容关键词为：图式论文,认知论文,化学论文,教师论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
教学是教师的基本专业活动，教学行为基本上能够反映教师的专业发展水平。教学是一种复杂的认知活动[1]，教学行为是教师内在认知活动的外在产品[2]。教师的教学认知是指教学中不宜观察到的教师认识过程和结构，即教师的所知、所信和所想[3]。教师的教学认知支配着教师的教学行为，对教学质量的提高和自身专业发展产生着重要影响。研究发现，与新手教师相比，专家教师的教学认知图式更为精细、丰富、深刻、有关联性，并信手拈来[4]。因此，教学认知发展是更深层次的教师专业发展。为了进一步促进化学教师的专业发展，需要对化学教师的教学认知及其发展进行深入的研究。本文对化学教师的教学认知图式进行研究。
教学设计能力是教师专业能力的核心能力，教师的教学认知集中体现在教学设计阶段和反思阶段。根据教学设计的基本要素和化学学科教学特点，结合多年的教师教育经验，笔者总结概括出化学教师教学认知的图式具有3个层次：第1层次是要素性教学认知图式，第2层次是内容类型教学认知图式，第3层次是具体内容的教学认知图式。要素性教学认知图式是基本图式，包括对教学内容的认知、学生已有知识或经验的分析、学习目标的设计、作业设计、教学基本思路的形成、学习主题设计、教学活动设计以及教学反思等8个基本要素。
一、对教学内容的认知
教学是以知识内容学习为基本任务而展开的认识活动。教学设计阶段，教师对知识内容需要进行精致地认知分析。
1.内容的具体化分析
课程标准的内容标准规定了内容的名称及其要求，对于教学目标的确定具有指导价值。教师如果将课程标准中的表述和要求简单移入教案作为教学目标，还不能够有效地指导具体内容的教学。教师必须在研究课程标准的基础上，对教科书进行内容的具体化分析。如初中化学内容“分子和原子”，课程标准的表述是：认识物质的微粒性，知道分子、原子、离子等都是构成物质的微粒；能用微粒的观点解释某些现象。经过对教科书（人教版）的认知分析可以将“分子和原子”的内容进一步具体化为：（1）物质是由看不见的微粒构成的。（2）微观粒子处于不停地运动之中，微粒间有间隔。（3）在物理变化中，分子不会变成其他分子；在化学变化中，分子会变成其他分子。构成物质的分子是保持该物质化学性质的最小微粒。（4）分子可以分为原子。（5）在化学变化中，分子可以分为原子，原子不能再分，原子又可以结合成新分子，化学变化是原子间重新组合的过程，原子是化学变化中的最小微粒。
2.内容的知识性质分析
化学知识内容包括事实、化学概念、化学规律和化学理论等。不同性质的化学内容其学习活动方式是不一样的。如事实类内容，基本学习活动是通过实验让学生观察具体物质及其转化的事实，学生在观察的基础上描述事实并用化学符号进行表达，然后在描述性交流活动中强化事实以及化学符号所表达的意义。化学基本概念类内容的学习，主要任务是要形成超越事实的相关理解，并在概念理解的基础上进一步深化对化学的理解。化学概念大多是在事实基础上形成的推论，不是事实的连续性逻辑推理，事实和推论概念之间是有根本区别的。化学概念类内容的学习是在观察实验事实的基础上，以学生的想象为基本活动，教师辅以关键性过渡话语和相关的模型说明，然后将概念的理解与原有的相关内容建立有意义的联系，形成新的理解。化学规律类内容是化学事实之间关系的描述，有显性规律和隐性规律。显性规律指的是在名称中含有“规律”二字的内容，如质量守恒定律、元素周期律、阿伏伽德罗定律等。隐性规律指的是在名称中没有“规律”二字，但是其内容反映的是事实之间的一种关系，如影响化学反应速率的因素、金属单质性质的相似性、酸类物质性质的相似性、碱类物质性质的相似性等。化学规律的学习活动是以事实为基础的归纳式学习。化学理论是解释化学事实和化学规律的知识，主要的化学理论有分子论、原子论、原子结构理论、化学键理论、有效碰撞理论和碳共价键理论等。化学理论内容的学习分为2个阶段，第1阶段是在事实或规律认识的基础上，借助想象进行建构；第2阶段是运用所建构的理论对相关的事实或规律进行理解性解释。对于知识性质的分析，有助于设计科学的学习活动。
3.内容的回归性分析
化学教学既要使学生对具体内容达成基本的理解，又要使学生将新学的内容与已有的知识或经验形成有意义的联系。化学学科的基本问题“物质及其转化”对于理解化学知识内容、形成知识间的有意义联系具有“回归性”作用。[5]每当学习一个新的内容，教师就应该思考两个基本问题：这一内容对于“物质”的理解有何发展和深化；这一内容对于“物质的转化”的理解有何发展和深化。如“分子”内容的回归性分析：物质是由其相应微粒分子构成的，化学变化是一个有新分子生成的过程。“酸”内容的回归性分析：酸类物质的组成是有共同的氢元素，酸类物质化学性质具有相似性。“燃烧”内容的回归性分析：能够发生燃烧反应的物质是可燃物，燃烧现象是一个物质转化的过程，物质转化过程伴有能量变化，物质转化是在一定条件下进行的，燃烧也是有条件的。对于化学内容的回归性分析，有助于教师进行有意义的教学设计。
4.内容的认识论分析
内容的认识论分析指的是从以下4个方面进行分析：所认识的知识是什么（What）？所认识的知识价值是什么（What）？所认识的知识是如何产生的（How）？为什么所认识的知识是合理的（Why）？简称WWHW分析模式。如对于“分子”的WWHW认识论分析：（1）“分子论”的基本内容：物质是由肉眼直接看不见的相应微粒分子构成的；分子处于不停地运动之中，分子间有间隔；在物理变化中，分子不会变成其他分子；在化学变化中，分子会变成其他分子；构成物质的分子是保持该物质化学性质的最小微粒。（2）“分子论”的知识价值：从微观分子水平上解释物质的状态以及发生物理变化的一些现象；对物质的化学变化能够从有新分子生成的角度进行认识。（3）“分子论”的产生方式：以一定的事实为基础，认识到分子的存在；在一定事实基础上，通过想象，提出分子论的认识；在物理变化和化学变化的比较中，建立分子的概念。（4）“分子论”的合理性评价：“分子论”是以事实为基础，并在想象基础上提出和建立的；“分子论”很好地解释了物质状态、物质发生物理变化的相关现象，很好地解释了物质的化学变化。学生对于化学内容的认知性学习与化学内容的认识论方法具有相似性，因此，化学内容的认识论分析，有助于教师挖掘化学知识的价值、化学知识的产生方式以及所蕴含的化学观念等，形成教学的基本思路。
二、学生已有知识或经验的分析
有意义学习是一条重要的学习原理。有意义学习的基本要义是，当新的学习发生在原有知识或经验基础之上的时候，能够发生知识间的有意义联系。按照有意义学习原理，教师的教学设计既要关注新知识的学习，又要关注新知识与原有知识或经验的联系。学生已有知识或经验包括事实类知识、概念类知识、理论类知识、方法类知识和体验类经验等。对于学生已有知识或经验的分析，有助于教师设计出有意义的学习目标和学习活动。如“分子”内容，学生的已有知识或经验有：糖块放在水里，会逐渐消失，而水却有了甜味；经过酒店时闻到酒香；经过花园时闻到花香；湿的衣服经过晾晒就会干燥；放在衣柜里的卫生球时间长了就变小了，而衣柜内充满了卫生球味；气体可压缩储存于钢瓶中；温度计原理；物理变化和化学变化；物理性质和化学性质；混合物、纯净物；空气由氧气和氮气等组成。有了这样的分析，教师就有可能将课程标准中的目标“能用微粒的观点解释某些现象”具体化为：从微观分子水平上解释物质的状态以及发生物理变化的一些现象（如卫生球现象、气体可压缩储存于钢瓶中、温度计原理等）；从分子水平上认识混合物（如空气的组成）和纯净物。
三、学习目标的设计
学习目标的设计对于教学设计起着引导性作用。学习目标设计的基本认知方式是：
（1）以课程标准为指导，以内容的具体化分析为基本框架精心设计“行为动词”。如“分子”的基本学习目标：①认识到物质是由看不见的微粒构成的。②知道微观粒子处于不停地运动之中，微粒间有间隔。③知道在物理变化中，分子不会变成其他分子；在化学变化中，分子会变成其他分子。构成物质的分子是保持该物质化学性质的最小微粒。④知道分子可以分为原子。⑤知道在化学变化中，分子可以分为原子，原子不能再分，原子又可以结合成新分子，化学变化是原子间重新组合的过程，原子是化学变化中的最小微粒。⑥能从微粒的观点进行相关的解释与认识（具体解释对象略）。
（2）在认识论分析的基础上挖掘方法类、观念类目标。如“分子”的科学本质观目标：对分子认识中观察和推论的区别、分子认识中的想象形成一定的认识。“原子”的方法类目标和观念类目标：对原子认识中观察和推论的区别、原子认识中的想象以及科学模型方法等形成一定的认识。“元素周期律”的方法类目标：经历元素周期律的归纳式认识过程，认识到归纳是科学规律认识形成的基本方式。
（3）在已有知识或经验分析的基础上设计新旧知识有意义联系的发展性学习目标。如“分子”的发展性学习目标：从分子水平上发展对混合物（如空气的组成）和纯净物的认识，从分子水平上深化对物理变化和化学变化的认识。
四、作业设计
作业活动是学生学习活动的基本组成部分，对于落实学习目标起着重要的作用。作业设计的基本认知方式是：以所设计的学习目标为指南，以教科书中的“练习与应用”为基本作业，在对照性分析的基础上，设计补充性作业。对照性分析指的是，将教科书“练习与应用”的每一个题目对照学习目标进行分析，既要分析每一学习目标是否有相应的作业内容，又要分析作业内容是否能够保证学习目标的落实。经过对照性分析，如果发现某一学习目标没有相应的作业内容，或作业内容不能保证学习目标的落实，就要设计补充性作业。如在“分子”学习中可设计指向科学本质观目标的补充性作业：（1）通过本课题的学习，我们已经知道，分子是肉眼直接看不见的。你认同分子的存在吗？（2）分子是不断运动的；分子之间是有间隔的，你相信吗？如果相信，请说明理由；如果不相信，也说明理由。
五、教学基本思路的形成
教学基本思路是对课堂教学如何落实学习目标的宏观教学思考，对于教学活动设计具有指导作用。教学基本思路形成的认知方式是：以学习目标为基本结构，整合教学内容的认知分析和已有知识或经验的分析，形成落实学习目标的宏观教学思路。教学基本思路的表述结构一般是，前半句表述教学活动方式，后半句表述所指的学习目标。如“分子”的教学基本思路：（1）以一定的生活经验和实验事实为基础，使学生推论出物质是由肉眼不能直接看到的相应微粒（分子）构成的，并形成微观粒子处于不停地运动之中，微粒间有间隔的认识。（2）在物理变化和化学变化的比较中，建立分子概念，使学生认识到化学变化是一个有新分子生成的过程。（3）通过相关的解释性活动，帮助学生微观意识及其理解的形成。（4）通过强调关键性教学话语（如观察、肉眼看不见、推论、提出、想象等）和反思性作业，使学生对分子认识中观察和推论的区别、分子认识中的想象形成一定的认知。
六、学习主题的设计
学习主题指的是课堂教学中引导学生学习的宏观学习任务，是教学基本思路的“任务化”形式。学习主题的设计需要遵循3个基本原则：（1）目标性原则。学习主题的设计要指向学习目标。（2）驱动性原则。学习主题的设计应具有最近发展区挑战性，对于学生的学习能够产生驱动性作用。学习主题尽可能以问题的形式呈现。（3）有意义学习原则。学习主题的设计应关注新的学习与已有知识或经验之间的联系。学习主题设计的基本认知方式是：以学习目标为指南，以教学基本思路为线索，以已有知识或经验为认知发展基础，充分利用教科书中的问题或潜在的问题，设计具有驱动性功能的学习任务。如“分子”的学习主题可以设计为：（1）为什么一些物质“消失”了或经过我们身边而我们没有看见？在该主题引导下，形成相关的认识：认同微粒（分子）的存在，认识到物质是由看不见的微粒构成的；知道微观粒子处于不停地运动之中，微粒间有间隔。（2）在物理变化和化学变化中分子是如何变化的？（3）学习了分子对物质和物质的化学变化有哪些新的理解？（4）你相信所形成的认识吗？
七、教学活动设计
教学活动设计是将宏观教学主题具体化为教师组织学生进行学习活动的认知过程。教学活动设计的主要任务就是将学科知识转化为学生易于理解的方式。教学活动设计的基本认知方式是：以学习目标和教学基本思路为指南，以教学主题为基本框架，以已有知识或经验为认知发展基础，充分利用教科书中的情境、实验、活动、解释、模型和表征资源，整合教学内容的认知分析，设计具体的学习活动。如“分子”教学主题1的具体化设计（简要）：
教学主题1：为什么一些物质“消失”了或经过我们身边而我们没有看见？
1.微粒（分子）存在的认同
学生活动：对已有经验的尝试性解释。
[已有经验]糖块放在水里，会逐渐“消失”，而水却有了甜味。
[推论]蔗糖在水中变成了肉眼看不见的蔗糖微粒。
[相关经验]经过酒店时闻到酒香；经过花园时闻到花香；湿的衣服经过晾晒就会干燥；放在衣柜里的卫生球时间长了就变小了，而衣柜内充满了卫生球味。
[推论]物质是由肉眼看不见的相应微粒构成的。
[强化]蔗糖——蔗糖微粒；水——水微粒；樟脑——樟脑微粒。
[分子概念的引出]肉眼看不见的物质的相应微粒——分子。
[强化分子术语]蔗糖——蔗糖微粒——蔗糖分子；水——水微粒——水分子；樟脑——樟脑微粒——樟脑分子。
[进一步的证据与话语]当时科学家是根据对自然现象的观察、想象，提出了物质的微粒性认识构想，并用这样的认识解释了大量的事实，现在人们已能通过科学仪器把分子放大几十万倍，观察到了分子的图像，更加支持了他们当时的推测。见课本“用扫描隧道显微镜获得的苯分子的图像”。
2.微粒性的基本认识
[实验]向盛有水的烧杯中加入少量品红，静置，观察发生的现象。
[推论]分子是不断运动的。
[探究活动]尝试性解释“分子运动现象”（浓氨水、滴有酚酞溶液的水）
[已有经验]气体可压缩储存于钢瓶中。
[推论]分子之间有间隔。
[解释性活动]前述已有经验；温度计原理等。
八、教学反思
教学反思是教学认知活动的基本组成部分，是教师教学认知发展的重要方式。教学反思可以从3个层次展开。第1层次，对于课堂教学活动进行反思。反思的基本问题有：学生是否进入了积极的学习和思维状态？学生对于课题内容的理解是否达到了学习目标的要求？教学活动和教学表征的有效性如何？学生对课题的理解存在什么问题或误解？第2层次，对于教学设计进行反思。反思的基本问题有：学习目标设计得是否科学？作业的设计是否指向学习目标，并能保障学习目标的落实？教学基本思路对于课堂教学是否发挥了很好的引导作用？学习主题的设计是否符合目的性原则、驱动性原则和有意义学习原则？教学活动的设计是否能够有效地帮助学生理解所学知识？第3层次，对于教学认知活动进行反思。反思的基本问题有：对于教学内容的认知是否对教学设计的各个要素进行了有效的考虑？对于学生的已有知识或经验挖掘得是否精细，并在学习目标设计、教学思路形成、学习主题设计、教学活动设计等环节中进行了有效的考虑？教学基本思路形成的认知方式、学习主题设计的认知方式、教学活动设计的认知方式是否对于相关的认知要素进行了有效地整合？教学反思的表达形式可以是写反思日记，或进行教学叙事或编写教学案例。
从教学认知基本图式的分析可以看出，教师的教学认知图式具有3个层次。第1层次是要素性教学认知图式，包括对教学内容的认知、学生已有知识或经验的分析、学习目标的设计、作业设计、教学基本思路的形成、学习主题设计、教学活动设计以及教学反思等8个基本要素。第2层次是内容类型教学认知图式，如理论类内容的教学认知图式，规律类内容的教学认知图式，概念类内容的教学认知图式，实验类内容的教学认知图式等。第3层次是具体内容的教学认知图式，如分子概念的教学认知图式、原子概念的教学认知图式、质量守恒定律的教学认知图式、影响化学反应速率因素的教学认知图式等。
不同层次的认知图式对于教学认知的影响是不同的。第1层次的认知图式对于教师教学认知的影响主要表现为对认知思维方式的影响，即影响着教师如何进行宏观结构性的思考。第2层次的认知图式对于教师教学认知的影响主要表现为对于学科知识性质的认知分析，进一步影响着教师对于学习目标、教学思路、学习主题、教学活动等设计要素的认知。第3层次的教学认知图式本质上是学科教学知识（PCK），影响着具体内容教学任务的设计与实施，影响着教师教学活动设计中对具体知识的教学表征，影响着具体内容课堂教学中师生对话的方式与内容，影响着教师对具体内容的教学反思。
总之，教师的教学认知图式是教师的教学认知方式与具体教学认知实践的融合体。经过长期的教学认知实践，教师会形成教学认知的基本思维方式，积累许多具体内容的教学认知图式或针对不同问题的教学认知图式，建构不同类型内容的教学认知图式。教师教学认知图式的发展受到教师的专业知识、教学信念、教学思维以及教学实践等因素的影响。教师只有不断丰富教学认知图式，才能提高教学活动的专业水平。
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