基于學(xué)情診斷科學(xué)建構(gòu)核心概念的教學(xué)實(shí)踐

唐云波

摘要：以人教版九年級(jí)化學(xué)“分子和原子”一節(jié)課堂教學(xué)實(shí)踐中所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及其改進(jìn)為例，說(shuō)明化學(xué)教學(xué)應(yīng)由追求知識(shí)碎片走向構(gòu)建核心概念的轉(zhuǎn)變。在分子原子這一核心概念的建構(gòu)中，基于學(xué)情診斷是前提，運(yùn)用模型方法是關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：分子和原子；學(xué)情診斷；模型方法；核心概念

文章編號(hào)：1005–6629（2016）10–0028–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 教材解析

“分子和原子”是人教版義務(wù)教育教科書(shū)《化學(xué)》（九年級(jí)上冊(cè)）第三單元課題一的內(nèi)容。

本節(jié)課是學(xué)生從微觀角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的起始課。教材安排在學(xué)習(xí)空氣、氧氣等宏觀物質(zhì)基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)來(lái)了解分子基本性質(zhì)為突破口，進(jìn)而通過(guò)分析化學(xué)變化過(guò)程的本質(zhì)，初步得出分子、原子的概念。

這樣的編排體現(xiàn)了“認(rèn)識(shí)物質(zhì)的微粒性，知道分子、原子等是構(gòu)成物質(zhì)微?！币约啊澳苡梦⒘５挠^點(diǎn)解釋某些常見(jiàn)的現(xiàn)象”這一課標(biāo)具體要求[1]。

本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)重點(diǎn)是分子、原子概念的建立，而教學(xué)難點(diǎn)則是形成分子、原子行為的微觀想象，以及從微觀分析宏觀物質(zhì)性質(zhì)的意識(shí)與能力。如何落實(shí)教學(xué)重點(diǎn)，化解教學(xué)難點(diǎn)？以往我們的教學(xué)思路如圖1所示。

2 教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

2.1 教材探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)離學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，忽視學(xué)生已有知識(shí)，且易產(chǎn)生模糊概念

教材設(shè)計(jì)有兩處值得商榷的地方：

一是簡(jiǎn)單重復(fù)的設(shè)計(jì)忽視學(xué)生已有知識(shí)。在初中物理“分子熱運(yùn)動(dòng)”中剛學(xué)過(guò)了“分子作無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，溫度高熱運(yùn)動(dòng)加快；分子和原子之間有間隔，氣體分子間隔較液體和固體大”等知識(shí)，教學(xué)要求比化學(xué)教材只會(huì)高不會(huì)低，化學(xué)教材仍然當(dāng)作新課來(lái)編寫(xiě)，這是在“重復(fù)昨天的故事”，僅僅換了一些例子而已，重復(fù)的設(shè)計(jì)不能促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

因此，本節(jié)課的重點(diǎn)應(yīng)放在“在化學(xué)變化中分子可分，原子不能分；分子保持物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)”等內(nèi)容。

二是教材實(shí)驗(yàn)探究設(shè)計(jì)遠(yuǎn)離學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，且易形成錯(cuò)誤觀念。教材有關(guān)“分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象”探究，實(shí)驗(yàn)藥品及原理（氨水使酚酞變紅）學(xué)生太陌生，遠(yuǎn)離學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)閷?dǎo)致酚酞溶液變紅的粒子是氫氧根離子，而不是氨分子。然而，就學(xué)生當(dāng)前有限的化學(xué)知識(shí)及陌生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（氨水、酚酞）而言，不利于學(xué)生建構(gòu)新知識(shí)，反而極容易形成“氨分子使酚酞溶液變紅”的錯(cuò)誤推論，而學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中一旦形成錯(cuò)誤觀念，轉(zhuǎn)變起來(lái)可就困難了。

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)忽視學(xué)生對(duì)原子、分子已有的認(rèn)識(shí)，不利于學(xué)生對(duì)概念的正確理解

學(xué)生不是空著腦袋走進(jìn)課堂，而是帶著原有認(rèn)識(shí)進(jìn)入新知識(shí)的學(xué)習(xí)。當(dāng)原有認(rèn)識(shí)與科學(xué)概念存有偏差時(shí)，對(duì)后續(xù)的學(xué)習(xí)會(huì)產(chǎn)生消極影響。因此，新知識(shí)的教學(xué)應(yīng)該從揭示學(xué)生原有認(rèn)識(shí)開(kāi)始。

化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用的一門(mén)基礎(chǔ)自然科學(xué)。對(duì)于原子、分子概念的正確認(rèn)識(shí)程度關(guān)系到學(xué)生能否深入認(rèn)識(shí)物質(zhì)的變化本質(zhì)，進(jìn)而認(rèn)識(shí)化學(xué)的本質(zhì)。

圖1所示的“原教學(xué)思路”顯然是忠實(shí)于教材，卻忽視了學(xué)生頭腦中關(guān)于分子原子的已有認(rèn)識(shí)（即有關(guān)分子原子的心智模型）。這樣的教學(xué)，對(duì)于“什么是原子、分子？”、“分子和原子共同特征和區(qū)別是什么？”等問(wèn)題，學(xué)生也能說(shuō)出跟教材一樣的“標(biāo)準(zhǔn)答案”，但是并沒(méi)有揭示和轉(zhuǎn)變學(xué)生對(duì)分子、原子的原有認(rèn)識(shí)。

3 新的教學(xué)思路

新的教學(xué)思路如圖2所示。

3.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，揭示原有認(rèn)識(shí)，促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變

科學(xué)探究，不僅是一種具有一定操作程序的探究學(xué)習(xí)方式（或探究過(guò)程），同時(shí)也是學(xué)生建構(gòu)知識(shí)實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變的認(rèn)識(shí)過(guò)程[2]。因此，學(xué)生在實(shí)施科學(xué)探究的同時(shí)是以概念轉(zhuǎn)變的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的建構(gòu)，形成新的理解，即是一個(gè)由前概念向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變的認(rèn)識(shí)過(guò)程。

為促使概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的發(fā)生，必須創(chuàng)設(shè)一定的情境，使學(xué)生在真實(shí)的情境中對(duì)一些現(xiàn)象所包含的原有概念明朗化，自主發(fā)現(xiàn)原有經(jīng)驗(yàn)與新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象或事實(shí)之間的不一致，從而產(chǎn)生認(rèn)知沖突，反思并修改自己的原有認(rèn)識(shí)，提出或接受（重建）科學(xué)的觀念（新解釋、新假設(shè)、新概念）。

[任務(wù)一]

（1）塑料袋的變化

（演示）在透明塑料袋中滴入幾滴酒精，將袋擠癟，排盡空氣后用繩把口扎緊，然后放入熱水中（如圖3所示）。

①填表：你會(huì)觀察到什么變化？怎樣解釋這些變化？仿照示例把你觀察到的現(xiàn)象和解釋填入下表。

②畫(huà)圖：圖4a表示實(shí)驗(yàn)初變化前的部分酒精，“○”表示一個(gè)酒精分子，請(qǐng)?jiān)趫D4b的橫線上畫(huà)出變化后該部分酒精微觀模型示意圖。

③拓展：如果降溫變成固態(tài)，酒精分子又會(huì)發(fā)生怎樣的變化？

（2）實(shí)錄整理

①填表（見(jiàn)表中下劃線部分）。

②呈現(xiàn)三幅較為典型的學(xué)生作品（如圖5所示）。

師：你畫(huà)的與哪幅圖接近？你認(rèn)為比較合理的是哪一幅？說(shuō)說(shuō)其他不合理的理由，把你的想法跟同組同學(xué)分享。

生1：甲不合理，變化后分子的體積不變。

師：（追問(wèn)）塑料袋不是膨大了嗎？

生1：塑料袋膨大是由于酒精分子的間隔增大，而酒精分子本身大小不變。

生2：乙、丙都正確，變化過(guò)程中酒精分子的數(shù)目和大小都沒(méi)變，改變的僅是分子之間的間隔增大了。

生3：乙也不合理，由于分子在做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在氣態(tài)時(shí)酒精分子不可能排列那么整齊。

“任務(wù)一”在真實(shí)情境（酒精揮發(fā)）中運(yùn)用列表來(lái)復(fù)習(xí)舊知（分子的基本性質(zhì)），采用畫(huà)圖的方式對(duì)學(xué)生有關(guān)分子的心智模型進(jìn)行探查和糾正。初步建立起“宏觀-微觀”相互聯(lián)系的思維方式，為下一階段學(xué)習(xí)（物理變化和化學(xué)變化的本質(zhì)區(qū)別及化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)）掃清障礙。

3.2 運(yùn)用模型方法，注重學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，建構(gòu)核心概念

[任務(wù)二]（模型示范）

[教師]（投影）

（3）圖6是氧化汞分子受熱分解的微觀示意圖，“○”表示汞原子，“●”表示氧原子，“○●”表示氧化汞分子。

①?gòu)奈镔|(zhì)微觀構(gòu)成的角度發(fā)現(xiàn)了什么？

②從變化的角度，氧化汞分解屬于什么變化？是如何變化的？對(duì)比酒精汽化，你還發(fā)現(xiàn)了什么？

[學(xué)生]（觀察、比較、思考、討論）歸納出新認(rèn)識(shí)：

●物質(zhì)是由微粒構(gòu)成，有的是由分子（如氧化汞、氧氣）構(gòu)成，有的是由原子直接構(gòu)成（如汞）；

●分子（氧化汞分子或氧氣分子）是由原子（如汞原子、氧原子或氧原子）構(gòu)成的；

●在化學(xué)變化中，氧化汞分子可以再分，分成汞原子和氧原子，氧原子再重新組合成氧分子（新的分子），多個(gè)氧分子聚合構(gòu)成新物質(zhì)氧氣，許多汞原子聚合成新物質(zhì)汞。

[任務(wù)三]（仿模、畫(huà)模、評(píng)模）

[教師]（投影）

（4）請(qǐng)?jiān)跈M線上以相應(yīng)的方式（名稱、符號(hào)或模型圖）表示三個(gè)變化。其中，“●”、“○”分別表示氫原子、氧原子。

①水沸騰

（i）在橫線上填上變化后相應(yīng)物質(zhì)的名稱、符號(hào)并畫(huà)出其微觀示意圖；

（ii）屬于物理變化的是 ，屬于化學(xué)變化的是 ，依據(jù)是 ；

（iii）從宏觀、微觀、性質(zhì)的角度思考物理、化學(xué)變化前后哪些變了？哪些沒(méi)變？宏、微觀間的改變有何關(guān)聯(lián)？

[學(xué)生]畫(huà)模、展模、評(píng)模、修模（見(jiàn)圖中橫線部分），思考、討論并歸納出新認(rèn)識(shí)：

●在化學(xué)變化中分子（過(guò)氧化氫分子、水分子）可以再分，分成原子（氫原子、氧原子），原子再重新組合成新的分子（水分子、氧分子、氫分子），新的分子聚合構(gòu)成新物質(zhì)（水、氧氣、氫氣）；

●原子是化學(xué)變化的基本微粒，在化學(xué)變化中不能再分的最小微粒；

●分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的一種微粒；同種分子構(gòu)成的物質(zhì)性質(zhì)相同。

“任務(wù)二”以氧化汞分解微觀模型圖為例說(shuō)明物質(zhì)的微觀構(gòu)成及化學(xué)變化的微觀本質(zhì)。

“任務(wù)三”以多重表征（名稱、符號(hào)、模型）典型物質(zhì)的宏觀組成、微觀構(gòu)成及其變化過(guò)程，學(xué)生在畫(huà)模、展模、評(píng)模、修模中建構(gòu)分子原子的概念，初步建立起宏觀現(xiàn)象微觀解釋的觀念。

4 教學(xué)反思

4.1 關(guān)注已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，揭示日常概念，是有效實(shí)施化學(xué)教學(xué)的起點(diǎn)（基礎(chǔ)、前提）

研究表明[3]，對(duì)科學(xué)概念學(xué)習(xí)的影響因素是多樣的，除了教師和教材以外，學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和其他學(xué)科知識(shí)也起著更為強(qiáng)烈和持久的作用。

當(dāng)原有認(rèn)識(shí)與科學(xué)概念存有偏差時(shí)（也叫模糊概念），對(duì)后續(xù)的學(xué)習(xí)會(huì)產(chǎn)生消極影響。

即使在概念的改變發(fā)生的時(shí)候，學(xué)生仍然保留了他們?cè)瓉?lái)的認(rèn)知和想法，只不過(guò)新的知識(shí)抑制了他們?cè)瓉?lái)的認(rèn)知。

因此，化學(xué)教學(xué)應(yīng)該關(guān)注學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，揭示學(xué)生原有認(rèn)識(shí)即日常概念的前提下才能有效建構(gòu)，同時(shí)在教學(xué)中盡量避免形成新的模糊概念。

本案例在“新教學(xué)思路”中果斷放棄各種教材廣為“流傳”的“氨水使酚酞變紅”探究實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)而創(chuàng)設(shè)“（酒精使）塑料袋脹大”這一普通而又熟悉的真實(shí)情境，以及后面環(huán)節(jié)精心選擇的雙氧水分解、水通電、水沸騰、氧化汞受熱分解等在教材中已出現(xiàn)過(guò)的素材，意在喚醒和豐富學(xué)生的感性經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而在這些熟悉的情境中用模型方法進(jìn)行微觀表征，在揭示出學(xué)生日常概念（即心智模型）的同時(shí)，初步形成“宏觀現(xiàn)象微觀解釋”的化學(xué)獨(dú)特思維方式，從而建立起“宏觀—微觀”相互聯(lián)系，以及形成“知微顯著”的化學(xué)觀念。

4.2 運(yùn)用科學(xué)方法，建構(gòu)核心概念，是有效實(shí)施化學(xué)教學(xué)的關(guān)鍵

科學(xué)教育的目標(biāo)不是去獲得一堆由具體事實(shí)和理論堆砌的知識(shí)，而應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)一個(gè)趨向核心概念的進(jìn)展過(guò)程[4]。

埃里克森認(rèn)為，核心概念是指居于學(xué)科中心，具有超越課堂之外的持久價(jià)值和遷移價(jià)值的關(guān)鍵性概念、原理或方法，也包括對(duì)重要概念、原理、理論等的基本理解和解釋，是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分[5]。

由于化學(xué)是主要研究物質(zhì)的分子轉(zhuǎn)變規(guī)律的科學(xué)，因此，分子、原子是初中化學(xué)的核心概念，學(xué)生對(duì)于原子、分子概念的正確認(rèn)識(shí)程度關(guān)系到他們能否深入認(rèn)識(shí)物質(zhì)的變化本質(zhì)，進(jìn)而認(rèn)識(shí)化學(xué)的本質(zhì)。

然而在如圖1所示的原有教學(xué)過(guò)程中，有關(guān)分子原子的教學(xué)常常側(cè)重在“分子的特征”和分子、原子概念的文字辨析上，而忽視分子、原子概念的建構(gòu)，學(xué)生獲得的是一些支離破碎的有關(guān)分子原子的知識(shí)，難以建立起宏觀與微觀之間的聯(lián)系。

科學(xué)方法有助于學(xué)生理解力的提高。模型是一種重要的科學(xué)方法，它可以幫助人們認(rèn)識(shí)某些變化過(guò)程或某方面的本質(zhì)屬性，有助于建立科學(xué)概念和科學(xué)理論。在本案例的“新教學(xué)思路”中，在不同的階段分別通過(guò)不同水平層次的模型方法（觀模、畫(huà)模、評(píng)模、修模）促進(jìn)分子原子概念的建構(gòu)：在[任務(wù)一]酒精汽化這一真實(shí)情境中運(yùn)用畫(huà)模、評(píng)模的方式進(jìn)行有關(guān)分子前概念的診斷與修正；在[任務(wù)二]中通過(guò)觀模（觀察氧化汞受熱分解微觀示意圖）進(jìn)行分子原子概念的初步建構(gòu)；在[任務(wù)三]中對(duì)多個(gè)變化（水沸騰、水通電、過(guò)氧化氫分解等）通過(guò)畫(huà)模、評(píng)模中診斷、整合片段有關(guān)分子原子的認(rèn)識(shí)，歸納出物理變化、化學(xué)變化的微觀本質(zhì)，從而建立起宏觀與微觀之間的聯(lián)系，形成“宏觀-微觀”相互聯(lián)系的思維方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部制定.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011.

[2]應(yīng)向東.“科學(xué)探究”教學(xué)的哲學(xué)思考[J].課程·教材·教法，2006，（5）：64～68.

[3]魏冰.關(guān)于中學(xué)生的原子、分子心智模型的研究[J].化學(xué)教育，2001，（3）：6～9.

[4]溫·哈倫著.韋鈺譯.科學(xué)教育的原則和大概念[M].北京：科學(xué)普及出版社，2012：2～3.

[5] H Lynn Erickson著.蘭英譯.概念為本的課程與教學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003：56～61.