奧蘇貝爾曾說，“如果我不得不把教育心理學(xué)的所有內(nèi)容簡約為一條原理的話，我會說：影響學(xué)習(xí)的最重要的因素是學(xué)生已經(jīng)知道了什么。”大道至簡，奧蘇貝爾對于教和學(xué)之關(guān)系的把握已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)化為許多教師心中的教育信條。對于“學(xué)生知道了什么”的探究和認(rèn)識將成為學(xué)生學(xué)習(xí)評價的主要問題之一，它內(nèi)在地影響著教師教的行為與學(xué)生學(xué)的方式，決定著教育教學(xué)的實踐效果；不僅如此，對于“學(xué)生知道了什么”及其相關(guān)問題的合理關(guān)照和深刻追問還必然催生教與學(xué)研究新范式的萌芽與發(fā)展。
如果說紙筆測試是過去教師了解學(xué)生“知道了什么”的基本途徑，那么，對于學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的測查和評價則將會成為未來教師探索學(xué)生“知道了什么”“何以知道”“如何知道”的必然方向。長期以來，紙筆測試被認(rèn)為是評價學(xué)習(xí)者學(xué)業(yè)水平高低的核心手段，但其有效性在很大程度上受限于測驗試題的編制質(zhì)量和教師經(jīng)驗的豐富程度，更為關(guān)鍵的是它難以系統(tǒng)、直接地反映學(xué)習(xí)者頭腦中的知識結(jié)構(gòu)和知識建構(gòu)情況，而要回答這一問題，開展學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的測查與評價是一種可能的方式。當(dāng)前科學(xué)教育領(lǐng)域?qū)W(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的有效測查成為學(xué)習(xí)評價多元化的重要突破口。認(rèn)知心理學(xué)從學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展的角度提出了學(xué)習(xí)者構(gòu)建合理認(rèn)知結(jié)構(gòu)的意義，認(rèn)為這是形成學(xué)習(xí)能力的基本前提，是實現(xiàn)終身學(xué)習(xí)與全面發(fā)展的核心基礎(chǔ)�；趯W(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的診斷，教師能更有針對性地組織學(xué)習(xí)材料、設(shè)計教學(xué)活動、實施教育測量、完善教育評價，最終促進學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的良性“生長”，幫助學(xué)生實現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)，開發(fā)學(xué)習(xí)的潛能。
當(dāng)前，關(guān)于學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的測查與評價研究已不在少數(shù)，但聚焦具體學(xué)科內(nèi)容領(lǐng)域的認(rèn)知結(jié)構(gòu)測查與評價研究卻較為少見。將教育心理學(xué)領(lǐng)域的研究成果應(yīng)用于學(xué)科教學(xué)研究，不僅能夠為學(xué)科教學(xué)研究注入新的活力，為學(xué)科教學(xué)研究共同體提供發(fā)現(xiàn)知識的新途徑，還有助于彰顯實證研究的魅力和優(yōu)勢，為教育研究的科學(xué)化發(fā)展積累寶貴的素材和支撐。為此，2012年3月教育部、財政部聯(lián)合頒發(fā)了《關(guān)于實施高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升計劃的意見》，啟動實施“高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升計劃”（簡稱“2011計劃”）。為了進一步深化我國基礎(chǔ)教育改革，由北京師范大學(xué)牽頭，華東師范大學(xué)、華中師范大學(xué)、東北師范大學(xué)、西南大學(xué)、陜西師范大學(xué)、中國教育科學(xué)研究院、教育部考試中心和科大訊飛信息科技股份有限公司8家機構(gòu)作為核心單位，建立了中國基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測協(xié)同創(chuàng)新中心。該中心于2014年10月通過教育部以定，是我國教育學(xué)和心理學(xué)領(lǐng)域唯一的國家級協(xié)同創(chuàng)新中心。為了推動我國基礎(chǔ)教育質(zhì)量水平不斷提升，陜西師范大學(xué)分中心致力于監(jiān)測基礎(chǔ)教育階段學(xué)生的學(xué)業(yè)水平，以期促進億萬學(xué)生的全面、個性發(fā)展。
在中國基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測協(xié)同創(chuàng)新中心的研究戰(zhàn)略布局下，本書所呈現(xiàn)的研究是試圖在化學(xué)學(xué)科內(nèi)容領(lǐng)域中測查和評價學(xué)生關(guān)于化學(xué)核心概念的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，根據(jù)教育學(xué)與心理學(xué)的理論基礎(chǔ)，采用學(xué)習(xí)評價的新方法——流程圖法，對我國高中生學(xué)習(xí)特定化學(xué)主題的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進行測量，以此探查學(xué)生對具體學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)結(jié)果，揭示學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)與其紙筆測試成績之間的關(guān)系，探究學(xué)生存在的學(xué)習(xí)困難及其可能的成因，為化學(xué)學(xué)科教學(xué)的實踐與研究提供參考。全書共九章，其中第一章、第二章為理論部分，主要講解認(rèn)知結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念、理論和測量方法；第三章至第九章為實證研究部分，呈現(xiàn)原子結(jié)構(gòu)和元素周期律、分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡、溶液中的離子平衡、氧化還原反應(yīng)和電化學(xué)、元素及其化合物、有機化學(xué)等專題認(rèn)知結(jié)構(gòu)測查與評價的研究成果。
因作者學(xué)識所限，書中存在疏漏和不足在所難免，誠懇地希望廣大讀者批評指正！
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二、認(rèn)知結(jié)構(gòu)的類型與特征
簡單來說，認(rèn)知結(jié)構(gòu)就是學(xué)生頭腦中的知識結(jié)構(gòu)，即知識結(jié)構(gòu)通過內(nèi)化在學(xué)生頭腦中所形成的觀念的內(nèi)容和組織。根據(jù)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生與發(fā)展?fàn)顟B(tài)不同，可以把學(xué)生具有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)分為三種形式：一般認(rèn)知結(jié)構(gòu)、原始認(rèn)知結(jié)構(gòu)和良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)。
（一）一般認(rèn)知結(jié)構(gòu)
根據(jù)皮亞杰關(guān)于結(jié)構(gòu)具有整體性、轉(zhuǎn)化性和特異性的學(xué)說，學(xué)生具有的一般認(rèn)知結(jié)構(gòu)也有這三個特點。
（1）整體性：是指在認(rèn)知結(jié)構(gòu)中各成分之間呈現(xiàn)有機性聯(lián)系，而不是各獨立成分的混合。這種整體性在學(xué)習(xí)活動中表現(xiàn)為新的知識與原有知識不斷溝通、同化，形成具有一定整體性和相對獨立性的“知識塊”。在這種“知識塊”中，各知識點的聯(lián)系與組織方式呈交錯型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，占據(jù)網(wǎng)的“節(jié)點”的是基本事實、基本概念和原理。這種“知識塊”能充分揭示知識的內(nèi)在聯(lián)系，是學(xué)生形成系統(tǒng)化、整體化的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基石。
（2）轉(zhuǎn)化性：是指認(rèn)知結(jié)構(gòu)不是靜止的，而是處于不斷的發(fā)展變化之中。隨著時間的推移，學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)總是處于不斷的運動和變化之中，新舊知識結(jié)構(gòu)不斷交替轉(zhuǎn)換。當(dāng)新的知識與學(xué)習(xí)者原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生作用時，通過同化或順應(yīng)，原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)得以擴展、改組或重建，從而使原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)向新的更加完善的認(rèn)知結(jié)構(gòu)不斷轉(zhuǎn)化。一般來說，隨著學(xué)習(xí)者學(xué)齡的增加，以及學(xué)習(xí)內(nèi)容的不斷豐富與深化，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)不斷地由原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)向新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。
（3）特異性：是指認(rèn)知結(jié)構(gòu)存在個體差異性。由于每個學(xué)生的認(rèn)知方式存在著差異，對同一事物的認(rèn)知不可能完全相同，這就表現(xiàn)出學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的多樣性或特異性。一般來說，根據(jù)學(xué)生思維方式的傾向性，可以把學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)分為兩大類：表征性認(rèn)知結(jié)構(gòu)和功能性認(rèn)知結(jié)構(gòu)。表征性認(rèn)知結(jié)構(gòu)占優(yōu)勢的人擅長抓住事物的關(guān)系進行思考，喜愛對事物的特征進行判斷，功能性認(rèn)知結(jié)構(gòu)占優(yōu)勢的人則注重行動次序與事物作用的原理。這兩種不同的認(rèn)知結(jié)構(gòu)在不同的個體上占有不同的優(yōu)勢，從而形成不同的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出認(rèn)知結(jié)構(gòu)的個體差異性。
（二）原始認(rèn)知結(jié)構(gòu)
20世紀(jì)70年代以來，西方國家一些從事科學(xué)教學(xué)研究的學(xué)者先后對學(xué)生的前科學(xué)知識進行了大量調(diào)查研究，取得了豐富的第一手資料和研究成果。這些研究成果表明，早在學(xué)生正式學(xué)習(xí)科學(xué)課程以前，他們就通過對日常生活中一些現(xiàn)象的觀察和體驗，在頭腦中反復(fù)構(gòu)建形成一些非科學(xué)的概念和兒童階段特有的思維方式。例如，把植物的地下部分都稱為根，把莖一概視為地上部分，把復(fù)葉的小葉當(dāng)成葉，把植物學(xué)上的花冠部分稱為花，把肉質(zhì)可食的果皮稱為果實，等等。一般將學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)課程以前形成的有關(guān)概念稱為“前概念”，而把學(xué)生圍繞“前概念”建立起來的特有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)稱為“原認(rèn)知結(jié)構(gòu)”或“原始認(rèn)知結(jié)構(gòu)”。
一般來說，學(xué)生通過前概念學(xué)習(xí)建立的這種原始認(rèn)知結(jié)構(gòu)具有如下特征。
�。�1）自發(fā)性。學(xué)生頭腦中的原始認(rèn)知結(jié)構(gòu)是自發(fā)形成的。過去，教師在教學(xué)中常誤認(rèn)為學(xué)生學(xué)習(xí)知識之前頭腦如同一張“白紙”，教師可以在上面任意涂畫，但事實并非如此。學(xué)生在多年的生活實踐中，通過個體與環(huán)境的接觸，逐步形成了對各種現(xiàn)象和規(guī)律的獨特看法，并逐步內(nèi)化為自己的思維模式和行為規(guī)則。
（2）特異性。由于每個學(xué)生的生活環(huán)境、活動范圍、認(rèn)知方式等的差異，對同一事物的認(rèn)識、感受也不完全相同，這就表現(xiàn)出學(xué)生原始認(rèn)知結(jié)構(gòu)的多樣性或特異性。例如，一些初中學(xué)生在解釋“為什么根有向地性”時，他們回答：“是地球的吸引力作用的結(jié)果”，“根要吸收土壤深層的水和無機鹽”，“根要扎得更牢些”，等等。
�。�3）表象性。由于兒童認(rèn)知事物的能力有限及認(rèn)知過程的自發(fā)性，他們的前概念往往比較膚淺、直觀，一般還停留在表象的概括水平上，不能脫離具體表象而形成抽象的概念，自然也無法擺脫局部事物的片面性而把握事物的本質(zhì)。例如，學(xué)生對遺傳的認(rèn)識只能停留在“龍生龍，風(fēng)生鳳，老鼠生子會打洞”，“種瓜得瓜，種豆得豆”等表象概括水平上。但是，這種前概念無疑又是學(xué)生自己的精神財富，因為這些前概念是兒童在現(xiàn)實生活中認(rèn)識特殊事物的一種有價值的工具。因此，不應(yīng)把建立在前概念基礎(chǔ)上的原始認(rèn)知結(jié)構(gòu)看成一種思維垃圾加以排斥，而應(yīng)該把它們作為學(xué)生認(rèn)識事物必可不少的一個階段，作為一種低級的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并有待于向高級的、科學(xué)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。
�。�4）遷移性。學(xué)生的前概念含有自己對自然界的先人為主的印象，又是自己“切身體驗”到的東西，同時，兒童又要憑借這種原始認(rèn)知結(jié)構(gòu)來認(rèn)識世界，并也能成功地解釋某些特殊現(xiàn)象。因此，學(xué)生往往對自己的這些前概念深信不疑，并試圖將這些原始認(rèn)知結(jié)構(gòu)遷移到對新環(huán)境、新現(xiàn)象的解釋中。因而，這種原始認(rèn)知結(jié)構(gòu)有很強的頑強性，不可能通過教學(xué)將科學(xué)概念硬性灌輸給學(xué)生，就能一勞永逸地形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。
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