高中生化学解题错误的认知因素诊断

摘 要：在高中化学学习过程中，导致高中生化学解题错误的原因有很多，但相较于外界因素，应更关注学生自身的内因。因此，基于元认知理论将化学解题划分为知识背景、问题表征和知识组织三个阶段，通过问卷调查、访谈等方法对高中生解题错误原因展开分析，最终诊断出解题错误主要受学生认知结构、认知技能和认知风格影响，并提出应通过层层解读和错题整理分析辅助建立完整认知结构予以解决。

关键词：高中生;化学解题错误;认知因素

作者简介：陈峥嵘（1979—），男，甘肃省静宁县威戎中学，一级教师。

在高中化学学习过程中，解题错误是学习活动中的一种宝贵资源，从中能够挖掘出学生在化学学习上存在的认知不足，用于弥补学生知识结构缺陷，帮助教师做好教学策略调整，指导学生高效开展学习活动。对高中生化学解题错误的认知因素进行诊断分析，有助于找出影响学生解题效率和质量的内在因素，为教师优化教学提供依据。

一、高中生化学解题的认知理论分析

（一）元认知理论

从教育心理学的角度来讲，人们的认知活动包含静态知识和动态认知过程两部分，由元认知知识、元认知体验和元认知调控三个要素构成[1]。所谓的元认知知识，实际为个体掌握的一般性知识，通过经验积累划分为陈述性知识和程序性知识两类，包含对个人能力、任务目标和完成策略的认知。元认知体验是指活动期间的认知和情感状态，如对任务难易度、熟悉程度、面临的困难、活动效果等体验。在活动过程中，需要学生对自身认知进行监控和调节，即完成认知计划制订、执行、检查和补救。在高中化学的实际学习中，影响元认知的因素较多，对化学问题解答起到不同程度的作用。我们可基于元认知理论，从人的思维过程着手，分析感觉、知觉等认知环节，探索人的学习心理发展过程。

（二）化学解题分析

在深入认识人的认知行为后，可以将高中化学解题过程划分为知识背景、问题表征、知识组织三个阶段。想要解决问题，首先要求学生拥有一定的化学知识储备，掌握必要的背景知识。在问题表征阶段，可以根据基础知识归类为熟悉类型，确定求解目标，将问题分解为多个小问题。知识表征阶段，采用将信息在学生认知结构中整齐排列的方式，能够帮助学生顺利提取相似背景下的对应知识。在知识组织阶段，需要将知识信息组合起来，顺利获得解题策略。例如，在求解“四种物质的量浓度相等，均由A+和B+及X-和Y-离子构成，属于盐溶液，常温下AX和BY的pH为7，AY的pH呈碱性，BX呈酸性，可知不水解的盐为？”这一问题时，学生在阅读题目时可根据已学知识对想要达到的目标状态进行确认，得知pH大于7的溶液中Y-必然水解，pH小于7的溶液中B+一定水解，而AX和BY为不水解的盐或阴阳离子都水解的盐。在解题过程中，需要将知识进行分解、转换和组合，排除含Y-和B+的物质，确认AX为不水解的盐。在演算过程中，教师需要进行监督检查，确认化学符号、术语等是否存在错误，同时对解题经验進行总结。

二、高中生化学解题错误的认知因素诊断

（一）研究方法

为对高中生化学解题错误认知因素进行诊断，在此引入问卷调查、访谈、测试等多种方法探寻学生解答化学问题过程中的心理机制。考虑到高中各年级学生学习的化学内容不同，同时为避免学生受原本知识水平的影响，分别对高一、高二和高三学学生进行测试，将日常化学解题中的典型错题当成是基础问题进行问卷编制，包含化学学习兴趣、学习倾向、学习进度等调查内容，同时包含多道选择题，用于对学生化学知识基础水平、解题能力等情况进行探查。在此基础上，通过访谈手段了解学生解题过程、思维、习惯等各方面情况。通过调查，对学生解答化学问题时的错误展开分析，完成错误类型的大致划分，进而总结诊断造成解题错误背后的认知因素。

（二）研究过程

通过实施问卷调查，可以发现高一学生已经完成了高中化学必修1和必修2的学习，高二和高三也完成了年级必修和选修课程，能够对学习范围内的化学题进行解答。而从测试结果来看，学生在解题方面的错误大致可以划分为四类，分别为概念模糊、情境混淆、疏忽错误、综合错误，分别占比19%、38%、18%、25%。概念模糊主要集中于对置换与渠道、结晶与重结晶等概念无法准确区分。情境混淆的情况也出现得较多，这与学生生搬硬套化学概念、规则，忽略了题目原本条件等有关。疏忽错误，指学生在计算或表达过程中因马虎大意出现的差错。综合错误，指与题目中包含的化学概念、原理、现象、操作等相关知识种类有关的差错，一般发生在学生缺乏知识整合能力，难以进行全面、系统解答的情况下。根据调查和访谈结果，可对各阶段学生存在的问题进行分析。

首先，在知识背景分析阶段，学生在信息获取方面存在偏向，容易导致部分信息无法被其有效识别。化学解题需要先对题目进行阅读，完成信息输入，根据外界信号促使大脑开始进行信息加工。但实际大脑受到的外界刺激较多，需要进行初步筛选和处理，才能进入短时记忆阶段[2]。而学生对数字、汉字和化学符号等的不同偏好，容易导致其信息获取发生偏差。在信息识别阶段，学生会将之前所捕获的信息与认知结构中的图式进行比较，分类识别。如果图式不清晰，将出现分类特征不明的情况，导致记忆痕迹与客观事实存在较大差距。例如，在对“称取16g硫酸铜晶体加入100mL容量瓶，加水溶解、定容后是否能获得1mol/L硫酸铜溶液？”这一问题进行解答时，学生习惯性地先提取“硫酸铜”这一关键信息，而未能识别“晶体”的信息，在初始阶段就已输入错误信息，在后续分析计算中忘记原料中包含了五个结晶水。当题目信息超出其认知范围，如信息量大、广度大、深度强等，都将为其进行信息识别带来困难，从而造成信息混淆。

其次，在问题表征阶段，获取信息后需要进行表征处理，转换为新概念或利用其他方式进行描述。从已有认知结构中提取陈述性知识进行文字描述，学生可能会出现因未能弄懂某个化学概念、现象而无法建立问题解决原型的情况，这将导致其后期无法准确进行信息表征。与此同时，也可能因为只匹配到部分关键信息，忽视其他信息获取和表征要求，引发概念模糊错误。如在解答“某物质灼烧后的焰色反应为黄色，问物质是什么？”时，学生的第一反应是根据焰色反应知识回想对应元素，立即得出含钠的化合物这一结论。实际不借助蓝色钴玻璃等进行查看，钠金属和含钾元素物质灼烧同样会产生黄色火焰。利用化学式、反应方程式等进行表征，需要对语言和化学符号进行正确转换。如在解决“油脂皂化后如何通过渗析方法充分分离高级脂肪酸和甘油？”的问题时，需要用化学符号对油脂、甘油等物质进行准确标识，确保能够将物质的化学性质等关联在一起。如无法正确转换，对相关问题的理解也将出现偏差，导致出现迁移错误。不同的学习习惯，使得学生对文字、符号、图形等的敏感度不同，人脑记忆、接受速度等也由此受到影响，进而信息表征存在差异[3]。

最后，在知识组织阶段，需要将表征信息与大脑中的原有信息联系在一起，通过重组或改建获得有意义的组块，生成答案[4]。而产生记忆错误，对未出现事物进行回忆，将造成信息处理和组织不连贯，识别、表征等阶段出现错误，继而在解题过程中出现书写、计算和概念模糊等各种错误。人脑在信息存储方面，需要完成编码，通过精细加工形成长时间记忆，同时确保与已有知识网络建立联系，最终将信息分解编码得出各种新组合。但不同于簡单化学问题能够直接进行信息提取、比较和匹配，综合性问题需要将表征内容全部纳入已有知识体系，在寻找原型的同时查找对应图式方可应用。因此，在信息域较窄的情况下，人脑难以进行信息识别、理解和背景激活，给解题带来困难。如“利用氯化钠和硫酸铵制备氯化铵和副产品硫酸钠，在产品中含有硫酸钠杂质的情况下提出提纯方法”这道工业流程题，不仅给出了题目信息，还绘制了工业流程图。但部分学生在解答过程中，直接通过硫酸钠杂质这一信息联想到可以用钡离子去除硫酸根离子，经过滤后获得纯净产品。但从工业流程可知，虽存在添加钡离子去除硫酸根离子的环节，但钠离子并未被有效除去，依然处于溶液中，因此需要通过多次重结晶的方法去除。

（三）研究结论

通过对影响高中生化学解题的因素展开分析，可以发现学生在结合知识背景进行问题表征和知识组织的过程中，主要容易受到认知结构、认知技能和认知风格的影响。

一方面，对化学世界的认识程度，决定了学生知识储备量、组织程度和表征水平。而认知结构缺陷，将给学生认知过程带来影响。在高中化学学习过程中，只有完善认知结构，牢固掌握化学概念、理论和相关规律，才能够有效夯实化学学习基础，提高化学学习水平。如高一学生在回答“将一小块pH试纸用蒸馏水润湿后，能否用于测量待测液体？”的问题时，部分学生因为化学知识储备量不足，忽略了溶液在不同浓度下pH值不同的知识点。从访谈情况来看，部分学生在简单化学问题的解答上出现了错误，主要是由于其掌握的知识较为零散，较少能够建立问题解决原型，仅凭借经验对各种信息进行综合分析和判断，容易受到干扰，获取的信息不全面，最终导致解题步骤出现偏差。调查发现，只有高三部分学生能够建立更完整的知识网络，轻松将新信息与原有信息关联，并通过合理组织给出准确解决方案。

另一方面，所谓的认知技能，实质是学生解决问题的思维水平，其由问题意识、监控评价、策略选择等多方面因素构成，关系到学生能否运用化学知识顺利解决问题[5]。如在信息表征上，需要学生查找对应图式后对问题进行深层次的分析，透过现象看本质，选择最优解决策略。在知识组织阶段，需要完成知识技能迁移和运用，结合问题具体条件有效实施策略，精准解答问题。部分化学问题综合性较强，信息繁杂，需要学生对信息处理各环节进行监控、反思等，保证解题质量和效率。如若缺乏认知技能，学生很容易匆匆求解，忽视了解题过程、策略的合理性。从访谈结果来看，认知技能不仅与记忆力、理解力等相关，也与学习情境相关。随着个体年龄增长，学生接触的学习情境不断改变，将促使个体产生更强的自我调节能力和监控能力，从被动解题向自觉思考转变，逐步获得更高的迁移能力和敏感性，选取更适合的方式开展学习活动。

三、基于认知因素应对高中生化学解题错误的策略

（一）通过层层解读辅助建立完整认知结构

为提高学生解题效率和质量，教师应帮助学生建立完整认知结构，夯实学生的化学学习基础。为此，在围绕典型错题进行讲解时，教师应进行层层解读，逐步恢复学生对相关知识的记忆，理清思考逻辑，完善知识归纳和整理。如高中有机化学的知识点较为繁杂，包含各种化合物、方程式等内容，给学生识记带来了困难。教师可以烃类有机物为主线，对烷烃、烯烃等相关物质性质及其相互转换关系进行总结，总结碳质量分数变化的特点和规律，帮助学生建立完整知识网络。在日常教学活动中，为避免教授知识过度碎片化，还应进行整体思考，建立有效知识体系，如学习盐类水解知识时，可将其划分成原理、影响因素、规律和应用多个要点，逐步引导学生更新原有认知结构，强化其对知识的理解和记忆能力。

（二）通过错题整理分析培养学生认知技能

在培养学生认知技能时，应通过整理错题开展专题训练，对不同类型化学题的解答方法进行总结，如将工业流程题划分为氧化还原反应、物质分离与提纯、化学平衡等多种类型，传授常见解题方法。在练习期间，还应注重学生解答演算过程的准确性，督促学生进行反思、监控和评价。如安排交流错题解答心得，讨论遇到的问题和总结解答经验。在相互交流的过程中，学生可以汲取他人的经验，学会如何提取和表征信息。通过主动反思错误原因，进一步思考如何避免错误发生等，由此进行解题规律的总结和内化，通过再学习提高认知技能，做到全面、透彻地理解化学问题，寻求问题突破点。使学生在可以自我学习和思考时，能够发现自身在化学解题上存在的不足和容易出错的地方，在建立解题思路时注意规避错误，对各种能力进行协调，以此获得较强的解题能力。

四、结论

对导致高中生化学解题错误的认知因素进行深入分析，能够帮助学生认识到自身在知识背景、问题表征和知识组织各个阶段存在的问题，有针对性地进行自我改进，从而取得理想的学习效果。笔者通过系统研究发现，学生在不同阶段都受到认知结构、认知技能和认知风格的影响，因此，教师还应加强对化学解题相应教学策略的探究，以帮助学生形成完整的认知结构，有效提高学生认知技能，引导学生转变认知风格，从而有效提高学生化学解题的效率和质量，达成高效教学目标。

[参考文献]

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