高中生化學解題錯誤的認知因素診斷

摘 要：在高中化學學習過程中，導致高中生化學解題錯誤的原因有很多，但相較于外界因素，應更關注學生自身的內因。因此，基于元認知理論將化學解題劃分為知識背景、問題表征和知識組織三個階段，通過問卷調查、訪談等方法對高中生解題錯誤原因展開分析，最終診斷出解題錯誤主要受學生認知結構、認知技能和認知風格影響，并提出應通過層層解讀和錯題整理分析輔助建立完整認知結構予以解決。

關鍵詞：高中生;化學解題錯誤;認知因素

作者簡介：陳崢嶸（1979—），男，甘肅省靜寧縣威戎中學，一級教師。

在高中化學學習過程中，解題錯誤是學習活動中的一種寶貴資源，從中能夠挖掘出學生在化學學習上存在的認知不足，用于彌補學生知識結構缺陷，幫助教師做好教學策略調整，指導學生高效開展學習活動。對高中生化學解題錯誤的認知因素進行診斷分析，有助于找出影響學生解題效率和質量的內在因素，為教師優化教學提供依據。

一、高中生化學解題的認知理論分析

（一）元認知理論

從教育心理學的角度來講，人們的認知活動包含靜態知識和動態認知過程兩部分，由元認知知識、元認知體驗和元認知調控三個要素構成[1]。所謂的元認知知識，實際為個體掌握的一般性知識，通過經驗積累劃分為陳述性知識和程序性知識兩類，包含對個人能力、任務目標和完成策略的認知。元認知體驗是指活動期間的認知和情感狀態，如對任務難易度、熟悉程度、面臨的困難、活動效果等體驗。在活動過程中，需要學生對自身認知進行監控和調節，即完成認知計劃制訂、執行、檢查和補救。在高中化學的實際學習中，影響元認知的因素較多，對化學問題解答起到不同程度的作用。我們可基于元認知理論，從人的思維過程著手，分析感覺、知覺等認知環節，探索人的學習心理發展過程。

（二）化學解題分析

在深入認識人的認知行為后，可以將高中化學解題過程劃分為知識背景、問題表征、知識組織三個階段。想要解決問題，首先要求學生擁有一定的化學知識儲備，掌握必要的背景知識。在問題表征階段，可以根據基礎知識歸類為熟悉類型，確定求解目標，將問題分解為多個小問題。知識表征階段，采用將信息在學生認知結構中整齊排列的方式，能夠幫助學生順利提取相似背景下的對應知識。在知識組織階段，需要將知識信息組合起來，順利獲得解題策略。例如，在求解“四種物質的量濃度相等，均由A+和B+及X-和Y-離子構成，屬于鹽溶液，常溫下AX和BY的pH為7，AY的pH呈堿性，BX呈酸性，可知不水解的鹽為？”這一問題時，學生在閱讀題目時可根據已學知識對想要達到的目標狀態進行確認，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為不水解的鹽或陰陽離子都水解的鹽。在解題過程中，需要將知識進行分解、轉換和組合，排除含Y-和B+的物質，確認AX為不水解的鹽。在演算過程中，教師需要進行監督檢查，確認化學符號、術語等是否存在錯誤，同時對解題經驗進行總結。

二、高中生化學解題錯誤的認知因素診斷

（一）研究方法

為對高中生化學解題錯誤認知因素進行診斷，在此引入問卷調查、訪談、測試等多種方法探尋學生解答化學問題過程中的心理機制?？紤]到高中各年級學生學習的化學內容不同，同時為避免學生受原本知識水平的影響，分別對高一、高二和高三學學生進行測試，將日?；瘜W解題中的典型錯題當成是基礎問題進行問卷編制，包含化學學習興趣、學習傾向、學習進度等調查內容，同時包含多道選擇題，用于對學生化學知識基礎水平、解題能力等情況進行探查。在此基礎上，通過訪談手段了解學生解題過程、思維、習慣等各方面情況。通過調查，對學生解答化學問題時的錯誤展開分析，完成錯誤類型的大致劃分，進而總結診斷造成解題錯誤背后的認知因素。

（二）研究過程

通過實施問卷調查，可以發現高一學生已經完成了高中化學必修1和必修2的學習，高二和高三也完成了年級必修和選修課程，能夠對學習范圍內的化學題進行解答。而從測試結果來看，學生在解題方面的錯誤大致可以劃分為四類，分別為概念模糊、情境混淆、疏忽錯誤、綜合錯誤，分別占比19%、38%、18%、25%。概念模糊主要集中于對置換與渠道、結晶與重結晶等概念無法準確區分。情境混淆的情況也出現得較多，這與學生生搬硬套化學概念、規則，忽略了題目原本條件等有關。疏忽錯誤，指學生在計算或表達過程中因馬虎大意出現的差錯。綜合錯誤，指與題目中包含的化學概念、原理、現象、操作等相關知識種類有關的差錯，一般發生在學生缺乏知識整合能力，難以進行全面、系統解答的情況下。根據調查和訪談結果，可對各階段學生存在的問題進行分析。

首先，在知識背景分析階段，學生在信息獲取方面存在偏向，容易導致部分信息無法被其有效識別?；瘜W解題需要先對題目進行閱讀，完成信息輸入，根據外界信號促使大腦開始進行信息加工。但實際大腦受到的外界刺激較多，需要進行初步篩選和處理，才能進入短時記憶階段[2]。而學生對數字、漢字和化學符號等的不同偏好，容易導致其信息獲取發生偏差。在信息識別階段，學生會將之前所捕獲的信息與認知結構中的圖式進行比較，分類識別。如果圖式不清晰，將出現分類特征不明的情況，導致記憶痕跡與客觀事實存在較大差距。例如，在對“稱取16g硫酸銅晶體加入100mL容量瓶，加水溶解、定容后是否能獲得1mol/L硫酸銅溶液？”這一問題進行解答時，學生習慣性地先提取“硫酸銅”這一關鍵信息，而未能識別“晶體”的信息，在初始階段就已輸入錯誤信息，在后續分析計算中忘記原料中包含了五個結晶水。當題目信息超出其認知范圍，如信息量大、廣度大、深度強等，都將為其進行信息識別帶來困難，從而造成信息混淆。

其次，在問題表征階段，獲取信息后需要進行表征處理，轉換為新概念或利用其他方式進行描述。從已有認知結構中提取陳述性知識進行文字描述，學生可能會出現因未能弄懂某個化學概念、現象而無法建立問題解決原型的情況，這將導致其后期無法準確進行信息表征。與此同時，也可能因為只匹配到部分關鍵信息，忽視其他信息獲取和表征要求，引發概念模糊錯誤。如在解答“某物質灼燒后的焰色反應為黃色，問物質是什么？”時，學生的第一反應是根據焰色反應知識回想對應元素，立即得出含鈉的化合物這一結論。實際不借助藍色鈷玻璃等進行查看，鈉金屬和含鉀元素物質灼燒同樣會產生黃色火焰。利用化學式、反應方程式等進行表征，需要對語言和化學符號進行正確轉換。如在解決“油脂皂化后如何通過滲析方法充分分離高級脂肪酸和甘油？”的問題時，需要用化學符號對油脂、甘油等物質進行準確標識，確保能夠將物質的化學性質等關聯在一起。如無法正確轉換，對相關問題的理解也將出現偏差，導致出現遷移錯誤。不同的學習習慣，使得學生對文字、符號、圖形等的敏感度不同，人腦記憶、接受速度等也由此受到影響，進而信息表征存在差異[3]。

最后，在知識組織階段，需要將表征信息與大腦中的原有信息聯系在一起，通過重組或改建獲得有意義的組塊，生成答案[4]。而產生記憶錯誤，對未出現事物進行回憶，將造成信息處理和組織不連貫，識別、表征等階段出現錯誤，繼而在解題過程中出現書寫、計算和概念模糊等各種錯誤。人腦在信息存儲方面，需要完成編碼，通過精細加工形成長時間記憶，同時確保與已有知識網絡建立聯系，最終將信息分解編碼得出各種新組合。但不同于簡單化學問題能夠直接進行信息提取、比較和匹配，綜合性問題需要將表征內容全部納入已有知識體系，在尋找原型的同時查找對應圖式方可應用。因此，在信息域較窄的情況下，人腦難以進行信息識別、理解和背景激活，給解題帶來困難。如“利用氯化鈉和硫酸銨制備氯化銨和副產品硫酸鈉，在產品中含有硫酸鈉雜質的情況下提出提純方法”這道工業流程題，不僅給出了題目信息，還繪制了工業流程圖。但部分學生在解答過程中，直接通過硫酸鈉雜質這一信息聯想到可以用鋇離子去除硫酸根離子，經過濾后獲得純凈產品。但從工業流程可知，雖存在添加鋇離子去除硫酸根離子的環節，但鈉離子并未被有效除去，依然處于溶液中，因此需要通過多次重結晶的方法去除。

（三）研究結論

通過對影響高中生化學解題的因素展開分析，可以發現學生在結合知識背景進行問題表征和知識組織的過程中，主要容易受到認知結構、認知技能和認知風格的影響。

一方面，對化學世界的認識程度，決定了學生知識儲備量、組織程度和表征水平。而認知結構缺陷，將給學生認知過程帶來影響。在高中化學學習過程中，只有完善認知結構，牢固掌握化學概念、理論和相關規律，才能夠有效夯實化學學習基礎，提高化學學習水平。如高一學生在回答“將一小塊pH試紙用蒸餾水潤濕后，能否用于測量待測液體？”的問題時，部分學生因為化學知識儲備量不足，忽略了溶液在不同濃度下pH值不同的知識點。從訪談情況來看，部分學生在簡單化學問題的解答上出現了錯誤，主要是由于其掌握的知識較為零散，較少能夠建立問題解決原型，僅憑借經驗對各種信息進行綜合分析和判斷，容易受到干擾，獲取的信息不全面，最終導致解題步驟出現偏差。調查發現，只有高三部分學生能夠建立更完整的知識網絡，輕松將新信息與原有信息關聯，并通過合理組織給出準確解決方案。

另一方面，所謂的認知技能，實質是學生解決問題的思維水平，其由問題意識、監控評價、策略選擇等多方面因素構成，關系到學生能否運用化學知識順利解決問題[5]。如在信息表征上，需要學生查找對應圖式后對問題進行深層次的分析，透過現象看本質，選擇最優解決策略。在知識組織階段，需要完成知識技能遷移和運用，結合問題具體條件有效實施策略，精準解答問題。部分化學問題綜合性較強，信息繁雜，需要學生對信息處理各環節進行監控、反思等，保證解題質量和效率。如若缺乏認知技能，學生很容易匆匆求解，忽視了解題過程、策略的合理性。從訪談結果來看，認知技能不僅與記憶力、理解力等相關，也與學習情境相關。隨著個體年齡增長，學生接觸的學習情境不斷改變，將促使個體產生更強的自我調節能力和監控能力，從被動解題向自覺思考轉變，逐步獲得更高的遷移能力和敏感性，選取更適合的方式開展學習活動。

三、基于認知因素應對高中生化學解題錯誤的策略

（一）通過層層解讀輔助建立完整認知結構

為提高學生解題效率和質量，教師應幫助學生建立完整認知結構，夯實學生的化學學習基礎。為此，在圍繞典型錯題進行講解時，教師應進行層層解讀，逐步恢復學生對相關知識的記憶，理清思考邏輯，完善知識歸納和整理。如高中有機化學的知識點較為繁雜，包含各種化合物、方程式等內容，給學生識記帶來了困難。教師可以烴類有機物為主線，對烷烴、烯烴等相關物質性質及其相互轉換關系進行總結，總結碳質量分數變化的特點和規律，幫助學生建立完整知識網絡。在日常教學活動中，為避免教授知識過度碎片化，還應進行整體思考，建立有效知識體系，如學習鹽類水解知識時，可將其劃分成原理、影響因素、規律和應用多個要點，逐步引導學生更新原有認知結構，強化其對知識的理解和記憶能力。

（二）通過錯題整理分析培養學生認知技能

在培養學生認知技能時，應通過整理錯題開展專題訓練，對不同類型化學題的解答方法進行總結，如將工業流程題劃分為氧化還原反應、物質分離與提純、化學平衡等多種類型，傳授常見解題方法。在練習期間，還應注重學生解答演算過程的準確性，督促學生進行反思、監控和評價。如安排交流錯題解答心得，討論遇到的問題和總結解答經驗。在相互交流的過程中，學生可以汲取他人的經驗，學會如何提取和表征信息。通過主動反思錯誤原因，進一步思考如何避免錯誤發生等，由此進行解題規律的總結和內化，通過再學習提高認知技能，做到全面、透徹地理解化學問題，尋求問題突破點。使學生在可以自我學習和思考時，能夠發現自身在化學解題上存在的不足和容易出錯的地方，在建立解題思路時注意規避錯誤，對各種能力進行協調，以此獲得較強的解題能力。

四、結論

對導致高中生化學解題錯誤的認知因素進行深入分析，能夠幫助學生認識到自身在知識背景、問題表征和知識組織各個階段存在的問題，有針對性地進行自我改進，從而取得理想的學習效果。筆者通過系統研究發現，學生在不同階段都受到認知結構、認知技能和認知風格的影響，因此，教師還應加強對化學解題相應教學策略的探究，以幫助學生形成完整的認知結構，有效提高學生認知技能，引導學生轉變認知風格，從而有效提高學生化學解題的效率和質量，達成高效教學目標。

[參考文獻]

李景太.“把脈”新課改，有效推進高中化學高考復習[J].高考，2021（22）：61-62.

常淑暉.高中化學答題的常見錯誤及對策[J].學園，2021（13）：25-26.

朱志貴.高中生化學錯題管理現狀調查及策略研究[J].中學教學參考，2021（08）：62-63.

蒲榮先.關于高中化學解題的常見錯誤及對策[J].中學生數理化（自主招生），2020（05）：44.

羅天成.高中化學解題教學中運用極限假設思維方法[J].中學生數理化（學習研究），2019（Z1）：129.