高中生“化学反应原理”核心概念相异构想的调查与转化:一国两制构想的核心
时间：2019-02-05 03:30:58 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:以建构主义学习理论为指导,对高中生“化学反应原理”核心概念的相异构想进行了初步调查,并分析了产生这些相异构想的原因,结合教学实践提出了转化这些相异构想的策略。 关键词:相异构想;探查;原因;策略
文章编号:1005-6629(2010)09-0022-04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
1 背景与意义
学生在学习某一项化学知识之前,头脑里并非一片空白。这些“未经专门教学,在同其他人进行日常交际和积累个人经验的过程中掌握的概念,其内涵受狭隘的知识范围限制,往往被不适当地扩大或缩小”,这就是所谓的“前概念”。学生正式学习某一学科前形成的前概念,有些与科学概念一致,有些与科学概念相悖,这些偏离或背离科学概念的观点与认识即为“相异构想”。
建构主义学习理论认为,学习是学生主动地将原有经验和新信息进行对比、分析、批判、选择和重建知识结构的过程。教学是为了促进学生从旧观念向新观念转变,教师的任务则是选择能有效促使学生发生观念转变的教学策略。学生原有的相异构想不但是教学要改变的对象,而且是概念教学的起点。建构主义的“概念变更”学习观,是把学生原有的知识经验作为新知识的生长点,引导学生从原有的知识经验中生长新的知识。因此,研究学生原有的观念和思维方式,弄清其对学习和理解新知识会造成什么样的障碍与影响,是实现概念转变的前提。
在选修模块《化学反应原理》学习之前,学生通过日常生活的观察和体验以及初中和必修2课程的学习,已积累了有关化学反应原理的初步概念,这是我们进行教学设计的起点和基础。在学生已有的概念中,有的与即将学习的新概念相容,这将有利于新概念的“同化”;而有的是错误的或者虽正确但停留在认识的表象或局部,这对新概念的“顺应”带来冲突和障碍。了解这些“前概念”中的“相异构想”,将有利于提高新概念教学的针对性和有效性。
2对象与方法
本调查对象为我校2008级高二选修化学的学生,分别选取一个理科实验班和一个理科普通班学生为样本,在选修模块《化学反应原理》学习之前,根据《高中化学课程标准》和《化学反应原理》教材教学内容以及学生生活经验和学习经历,选取十二个核心概念,设计调查问卷,并进行问卷调查和回收,通过计算机作结果统计,对照问卷内容和统计结果作分析研究。共回收有效问卷96份。
3内容与结果
3.1关于对键能与反应热、键能与物质能量关系的认识
20.9 %的学生认为“生成物键能越大,反应热越大”。这一片面认识可能是由“反应物分子断开化学键后的原子重新组合成生成物分子放出能量”得出,未能全面理解反应物键能与生成物键能和反应热的关系。30.3 %的学生认为“键能越大,物质的能量越高”,误认为键能是物质本身含有的能量,对键能与共价分子的稳定性关系认识模糊。
3.2关于对石墨与金刚石稳定性的认识
25 %的学生认为“金刚石比石墨稳定”。这与“金刚石硬度大”、“石墨质软”两者巨大的硬度反差给学生产生的强烈印象有关。
3.3关于反应热与反应途径关系的认识
高达88.5 %的学生已认识到反应热只与反应的起始状态有关。但仍有9.4 %的学生认为“相同条件下,使1 mol碳先燃烧生成一氧化碳,再将一氧化碳继续燃烧生成二氧化碳放出的热量比1 mol碳直接燃烧生成二氧化碳放出的热量多”。这可能与“二步反应放出的热量比一步反应多”的想法有关。
3.4关于对催化剂的认识
13.6 %的学生认为“催化剂在反应前后质量和化学性质没有变化,表明它在反应过程中没有变化”。说明这些学生对催化剂定义中“反应前后质量和化学性质保持不变”、“改变化学反应速率”印象深刻,而对催化机理知之甚少。
3.5关于对化学反应限度(化学平衡状态)的认识
13.5 %的学生认为“化学平衡状态就是化学反应停止的状态”,表明这些学生对化学平衡状态的认识还停留在宏观层面。另有13.5%的学生认为“化学平衡状态就是反应物和生成物一样多的状态”,说明这些学生对化学平衡状态各物质的浓度关系还缺乏认识。
3.6关于对盐酸和醋酸的认识
高达63.5 %的学生认为“盐酸的导电性比醋酸强”,说明相当多的学生将电解质溶液的导电性强弱与电解质的强弱等同起来。36.4%的学生认为“盐酸和醋酸分别与等物质的量的氢氧化钠中和后,溶液呈中性”,说明较多的学生认为“酸碱中和所得溶液呈中性”,对“中和”的本质以及盐溶液的酸碱性规律缺乏认识。
3.7关于对溶液导电性的认识
13.5 %的学生认为“在其他条件相同时,相同浓度的稀盐酸和稀硫酸溶液的导电能力相同”,表明这些学生将电解质溶液浓度与电解质溶液离子浓度混同起来。8.4 %的学生认为“在其他条件相同时,分别溶解10 g食盐的1 L溶液和10 L溶液导电能力相同”,表明这些学生错误地认为溶液导电性强弱决定于溶液中离子数目的多少。
3.8关于对溶液酸碱性的认识
50 %的学生认为“中性溶液就是pH=7的溶液”,这主要因为在初中学生就熟悉用pH判断溶液的酸碱性,但忽视了这一标准的温度条件。
3.9关于对碳酸钠溶液的认识
虽然学生都知道Na2CO3溶液显碱性,但23.9 %的学生认为“碳酸钠溶液中钠离子和碳酸根离子浓度比为2:1”,表明这些学生对Na2CO3溶液显碱性的原因即CO32-的水解还不理解。
3.10关于对溶液中复分解反应的认识
45.9 %的学生认为“只有生成水、沉淀和气体的反应才能进行”;另有35.4 %的学生认为“难溶于水的盐和碱之间不可能发生复分解反应”。表明初中归纳概括的复分解反应条件和规律已成为学生头脑中的“铁律”,而并不理解这些条件和规律的实质。
3.11关于对原电池的认识
11.4 %的学生认为“原电池就是实用的化学电源”,表明这些学生对原电池和化学电源的关系并不清楚。21.9 %的学生认为“原电池中阳离子向负极迁移,阴离子向正极迁移”,表明这些学生将原电池中离子的迁移方向与电解池中离子的迁移方向相混同。36.8 %的学生认为“原电池的电极必须是两种不同的导电材料”,表明教学中归纳的有关原电池的构成条件对学生认识不同电池形成了思维定势。
3.12关于对电解的认识
20.8 %的学生认为“电解质溶液导电时,电子从电源负极通过溶液回到电源正极”,另有33.2 %的学生认为“电解质溶液导电的过程就是阴阳离子定向移动的物理变化”。表明这些学生对电解质溶液导电的机理、通电后电解质溶液发生的变化并不理解。
4原因分析
4.1源于生活经验的直觉推理
学生头脑中相异构想概念的形成首先来源于自己的生活经验和直观感受,以生活常识先入为主。其次,来自通过自己单凭直觉的推理,对名词、规律、定理进行错误推广。如“金刚石比石墨稳定”,“盐酸和醋酸分别与等物质的量的氢氧化钠中和后,溶液呈中性”,就是这样的典型。
4.2囿于表象或局部的认知
认识过程同个体的生理和心理发展过程是有很强的相关性,个体认识事物的过程也是有阶段性的,学生学习化学概念也是一个渐进的、递进式的过程。由于教学要求的阶段性、学生认知能力的限制性和学生知识背景的局限性,学生对化学概念的认识,往往停留在表象或局部,未能深入到概念的本质。溶液中复分解反应“只有生成水、沉淀和气体的反应才能进行”,“难溶于水的盐和碱之间不可能发生复分解反应”;“中性溶液就是pH=7的溶液”;“化学平衡状态就是化学反应停止的状态”,就是概念表象化的体现。
4.3不恰当的类比迁移
类比是推理的一种重要方式,是人们认识新事物或做出新发现的重要思维形式。但类比的结果是否正确,还需要经过实践检验。学生在学习一些化学概念时,运用类比思维可得到很大帮助,但有时用其他概念来类比推理一些化学概念时,会导致错误的结论。“原电池的电极必须是两种不同的导电材料”,“原电池中阳离子向负极迁移,阴离子向正极迁移”,就是因为未能把握概念间的本质属性而导致的错误迁移。
此外,教学中教师迫于应试需要,为利于学生掌握和应用,过分地突出某一现象和结论,而忽视了其他方面和条件,也是学生产生相异构想的重要原因。
5转变对策
5.1充分了解和揭示学生原有的观念和思维方式
了解学生知识、经验的状况以及思维习惯,尤其是了解学生已有概念中那些不全面甚至错误的想法与观点,是进行科学教育的基础和前提。
可采用各种诊断措施,如学前调查、课堂提问、讨论交流、课后谈话、作业和练习批改等,主动搜集反馈信息,有针对性地了解学生的这些相异构想,对我们在教学中有的放矢地设计教学是至关重要的。
学前调查主要基于教师教学实践经验积累的把握,因而调查的内容和结果并不全面和准确,只能帮助我们大概了解学生的相异构想。从建构主义的角度看,由于不同学生的原有经验和建构方式不同,对相同内容所取得的学习结果也不尽相同,以积极的态度对待这种差异,可以丰富我们的教学资源。教学中设计针对性问题,通过交流讨论,让学生有机会表述自己的思想和见解,这样不仅可促进学生更全面地理解知识,还可诱导学生暴露相异构想。随着概念的不断建构和发展,已有的相异构想转化的同时又有可能伴生或衍生新的相异构想,教师要通过作业、练习、考试等各种反馈渠道,及时监控学生相异构想的变化,并不断调整和优化教学策略。
5.2设置开放教学情境,引发学生的认知冲突
从心理学角度看,凡经过否定质疑的知识,在学生中才有较高的确信度,所以,转变相异构想的有效教学策略之一是,教师在教学过程中创设能引起学生产生认知冲突的教学情境,以其无力解决的“冲突”动摇其顽固的相异构想,感到必须修正原来的错误观念或模糊认识,以此为契机和动力,指导学生进行认知顺应,形成与科学观念一致的新概念。
例如,在原电池原理的教学中,可设计以下问题:请以反应2H2+O2=2H2O 为基础,设计一个原电池。由于问题的开放性,学生在头脑中检索、再现原电池的形成条件时,必然涉及电极材料、电解质溶液、电极反应、电池电流回路等问题,接着,再设计以下系列问题进行追问:如果电解质溶液是KOH溶液,电极反应如何表示?在导线构成的外电路中电子流和电流的方向如何?在电解质溶液构成的内电路中“电流”的方向如何?如果电解质溶液是H2SO4溶液,情况又将如何?可以从哪些角度判断原电池的正负极?通过学生自主思考、讨论乃至争论和教师的评价,可有效地转化“电极材料必须是两种不同的材料”、“电极反应就是电极自身的反应”、“原电池中阳离子向负极移动,阴离子向正极移动”等相异构想。
5.3通过实验增强学生的感性认识
感性认识是对事物的直接反映,是心理活动的基础,也是学生实现相异构想转变的基础。相异构想转变过程中丰富学生感性认识的主要途径是观察和实验,学生通过观察可获得更丰富、更生动、更能反映事物共同特征的感性认识。建构主义重视旧经验在构建新知识过程中的作用,而很多相异构想的形成,恰恰是因为学生缺乏建构新知识所必需的感性经验。这时,如果我们仍仅按知识的逻辑进行教学,则学生往往难以真正理解,充其量会觉得“似乎有些道理”,可自己原来的认识也是“有道理”的,于是兼收并蓄,可能记住了科学概念的定义,但并没有真正理解和接受新的概念,同时也保留了原来的“合理内核”,形成一种模糊混乱的认知结构。一旦面临一些特定的情境,“相异构想”就会自然地成为学生解决问题的依据,这就是相异构想的隐蔽性和顽固性。教学实践证明,增加让学生观察或自己动手做实验的机会,通过实验为学生提供必要的感性材料,是纠正相异构想的关键之一。例如,向醋酸溶液中滴加KOH溶液,溶液的导电性如何变化?有同学认为醋酸和KOH中和生成了醋酸钾,弱电解质转化为强电解质,溶液的导电性应增强。也有同学认为滴加KOH溶液可使溶液中的离子浓度降低,溶液的导电性应减弱。更多同学认为,生成强电解质与稀释两个因素共同影响,究竟结果如何不能确定。显然,这样的问题仅从学科逻辑解释,各有各的道理,最终仍旧莫衷一是,而实验则是化学问题的最高法庭。实验结果表明溶液的导电性增强,说明中和生成强电解质效应大于溶液水稀释效应。
5.4让学生学会科学的思维方法
按照建构主义的观点,学生实现相异构想向科学概念转变的主要机制是顺应。教学实践表明,只有在学生认为新概念比旧概念包含更本质的内容,学生才能完全接受新概念,实现相异构想向科学概念的自觉转化。这时,教师应以分析、比较、归纳、推理等科学的思维方法指导学生自主建立新概念。在教学中不仅要紧紧抓住概念的本质特征,同时也要注意引导学生理解概念的外延。让学生感知新概念可靠的科学基础,认知顺应才能顺利进行。例如,盐酸和醋酸强弱电解质的比较,可设计以下系列问题:
(1)盐酸和醋酸的组成和性质有哪些异同?
(2)为什么说盐酸是强酸、醋酸是弱酸?
(3)如何设计实验证明盐酸是强酸、醋酸是弱酸?实验设计包括药品(浓度、用量)、仪器(规格、数量)、操作步骤、观察现象、记录数据、处理结果等。
引导学生从电离程度(概念的内涵)、酸溶液的性质表现如c(H+)、 pH、 导电性、与金属反应产生氢气的速率等差异以及对应盐溶液的性质表现差异(概念的外延),深刻理解电解质强弱的意义。从中学会分析、比较、归纳逻辑推理方法以及变量控制等科学实验方法。
6 结束语
学生的相异构想,既可以作为学生学习化学知识的感性知识基础,提供化学知识建构的情境,又可以作为化学概念表征的原型,更重要的是学生的相异构想可以作为化学问题解决的对象。建构主义认为,学习在本质上是学习者主动建构心理表征的过程,是主体以已有的经验为基础,通过与外部世界的相互作用而主动建构新的理解、新的心理表征的过程。教学设计必须了解学生原来具有的知识、技能、态度等,必须与学生原有知识水平和心理发展水平相适应。在此基础上,通过教学加强新旧知识的联系,才能把新知识纳入学生原来具有的认知结构中。通过设计各种促进学习的过程和资源,促进学生的学习与发展,即通过对教学起点的重构,实现对学习的重构,这是教学设计“学习者中心”和“生本化”的体现,是对原有课程与教学的突破和超越。
参考文献:
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