信息视觉模式策略在化学教学中的应用，本文主要内容关键词为：视觉论文,策略论文,模式论文,化学论文,教学中论文，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。
一、信息视觉模式教学的理论基础、分类及其意义
1.理论基础——现代认知学习理论
现代认知学习理论的代表人物布鲁纳和奥苏伯尔认为，学习是通过认知获得意义和意向的过程，学习是认知结构的组织或重新组织。该理论强调已有的知识经验对新知识的作用（即原有的认知结构的作用），同时强调学习材料本身的内在逻辑结构。研究表明，有内在逻辑结构的教材与学生原有的认知结构关联起来，新旧知识发生相互作用，新材料便在学习者头脑中获得了意义。认知学习理论认为教学的关键是培养学生良好的认知结构，而教学的实质在于“促进学生认知结构的转化”。奥苏伯尔指出，学生的认知结构是从教材的知识结构转化而来的，在教学中，我们不可能把教材知识的内在逻辑结构直接移入学生的头脑中形成学生的认知结构，而是要借助各种信息模式来表征和组织知识，展示出知识的逻辑结构，帮助学生形成良好的认知结构并顺利转化。在诸多的教学策略中，信息视觉模式教学是一种有效而富有特色的策略。
2.信息视觉模式的分类
信息视觉模式是各种类型的视觉信息表征方式。根据信息模式的分类学，信息可以用各种类型的视觉方式进行表征。在化学课堂教学中常用的信息模式如表1所示。
表1 信息视觉模式的分类
用这些视觉图式符号来表征和组织化学知识有以下特点：
（1）视觉符号易被快速识别，与文字相比人们更容易接受视觉图式信息；
（2）减少繁冗累赘的文字叙述，使学习者容易扫描关键字、概念和命题，从信息资源中抓住知识的脉络，形成整体轮廓式的信息认知；
（3）视觉表征更具有表现力，使人能更迅速、更准确获取信息，减少信息失真，有利于发挥学生的联想、逻辑和概括能力，有助于学生对知识的理解和概括；
（4）各类视觉图式符号各有特点和适用范围，这为各类化学知识的学习提供了多种选择。
二、各类视觉图式在化学教学中的运用
1.义从图
义从图主要用于显示某一核心概念及相关的要素或不同方面。各要素（或不同方面）间是并列平行的关系。
在化学教学中，义从图主要用于化学概念的学习。概念的学习，关键是抓住其中的关键字。例如溶解度的概念：一定温度下，物质在100g溶剂中达到饱和状态时所溶解的克数。可以通过义从图揭示出概念中4个关键词（图1）：
图1 溶解度概念的义从图表示
另外，义从图在新课程所提倡的探究学习中也具有独特的作用。探究学习的基本步骤是：提出问题→猜想与假设→制定计划→进行实验→收集证据→解释结论→反思评价→表达交流。其中最重要的步骤之一是猜想与假设，它是确定解决问题方向的关键。学生在学习情境中产生或发现或面临问题之后，对产生问题可能的原因作出各种猜想和假设，通过脑风暴过程，把学生提出的奇特、新颖、有创意的想法和建议用义从图表示出来，在此基础上评价各种想法的有效性和可行性，再通过分析和综合产生出解决问题的方法。学生会有许多独特的视角，甚至可能会有离奇的假设，教师展示出来并给予鼓励和赞扬，可以培养学生勇于质疑、勤于思考的创新意识。如在对“空气中的CO[，2]含量会改变吗？”的探究活动中，学生会有众多的猜想（图从略）。
通过图式表示对问题的讨论和研究，有助于学生作为一个群体更有效地思考，互相启发，又不失个性；能帮助群体控制每个人思想的复杂性，而又不轻视个体或丢失细节。由于各要素之间是平级关系，没有主次之分，学生感情上乐意接受，无论自己是先说后说，对此问题的贡献是一样的，学生会积极参与，课堂气氛活跃，并寻求到解决问题的途径。
2.层级图
层级图主要用于表示范畴和亚类或组织结构的关系。与义从图不同的是，层级图中等级层次关系严格，是上级和下属（或次级）之间的关系，包含与被包含的关系。层级图能够使各要素之间复杂的关系一目了然。在化学教学中，物质结构层次及分类等的内容用这种图式比较合适。如原子结构和物质分类的层级图（图2、图3）。
图2 物质分类的层级图表示
图3 原子结构的层级图表示
对初学化学者而言，化合物、混合物关系极易混淆，这样表示出来，各概念之间关系层次清晰，一目了然，有助于学生对概念间关系的理解。
3.时间线
时间线表示随时间发展的事件序列。显然，这种图式最显著的特征就是严格的顺序，故图式中用的是“→”而不是“—”。在化学课堂教学中可以主要用来描述化学实验的操作过程、化工生产中的简单工艺流程等。如结晶提纯的实验操作：
溶解→过滤→蒸发→结晶
又如银氨溶液的制备实验：
4.流程图
流程图表示流程各步骤，有时间的先后顺序，但又比时间线复杂些，因为有分支，各分支间又是并列关系，即“花开2朵，各表1枝”。混合物的分离、化工生产的工艺流程等用该信息模式表示再合适不过了。如固体Al（OH）[，3]、AgCl、BaCO[，3]、NaCl的分离（见图4）：
图4 混合物分离的流程图表示
复杂的分离步骤通过几条简单的线条展示出来，用最直观简洁的符号表达了文字难以表达出的效果，不仅免去读者走进文字迷宫，又能迅速准确掌握流程，各步骤之间的先后顺序清楚明了。但若换成文字符号表征，能说清楚的人不多，能读明白的人更是少之又少。
另外，顾名思义流程图是表示流程的，所以HNO[，3]、H[，2]SO[，4]等的工业制法也可以用视觉图式表示。
5.概念图
概念图是目前科学教育中经常使用的一种方式，是呈现概念或命题之间相互联系的一种简明便利的图式，它以概念为核心，连接次级概念，并以这些次级概念为节点，再连接下一层次的概念或实例，构成一个分层次、多节点相互关联的网络结构。
化学教学中常用的概念图分2类，一类是章节图，章节图即为反映课本中某章或某节知识要点的概念图。例如，高一化学“物质的量”一章的概念图（图从略）可以揭示该章的中心概念物质的量（mol）及派生概念之间的相互联系及各物理量的换算关系。
另一类是专题概念图。此类概念图主要用于化学知识的复习中。我们可以将中学化学的知识内容分为基本概念、基本理论、元素及化合物知识、化学实验、化学计算等板块，每块内容具体分为若干专题，专题概念图就是对专题知识内容及概念进行系统归纳和总结形成的网络图，如“电解质”的专题概念图（见图5）：
图5 “电解质”的专题概念图
由于学生的理解（可能不完整或错误）及看问题角度不同，学生会画出不同的网络图式。因此该图式能发挥学生的主动性和创造性，能促使学生主动复习巩固知识，训练学生分类总结能力，形成良好的认知结构。
化学课中各物质的转化也是一个网络概念图，在学习完一章化合物知识后采用“线→点→网”学习模式，及时写出转化关系网络图，有利于将中学化学的内容融会贯通，并使知识横向和纵向联系使之网络化，从而使学生的知识有序存储。如Fe及其化合物的转化关系图（图从略）。
6.比较矩阵
比较矩阵适合于一系列可供比较的项目特征。把要比较的项目按一定的顺序列出图表，便于我们迅速发现它们的异同点，从而发现问题，得出结论，达到比较的目的。在化学课堂教学中性质相似（如CO和H[，2]，苯酚和乙醇），或性质递变的物质可列出比较矩阵来学习、复习、总结。如第三周期元素性质递变规律（见表2）。
表2 第三周期元素性质递变规律
比较矩阵更常用于“正交”实验方法中。为找到最佳实验条件，我们常控制其他变量，改变某一变量，找到该变量对实验效果的影响，从而获得最佳实验条件。这也是新课改中提倡的科学思维方法。
如乙醛与Cu（OH）[，2]反应实验中NaOH浓度对实验的影响（表3）：
表3 乙醛与Cu（OH）[，2]反应实验中NaOH浓度对实验的影响
编号
NaOH浓度
2％Cu（OH）[，2]5％CH[，3]CHO
常温现象微热现象
沸腾现象
冷却现象
①1％5d 5d蓝色浊液溶液渐黑渐黑
黑色↓
②3％5d 5d蓝色浊液溶液渐黑渐黑
黑色↓
③5％5d 5d
淡蓝色浊液
溶液渐黑渐黑
黑色↓
④8％5d 5d
淡蓝色浊液
绿色溶液 暗黄浑浊 红色↓
⑤
10％5d 5d
蓝紫色浊液
绿色溶液
橘黄↓ 红色↓
⑥
20％5d 5d
蓝紫色浊液
绿色溶液
橘黄↓ 黄色↓
⑦
30％5d 5d
蓝紫色浊液
绿色溶液
橘黄↓ 黄色↓
显然，我们会得到结论：NaOH过浓或过稀都不好，最佳为8％～10％。
7.化学特色图式
各学科都有自己的独特的语言符号，如地理学中的地图，物理学中的电路图、等势线等。化学中除了有化学元素符号、化学式、化学方程式等这些常见的化学用语外，还有一些特色图式我们可以很好利用，帮助我们在短时间内准确接受大量信息，免去繁冗累赘的文字叙述，这便是实验装置图及实验操作图（一家之语）。如O[，2]的制备（图从略）。
实验操作图在最近化学教材中开始出现，这也表明操作图逐渐得到广大师生和教育工作者的认可。如进行Al（OH）[，3]两性实验操作图（图从略）。
三、结论
在化学教学过程中应用各类视觉信息模式的实践表明，这些视觉图示对引导加深对知识的理解，促使学生知识的网络化水平，形成良好的认知结构等方面具有重要作用。研究发现，在学习中使用各类信息视觉模式的学生，对其知识的保持超过不用的学生；通过画和看各类视觉图式学习的学生，他们的知识面也比用死记硬背来学习的学生更宽，更善于解决问题：
第一，使学习者能迅速、准确获得信息，接受信息，有助于学习者把握某个知识领域的全貌，理解已有观念之间的联系，将知识融会贯通，发展对知识体系的理解，将知识的内在的逻辑结构内化为学习者的认知结构。
第二，构建各信息模式需要学习者以逻辑的形式组织信息，有利于促使学习者思考概念之间的关系和联系，更清楚地理解材料的意义。有助于学习者对学习过程进行反思和评价，将化学学科内容的学习和学会如何学习结合为一体。
第三，用连线将概念命题连接起来离不开思维，需要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。”构建各类信息模式也是一项极好的创造性工作，有助于培养学生的创造能力。
另外，这些信息图式还能给学习者视觉上以美的享受，大大激发了学习者的兴趣，学起来轻松愉快，受到事半功倍的效果。甚至有时好的知识表征图式可以直接转化为学习者的认知结构。所以，在我们的化学课堂教学中应不拘一格，依据各图式的特点选择合适的设计方式，使教学效果最佳。