在中國基礎教育質量監測協同創新中心的戰略布局下，本書針對目前我國化學教育的發展需求，以方法性和實踐性為特色，系統地介紹了測量方法和實證研究結果。全書共九章，其中第一章、第二章為理論部分，主要講解認知結構的相關概念、理論和測量方法；第三章至第九章為實證研究部分，呈現原子結構和元素周期律、分子結構和化學鍵、化學反應速率和化學平衡、溶液中的離子平衡、氧化還原反應和電化學、元素及其化合物、有機化學等專題認知結構測查與評價的研究成果。
奧蘇貝爾曾說，“如果我不得不把教育心理學的所有內容簡約為一條原理的話，我會說：影響學習的最重要的因素是學生已經知道了什么。”大道至簡，奧蘇貝爾對于教和學之關系的把握已經逐漸轉化為許多教師心中的教育信條。對于“學生知道了什么”的探究和認識將成為學生學習評價的主要問題之一，它內在地影響著教師教的行為與學生學的方式，決定著教育教學的實踐效果；不僅如此，對于“學生知道了什么”及其相關問題的合理關照和深刻追問還必然催生教與學研究新范式的萌芽與發展。
如果說紙筆測試是過去教師了解學生“知道了什么”的基本途徑，那么，對于學生認知結構的測查和評價則將會成為未來教師探索學生“知道了什么”“何以知道”“如何知道”的必然方向。長期以來，紙筆測試被認為是評價學習者學業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量和教師經驗的豐富程度，更為關鍵的是它難以系統、直接地反映學習者頭腦中的知識結構和知識建構情況，而要回答這一問題，開展學生認知結構的測查與評價是一種可能的方式。當前科學教育領域對學習者認知結構的有效測查成為學習評價多元化的重要突破口。認知心理學從學習者認知發展的角度提出了學習者構建合理認知結構的意義，認為這是形成學習能力的基本前提，是實現終身學習與全面發展的核心基礎。基于對學生認知結構的診斷，教師能更有針對性地組織學習材料、設計教學活動、實施教育測量、完善教育評價，最終促進學生認知結構的良性“生長”，幫助學生實現有意義學習，開發學習的潛能。
當前，關于學生認知結構的測查與評價研究已不在少數，但聚焦具體學科內容領域的認知結構測查與評價研究卻較為少見。將教育心理學領域的研究成果應用于學科教學研究，不僅能夠為學科教學研究注入新的活力，為學科教學研究共同體提供發現知識的新途徑，還有助于彰顯實證研究的魅力和優勢，為教育研究的科學化發展積累寶貴的素材和支撐。為此，2012年3月教育部、財政部聯合頒發了《關于實施高等學校創新能力提升計劃的意見》，啟動實施“高等學校創新能力提升計劃”（簡稱“2011計劃”）。為了進一步深化我國基礎教育改革，由北京師范大學牽頭，華東師范大學、華中師范大學、東北師范大學、西南大學、陜西師范大學、中國教育科學研究院、教育部考試中心和科大訊飛信息科技股份有限公司8家機構作為核心單位，建立了中國基礎教育質量監測協同創新中心。該中心于2014年10月通過教育部以定，是我國教育學和心理學領域唯一的國家級協同創新中心。為了推動我國基礎教育質量水平不斷提升，陜西師范大學分中心致力于監測基礎教育階段學生的學業水平，以期促進億萬學生的全面、個性發展。
在中國基礎教育質量監測協同創新中心的研究戰略布局下，本書所呈現的研究是試圖在化學學科內容領域中測查和評價學生關于化學核心概念的認知結構，根據教育學與心理學的理論基礎，采用學習評價的新方法——流程圖法，對我國高中生學習特定化學主題的認知結構進行測量，以此探查學生對具體學科內容的學習結果，揭示學生認知結構與其紙筆測試成績之間的關系，探究學生存在的學習困難及其可能的成因，為化學學科教學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，主要講解認知結構的相關概念、理論和測量方法；第三章至第九章為實證研究部分，呈現原子結構和元素周期律、分子結構和化學鍵、化學反應速率和化學平衡、溶液中的離子平衡、氧化還原反應和電化學、元素及其化合物、有機化學等專題認知結構測查與評價的研究成果。
因作者學識所限，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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目錄
前言
上篇 認知結構的理論與測量方法
第一章 導論 3
第一節 認知結構概述 3
第二節 認知結構的教育學基礎 8
第三節 認知結構的心理學基礎 9
第二章 認知結構測量的方法 12
第一節 詞語聯想法 12
第二節 樹形圖法 21
第三節 概念圖法 25
第四節 流程圖法 27
第五節 測量方法的評價 31
下篇 認知結構的測量與應用
第三章 原子結構和元素周期律的認知結構與學習困難分析 35
第一節 原子結構 35
第二節 元素周期律 44
第四章 分子結構和化學鍵的認知結構與學習困難分析 54
第一節 分子結構 54
第二節 化學鍵 64
第五章 化學反應速率和化學平衡的認知結構與學習困難分析 73
第一節 化學反應速率 73
第二節 化學平衡 79
第六章 溶液中的離子平衡的認知結構與學習困難分析 88
第一節 弱電解質的電離 88
第二節 鹽類水解 96
第三節 沉淀溶解平衡 104
第七章 氧化還原反應和電化學的認知結構與學習困難分析 113
第一節 氧化還原反應 113
第二節 原電池 121
第三節 電解池 129
第八章 元素及其化合物的認知結構與學習困難分析 137
第一節 鋁及其化合物 137
第二節 氯及其化合物 144
第九章 有機化學的認知結構與學習困難分析 152
第一節 乙烯 152
第二節 鹵代烴 159
第三節 苯酚 167
第四節 乙醇 177
第五節 醛 186
第六節 乙酸 196
參考文獻 205
二、認知結構的類型與特征
簡單來說，認知結構就是學生頭腦中的知識結構，即知識結構通過內化在學生頭腦中所形成的觀念的內容和組織。根據認知結構的產生與發展狀態不同，可以把學生具有的認知結構分為三種形式：一般認知結構、原始認知結構和良好認知結構。
（一）一般認知結構
根據皮亞杰關于結構具有整體性、轉化性和特異性的學說，學生具有的一般認知結構也有這三個特點。
（1）整體性：是指在認知結構中各成分之間呈現有機性聯系，而不是各獨立成分的混合。這種整體性在學習活動中表現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，各知識點的聯系與組織方式呈交錯型網狀結構，占據網的“節點”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在聯系，是學生形成系統化、整體化的認知結構的基石。
（2）轉化性：是指認知結構不是靜止的，而是處于不斷的發展變化之中。隨著時間的推移，學生認知結構總是處于不斷的運動和變化之中，新舊知識結構不斷交替轉換。當新的知識與學習者原有認知結構發生作用時，通過同化或順應，原有認知結構得以擴展、改組或重建，從而使原有認知結構向新的更加完善的認知結構不斷轉化。一般來說，隨著學習者學齡的增加，以及學習內容的不斷豐富與深化，學習者的認知結構不斷地由原有認知結構向新的認知結構轉換。
（3）特異性：是指認知結構存在個體差異性。由于每個學生的認知方式存在著差異，對同一事物的認知不可能完全相同，這就表現出學生認知結構的多樣性或特異性。一般來說，根據學生思維方式的傾向性，可以把學生的認知結構分為兩大類：表征性認知結構和功能性認知結構。表征性認知結構占優勢的人擅長抓住事物的關系進行思考，喜愛對事物的特征進行判斷，功能性認知結構占優勢的人則注重行動次序與事物作用的原理。這兩種不同的認知結構在不同的個體上占有不同的優勢，從而形成不同的認知結構，表現出認知結構的個體差異性。
（二）原始認知結構
20世紀70年代以來，西方國家一些從事科學教學研究的學者先后對學生的前科學知識進行了大量調查研究，取得了豐富的第一手資料和研究成果。這些研究成果表明，早在學生正式學習科學課程以前，他們就通過對日常生活中一些現象的觀察和體驗，在頭腦中反復構建形成一些非科學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，把復葉的小葉當成葉，把植物學上的花冠部分稱為花，把肉質可食的果皮稱為果實，等等。一般將學生在學習科學課程以前形成的有關概念稱為“前概念”，而把學生圍繞“前概念”建立起來的特有的認知結構稱為“原認知結構”或“原始認知結構”。
一般來說，學生通過前概念學習建立的這種原始認知結構具有如下特征。
（1）自發性。學生頭腦中的原始認知結構是自發形成的。過去，教師在教學中常誤認為學生學習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。學生在多年的生活實踐中，通過個體與環境的接觸，逐步形成了對各種現象和規律的獨特看法，并逐步內化為自己的思維模式和行為規則。
（2）特異性。由于每個學生的生活環境、活動范圍、認知方式等的差異，對同一事物的認識、感受也不完全相同，這就表現出學生原始認知結構的多樣性或特異性。例如，一些初中學生在解釋“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。由于兒童認知事物的能力有限及認知過程的自發性，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。例如，學生對遺傳的認識只能停留在“龍生龍，風生鳳，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生自己的精神財富，因為這些前概念是兒童在現實生活中認識特殊事物的一種有價值的工具。因此，不應把建立在前概念基礎上的原始認知結構看成一種思維垃圾加以排斥，而應該把它們作為學生認識事物必可不少的一個階段，作為一種低級的認知結構，并有待于向高級的、科學的認知結構轉換。
（4）遷移性。學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知結構來認識世界，并也能成功地解釋某些特殊現象。因此，學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知結構遷移到對新環境、新現象的解釋中。因而，這種原始認知結構有很強的頑強性，不可能通過教學將科學概念硬性灌輸給學生，就能一勞永逸地形成新的認知結構。
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