概念图在高中化学教学中的应用研究.doc

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西南师范大学化学化工学院教育硕士论文

概念图在高中化学教学中的应用研究

刘　红　（2004年5月）

内容摘要：

传统的化学教学面临时代的挑战。

新一轮的课程改革旨在提高学生的科学素养，要求从目标到观念到内容到方法到评价等的更新。

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脑对知识存储的层级结构形式排列，清晰地揭示了意义建构的实质，在课程与教学设计、教与学、促进学生高级思维发展与问题解决、合作学习等方面应用效果比较显著。

但概念图在化学学科教学中的应用研究却比较少，为此，选择了概念图在高中化学教学中的应用这一研究课题。

首先在介绍概念图涵义及意义的基础上，寻找其相应的理论基础及自身的理论体系，结合高中化学的学科特点及学生的学习特点，较系统地探讨了概念图在高中化学教学中的功能，提出并归纳概念图在化学教学中的应用策略。

最后对概念图能有效提高教学和学习效果进行了初步的实验研究，研究表明概念图能有效促进学生学会学习，大面积提高学生的学业成绩，提高化学教学质量。

1.问题的提出

1.1概念图的涵义

概念图最初来源于20世纪60年代，由美国康奈儿大学诺阿克（JosephD.Novak）和古温（BobGowin）等人提出，他们在《学会学习》一书中，使用图形组织结构，称之为“概念地图”。

概念图的研究缘于Novak等人的A-T课题，他们发现一些低年级的儿童已经可以根据其对某一问题的理解独立画概念图了，于是在儿童能理解的诸如能量、细胞和进化等抽象概念的过程中进行了应用，很快他们又发现，该工具同样可以用于教学设计和帮助学生进行有意义的学习，由此导致了对概念图更深入的研究。

但概念图这一概念名词的确定却是在20世纪80年代。

1984年，诺阿克（JosephD.Novak）将概念图表述为：

概念图就是用来组织与表征知识的工具，是一种以科学命题的形式显示了概念之间的意义联系，并用具体事例加以说明，从而把所有的基本概念有机地联系起来的空间网络结构图。

它通常是将有关某一主题不同级别的概念或命题置于方框或圆圈中，再以各种连线将相关的概念和命题连接，这样就形成了关于该主题的概念或命题网络，以此形象化的方式表征学习者的知识结构及对某一主题的理解。

概念图又可称为概念构图（conceptmapping）或概念地图（conceptmaps）。

前者注重概念图制作的具体过程，后者注重概念图制作的最后结果。

现在一般把概念构图和概念地图统称为概念图而不加以严格的区别。

在后来的发展中，学者们又提出了诸多自己的见解。

如“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”等等。

归纳起来，概念图有如下几方面的特征：

第一、可视化特征概念图可从视觉上再现知识结构、外化概念和命题。

第二、表征性特征概念图可生动形象地反映出概念间关系的意义联系。

第三、结构化特征概念图以核心概念为中心，连接次一级的概念，并以这些次级概念为节点再连接下一层次的概念，构成一个分层次、多节点相互联系的网络结构。

2.2概念图在教学中的意义

概念图在教学中的意义主要体现在如下几方面：

第一、在教的方面，概念图作为一种教的策略，在促使教师从传统教学到科学教学的转变中有着重要的意义。

⑴有利于教师教学设计的明朗化

在课程与教学设计（如编写教材、教案等）中，使用概念图，能够以简明扼要的形式把要教的主要概念和原理表示出来，利用其层级结构给教材内容的呈现提供顺序，使整个教学设计直观、清晰。

⑵有利于教师教学内容的系统化和学科间知识的相互渗透

传统教学呈现的各部分知识往往是孤立的，而概念图的使用却可以使呈现的教学内容系统化，甚至整合各学科知识为一体。

康奈尔大学的Ednondson认为：

概念图在将内容图式化过程中，是一种有效的工具，可以帮助教师高效建构教学内容的知识结构。

唐晓杰在《近30年来教学研究的进展》中也说，示范将知识分类的策略，鼓励学生运用先行组织者及概念图建立联系。

⑶有利于教师摆正课堂教学中师生的“角色”

传统的课堂教学是“教师中心”，学生只是被动接受教师传授的知识，而概念图的使用却有利于学生自主建构知识，教师只需针对概念图作适当点拨，从而使学生成为学习的真正主人，特别是在科学学科教学中，能切实地提高教师的教学效果。

第二、在学的方面，概念图作为一种学的策略，在促进学生有效掌握知识、学会学习等方面有非常积极的作用。

主要体现在：

⑴有利于学生从整体上建构和把握知识概念图技术可以让学生在任何信息资源中抓住知识脉络，尤其在这个信息泛滥的世界，如互联网所提供的浩如烟海的信息中获取真正的知识，同时促使学生整合新旧知识，建构知识网络，浓缩知识结构，从而使他们从整体上把握知识。

概念节点、关系连线、层级结构、命题与实例能使知识内容轻松凸现、书越读越薄。

⑵有利于学生实施自主学习、探究学习和合作学习概念图的制作过程可促进学生思维的发散与集中，从而有效地改变学生的认知方式，引导学生进行自主学习、探究学习和合作学习，帮助学生学会学习，形成终生学习的意识和能力。

⑶有利于学生元认知能力的提高制作概念图的过程中，学生需要反思自己学习的过程，从而概念图还可以作为一种元认知策略，提高学生的自学能力和自我反思能力。

⑷有利于学生学习的意义建构JosephD.Novak在1977年和1988年都强调了概念图的认识论意义。

他认为，把知识划分为陈述性和程序性知识不利于对认知发展的清晰理解，往往造成知识与行为的脱节，其实，知识建构就是相对较高水平的意义学习，而搭建任一领域知识的基石就是概念和命题。

“概念好比构成物质的原子，而命题好比是分子”，概念和命题的数目是相对有限的，而它们构成的知识是无限的。

正是概念与命题的框架赋予了学习过程以意义。

概念图技术可超越有关陈述性知识与程序性知识的分类，促进学生的学习从机械学习向意义学习转变，进而促进学生学习的意义建构。

⑸概念图是人表征知识的经济方式当代认知心理学家关于人用来表征客观世界状况的三种基本形式的经验性研究表明：

困由于人的信息加工系统中，短时记忆容量有限，因此人必须具备表征知识的各种各样的经济方式，以适应这一系统结构的有限性。

人的知识是以减轻工作记忆负担的形式来表征的，而概念图正是一种有效的经济方式。

第三、在教学评价方面，概念图作为一种新的教学评价方式，是形成性评价的一种好方式。

传统的评价方法只能考查学习者的离散知识，而概念图却可以检测出学习者的知识结构及对知识间相互关系的理解，随时可使学生对自己的日常学习进行反思与评价。

让学生养成画概念图的习惯，教师便可及时了解学生学习的进展与诊断学生的问题，获得关于学生知识掌握情况的大量信息，很快发现学生对概念的理解程度和在理解概念过程中的错误，了解学生知识基础的全貌及缺陷，同时也促使教学评价从只注重结果的终结性评价转变为更注重过程的形成性评价。

总之，Novak在1985年、1991年及1998年的多项研究中证实，如果教师能把概念图用于教学设计，并在课堂中用作教学策略，而且也要求学生在学习过程中去建立概念图，获得应用并掌握，学生就能成功地把握科学意义，就能成功地对自己的学习进行监控。

另外，概念图对教学理论的丰富和发展也具有积极的理论意义。

1.3概念图研究现状

1.3.1国外研究现状

国外从20世纪60年代提出概念图到现在，相关的研究己经比较丰富和成熟。

如美国的《科学教育研究））杂志（JournalofResearchinScienceTeaching）在1990年第四季度专门出版了一期“概念图面面观”（Perspectivesonconceptmapping）。

在西方国家，概念图是中小学教学中很常用的一个方法，有着很好的教学效果。

随着建构主义理论的发展和网络学习的普及，概念图的时代特征更为明显，推广概念图已成为许多国家的教育改革策略之一。

国外对概念图的研究发展可以概括为以下几个特征：

第一、功能上的扩展，从评价工具到教学技能、教学策略。

概念图最初的目的是为了测定学习者已有的知识，所以它是一种评价的工具。

后来，人们发现作为工具的概念图，在教学上的意义远不止是评价原有知识和错误概念，它同时也是学习的工具、创造的工具、合作的工具、超媒体设计的工具、课程和教学设计的工具。

由于它蕴涵着丰富的教学功能，因而逐渐成为一种教学的技能和策略。

第二、范围上的扩展，从中观概念图到微观概念图、宏观概念图

概念图的制作总是要选取一段包含诸多概念的知识内容，为便于教学，所选的知识点包含的概念数目一般不是很大，于是把这样的概念图称为中观概念图。

但随着概念图功能的扩展，如在课程设计中，一个概念图所包含的概念数可以上百个，甚至更多，这样的概念图称为宏观概念图（macroconceptmaps）。

在宏观概念图中，选取某个概念再次利用概念图进行更详细的表征和说明，这样的概念图称之为微观概念图（microconceptmaps）。

随着电脑技术的发展，不但概念图的制作变得极为方便，而且还可为概念和命题提供超级链接，所以在电脑网络上，微观概念图一般存在于超级链接的文本中。

第三、领域上的扩展，从科学学科到其他学科、社会应用

最初概念图只应用于研究儿童科学知识的掌握，但很快，概念图的研究范围便超出了科学的范围而扩展到各个学科，甚至被社会上的方方面面所研究利用。

如新产品的设计、市场的开发、管理问题的解决等等，只要一个复杂的问题需要被明确的表达或解决，概念图便能显示出它在这方面的特殊功能。

在许多国家、利用互联网的技术优势，还可以在网上实行概念图的师生交互学习和同伴合作学习，一般由网络管理者（教师）提供知识内容和有关背景知识，要求各个网络终端（学生）制作概念图并递交，制作过程中可以通过BBS进行网上讨论和即时评论，以此促进学习者学会学习。

如果说概念图使知识由一维线性表征形式转变为二维平面表征形式的活，那么有了电脑网络技术的概念图已经把知识延伸为三维的立体网络空间，这不能不说是知识呈现的一次革命。

第四、技术上的扩展，从手工制作到电脑软件进行编制。

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。

市场上可以编制概念图的软件至今多达十几种，如map2.0、Inspiration、ActivityMap、MindManager、Mindman、AxonIdeaProcessors.0、CoCoSystemsDecisionExplorer等。

另外，据朱学庆向美国教育资源信息中心（ER工C—EducationalResourcesInformationCenter）的查询结果，从1984到2002年，以概念图作为研究对象的文献多达664篇，呈逐年增多趋势。

2000年，诺瓦克在互联网上发表文章认为：

[9]学校的教学变革总是太慢，概念图在接下来的一、二十年中，才会有实质性的进展。

除非教育部门下决心把概念图作为教学和评价的内容要求教师和学生，否则只能寄希望于未来。

看来，对概念图的认识、研究和应用还任重道远。

1.3.2国内研究现状

在国内的教育领域概念图研究不多见，较少有介绍概念图的文章。

以概念图为关键词，在“Google”上进行搜索和查询相关网页，发现跟概念图有关的文章多达一万多项。

但在这一万多项内容中，与教育教学有关的不过儿十项，与化学教学有关的更是极少。

以概念图为关键词，以“Google”或直接输入网址http：

刀www.lib.swnu.edu.cn查询CNKI学术期刊，搜索1994年一2003年的中国期刊全文数据库，查