高中生认知思维层面的图表信息摄取障碍及改进性教学实践

杨健萍

（广州市协和中学 广东广州 510160）

一、问题的提出

基础教育课程改革实施以来的高考试题中出现了大量新颖的化学图表信息题，要求学生通过观察图表获取或表述有关的信息。国外各种大型考试，这类试题的比重更大，如美国大学入学考试（ACT）的科学测试（ACT Science Test）中，数据呈现（Data Representation）部分占38%；国际学生评价项目（PISA）也极强调图表信息的解读。化学图表信息题具有较高的区分度，能有效考察学生从化学图表中摄取有用信息并结合化学知识来解决实际问题的能力。然而，学困生对这一类型试题大多感到无从入手和困难重重。分析已报道的高考备考文章，人们对这一类型试题的突破和解决方法中90%以上都是采取“归类典型图表、大题量训练”的方法，并由此形成若干种解题模式。这种训练过于强调解题技巧，学生的科学素养却并未得到切实的提高。其实，造成学生阅读与摄取化学图表信息困难的原因，既有化学信息呈现方式的因素，也与学生认知思维模式上的缺陷有关。笔者尝试运用教育心理学的有关理论，分析学生在摄取化学图表信息时存在的问题，并利用高中化学人教版必修教科书中的素材，针对学生暴露的问题改进教学设计，以期促进学生化学图表摄取能力的提高。

二、学生摄取化学图表信息时存在的典型错误

1．研究方法

笔者通过长期跟踪的方式，研究学生在摄取化学图表信息过程中存在的思维误区。资料收集方式主要是收集学生解答化学图表信息归纳题出现频率较高的典型错误，分析其作图题的作答，并且记录不同学业成就学生运用发声思维分析化学图表的过程。研究所选择的试题主要来自2007～2009年的广东化学高考试题和广州市一模化学试题。

2．研究结果

（1）不同学业成就学生摄取化学图表信息的共有误区

①二维图表中缺少自变量的表述

二维图表是最常见的一种图表形式，也是复合图表的基础。描述其信息时正确的表征方式是“随着××（自变量）发生××变化，××（因变量）发生××变化。 ”但学生往往答出如“这图说明熔沸点逐渐升高”等的“半”语句。

②信息摄取不全面

图表（Chart）是一种很好的将对象属性数据直观、形象地“可视化”的手段。一般包括：主题、空间属性、时间属性、数量特征以及变化特征等。通过观察可发现，学生对数量特征是最敏感的，几乎所有学生阅读图表时首先会读出数据，然后读出时间、主题，最后才是何处和变化特征。越后阅读的信息，学生越容易忽略。而且，学生极易忽视数据中的单位。笔者曾分析某一试题，题干中速率单位是 mol·L-1·min-1，表格中是 mol·L-1·s-1，几乎所有学生在比较速率大小时均忽视了两者单位的不同。当题干两处单位不同、表格中两处单位不同时，学生更易发现两者的差别。或许可以得到这样的结论：学生倾向于把表格和图像切分为题干外的另一个阅读单元，而不易建立整体的信息系统。

③容易任意扩大概念或变量的适用范围

如当表格只给出AgCl、AgBr、AgI的溶解度数据时，许多学生归纳出“卤化银均不溶于水”的结论，而不深究AgF的溶解度。

（2）不同学业成就学生在处理化学图表信息上的差异

为何图表信息试题常能够很好地区分和甄选学生？大量教育科研实验表明：学优生在数据处理、推理和分类等学习策略应用方面明显优于学困生。以本校不同学业成就学生阅读2007年广东高考化学卷第22题 （“碘钟”实验）的表格（如下图）为例：

实验编号 ① ② ③ ④ ⑤c（I-） 0．04 0．08 0．08 0．16 0．12 c（S2O82-） 0．04 0．04 0．08 0．02 0．04 t ／s 88．0 44．0 22．0 44．0 t2

学困生甲：“0．04、0．08…0．12，先变大，又不变，变大，再变小…下一行，不变，增大，变小，可时间变小，又变大，没有不变的…”

学困生乙：“两个 0．04 对应 88．0…两个 0．08 对22．0，0．16和 0．02，t又变大了…”

学优生丙：“0．04、0．08…0．12，⑤和④要调过来，就是 1∶2∶3∶4，①、②、⑤可以放在一起，88．0、44．0、t2，t2就可求了…”

从学生的回答中不难发现，学困生往往简单地重复数据和比较大小，而且会把多个因素混在一起，使自己的思维更混乱；学优生能够把数据排序，并且能够找出不同数据间的数量关系和合理分组，这些都有助于问题的解决。同样的，从读图和作图的情况来看，大多学生能够准确读取数据和依数据描点，但学优生则能够更关注图像中曲线斜率的大小变化，定性作图上更倾向于固定无关因素（分组）比较数据，作图时在图形的相对位置方面做得更好。由此初步可看出，学优生在数据处理的精细化方面更有优势。

在复合图表分析中，不同学业成就学生的差异更为明显。学困生往往毫无头绪，而学优生能够迅速按照不同维度的分类信息发现规律，也能够从问题情境中迅速筛选出一系列数据来解决问题。

三、在必修模块中针对性训练图表阅读能力的实践

1．教学策略的选择

综合研究结果作深层次的分析，可以看出：分类思想在摄取化学图表信息上有重要的意义。不能够对数据进行合理的分组，数据范围与所定义的变量和概念不一致，不懂得划分图像研究区域，在复合图表中找不出分组依据等情况均会导致摄取和处理化学图表信息的失误。这比化学图表信息获取不完整、信息不全面等试题解答“瑕疵”要严重得多。试题解答“瑕疵”可以通过规范表述、形成边读题边画信息的习惯等训练来纠正，而形成分类的思维能力要比前述训练要困难得多。高一学生在阅读化学图表时常出现以下情况：①没有分类的意识；②不清楚应按信息的何种属性进行分类（分类标准不明）；③不具备按标准分类的学科知识而导致分类错误；④分类后对数据处理不够深入和精细。因此，在课堂教学实践中，教师应该重在强化学生的分类意识和能力。

2．实施流程

高一是学生形成科学的思维方法的关键期，在此阶段针对学生暴露的问题进行针对性教学，有助于帮助学生建立正确的化学图表阅读及表述模式。笔者在2009-2010学年任教高一的过程中，利用高中化学人教版必修模块教科书中的素材对学生进行图表信息获取及表述的训练，具体流程如下：

3．表格信息获取训练案例

以下以人教版化学2模块教科书中第14～15页科学探究（1）栏目的教学为例，说明表格信息获取训练中针对性教学的实施过程。

课前预习

（1）填写 P14-15 科学探究（1）前三个周期（1～18号）元素的符号和原子核外电子排布。

（2）以原子序数为横坐标，最外层电子数为纵坐标，画出1～18号元素变化的趋势折线图。

课后提升：［尝试把多幅二维图合成复合图像］

以原子序数为横坐标，纵坐标为不同变量，把1～18号元素最外层电子数、原子半径（除稀有气体）、主要化合价的变化趋势画在同一幅坐标图上。

案例说明：这是学生首次接触较为复杂的数据表格。以往学生因为没有把18种元素分组，就难以看出周期性变化，都容易得出“1-18号元素的原子的……逐渐增多”的错误结论，笔者运用分类思想，较好地解决了这一问题。另外，针对学生阅读和表述的“瑕疵”，在教学设计上，笔者注意把“表格第一行——图中横坐标——表述的自变量”一一对应，使学生对表格、图、表述之间的关联有更清晰的理解。通过课后提升，可以了解多种因变量的复合图是怎样画出来的，为复合图的阅读打下一定基础。

4．图像信息获取训练案例

以下以人教版化学2模块教科书中第24页科学视野图1-11的教学为例，说明图像信息获取训练中针对性教学的实施过程。

［呈现基本知识］组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔点、沸点也越高。

【师】图1-11中的哪组数据能支持以上观点？

【生】CH4、SiH4、GeH4、SnH4这一组，沸点依次升高。

【师】根据C、Si等在周期表的位置，你能归纳一个结论吗？

【生】IVA族元素氢化物的沸点依次升高。

【师】（提示）随着……的变化？

【生】随着周期数增加，相对分子质量增大，IVA族元素氢化物的沸点依次升高。

【师】有同学认为：同周期元素的氢化物的沸点，也随相对分子质量增大而依次升高。

【生】不是的。相对分子质量PH3=H2S＜HCl，但沸点是PH3＜HCl＜H2S

【师】为什么这组数据不支持以上观点？

【生】分子式不太一样。

【师】分子式不一样的原因是氢化物结构和组成上有差异！

【师】你能预测VA、VIA、VIIA族元素氢化物沸点的变化情况吗？观察图1-11，与你的预测是否一致？

【生】不一致。 H2O，HF、NH3的沸点异常高。

【师】把N、O、F归为特殊的一组，试根据它们在周期表的位置归纳其结构特点。

【生】都在第二周期，右方。

【师】三种元素的非金属性极强，原子的电子层数少（二层），与相邻分子的氢原子能形成一种较强的分子间作用力，称为“氢键”。所以我们找到把数据归为一组的依据就容易找出其性质类似的原因。

案例说明：教学中进行了3次分组，目的不尽相同。前两次分别以 “同主族元素的氢化物”、“同周期元素的氢化物”来分组，目的是从正反两个方面说明，只有按“组成和结构相似”的分类依据选取数据，所得结论才是准确的。第三次在对异常数据归类、寻找分类依据过程中揭示数据异常的原因，从而引出了氢键的概念。

四、一些思考

基础课程改革在教学目标中强调 “过程和方法”目标，这里的“过程”不是通常所说的教学过程，而是指学习者达成知识目标的思维过程，是学生思考问题的认知建构过程。学习者在认知建构过程中会形成一定的心智模式。教师在新课教学过程中帮助学生建立正确的心智模式，比在高三复习期间再纠正学生错误或瑕疵的心智模式要容易得多。虽然在高一必修模块中适合用作阅读表述训练的图表不多，难以评估教学实践对学生建立科学的心智模式带来多大的影响，但笔者认为教师正确的示范、有意识的引导，对学生形成正确摄取化学图表信息的思维方式有积极的作用。在高考实施理综考试的今天，以学科知识为载体，训练适用于大多自然科学的、适用范围更广泛的图表信息摄取方法，比局限在单纯化学图表的机械阅读训练上更有意义。

［1］ Butterfield，E．C&Ferretti，R．P．Toward a theoretical integration of cognitive hypotheses about intellectual differences among children．In J．G．Borkowski&J．D．Doy（Eds），Cognition in special children：Comparative approaches to retardation，learning disabilities，and giftedness．Norwood，NJ．Ablex

［2］ 王春展．专家与生手间问题解决能力的差异及其在教学上的启示［J］．教育研究资讯，1997，5（2）

［3］ 黄书升．人教版化学必修模块教材插图的运用策略．［J］教学与管理，2009，（1）

［4］ 邓峰，钱扬义等．高中化学新教材（必修）图像系统的教学功能初步研究［J］．课程·教材·教法，2006，（03）