论文部分内容阅读
高考试题旨在测量考生学科核心素养，区分考生不同学科水平，有效促进考生真实/复杂情境中的认知加工和问题解决心智建构。应答心智建构的复杂性主要体现为信息负荷总量大、干扰信息影响大、信息重组强度大、知能迁移要求高、应答速度要求快。倡导4C/ID、整体认知、原型迁移、远离平衡态以及优化认知负荷的复杂学习教学设计模型，能有效化解考生高考应答心智建构过程中普遍存在的观念模糊、思维定势、逻辑失控、本质失察等问题。下面笔者以广西高考2019年化学试题为例，谈谈基于复杂学习的高考应答心智建构指导策略。
一、廣西高考2019年理科综合全国Ⅲ卷化学试题的“真实/复杂情境”特征及具体表现
根据国家近年来有关高考考试内容改革的指导意见以及教育部考试中心确立的“一核四层四翼”高考评价模型，2019年广西高考理科综合全国Ⅲ卷化学试题在结构上体现了“真实/复杂情境中的认知加工和问题解决”这一关键特征，具体表现在以下两点。
（一）彰显绿色、高效和创意化学思想，大量使用化学物质的转化、制备、合成、再生、应用等真实素材
全卷共12道题，除了在原子共面、弱电解质电离、微粒数计量、元素周期表/律等基础知识考查中有18分采用了非实践类情境，其余82分试题均采用了来自生活、生产和科研实践的真实/复杂的化学情境。试题中真实/复杂的化学情境包括：高铁建设中合金的使用，太阳能发电中硅晶体的使用，消毒剂碘酒，吸附剂活性炭，离子交换净水器，高效3-D锌电池，实验室制备次氯酸、氧气、二氧化硫、乙酸乙酯，高纯度硫酸锰制备，阿司匹林药物合成，氯气再生方法，锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂（LiFePO4）的合成材料结构解析，基于Heck反应的氧化白藜芦醇W合成。以上情境素材彰显了浓浓的化学教育功能：首先，在日常生活中正确选用和使用化学品，是每一个公民科学态度与社会责任素养的综合体现;其次，在实验教学中的简洁、实效、创新举措，是师生必备的科学探究和创新意识素养;最后，主动参与化学工程研讨、化学发明、新物质合成、新方法研发等化学实践创新前沿课题，是每一个未来化学学习与研究者的必备品格和关键能力。以上教育功能既为化学教学指明了方向，也为甄别、选拔未来国家建设所需的化学基础人才提供了量规。
（二）设置科学性、技术性、解释性、设计性和算法性问题，实现测量评价模型中的基础性、综合性、应用性和创新性目标
科学性问题包括日常行为或实验行为是否符合化学原理，是否物尽其用、名实相符等问题。比如：用活性炭来消毒，可以吗？碳酸钠溶液或碳酸氢钠溶液可以作为溶剂吗？饱和亚硫酸钠溶液可制备少量二氧化硫吗？
技术性问题包括为达成特定生产、实验目的而采用的物质分离、提纯、反应条件控制等技术问题。比如：用什么加热方法可满足受热均匀、反应温度不太高的实验需求？在一定温度下，如何提高可逆反应中某种反应物的转化率？如何调节pH值，使溶液中的金属阳离子分步沉淀？有机合成产物纯化的方法是什么？操作步骤是怎样的？
解释性问题包括解释化学合成工艺中所采用的步骤、技术、仪器、方法、试剂的理由，或者从结构的角度分析、解释物质性质差异的缘由等问题。比如：为什么用MnF2除去Mg2+时，酸度不宜过高？为什么要用冷水来分离有机酸合成产品？为什么进料比不宜过高或过低？为什么结构相似的有机物，熔沸点差异却很大？
设计性问题包括基于分析完善现有化学合成路线或独立设计合成路线的问题，而合成路线设计实质上就是实验方案设计。比如：化工流程中酸浸、沉淀、除杂、洗涤分别用什么试剂？如何利用特征反应实现目标产物的有效合成？
算法性问题指的是化学计量方法在实际问题解决中的应用。比如转化率、化合价、质量分数、晶胞密度、平衡常数等有关计算。
上述五类问题整合于真实、复杂的生产与科研情境，设问源于实践者实际遇到或需要明晰的问题，不偏不怪，不“穿靴戴帽”，且设问有梯度、有意义，考生需要综合调用已有知识和经验、排除干扰信息、识别关键信息、再生或创造新的认知模型来解决上述问题。这样的问题，让不同能力水平的考生均有得分点，既体现了命题的基础性，又体现了命题的综合性、应用性和创新性，而其中的综合性、应用性和创新性“三性”可用于区分较高能力水平的考生群体。高考试题中考查高阶思维的设问，具有信息负荷总量大、干扰信息影响大、信息重组强度大、知能迁移要求高、应答速度要求快等特征，体现了复杂学习的基本属性。因此，考生备考和解答高考试题的过程，都是复杂学习的过程。
二、广西考生在化学试题应答过程中存在的心智建构问题
今年的高考化学试题应答过程，需要破解“两新两老”的问题，分别对应试题的理解和应答。所谓“两新两老”，指的是新情境、新理解、老问题、老方法。全面、正确地理解新情境，是成功答题的第一关（理解关）;运用已经训练过的老问题及其解法来撰写答案，是成功答题的第二关（应答关）。综观我区考生在今年高考理综卷化学试题中的答题情况，可知观念模糊、思维定势、逻辑失控和本质失察是导致考生出现高考应答障碍的主要因素。
（一）观念模糊
在高考应答过程中观念模糊的考生，通常表现为对试题中的基本概念理解不清、区分不明，对事实性知识辨识度不高、确定性不强，对程序性知识的目的不清、手段不明。多数化学知识处于前结构水平或单点结构水平，未加以关联、比较、辨分和整合。例如第27（5）题，很多考生其实是知道“固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4 g”这一过程是将上一步得到的粗产品在较高温度的溶剂中溶解，然后降温使之重新析出，得到纯度更高的精产品，但就是记不清这一过程叫做“重结晶”。之所以出现以上观念模糊现象，根源在于考生在学习或复习过程中未对重结晶方法的适用条件、操作过程进行剖析，也未将这一过程与结晶、洗涤、分离、提纯等概念加以辨别、区分。
通常情况下，模糊观念的形成既与新授课学习的精细程度有关，也与高考备考时未能进行知识整合学习、精细化理解学习有关。复习备考，应追求“温故知新”的复习效果。 （二）思维定势
在高考应答过程中的思维定势，指的是考生在遭遇困惑或陷入混乱时，最先想到那些最熟悉的概念、功能或方法。例如，第26（2）题，部分考生错误地认为“氧化”中添加适量MnO2的作用是发挥催化剂的作用（实为将Fe2+氧化为Fe3+），其根源在于，考生最熟悉MnO2是催化剂，而情境中明显提示的“氧化”未能成为考生摆脱已有的“功能固着”思维，这暴露了考生对新情境的“新理解”未过关，对物质性质与应用的多样性与一致性缺乏灵活判断的能力。
考试中的焦虑、紧張心理，也是促发思维定势的重要因素。如果考生能够坚持“遭遇混乱，冷静自我，从题干信息中找答题线索”这一应答心法，就有可能避免不必要的错误。这同时反映了师生在备考时，对知识的创新性应用和灵活性选用准备不足、重视不够、训练不到位。
（三）逻辑失控
在高考应答过程中的逻辑失控，主要表现为需要多步复杂推理或高技巧推理思维时，逻辑链失去控制，从而导致思维混乱、内心出现失衡和焦虑等消极情绪状态。例如，第28（1）题“按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c（HCl）∶c（O2）过低、过高的不利影响分别是 ”，其逻辑链如下：增大c（O2），可提高HCl转化率→但如果c（O2）过大，则产物分离能耗高→因此，以化学计量比进料最为合适→答案为“过低则转化率低，过高则产物分离能耗大”。我区考生在实际应答该题时多数留空，少数答出来的考生给出的答案也是五花八门：要么把两个影响直接写反了;要么误以为进料浓度比过低将不利于收集气体、O2转化率低、反应速率低、产率低、反应物不足、降低分离能耗，进料浓度比高可保持高转化率、平衡逆向移动、不利于正向移动等。考生在该题应答中逻辑失控的主要根源，在于师生在研究工业情境中的化学平衡问题时，未能深入探讨转化率与能耗、投入与产出、成本与效价之间的关系，并从中提取探讨这些问题的基本原则和基本原理。
要使逻辑推理的链条不断链、顺序不混乱，考生需要具备正确的思维方向，加强多步逻辑分析和技巧性逻辑分析训练。
（四）本质失察
高水平的考生既能正确答题，也能及时、正确地洞察情境材料中化学事件的本质，特别是有关技术创新点和物质本性的洞察。例如，第13题3D—Zn—NiOOH二次电池的创新点在于强碱性电解质的巧妙应用;第26题“沉锰”时加入NH4HCO3且产物为MnCO3而不是Mn（OH）2，这一信息会让很多高水平考生有所觉察，进而想到Mn（OH）2是“难溶于水和碱，易溶于酸和强酸的铵盐”;第27题解答过程中，考生应整体把握乙酰水杨酸弱酸性、在水中溶解度大且受温度影响大的性质;第28题，应洞察到电解法回收HCl装置中阴极附近加入的Fe3+可循环利用，但不是催化剂。试题情境中的创新点，展现了化学科学家和工程师的科研攻关最新成果，可在一定程度上促发考生积极的情绪状态，进而达成命题者与考生高水平的对话、理解和交互，使考生在应试过程中的学科素养得以高阶释放。这也正是考试命题者、人才选拔者共同追求的考试实施的应然状态。然而事实上，在高考应答实践中能够真正做到洞察本质、情绪积极、协商对话、动情移情的高格局考生为数并不多。因此，教师在指导学生高考备考时，可适当引导学生对题目进行洞察本质、鉴赏评价和对话探讨等思维训练。
三、用复杂学习模型促进学生高考应答心智建构
复杂学习是人们在特定情境中应对多变量、多维度、多角度、多领域问题时所发生的学习行为[1]。化学高考试卷中的每一道选择题和综合题均为复杂问题。解决此类复杂问题需要学习者亲历复杂学习过程，构建良好的复杂问题解决心智结构。这种心智结构的基本要素包括情绪状态、情境理解、问题领会、答案建构、答案表征和反观自省等。这些要素相互支撑、协同作用，最终形成应答者所能做出的“最佳”答案（或最高表现水平）。应答者会通过短暂的反观自省对其“最佳”答案进行确定性和正确性判断，同时产生游动于积极到消极情绪之间的某种情绪状态，如顺畅Vs阻滞、愉悦Vs沮丧、自信Vs犹豫、清晰Vs混乱、专注Vs脱离等[2]。这些情绪状态会影响应考者的后续答题行为。
能正确认识、对待和处理复杂性事件（或问题）的考生，往往在顺境中仍然保持谨慎及自我评判意识，在逆境中则保持清醒而不陷入混乱、急躁状态，并能合理而有效地处理不确定性和确定性之间的关系。由此可见，即将参加高考的学生，需要在处理复杂问题的问题认识论、情绪调节、知能调用、原型迁移、模型创生等方面得到充分的学习和训练。复杂学习指导者通常采用4C/ID、整体认知、原型迁移、远离平衡态和优化认知负荷等设计模型或教学策略来培育复杂学习者的综合素养。
（一）教学设计模型——4C/ID
4C/ID（Four-component Instructional Design Model）是荷兰教学设计专家范·梅里恩伯尔提出的面向复杂技能学习的四要素教学设计模型[3]。4C/ID的“四个要素”分别是真实/整体性学习任务设计（C1）、复用性技能中规则编汇的限定性信息设计（C2）、非复用性技能中模式建构的支持性信息设计（C3）、复杂技能精熟化训练中的分任务练习设计（C4）。与4C/ID相对应的高考复习教学设计任务包括：C1，高考试题命制与使用;C2，答题套路/规范训练设计;C3，新异问题答题训练设计;C4，专题训练或模拟考试设计。其中，C1为高考试题的整体设计与开发，要求试题具备真实性、情境性、综合性、复杂性和整体性等特征;C2、C3、C4则是在对高考试题进行解构的基础上实施的训练设计，训练目标是知识理解、技能掌握、套路熟练、规范养成、信息利用、建模能力和心理调适能力等七个方面素养的协同发展，这七个方面的素养整合于复杂性问题解决行动之中，遵循了“总体大于部分之和，多出来的部分是协调和综合这些部分的能力”的系统科学原理（如图1）。 上图为笔者根据相关文献及实践反思有所改编后重新制作的一个教学设计模型，其中的C1、C2、C3、C4为复杂学习教学设计的四要素。以第27题实验探究题为例，本题考查的复杂认知技能为“有机合成实验过程中的条件控制、产品分离和产品纯化技能”。其中，可复用的技能为回流装置、反应温度控制、产物分离方法（分液或结晶）、产品纯化方法（蒸馏或重结晶），不可复用的技能为反应时间、投料比、分离/纯化中的试剂选择。在复习时，应选择方法上有典型差异的有机物合成实验作为复杂问题解决任务情境，要求考生亲历实验或对实验过程进行深度剖析，形成可复用技能的程序性知识和非复用技能的原型，甚至还可能把非复用技能转化为可复用技能。2019年高考，我区多数考生在理综试卷第27题的“重结晶”方法辨识和调用中，遇到了非常大的思维障碍，原因大概是教师在指导考生备考时，未从类似问题情境中分离出可复用技能，并对该技能进行程序化、结构化认知处理。
任何高考复习方案，均离不开基础知识和基本技能的融会贯通和灵活应用。传统的“三轮复习（知识梳理→专题训练→模拟考试）”模式，其基本假设是“分步或分项学习必然带来复杂技能的习得”，其训练路径是采取自下而上的“加法原理”，而4C/ID方案采用的则是任务导向、自上而下的“整体原则”。虽然“4C/ID”方法已经在机械、专利检验、计算机课程、航空飞行等技能训练应用中取得了诸多成功的实证案例，但在高考应答训练中的应用，仍有待于实践者开发应用并实证其效益。
（二）认知策略——整体认知
整体认知是指对事物构成要素及其关系的整体把握。就高考试题结构特征及其对考生应答心智建构的需求而言，整体认知的主要内容是创生各种有意义的联结和观念，包括基于多维视角的知识点之间的联结，经验结构、知识结构与问题结构之间的联结，统摄性观念/概念的归纳概括和抽象提炼等。
以对碳酸氢盐的专题研究为例，我们可以从酸性、碱性、水解、电离、中和反应、复分解反应、分解反应、缓冲溶液、生产方法等角度，将它与碳酸盐、其他酸式盐进行比较，形成“实验现象—微粒行为—物质转化—物质应用—解释与表征”等多重联结及知识结构。这些知识结构应用于问题解决时，会相应地产生多种经验结构，如：NH4HCO3用于“沉锰”时，会产生MnCO3沉淀和CO2气体;NaHCO3用于处理浓硫酸灼伤及溶解难溶性有机酸时，会生成盐、H2O和CO2。在解决上述问题时，不用碳酸盐、亚硝酸盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐，原因是碳酸盐碱性过强、亚硝酸盐无法反应、亚硫酸盐会产生有毒气体。由此可见，在实验室、工业生产和生活应用中，碳酸氢盐因其弱性、柔性和环保性而具备广泛的应用价值，应当予以重视。如此对碳酸氢盐展开专题式学习，便是一个从单点结构、多点结构逐步过渡到多点关联结构再到拓展抽象结构，从点式关联、结构关联到观念建构的整体认知过程。
（三）应答策略——原型迁移、方法迁移或新模建构
原型迁移是运用典型案例、类似方法解决新问题的思维过程。原型迁移往往只需要变换新情境中类似结构的要素就能成功答题。如：生活中食醋的稀释，冲水稀释后没有那么酸，即酸度降低，pH值增大;实验室中弱酸的“越稀越电离”，其原理可类比为“人群冲散效应”（若家人分散到人海中，再次相遇的机会少），对于弱电解质而言，生成物相遇机率降低，逆反应速率减少，正反应速率增大，直到达成新的平衡。这些经验或事实可迁移应用于其他弱电解质的电离分析之中。
方法迁移通常是在很难找到类似原则的情形下，调用类似问题的思维方法，用于解决新情境中的问题。如原电池的迁移分析：总反应元素价态变化情况→得失电子情况→判断电池正负极→书写电极反应式→判断电解质在电极反应中的作用→分析并发现原电池的创新之处和不足之处。这样的思维方法，可应用于任何新型原电池的分析。
当然，高考试题中，仍有一部分是原型迁移和方法迁移都不奏效的新问题，此时，需要根据化学基本原理，调用限定性信息，具体情况具体分析，建构新的逻辑结构和表征方式。如书写新异化学方程式离子方程式时，要根据反应所处的微粒环境和反应条件来决定产物、反应物，不能因循守旧，过多纠结于新模型与旧模型之间的两难选择。
（四）训练策略——在远离平衡态寻求确定性知识
备考训练的最终目的，是寻求可用于解决新情境中的问题的确定性原型、方法、思路，用确定性知识、方法、经验来解决不确定性问题。这些确定性知识、方法和经验的获得，是备考者自己发现、归纳、提炼、汇编的结果，而不是先由教师或资料总结好，再由考生去背诵、模仿。
有关问题解决的确定性知识、经验、方法的建构，遵循复杂学习的动力学模型，要求学习主体不断地向自己提出“有何区别、联系？”“本质是什么？”“为什么？”“可迁移应用的部分是什么？”“能否再简便些？”等问题，促使自己的思维远离平衡状态，在无尽的追问和有效的总结提炼中，逐渐形成属于自己的确定性知识体系。
例如，考生收到了老师总结给他们的有关化学与生活（解决每道选择题）的80条信息，这些信息分别来自衣、食、住、行、生命、健康、环保、科技创新等领域，考生经过阅读分析、提问追问、研讨交流等学习过程，最终发现此类应用性问题的基本原理均是常见物质的物理性质和化学性质应用，进而建立了基于“化学逻辑与事实逻辑一致性”判据的解答策略。这一策略就是不确定性中的确定性。
（五）教学指导——避免因不恰当指导所引发的专业技能逆转效应
专业技能逆转效应是因为不恰当的外部指导而造成较高水平学生额外认知高负荷、用于处理新知识获取和专业水平提升的工作记忆容量被人为缩减的现象。专业技能逆转效应在高考复习指导中主要表现在：高分端学生无论再努力，进步仍不明显;低分端考生无论练习、讲解再多，仍然找不到能够自主学习、自我提升的良好感觉。
因额外认知高负荷而导致的专业技能逆转效应的教学情境可以分为两种类型：第一种类型，对于初学者或专业技能水平较低者，外部指导不足可能无法弥补这些学习者有限的知识，从而迫使他们启动基于搜索的过程，导致生成额外的认知负荷;第二种类型，对于经验更为丰富的学习者，其知识基础与所提供的教学指导相重叠，导致内外重叠的相同信息被交叉引用，产生负荷冗余，只有较少的容量可供新知获取和绩效提升，造成专业知识逆转效应[4]。
因此，教师在指导学生复习的过程中，要注意分析学生的实际发展水平，避免因不当的教学决策或教学指导而耽误学生的高考复习大事。
四、结论与展望
正确、有效、创造性地处理复杂事件中的种种问题，是国家和民族未来基础人才品质的基本需求。高考内容改革实践中，加大了真实、复杂、有意义的实际问题解决的试题比重，这种变革将学生的学科学习导向了复杂学习。同样的，教师指导学生进行复习的过程，也是一个非常复杂的问题解决过程。唯有在科学把握复杂事件的结构特征、本质特征的基础上，借助已有相关研究成果，在实践中大胆破除已有观念、做法，以探究者身份去重构我们的实践路径和问题解决方法，才有可能在应对挑战性任务的过程中，成功驾驭复杂性，增长智识和才干，化被动为主动，变模仿为创造。
【参考文献】
[1]黄都.关于复杂学习的研究——以科学教育为例[D].上海：华东师范大学，2006.
[2]Davidson，R.J..Affective style and affective disorders：Perspectives from affective neuro-science[J].Cognition & Emotion，1998，（12）：307-330.
[3]赵健.面向復杂认知技能的训练：四要素教学设计模型（4C/ID）述评[J].全球教育展望，2005，（5）：36-39.
[4]Kalyuga，S..Expertise reversal effect and its implications for learner-tailored instruction[J].Educational Psychology Review，2007，（19）：509-539.
（责编 白聪敏）
一、廣西高考2019年理科综合全国Ⅲ卷化学试题的“真实/复杂情境”特征及具体表现
根据国家近年来有关高考考试内容改革的指导意见以及教育部考试中心确立的“一核四层四翼”高考评价模型，2019年广西高考理科综合全国Ⅲ卷化学试题在结构上体现了“真实/复杂情境中的认知加工和问题解决”这一关键特征，具体表现在以下两点。
（一）彰显绿色、高效和创意化学思想，大量使用化学物质的转化、制备、合成、再生、应用等真实素材
全卷共12道题，除了在原子共面、弱电解质电离、微粒数计量、元素周期表/律等基础知识考查中有18分采用了非实践类情境，其余82分试题均采用了来自生活、生产和科研实践的真实/复杂的化学情境。试题中真实/复杂的化学情境包括：高铁建设中合金的使用，太阳能发电中硅晶体的使用，消毒剂碘酒，吸附剂活性炭，离子交换净水器，高效3-D锌电池，实验室制备次氯酸、氧气、二氧化硫、乙酸乙酯，高纯度硫酸锰制备，阿司匹林药物合成，氯气再生方法，锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂（LiFePO4）的合成材料结构解析，基于Heck反应的氧化白藜芦醇W合成。以上情境素材彰显了浓浓的化学教育功能：首先，在日常生活中正确选用和使用化学品，是每一个公民科学态度与社会责任素养的综合体现;其次，在实验教学中的简洁、实效、创新举措，是师生必备的科学探究和创新意识素养;最后，主动参与化学工程研讨、化学发明、新物质合成、新方法研发等化学实践创新前沿课题，是每一个未来化学学习与研究者的必备品格和关键能力。以上教育功能既为化学教学指明了方向，也为甄别、选拔未来国家建设所需的化学基础人才提供了量规。
（二）设置科学性、技术性、解释性、设计性和算法性问题，实现测量评价模型中的基础性、综合性、应用性和创新性目标
科学性问题包括日常行为或实验行为是否符合化学原理，是否物尽其用、名实相符等问题。比如：用活性炭来消毒，可以吗？碳酸钠溶液或碳酸氢钠溶液可以作为溶剂吗？饱和亚硫酸钠溶液可制备少量二氧化硫吗？
技术性问题包括为达成特定生产、实验目的而采用的物质分离、提纯、反应条件控制等技术问题。比如：用什么加热方法可满足受热均匀、反应温度不太高的实验需求？在一定温度下，如何提高可逆反应中某种反应物的转化率？如何调节pH值，使溶液中的金属阳离子分步沉淀？有机合成产物纯化的方法是什么？操作步骤是怎样的？
解释性问题包括解释化学合成工艺中所采用的步骤、技术、仪器、方法、试剂的理由，或者从结构的角度分析、解释物质性质差异的缘由等问题。比如：为什么用MnF2除去Mg2+时，酸度不宜过高？为什么要用冷水来分离有机酸合成产品？为什么进料比不宜过高或过低？为什么结构相似的有机物，熔沸点差异却很大？
设计性问题包括基于分析完善现有化学合成路线或独立设计合成路线的问题，而合成路线设计实质上就是实验方案设计。比如：化工流程中酸浸、沉淀、除杂、洗涤分别用什么试剂？如何利用特征反应实现目标产物的有效合成？
算法性问题指的是化学计量方法在实际问题解决中的应用。比如转化率、化合价、质量分数、晶胞密度、平衡常数等有关计算。
上述五类问题整合于真实、复杂的生产与科研情境，设问源于实践者实际遇到或需要明晰的问题，不偏不怪，不“穿靴戴帽”，且设问有梯度、有意义，考生需要综合调用已有知识和经验、排除干扰信息、识别关键信息、再生或创造新的认知模型来解决上述问题。这样的问题，让不同能力水平的考生均有得分点，既体现了命题的基础性，又体现了命题的综合性、应用性和创新性，而其中的综合性、应用性和创新性“三性”可用于区分较高能力水平的考生群体。高考试题中考查高阶思维的设问，具有信息负荷总量大、干扰信息影响大、信息重组强度大、知能迁移要求高、应答速度要求快等特征，体现了复杂学习的基本属性。因此，考生备考和解答高考试题的过程，都是复杂学习的过程。
二、广西考生在化学试题应答过程中存在的心智建构问题
今年的高考化学试题应答过程，需要破解“两新两老”的问题，分别对应试题的理解和应答。所谓“两新两老”，指的是新情境、新理解、老问题、老方法。全面、正确地理解新情境，是成功答题的第一关（理解关）;运用已经训练过的老问题及其解法来撰写答案，是成功答题的第二关（应答关）。综观我区考生在今年高考理综卷化学试题中的答题情况，可知观念模糊、思维定势、逻辑失控和本质失察是导致考生出现高考应答障碍的主要因素。
（一）观念模糊
在高考应答过程中观念模糊的考生，通常表现为对试题中的基本概念理解不清、区分不明，对事实性知识辨识度不高、确定性不强，对程序性知识的目的不清、手段不明。多数化学知识处于前结构水平或单点结构水平，未加以关联、比较、辨分和整合。例如第27（5）题，很多考生其实是知道“固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4 g”这一过程是将上一步得到的粗产品在较高温度的溶剂中溶解，然后降温使之重新析出，得到纯度更高的精产品，但就是记不清这一过程叫做“重结晶”。之所以出现以上观念模糊现象，根源在于考生在学习或复习过程中未对重结晶方法的适用条件、操作过程进行剖析，也未将这一过程与结晶、洗涤、分离、提纯等概念加以辨别、区分。
通常情况下，模糊观念的形成既与新授课学习的精细程度有关，也与高考备考时未能进行知识整合学习、精细化理解学习有关。复习备考，应追求“温故知新”的复习效果。 （二）思维定势
在高考应答过程中的思维定势，指的是考生在遭遇困惑或陷入混乱时，最先想到那些最熟悉的概念、功能或方法。例如，第26（2）题，部分考生错误地认为“氧化”中添加适量MnO2的作用是发挥催化剂的作用（实为将Fe2+氧化为Fe3+），其根源在于，考生最熟悉MnO2是催化剂，而情境中明显提示的“氧化”未能成为考生摆脱已有的“功能固着”思维，这暴露了考生对新情境的“新理解”未过关，对物质性质与应用的多样性与一致性缺乏灵活判断的能力。
考试中的焦虑、紧張心理，也是促发思维定势的重要因素。如果考生能够坚持“遭遇混乱，冷静自我，从题干信息中找答题线索”这一应答心法，就有可能避免不必要的错误。这同时反映了师生在备考时，对知识的创新性应用和灵活性选用准备不足、重视不够、训练不到位。
（三）逻辑失控
在高考应答过程中的逻辑失控，主要表现为需要多步复杂推理或高技巧推理思维时，逻辑链失去控制，从而导致思维混乱、内心出现失衡和焦虑等消极情绪状态。例如，第28（1）题“按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c（HCl）∶c（O2）过低、过高的不利影响分别是 ”，其逻辑链如下：增大c（O2），可提高HCl转化率→但如果c（O2）过大，则产物分离能耗高→因此，以化学计量比进料最为合适→答案为“过低则转化率低，过高则产物分离能耗大”。我区考生在实际应答该题时多数留空，少数答出来的考生给出的答案也是五花八门：要么把两个影响直接写反了;要么误以为进料浓度比过低将不利于收集气体、O2转化率低、反应速率低、产率低、反应物不足、降低分离能耗，进料浓度比高可保持高转化率、平衡逆向移动、不利于正向移动等。考生在该题应答中逻辑失控的主要根源，在于师生在研究工业情境中的化学平衡问题时，未能深入探讨转化率与能耗、投入与产出、成本与效价之间的关系，并从中提取探讨这些问题的基本原则和基本原理。
要使逻辑推理的链条不断链、顺序不混乱，考生需要具备正确的思维方向，加强多步逻辑分析和技巧性逻辑分析训练。
（四）本质失察
高水平的考生既能正确答题，也能及时、正确地洞察情境材料中化学事件的本质，特别是有关技术创新点和物质本性的洞察。例如，第13题3D—Zn—NiOOH二次电池的创新点在于强碱性电解质的巧妙应用;第26题“沉锰”时加入NH4HCO3且产物为MnCO3而不是Mn（OH）2，这一信息会让很多高水平考生有所觉察，进而想到Mn（OH）2是“难溶于水和碱，易溶于酸和强酸的铵盐”;第27题解答过程中，考生应整体把握乙酰水杨酸弱酸性、在水中溶解度大且受温度影响大的性质;第28题，应洞察到电解法回收HCl装置中阴极附近加入的Fe3+可循环利用，但不是催化剂。试题情境中的创新点，展现了化学科学家和工程师的科研攻关最新成果，可在一定程度上促发考生积极的情绪状态，进而达成命题者与考生高水平的对话、理解和交互，使考生在应试过程中的学科素养得以高阶释放。这也正是考试命题者、人才选拔者共同追求的考试实施的应然状态。然而事实上，在高考应答实践中能够真正做到洞察本质、情绪积极、协商对话、动情移情的高格局考生为数并不多。因此，教师在指导学生高考备考时，可适当引导学生对题目进行洞察本质、鉴赏评价和对话探讨等思维训练。
三、用复杂学习模型促进学生高考应答心智建构
复杂学习是人们在特定情境中应对多变量、多维度、多角度、多领域问题时所发生的学习行为[1]。化学高考试卷中的每一道选择题和综合题均为复杂问题。解决此类复杂问题需要学习者亲历复杂学习过程，构建良好的复杂问题解决心智结构。这种心智结构的基本要素包括情绪状态、情境理解、问题领会、答案建构、答案表征和反观自省等。这些要素相互支撑、协同作用，最终形成应答者所能做出的“最佳”答案（或最高表现水平）。应答者会通过短暂的反观自省对其“最佳”答案进行确定性和正确性判断，同时产生游动于积极到消极情绪之间的某种情绪状态，如顺畅Vs阻滞、愉悦Vs沮丧、自信Vs犹豫、清晰Vs混乱、专注Vs脱离等[2]。这些情绪状态会影响应考者的后续答题行为。
能正确认识、对待和处理复杂性事件（或问题）的考生，往往在顺境中仍然保持谨慎及自我评判意识，在逆境中则保持清醒而不陷入混乱、急躁状态，并能合理而有效地处理不确定性和确定性之间的关系。由此可见，即将参加高考的学生，需要在处理复杂问题的问题认识论、情绪调节、知能调用、原型迁移、模型创生等方面得到充分的学习和训练。复杂学习指导者通常采用4C/ID、整体认知、原型迁移、远离平衡态和优化认知负荷等设计模型或教学策略来培育复杂学习者的综合素养。
（一）教学设计模型——4C/ID
4C/ID（Four-component Instructional Design Model）是荷兰教学设计专家范·梅里恩伯尔提出的面向复杂技能学习的四要素教学设计模型[3]。4C/ID的“四个要素”分别是真实/整体性学习任务设计（C1）、复用性技能中规则编汇的限定性信息设计（C2）、非复用性技能中模式建构的支持性信息设计（C3）、复杂技能精熟化训练中的分任务练习设计（C4）。与4C/ID相对应的高考复习教学设计任务包括：C1，高考试题命制与使用;C2，答题套路/规范训练设计;C3，新异问题答题训练设计;C4，专题训练或模拟考试设计。其中，C1为高考试题的整体设计与开发，要求试题具备真实性、情境性、综合性、复杂性和整体性等特征;C2、C3、C4则是在对高考试题进行解构的基础上实施的训练设计，训练目标是知识理解、技能掌握、套路熟练、规范养成、信息利用、建模能力和心理调适能力等七个方面素养的协同发展，这七个方面的素养整合于复杂性问题解决行动之中，遵循了“总体大于部分之和，多出来的部分是协调和综合这些部分的能力”的系统科学原理（如图1）。 上图为笔者根据相关文献及实践反思有所改编后重新制作的一个教学设计模型，其中的C1、C2、C3、C4为复杂学习教学设计的四要素。以第27题实验探究题为例，本题考查的复杂认知技能为“有机合成实验过程中的条件控制、产品分离和产品纯化技能”。其中，可复用的技能为回流装置、反应温度控制、产物分离方法（分液或结晶）、产品纯化方法（蒸馏或重结晶），不可复用的技能为反应时间、投料比、分离/纯化中的试剂选择。在复习时，应选择方法上有典型差异的有机物合成实验作为复杂问题解决任务情境，要求考生亲历实验或对实验过程进行深度剖析，形成可复用技能的程序性知识和非复用技能的原型，甚至还可能把非复用技能转化为可复用技能。2019年高考，我区多数考生在理综试卷第27题的“重结晶”方法辨识和调用中，遇到了非常大的思维障碍，原因大概是教师在指导考生备考时，未从类似问题情境中分离出可复用技能，并对该技能进行程序化、结构化认知处理。
任何高考复习方案，均离不开基础知识和基本技能的融会贯通和灵活应用。传统的“三轮复习（知识梳理→专题训练→模拟考试）”模式，其基本假设是“分步或分项学习必然带来复杂技能的习得”，其训练路径是采取自下而上的“加法原理”，而4C/ID方案采用的则是任务导向、自上而下的“整体原则”。虽然“4C/ID”方法已经在机械、专利检验、计算机课程、航空飞行等技能训练应用中取得了诸多成功的实证案例，但在高考应答训练中的应用，仍有待于实践者开发应用并实证其效益。
（二）认知策略——整体认知
整体认知是指对事物构成要素及其关系的整体把握。就高考试题结构特征及其对考生应答心智建构的需求而言，整体认知的主要内容是创生各种有意义的联结和观念，包括基于多维视角的知识点之间的联结，经验结构、知识结构与问题结构之间的联结，统摄性观念/概念的归纳概括和抽象提炼等。
以对碳酸氢盐的专题研究为例，我们可以从酸性、碱性、水解、电离、中和反应、复分解反应、分解反应、缓冲溶液、生产方法等角度，将它与碳酸盐、其他酸式盐进行比较，形成“实验现象—微粒行为—物质转化—物质应用—解释与表征”等多重联结及知识结构。这些知识结构应用于问题解决时，会相应地产生多种经验结构，如：NH4HCO3用于“沉锰”时，会产生MnCO3沉淀和CO2气体;NaHCO3用于处理浓硫酸灼伤及溶解难溶性有机酸时，会生成盐、H2O和CO2。在解决上述问题时，不用碳酸盐、亚硝酸盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐，原因是碳酸盐碱性过强、亚硝酸盐无法反应、亚硫酸盐会产生有毒气体。由此可见，在实验室、工业生产和生活应用中，碳酸氢盐因其弱性、柔性和环保性而具备广泛的应用价值，应当予以重视。如此对碳酸氢盐展开专题式学习，便是一个从单点结构、多点结构逐步过渡到多点关联结构再到拓展抽象结构，从点式关联、结构关联到观念建构的整体认知过程。
（三）应答策略——原型迁移、方法迁移或新模建构
原型迁移是运用典型案例、类似方法解决新问题的思维过程。原型迁移往往只需要变换新情境中类似结构的要素就能成功答题。如：生活中食醋的稀释，冲水稀释后没有那么酸，即酸度降低，pH值增大;实验室中弱酸的“越稀越电离”，其原理可类比为“人群冲散效应”（若家人分散到人海中，再次相遇的机会少），对于弱电解质而言，生成物相遇机率降低，逆反应速率减少，正反应速率增大，直到达成新的平衡。这些经验或事实可迁移应用于其他弱电解质的电离分析之中。
方法迁移通常是在很难找到类似原则的情形下，调用类似问题的思维方法，用于解决新情境中的问题。如原电池的迁移分析：总反应元素价态变化情况→得失电子情况→判断电池正负极→书写电极反应式→判断电解质在电极反应中的作用→分析并发现原电池的创新之处和不足之处。这样的思维方法，可应用于任何新型原电池的分析。
当然，高考试题中，仍有一部分是原型迁移和方法迁移都不奏效的新问题，此时，需要根据化学基本原理，调用限定性信息，具体情况具体分析，建构新的逻辑结构和表征方式。如书写新异化学方程式离子方程式时，要根据反应所处的微粒环境和反应条件来决定产物、反应物，不能因循守旧，过多纠结于新模型与旧模型之间的两难选择。
（四）训练策略——在远离平衡态寻求确定性知识
备考训练的最终目的，是寻求可用于解决新情境中的问题的确定性原型、方法、思路，用确定性知识、方法、经验来解决不确定性问题。这些确定性知识、方法和经验的获得，是备考者自己发现、归纳、提炼、汇编的结果，而不是先由教师或资料总结好，再由考生去背诵、模仿。
有关问题解决的确定性知识、经验、方法的建构，遵循复杂学习的动力学模型，要求学习主体不断地向自己提出“有何区别、联系？”“本质是什么？”“为什么？”“可迁移应用的部分是什么？”“能否再简便些？”等问题，促使自己的思维远离平衡状态，在无尽的追问和有效的总结提炼中，逐渐形成属于自己的确定性知识体系。
例如，考生收到了老师总结给他们的有关化学与生活（解决每道选择题）的80条信息，这些信息分别来自衣、食、住、行、生命、健康、环保、科技创新等领域，考生经过阅读分析、提问追问、研讨交流等学习过程，最终发现此类应用性问题的基本原理均是常见物质的物理性质和化学性质应用，进而建立了基于“化学逻辑与事实逻辑一致性”判据的解答策略。这一策略就是不确定性中的确定性。
（五）教学指导——避免因不恰当指导所引发的专业技能逆转效应
专业技能逆转效应是因为不恰当的外部指导而造成较高水平学生额外认知高负荷、用于处理新知识获取和专业水平提升的工作记忆容量被人为缩减的现象。专业技能逆转效应在高考复习指导中主要表现在：高分端学生无论再努力，进步仍不明显;低分端考生无论练习、讲解再多，仍然找不到能够自主学习、自我提升的良好感觉。
因额外认知高负荷而导致的专业技能逆转效应的教学情境可以分为两种类型：第一种类型，对于初学者或专业技能水平较低者，外部指导不足可能无法弥补这些学习者有限的知识，从而迫使他们启动基于搜索的过程，导致生成额外的认知负荷;第二种类型，对于经验更为丰富的学习者，其知识基础与所提供的教学指导相重叠，导致内外重叠的相同信息被交叉引用，产生负荷冗余，只有较少的容量可供新知获取和绩效提升，造成专业知识逆转效应[4]。
因此，教师在指导学生复习的过程中，要注意分析学生的实际发展水平，避免因不当的教学决策或教学指导而耽误学生的高考复习大事。
四、结论与展望
正确、有效、创造性地处理复杂事件中的种种问题，是国家和民族未来基础人才品质的基本需求。高考内容改革实践中，加大了真实、复杂、有意义的实际问题解决的试题比重，这种变革将学生的学科学习导向了复杂学习。同样的，教师指导学生进行复习的过程，也是一个非常复杂的问题解决过程。唯有在科学把握复杂事件的结构特征、本质特征的基础上，借助已有相关研究成果，在实践中大胆破除已有观念、做法，以探究者身份去重构我们的实践路径和问题解决方法，才有可能在应对挑战性任务的过程中，成功驾驭复杂性，增长智识和才干，化被动为主动，变模仿为创造。
【参考文献】
[1]黄都.关于复杂学习的研究——以科学教育为例[D].上海：华东师范大学，2006.
[2]Davidson，R.J..Affective style and affective disorders：Perspectives from affective neuro-science[J].Cognition & Emotion，1998，（12）：307-330.
[3]赵健.面向復杂认知技能的训练：四要素教学设计模型（4C/ID）述评[J].全球教育展望，2005，（5）：36-39.
[4]Kalyuga，S..Expertise reversal effect and its implications for learner-tailored instruction[J].Educational Psychology Review，2007，（19）：509-539.
（责编 白聪敏）