高中化学中“物质的量”前概念的探查与教学研究

   “物质的量”概念系统与初中的质量系统相比,是一套全新的度量物质的“量”的多少的系统,在整个高中化学中占有极其重的地位。作为一个非常重的“节点”,物质的量是连接微观和宏观、定性和定量的桥梁,贯穿于高中化学知识学习的始终。学生能否正确的理解“物质的量”的概念对高中三年的学习会产生重影响,本文通过调查研究探查了学生头脑中有关“物质的量”的前概念,并对调查结果进行了分析和总结,以期为广大教师的概念教学提供依据和借鉴。 
  关键词物质的量前概念概念教学教学策略高中化学 
  “前概念”是指学生在没有正式学习前(含学习某一个概念之前)由日常经验形成和积累起来的对事物、现象的看法和观念1;或者在学习过程中记住了科学概念的定义,但并没有理解其实质,还存在一些模糊甚至错误的认识2。研究表明,学生头脑中的许多前概念只是一种对事物和现象的非本质认识或是对以前所学科学概念的曲解,往往是肤浅的、与科学概念相悖的3。“物质的量”概念系统与初中的质量系统相比,是一套全新的度量物质的“量”的多少的系统,在整个高中化学体系中占有极其重的地位。作为一个非常重的“节点”,“物质的量”是连接微观和宏观、定性和定量的桥梁,贯穿于高中化学知识学习的始终。掌握这一化学概念,有助于学生定量表征化学反应,促进相关化学知识的系统化。 
  研究者试图通过问卷调查方式来测查学生有关“物质的量”的前概念,找到学生错误的、模糊的看法或不合理的思维方式,从中发现学生所具有的共性的错误认识,并分析错误认识产生的原因,探索促进学生概念转变的教学策略,帮助学生建构科学概念,最后运用概念转变理论对化学概念转变教学提出可行性建议。 
  1.高一学生“物质的量”前概念的测查 
  1.1测查研究内容 
  (1)用自编问卷测试高一学生关于“物质的量”的概念理解情况。 
  (2) 对测试结果进行统计分析,根据测试结果归纳学习“物质的量”之前学生头脑中存在的有关“物质的量”的前科学概念,分析前科学概念的来源以及错误概念形成的原因,以便有针对性地进行教学干预。 
  1.2测查样本选取。从笔者任教的高一四个平行班中随机抽取50人,进行开放题测试并结合日常的教学观察,分析高一学生的化学前概念产生的原因,并为制定教学对策提供依据。调查问题如下 
  (1)在日常生活中,我们经常接触到“一令纸”、“一打铅笔”这样的字眼,那么,你知道吗?比如一打铅笔有枝,一令纸有 张。你认为直接使用“个”为单位来计量原子数目方便吗? 
  经调查,77%的学生作答不正确,不知道“一打”和“一令”的概念具体指代多少的数目,如有的同学认为“一打”是“10 个”,有的同学认为“一令”是“100 张”等等,但是在举例时部分同学可以举出相应的例子,如“一捆啤酒”、“一斗米”、“一包香烟”等数目集合体。对于计量原子数目采用什么方式,81%的同学可以想到用数目集合体的方式来进行计量比较方便。 
  (2)请你估计一滴水中含有的水分子数目 (用科学计数法表示,如1.0×1012)对一滴水中的分子数目,54.5%的同学估计到1010的数量级,而有40%左右的同学估计的数量级更高,但是极少同学估计到1023这一数量级别。可见,学生对微观粒子的“微”认识不足,对微观粒子的“巨”同样认识不足。因此,他们不能理解引进“物质的量”这个物理量的必性和实用性。 
  (3)你知道哪些国际基本物理量?它们的单位分别是什么?什么叫相对原子质量?为什么引入相对原子质量? 你认为一个 C 原子和一个 O 原子的质量相等吗? 能否称量出来? 
  对初中已经学过的一些物理量的意义和单位,90%以上的同学可以作答正确,但是对于国际基本物理量包括哪些,73%的同学都出现错误,把一些普通的物理量认为是国际基本物理量,如认为速度、体积等是国际基本物理量。58%的同学可以正确作答相对原子质量的定义,即相对原子质量是任何一个原子的质量除以12C原子质量的 1/12 所得的相对数值,对于相对原子质量引入的意义,71%的同学认为是为了计量方便才引入的这个概念。所有的同学都认为一个氧原子和一个碳原子的质量是不相等的,但是 95%的同学认为是不能称量出来的,只有 5%的同学认为可以称量出来。 
  (4)根据你已经学过的知识,你怎样来判断溶液的浓稀?可以用公式来表示吗?溶液中溶质变了吗?两种溶液相混合,体积能否相加?从一杯糖水中取出一小杯,其甜味变了吗? 
  在溶液浓度的判断方式上,93%的同学采用了质量分数的概念,并能写出用溶质的质量和溶液的质量表示溶液质量分数的表达式。部分同学认为溶液混合时体积可以直接加和,部分同学认为是不能直接相加的,大部分同学认为糖水中取出一小杯甜味是不变的。 
  (5)12.在一定的温度和压强下,你认为固态物质的体积主取决于(),液态物质的体积主取决于 
  (),气态物质的体积主取决于()。(可多选) 
  A.构成物质的微粒大小 B.微粒间距离的大小 
  C.构成物质的微粒数目的多少 
  关于物质的体积取决于哪些因素,84%的同学选择了 A 和 C,即认为固体物质的体积取决于构成物质微粒的大小和构成物质微粒数目的多少,88%的同学认为液体物质的体积也是取决于 AC,即构成物质微粒的大小和构成物质微粒数目的多少,56%的同学认为气体物质的体积取决于 AC,即构成物质微粒的大小和构成物质微粒数目的多少,另一部分约39%的同学选了 ABC 三个选项,即认为气体物质的体积取决于构成物质微粒的大小、微粒间距离的大小和构成物质微粒数目的多少。 
  2.结论 
  从上面的分析我们可以看出,班级学习者已有的经验水平是概念学习的基础,多数时候学习者往往根据亲身情感或实践体验来理解概念。当然,对概念的学习会起积极作用的是那些合理因素占主导成分的概念;而不合理因素占主导成分的概念,是模糊的、不清晰的,对概念的学习毫无疑问会起障碍作用,在这种情况下经验反而成为概念学习的阻碍因素。学生在学习“物质的量”概念之前应具备的基本知识和技能国际单位制中的七个基本物理量,学生已经熟知长度、质量、时间等,掌握长度、质量、时间分别有米、千克、秒等单位,具有熟练运用能力,而且通过前两个单元的学习,学生已经具备了初步的高中化学学习方法和一定分析能力,初步建立实验观察能力,能借助简单的实验进行观察和分析,从而进一步认识事物。 
  3.思考与建议 
  通过这次研究笔者认识到,在教学中教学对象是富有思想情感和不同生活经验与经历的人,教师无法控制每个学生“应该想什么”、或“不应该想什么”,也无法获悉每个学生的内心世界,但是我们可以尽可能地了解他们己有的知识以及他们的思维方式,并在此基础上进行教学,设法改正学生头脑中的错误想法,帮助他们形成科学的认识。奥苏贝尔在他最有影响的著作《教育心理学一种认知观》第二版的扉页上写道“如果我不得不把教育心理学的所有内容简约成一条原理的话,我会说影响学习的最重的因素是学生已知的内容。弄清了这一点后,进行相应的教学。”我们不能过多地把眼光停留在对学生的监督与惩戒上,而应更多地去触及学生的心灵,拨动学生的心弦,去了解学生的真实想法。但仅了解学生所具有的想法并不足以从根本上转变他们的错误认识,必须了解、分析学生这些非科学认识形成的原因,探查学生学习科学知识的过程以及影响学生转变这些想法的因素,在此基础上,采取相应的教学策略使学生真正形成科学观念。 
  参考文献 
  1罗星凯,周中权.学生头脑中的前科学概念研究J.江西师大学报(自然科学版),1994,4. 
  2曲慧娴.化学“迷思概念”与学生学习困难J.山东教育,2003,3. 
  3刘广文.前概念的特征及物理教学对策J.河南教育,1997,7. 
  4叶书林.高一学生化学前概念的调查与转化策略研究硕士学位论文.南京师范大学,2011,4.