科學研究表明,人的大腦是由約1000億個神經活動細胞構成的神經網絡,每個人的學習、記憶、思維、創(chuàng)造正是通過這個網絡系統(tǒng)來進行的。顯然,化學學習活動遵循這樣一個網絡化的心理和生理機制其學習的效率就高。概念圖就是這樣一種網絡化學習的工具,可以稱之為科學學習的“互聯網”。
學習是通過大腦進行信息的傳輸、處理和儲存來進行的。記憶系統(tǒng)利用客觀存在的事物聚類、事物在時空中的聯系,通過歸納、組合、抽象等方式,將信息納入到最佳的聯系和最方便提取的記憶結構中。大腦是通過并行分布、多層結構、廣泛聯系的神經網絡系統(tǒng)來實現這一任務的。大腦的認知結構是與知識的網絡化水平相聯系的,知識的網絡化水平越高,則認知的水平越高�；瘜W和其他科學一樣是一個系統(tǒng)科學,反映這一科學特征的學科知識是由宏觀、微觀、符號和化學計算四個子系統(tǒng)構成的。這些系統(tǒng)相互聯系,交織成化學知識的無形網絡,概念就是這個網絡中的節(jié)點。這樣一個網絡系統(tǒng)即知識結構,必須轉化為學生頭腦中的認知結構才能真正為學生所掌握。
學生深入學習化學知識的困難也恰恰在于知識的網絡化水平較低。不能更好地掌握知識結構,因而就無法形成合理的認知結構。概念圖就是促進知識的網絡化水平、形成合理的認知結構的一種理想工具。
概念圖是呈現概念或符號之間相互聯系的一種簡明便利的圖式。它是以核心概念為中心,連接次一級的概念,并以這些次級概念為節(jié)點,再連結下一層次的概念,構成一個分層次、多節(jié)點相互聯系的網絡結構。圖1給出了一個概念圖的示例。概念圖反映了學生頭腦中概念間的相互聯系,同樣內容的概念圖由于概念間的連接不同,概念的層次不同,會有很大的差異,這實際上是學生頭腦中認知結構的差異所致。概念間的聯系通過概念圖能很好的體現出來。學生對概念間的聯系如果存在著認知上的問題,那么所構建的概念圖就一定存在著缺陷。概念圖中概念的連接和位置的改變實際上是學生認知結構變化的反映。學生的認知水平越高,所構成的概念圖結構越合理,層次越分明,概念間的聯系越緊密,概念圖是認知結構的一種鏡像反映。由于神經科學尚不能揭示人的認知結構的機理,我們可以通過構建的知識圖??概念圖來反映認知結構的特征。概念圖作為一種學習工具有重要的意義。
1999年12月美國《科學》雜志(網絡版)中的一篇文章將“知識”定義為信息的一種組織體,文章認為現代科學技術,尤其是互聯網給我們提供了浩如煙海的信息。問題是嘗試吸收這些信息并將其組織成真正的知識的卻很少,就如同從急速噴涌的消防水龍頭中吞下一杯水一樣。人們需要尋求將信息轉變成真正知識的技術,概念圖與這種技術可以說有異曲同工之妙。學生掌握了概念圖這一技術,就可以在任何信息資源中抓住知識脈絡,形成知識結構。這也是教育工作者長期探索的將學科內容的學習和學會如何學習結合為一個整體的技術。
用連線將概念連接起來離不開思維。將分支概念連接需要縱向思維,而用交叉連線將各分支之間的概念連接起來則需要橫向思維。概念圖是通過不同的思維方式將概念重新組合定位。這實際上也是一種發(fā)現和形成新關系以及重新組合的能力,正如愛因斯坦所說:“組合作用似乎是創(chuàng)造思維的本質特征�！睒嫿ǜ拍顖D也是一項極好的創(chuàng)造性工作,有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力。許多學者認識到了教學與評價相結合的重要性,Shavelson等人指出:“如果概念圖被納入課程內的話,那么這樣的結合就形成了。”概念圖既是學生學習科學知識的工具又是評價的工具。如前所述概念圖是學生認知結構的反映,因此,可以用來評價學生的認知過程和認知結構。對學生構建概念圖的過程以及對學生最初和最終的概念圖加以比較,可以知道學生在概念理解上的變化和認知上的變化。有相當的學生自認為對那些熟悉的概念是理解的,但是當他們畫概念圖時,將那些概念用連線連接起來就感到了困難。這說明他們對這些概念的關系和層次結構還不清楚,并沒有形成完整的認知結構。
概念圖可以幫助學生檢驗自己所學的知識,實現教、學、考三者的統(tǒng)一。利用概念圖教師可以獲得更多的反饋信息,來診斷教學中存在的問題,以便更好地改進教學。
概念圖的學習和教學可以分為三個階段。第一階段,訓練學生畫概念圖�？蓮膯卧蛞还�(jié)課的總結開始,讓學生列出本單元的重要概念,將這些概念作為課堂討論和總結的主題。對于低年級的學生,可選擇少量的重要概念寫在卡片上,學生們分小組用這些卡片討論概念的順序和可能的連接,在教師的指導下移動卡片,構成小組圖。在小組圖的基礎上,通過全班討論再綜合成一個班級的概念圖。通過上述訓練,要求學生在紙上畫出自己的概念圖。概念圖的構建要循序漸進,隨著學習和訓練的深入,逐漸加大信息量,構建較復雜的概念圖。
第二階段,概念圖的應用。學生在初步掌握了概念圖的構建技能以后,就可以通過概念圖來進行學習。按照由易到難,可以讓學生繪制三種不同類型的概念圖:
1.限定型概念圖。在構建概念圖之前,教師先給出一定數目且隨機排列的概念、術語,要求學生必須使用這些術語來畫概念圖。例如,物質的量這一單元,讓學生用“物質的量”、“物質的質量”、“氣體體積”、“溶液體積”、“溶液的物質的量濃度”、“微粒數”、“阿佛加德羅常數”、“摩爾質量”等概念來構建概念圖。
2.引導型概念圖。給出一定數目的概念術語或符號之后,要求學生從中選擇一部分來構圖。例如,要求學生構建一個關于原子結構方面的概念圖,給出15個概念或符號,要求學生從中選出10個來繪制一個概念圖。由于所給的信息多于所選的信息,這就要求學生對所需概念的選擇要準確,必須對主概念有系統(tǒng)性的認識。
3.創(chuàng)造型概念圖。教師參照化學知識的特定范圍,給出一個核心概念,要求學生圍繞這一概念,聯想有關的知識、概念,創(chuàng)造性地構圖。第三階段,概念圖的評價。概念圖的評價可以從四個方面進行:
1.概念間的聯系。對于從主概念中引出的屬概念或由屬概念導入的主概念是否有意義,是否用連線連接。
2.層次性。觀察所構概念圖是否有層次。
3.關鍵節(jié)點。所謂關鍵節(jié)點是指一個概念至
少有三條連線與其他概念或知識點相連接,位于節(jié)點上的概念,是這個體系的最基本概念。關鍵節(jié)點可以由教師專家的概念圖來確定。一個學生的概念圖關鍵節(jié)點比另一個學生的多,則說明第一個學生的理解力要強于第二個學生。
4.交叉連線。即概念圖體系中不同分支之間的連線。
對學生概念圖的評價也可以用分數量化。需要指出的是,概念圖這一工具不僅適用于概念的學習,而且也適用于元素化合物等知識的學習。應將個人、小組、班級活動結合起來,統(tǒng)籌安排,加強學生的合作學習。鼓勵學生花時間和精力畫概念圖,堅持課前自學時構建課前概念圖,教學后繪制總結性的概念圖。教學前畫概念圖對學生自學能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)有著積極的促進作用。要注意概念圖之間的聯系,隨著學習的不斷深入,把有關的概念及時地補充到概念圖中,從而形成新的聯結。
概念圖的技術適用于各個年級的學生、各個學科。經過訓練,不同能力的學生都能成為一個好的“概念圖人”。一旦養(yǎng)成畫概念圖的習慣,必將終身受益。
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