化学教学中的概念图技术及其应用

吴良根

概念图是一种表达知识的网络图形化技术,也是一种较新颖的教学方法,可以用来构建知识、合作交流、评价学习及进行“头脑风暴”等。此外,概念图也能作为教师进行教学设计、展示教学内容,促进有效学习的工具。本文简要阐明了概念图的特征、作用及制作要点,着重探讨了化学学科应用概念图进行教学的实践及思考。概念图作为一种组织和表征知识的工具,在教学中日益受到关注和重视。目前,随着建构主义理论、认知主义理论的不断发展和计算机网络技术的日益普及,为概念图无比广阔的应用前景提供了大量的理论与技术支持。推广概念图教学已成为许多国家的教育改革策略之一。

一、概念图简述

所谓概念图,是一种用节点代表概念、连线表示概念间关系的图示法。换句话说,就是指利用图示的方法来表达人们头脑中的概念、思想和理论等,是把人脑中隐形知识显性化、可视化,便于思考、交流和表达,因此也被称作思维地图、思维导图。甚至可以这样说,人类使用的一切用来表达自己思想的图示方法都可称为“概念图”。

1.概念图及其特征。

概念图是一种以图的形式来组织和表征知识的工具,它将概念和概念之间的相互关系以空间网络结构图相联系。下图为一张由Inspiration软件制作的初中化学中“物质的分类”的简明概念图:

由上图可以看出,概念图的图表结构包括节点、连线、连接词三个部分。节点就是置于圆圈或方框中的概念,连线表示两个概念之间的意义联系,连接词是置于连线上的两个概念之间形成命题的联系词,如“是”、“有”、“产生”、“包括”、“表示”等。

一般来说,概念图具有如下特征:①概念图中的概念是按分层的形式表现的。一个概念图通常用来表达一个主概念,主概念之下分出几个相关联的支概念。②连线表示两个概念之间的意义联系,连接可以没有方向,也可以单向或双向。即概念图反映出概念之间既有纵向联系,又有横向联系,由此构成一个纵横交错的网络结构。③概念图中也可包含许多的具体事例,这些事例有助于我们理解所给定概念的意义。在绘制概念图的过程中,所列举的有效事例和有意义的概念越多,说明绘制者对这一概念理解越深刻。

2.概念图的作用。

概念图是一种创作工具。画一幅概念图好比经历一次“头脑风暴”。当一个人把自己的想法顺利地画下来时,其思路会更清晰,知识会更巩固。

概念图是一种学习工具。建构主义的学习理论认为,要记住概念并理解意义,那么,新知识就应当与原有的知识结构整合。概念图的作用是促进这个过程的形成,因为概念图可以把整合的过程清晰地呈现出来,并使学习者看到概念之间的关系。

概念图是一种评价工具。通过概念图可以了解学生在解释概念时出现的不完整甚至错误的想法。学生画的概念图表达了他们对概念正确或错误的理解,有助于教师诊断被学生曲解的概念,以致影响教学效率的原因。

概念图是一种交流工具。概念图表达了一种组织信息或思想的方法。它是可以被其他人共享的东西,可用作人们讨论概念和概念之间关系的交流的工具。

3.概念图制作的步骤。

概念图是一种表达知识的网络图形化技术,知识图由概念网络构成。诺瓦克教授提出,网络应该包括节点和连线,节点代表概念,连线代表概念之间的关系。化学概念图的制作没有严格的程序规范,要制作一个较为完整的概念图,一般可以通过以下几个环节来实现:

确定某单元中的关键概念。关键概念是一张概念图的主题,也称中心概念,一般放在概念图的最上端或中央。有时确定中心概念时可能会遇上困难,这时,可以注意一下概念的背景,或了解概念出现的顺序,或反思中心主题的引导方向等,这个过程需要反复思考、斟酌及修正。

把该单元中所有的概念都罗列出来(包括那些虽然不在该单元出现,但与该单元关系密切的概念)。注意只罗列出这些概念的名词,不要任何解释也不应该包括任何形容词、动词。制作时可把概念写在卡片上便于移动,这对设计概念图很有帮助。

从关键概念出发,寻求各概念之间的联系,然后按一定的逻辑关系将所有的概念整理归纳,以建立概念之间的连接,用线条把概念连接起来,并用连接词注明连接。连接词语应能说明两个概念之间的关系。连线使概念之间建立了意义。连接词通常是单个的词,要简洁明了。

把说明概念的具体例子简要的写在概念旁。

不断反思和完善概念图。有了初步的概念图以后,随着学习的深入,学习者对原有知识的理解会逐渐深入和改变的,因此,概念图应不断的修改和完善。诺瓦克认为好的概念图一般要修改三次以上,甚至更多。计算机在这一点上具有优势。下图是概念图的基本模型:

概念图可以手工制作,如采用粉笔、黑板、纸和笔等,也可用平常的办公应用软件如office、wps绘制。目前,针对概念图的特点,国外研究出了几种专门制作概念图的软件工具,如:Amp、Inspiration、Activity Map、Mind Manager、Mindman、Axon Idea Processor、CoCo Systems Decision Explorer等。利用电脑软件制作概念图有许多优点,如修改方便,界面漂亮,可以直接打印,可以网上学习交流等,是目前制作概念图最常用的方法与趋势。但不论是采用何种方式制作概念图,所遵循的基本思路和基本步骤是一致的,都要阐述概念和概念的联系,表达对概念的理解。

二、概念图在化学教学中的应用

概念图把化学知识高度浓缩,将各种概念及其关系以层状结构形式排列,清晰地揭示了意义建构学习的实质。概念图作为“学”的策略,能促进学生的意义学习、合作学习和创造性学习,最终使学生学会学习;作为“教”的策略,能有效地改变学生的认知方式,切实提高教学效果。在化学教学中,概念图主要应用在以下几个方面:

1.化学概念图可作为一种化学课堂教学设计的有效工具。

化学教学中,科学概念并不是孤立存在的,概念之间有着严密的逻辑关系,包括从一般到具体的序列关系及相互渗透的网状关系,一个概念只有与多个概念发生联系才能表现出它的意义。概念图使学生能较清楚地看到各概念之间的联系,促进学生正迁移和意义学习的发生,从而提高学习效率。概念图这种表征、检查、修正、完善知识的认知工具,将各种概念及其关系以类似于人脑对知识储存的层级结构形式排列,清晰地揭示了意义建构的实质。化学课堂教学设计中运用概念图,能将原来显现在教师头脑中的教学内容、教学理论和教学经验以可视化的形式表现出来。课堂教学中,教师通过概念图把知识整合过程清晰地呈现出来,能改变学生的认知方式,使学生看到概念间的关系。学生掌握的是整体的知识框架,更容易了解新旧知识间的联系和区别,学生通过概念图记忆的知识也必然比简单机械记忆更高,他们将更善于应用化学知识解决实际化学问题。如下面是“构成物质的基本粒子”的简明概念图,该概念图可清晰的呈现出初中化学中构成物质的基本粒子及粒子的特征、粒子间的关系等知识体系。同时对这一单元的教学环节与教学流程也让人一目了然,并且还可根据需要进一步拓展。

2.化学概念图可创设学生主动建构知识的良好平台。

概念图不仅是收集信息的好工具,又是表现信息的好工具。一幅化学概念图可以容纳大量的信息,学生可以利用概念图总揽章、节、单元或具体文章所涉及到的内容,又便于编辑、改写和增删,这样的过程其实就是重构自己知识结构或认知图式的过程。在实际教学中,让学生自己制作概念图,这样更容易发挥其独特的功效。由于概念图要求重建概念关系,因此,学生无法直接抄录课文,除依赖书本已有信息,更应进行主动性认知活动。在概念构图中,学生首先要寻找并理解重要概念,然后将这些概念重新组织,并说明适当的连接关系,完成每一个有意义的命题,以表达一个完整的系统性的科学知识架构。通过该过程,学生有充分机会重新审视自己的认知结构, 培养学生在繁杂的信息中,掌握对所学习的主要概念结构的认知能力,达到自我实现、提升概念学习成效的目的。

3.化学概念图可培养学生的元认知能力。

对学生来说,设计并创作概念图能促使他们整合新旧知识,建构知识网络,浓缩知识结构,从而从整体上把握知识。概念图作为一种元认知策略,可极大地提高学生的自学能力、思维能力和自我反思能力。学生通过在学习过程中不同阶段所绘制的概念图,自行判断自己认知上的改变,同时他们在画概念图的过程中体会、观察知识间的关系,对自己所学过的概念加以组织及整理,而使自己的知识结构更加完整,甚至发现自己从来没有注意和意识到的各个知识间的关系,从而产生一些独特的理解,达到创新性的学习目的。

4.概念图可作为学生形成性评价的依据。

传统的以分数为标准的总结性评价有着天然的弊端,作为补充形式,形成性评价越来越受到老师们的喜爱和重视。很多实践探索表明概念图能够作为形成性评价的有效工具。例如:教师通过观察学生设计概念图的构图过程,了解其学习进展和内心思维活动的情况,以便给出及时诊断,改进教学。概念图也可用于书面考试中,与传统的纸笔测试相比的优点在于概念图提供的考试结果,已经不仅仅是一个抽象的分数,而是学生头脑中关于知识结构的图示再现。教师和学生本人都可以清晰地知道其学习的状况,从而有效地帮助学生认识自我。对概念图的评分可以包括几个方面:分支情况、从一般到具体的原则、等级、专业术语、连接词语、横向联系等。

三、化学教学中应用概念图教学值得注意的几个问题

1.教学内容的局限性。

概念图与结构图、模式图、示意图、实验装置图等类型的化学图表一样是反映化学知识内容的一种形式,但是概念图更侧重研究概念与概念之间的区别与联系,对于化学上的一些微观结构、重要的化学变化过程以及用实验进行探究学习等,概念图就显得爱莫能助了。因此,在肯定概念图功能的同时,也不能无限地夸张概念图的功能。并不是所有的化学知识内容都适宜用概念图的,有时勉强绘制的概念图其实是知识结构的一种变形,更有甚者在概念图节点上出现的并不是概念,这样就陷入了形式主义的泥潭,违背了概念图制作的初衷。

2.概念图制作的多样性。

化学概念学习不仅包含概念间的层级关系,还包括概念的定义、内涵与外延、属性及规则(包含概念的例证)等要素。对同一个知识单元,不同人可有不同的理解和构思,他们绘制出来的概念图可能有明显的不同,主要看个人对概念的理解及设计的思路。所以概念图的画法不是唯一的,而且随着对概念之间关系理解的深入,制作的概念图也会发生变化。

3.弱化了化学学科的特点。

概念图是一种基于意义学习和概念同化理论的教学技术,培养的是学生对概念的分析、比较、理解能力,从而加强对概念的内涵和外延的剖析,反映了学生知识结构中的静态部分,主要适用于化学课堂知识教学中基本概念、基本理论及复习课的教学,而在能力培养和技能训练等方面的教学上则显得不足,尤其是对学生化学实验基本技能的掌握及科学探究能力的培养。

四、结束语

概念图是一种把知识具体化、可视化的工具。它反映出学生搜索已有知识、把握知识特点、联系和产出新知的能力。通过使用概念图进行教学能够极大地提高学生的理解能力和记忆能力,它对于逻辑思维和创造性思维都有巨大帮助,为当前教育改革注入了新的活力。

概念图的研究和应用在国外已经比较成熟和普及,然而引入我国国内的时间并不长,要在教学实践中广泛应用,除了教师必须掌握一定的理论知识,教育现代化设施的硬、软条件也是必不可少的。而且,应用概念图进行教学也有一定的局限性,只有将概念图教学与其他有效教学策略有机的结合起来,概念图教学才会取得应有的成效。

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编辑/张烨