基于概念轉變的教學設計*——以“鹽類的水解”（第一課時）為例

楊啟寧 楊梓生

（1連城縣第三中學 福建 龍巖 364000；2龍巖市普通教育教學研究室 福建 龍巖 364000）

建構主義認為，學習者將帶著“前概念”（即頭腦中已有知識與經驗）進入學習，而且“前概念”直接影響著學習結果。對于“前概念”，既可能是精致、正確的，也可能是模糊甚至錯誤的?？茖W學科的教學，就是要幫助學生將頭腦中模糊或者錯誤的“前概念”轉化為精致、正確的“科學概念”。這一過程被稱為“概念轉變”的過程。

研究表明，學生頭腦中的“前概念”具有“頑固性”特征，因而“概念轉化”將不會輕易實現，需要經歷一個復雜過程。這一復雜的過程，必須同時具備對現有概念的不滿、新概念的可理解性、新概念的合理性以及新概念的有效性四個方面。具體來說，就是學習者認識到已有知識經驗無法解決所面臨的問題時，才會意識到建構新概念的必要性，而且新概念能夠被學習者理解并被意識到比原有概念更加合理、更加有效地解決問題時，學習者才愿意用新概念替代已有概念，從而實現概念轉化。

因此，“概念轉變”是新舊經驗作用的結果，是新經驗對已有經驗的改造或重構，概念轉變的過程就是認知沖突的引發(fā)及其解決的過程?；瘜W過程中如何有效地促進“概念轉變”？很顯然，教師中心工作是：第一、進行認知探測，把準迷思概念；第二、創(chuàng)設學習情景，提供學習反例；第三、引發(fā)認知沖突，解構迷思概念；第四、解決認知沖突，建構科學概念。下面結合“鹽類的水解”（第一課時）來談談。

一、電解質溶液酸堿性分析視角

“鹽類的水解”學習之前，學生已掌握：⑴水的電離、溶液酸堿性與 c（H＋）、c（OH－）關系；⑵酸（堿）在水中電離出 H＋（OH－）導致溶液呈酸（堿）性；⑶弱電解質水溶液存在電離平衡。因此，對于溶液酸堿性的認識，學生將立足于“酸（堿）溶液顯酸（堿）性是因為酸（堿）電離出 H＋（OH－）”這一經驗，建立起“溶液酸堿性是因為電解質自身電離出 H＋或 OH－導致體系中 c（H＋）≠c（OH－）”的模型（“電離模型”）。

“鹽類的水解”學習，需要建立起解釋鹽溶液酸堿性的“水解模型”。即：體系中鹽電離出來的某離子與水電離出的H＋或OH－結合為弱電解質而破壞水的電離平衡，導致溶液體系中 c（H＋）≠c（OH－）。 在此基礎上，還將進一步建立起“電離—水解模型”，解釋某些既存在電離又存在水解的酸式鹽溶液（如NaHCO3）、緩沖溶液（如 NH4Cl－NH3·H2O、CH3COOH－CH3COONa）酸堿性問題。

顯然，“電離模型”和“水解模型”、“電離—水解模型”是認識電解質溶液體系酸堿性的三個不同視角。在進入“鹽類的水解”學習時，原有的“電離模式”不足以解釋許多正鹽溶液不顯中性的原因，這就需要建立“水解模型”乃至“電離—水解模型”。這一模型轉化的過程，便是“概念轉變”的過程。

二、促進“概念轉變”的教學策略

如何有效促進學生從“電離模型”向“水解模型”轉變？單純靠老師的講授顯然是不可行的。教學的首要任務在于引發(fā)認知沖突，從而認識“電離模型”的局限性。在此基礎上，讓學生認識到改變或調整原有認知的必要性。于是，借助一定手段、設置能使學生產生認知困惑和沖突的問題情景，并立足于這一困惑和沖突的問題情景，開展深入的探究，從而實現舊概念的重組、新概念的建構成為教學的關鍵。

問題情景對學生造成的認知沖突程度越顯著，越有利于激發(fā)學生解決困惑與沖突的探究興趣。如何設置能使學生產生強烈認知沖突的問題情景？一方面，要強化學生原有認知，讓學生清晰認識頭腦中“電離模型”；另一方面，呈現直觀明顯、沖突強烈的反例，讓學生對原有認知產生強烈的不適感。

當對“反例”產生認知沖突時，引導學生立足于從系統(tǒng)的視角去分析溶液中存在的微粒及微粒間的作用，初步建構起解釋鹽溶液酸堿性的“水解模型”；在初步建立新模型的基礎上，應用此模型去預測更多未知鹽溶液的酸堿性，并通過實驗加以驗證，從而讓學生認識到新認知模型的合理性和有效性。

最后，對新、舊認知模型進行對比分析，明確適用對象、本質差異等，深化對新概念模型的認識，從而有效實現“概念轉變”。

三、“鹽類的水解”（第一課時）的教學設計

概念轉變的前提條件是“對現有概念的不滿”。對“現有概念的不滿”，不僅與學習者面對的情景有關，而且與學習者對自身原有認知的清晰度有關。學習者對自身的原有認知越清晰，面臨新的問題情境時，產生的沖突將越強烈。本課教學時，先安排下述復習回顧活動：

請同學們結合已有經驗與知識（如強弱電解質電離、溶液酸堿性等），思考如下問題：

（1）純水會發(fā)生怎樣的電離？常溫下，純水中的c（H＋）、c（OH－）大小關系如何？

（2）對于水溶液而言，溶液的酸堿性與溶液中c（H＋）、c（OH－）大小有何關系？

（3）酸（或堿）溶于水后形成的溶液顯酸（或堿）性，為什么？

歸納總結：酸（或堿）溶于水形成的溶液顯酸（或堿）性，是因為酸（或堿）電離出 H＋（或 OH－），導致溶液中 c（H＋）大于（或小于）c（OH－）。

【設計意圖】設置三個問題供學生思考，強化學生對水的電離、溶液酸堿性與 c（H＋）、c（OH－）大小關系的認識，并激活“電離模型”。其目的不僅為鹽溶液酸堿性分析奠定基礎，并為后認知沖突作鋪墊。

在完成上述教學任務之后，接著安排如下探究活動：

提出問題：現有一瓶0．1mol／L CH3COONa溶液，請分析與預測：

（1）CH3COONa在水中如何電離？是否產生H＋或OH－？

（2）請預測：CH3COONa溶液顯酸性、中性還是堿性？為什么？

實驗活動：請在預測基礎上，用pH試紙測定該溶液的pH。

【設計意圖】要求“分析與預測”的目的在于引導學生應用“電離模型”解釋未知溶液酸堿性，為認知沖突埋下伏筆；“實驗活動”的目的，則讓學生親自獲取感性材料，強烈感知預測和實驗結果差異性，從而產生強烈的認知沖突，誘發(fā)學生對“電離模型”的不滿。

接下來，并不急于分析醋酸鈉溶液為何顯堿性，而是安排學生反思與動手實驗。具體安排如下：

實驗活動：請重測CH3COONa溶液的pH，并用同樣方法測0．1mol／L NH4Cl溶液的pH。將結果填入表中。

所測溶液 0.1mol/L CH3COONa溶液 0.1mol/L NH4Cl溶液溶液的pH

【設計意圖】反思的目的，在于確認自己的分析與pH檢測無誤；實驗活動的目的，不僅確認醋酸鈉溶液pH確實顯堿性并獲取更多的事實證據，同時得出鹽溶液可呈堿性、也可以呈酸性的事實，從而進一步認識到“電離模型”的局限，激發(fā)建構新思維的驅動力。

前面的教學活動，為“概念轉變”提供了前提條件。接下來的教學，便是要引導學生探究，以期建立“水解模型”。教學安排如下：

提出問題：1．請結合醋酸鈉溶液顯堿性的實驗事實，思考并討論下述問題：（1）該溶液體系存在哪些電離？是否可逆？電離出哪些微粒？（2）溶液中H＋、OH－均來自水的電離，對于純水電離而言，c（H＋）應等于 c（OH－）。為何該溶液中 c（H＋）小于 c（OH－）？ 是不是體系中哪些微粒結合了水電離產生的H＋？請結合溶液中的微粒加以分析。

2．按前述醋酸鈉溶液顯堿性的分析思路，探討NH4Cl溶液顯酸性的原因。

3．和同學交流討論，并用自己話語歸納總結鹽溶液顯酸性或堿性的原因。

【設計意圖】引導學生從同時考慮醋酸鈉和水的電離、電離是否可逆、電離產生的微粒出發(fā)，并從系統(tǒng)中微粒相互作用的視角分析醋酸鈉溶液中 c（H＋）、c（OH－）變化的原因。之后，遵循這樣的思路，分析討論NH4Cl溶液顯酸性的原因。經歷這樣的探究活動，學生將初步建起了鹽溶液酸堿性分析的基本思路，初步形成鹽類水解的概念，初步建立起體系中微粒間的相互作用、水的電離平衡及移動、鹽溶液的酸堿性等整體性認識。這樣的學習，解決了“新概念的可理解性”、“新概念的合理性”問題，從而有利于概念轉變。

對現代宇宙學界來說，這是自1929年哈伯發(fā)現河外星系紅移即宇宙膨脹現象以來又一次劃時代的重大發(fā)現。彭齊亞斯和威爾遜追究令人討厭的噪聲，竟帶來了現代宇宙學發(fā)展的第二次高潮，他們獲得了1978年度的諾貝爾物理學獎，理由是他們的“貢獻是一項根本性的發(fā)現，使人們有可能得到很久以前——在宇宙形成時——所發(fā)生的宇宙變化過程的信息?！?/p>

學生雖然建立起對“鹽類的水解”概念及“水解模型”的初步認識，但還需進一步檢驗。因此，接下來的教學，要讓學生從理論與實踐兩個層面去論證“水解模型”的合理性。教學過程如下：

問題討論：1．為何鹽溶液體系中的鹽電離出來的金屬離子或酸根離子會與水電離出來的OH－或H＋結合？你將如何證明？2．根據你的分析，預測Na2CO3及Al2（SO4）3溶液酸堿性，并從微觀視角加以分析。

實驗活動：1．設計實驗并驗證“鹽溶液體系中的鹽電離出來的金屬離子或酸根離子會與水電離出來的OH－或H＋結合形成弱電解質；2．用pH試紙測定 0．1mol／L Na2CO3、Al2（SO4）3及 KNO3溶液的 pH，并將實驗結果與預測相對比。

【設計意圖】本階段教學任務的功能如下：一是寄希望于學生能從弱電解質電離平衡的角度，認識到溶液體系中若同時存在弱堿的金屬離子與OH－、弱酸的酸根離子與H＋時，將結合為弱電解質分子并建立起平衡，再用實驗來證實；二是應用“水解模型”去預測未知鹽溶液的酸堿性，并通過實驗來證實。最終，讓學生從理論和實踐層面證實“水解模型”合理性，同時體驗“新概念的有效性”。

到此為止，學生將體驗到“電離模型”不合理性，體驗到“水解模型”的可接受性、合理性及有效性，從而較好地達成 “概念轉變”——即判斷溶液酸堿性從“電離模型”轉向“水解模型”。但是，教學并不能到此為止，還需繼續(xù)安排相關的學習活動。

提出問題：現有一瓶 0．1mol／L 的 NaCl、KNO3溶液，請預測這兩種溶液的pH，并從微觀視角加以分析。

實驗活動：請用pH試紙檢測上述兩種溶液的pH。

交流討論：（1）你的預測結果與實驗結果是否一致？（2）若不一致，請分析其可能原因；（3）結合前面六種鹽溶液酸堿性及微觀視角的分析，總結分析鹽溶液的思路。

【設計意圖】本階段活動的安排，旨在讓學生認識到鹽溶液還可能顯中性。這是其一；第二，通過提供鹽類水解的“反例”（即有些鹽并不水解），進一步深化對“水解模型”的認識（此類鹽不水解，照樣可以用“水解模型”解釋——因為此類鹽電離時既不產生弱酸根離子，也不產生弱堿的金屬陽離子，將不會結合水電離出來的H＋、OH－而不破壞水的電離平衡，故其溶液顯中性）。至此，學生借助“水解模型”全面解釋了各類鹽（能水解的鹽、不能水解的鹽）溶液的酸堿性，深刻認識到“水解模型”的合理性和有效性，將牢固建立分析溶液酸堿性的新模型。

最后，安排如下活動，幫助學生總結溶液酸堿性判斷兩類模型（“電離模型”和“水解模型”）的適用對象與分析思路，達成本課的學習目標。

提出問題：現有稀鹽酸、氫氧化鈉溶液、硫酸鈉溶液、氯化鐵溶液及硅酸鈉溶液。

（1）哪些溶液顯酸性？哪些溶液顯中性？哪些溶液顯堿性？

（2）以上述顯酸性溶液為例，從微觀角度分析它們顯酸性的原因。

（3）結合問題（2），總結可從哪些角度分析溶液的酸堿性？

（4）結合（3）的分析，在分析電解質溶液酸堿性時，哪些溶液只需考慮電解質的電離？哪些溶液需要同時考慮電解質和水的電離？

建立在學習已有經驗基礎上進行 “概念轉變”的教學，從而幫助學生正確理解并掌握科學概念，是目前學習心理學研究的一個重要課題。前面以“鹽類的水解”（第一課時）為例，闡述如何開展基于“概念轉變”的教學設計，以期促進學生對“鹽類的水解”概念和本質的理解與把握，從而實現化學教育提升學生化學科學素養(yǎng)的目標。

［1］ 蔡鐵權等．概念轉變的科學教學［M］．北京：教育科學出版社，2009

［2］ 畢華林等．化學教學設計—任務、策略與實踐［M］．北京：北京師范大學出版社，2013