基于學(xué)生認(rèn)知邏輯的學(xué)科單元知識(shí)的邏輯架構(gòu)

楊德紅

摘要：針對(duì)“物質(zhì)的量”單元教學(xué)，提出基于學(xué)生認(rèn)知邏輯基礎(chǔ)上的學(xué)科知識(shí)邏輯結(jié)構(gòu)的架構(gòu)教學(xué)，詳實(shí)介紹了“物質(zhì)的量”單元教學(xué)中邏輯結(jié)構(gòu)分析、問題引導(dǎo)下的教學(xué)過程及知識(shí)與概念的架構(gòu)并提出了教學(xué)建議，有助于提升學(xué)生對(duì)概念與知識(shí)的理解水平，構(gòu)建“物質(zhì)的量”知識(shí)與概念系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：學(xué)生認(rèn)知邏輯；學(xué)科知識(shí)邏輯；物質(zhì)的量；架構(gòu)教學(xué)

文章編號(hào)：1005–6629（2017）1–0044–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問題提出

在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，有些概念或知識(shí)在新課教學(xué)時(shí)學(xué)生測(cè)評(píng)反饋比較理想，但一段時(shí)間后再檢測(cè)時(shí)學(xué)生卻淡忘得所剩無幾，教師無奈只好再復(fù)習(xí)一遍。為什么學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容（特別是概念抽象、知識(shí)難度較高的內(nèi)容）容易遺忘？教學(xué)中如何進(jìn)行改進(jìn)？筆者研究認(rèn)為，學(xué)習(xí)遺忘率高的根本原因是學(xué)生對(duì)所學(xué)概念與知識(shí)間的邏輯關(guān)系認(rèn)識(shí)不清晰，進(jìn)而無法組織構(gòu)建有序的知識(shí)與概念系統(tǒng)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)內(nèi)容沒有被學(xué)生真正消化、吸收和內(nèi)化。隨著新知識(shí)的學(xué)習(xí)和時(shí)間的推移，前面所學(xué)的內(nèi)容很容易被覆蓋或遺忘。

心理學(xué)研究證明，建立知識(shí)的邏輯聯(lián)系能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，更有利于知識(shí)的記憶與提取[1]；已有研究證實(shí)，基于教學(xué)系統(tǒng)生成的知識(shí)邏輯、教學(xué)邏輯、學(xué)習(xí)邏輯和認(rèn)知邏輯可以促成教學(xué)雙方的共振、共享和共贏，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)的有序化和有效化[2]。因此，從教學(xué)改進(jìn)與優(yōu)化的角度出發(fā)，教學(xué)中要在分析學(xué)生認(rèn)知邏輯的基礎(chǔ)上，構(gòu)建符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)和邏輯順序的學(xué)科知識(shí)邏輯體系，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解、鞏固與內(nèi)化，達(dá)到學(xué)生認(rèn)知邏輯與學(xué)科知識(shí)邏輯的統(tǒng)一。下面就以學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)困難的“物質(zhì)的量”單元教學(xué)為例進(jìn)行說明。

2 教學(xué)分析

2.1 學(xué)生認(rèn)知邏輯的分析

在學(xué)習(xí)“物質(zhì)的量”單元之前，學(xué)生已有基礎(chǔ)物理學(xué)知識(shí)和日常的生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)宏觀物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、性質(zhì)及變化等十分熟悉，也對(duì)描述宏觀物質(zhì)的一些物理量，如物質(zhì)的質(zhì)量、體積、長度等有深刻的認(rèn)識(shí)。而對(duì)于微觀粒子（簡(jiǎn)稱“微粒”，如分子、原子、離子等）而言，由于無法直接體驗(yàn)或感知，學(xué)生對(duì)微粒本身的大小、質(zhì)量、個(gè)數(shù)及微粒反應(yīng)等的認(rèn)識(shí)相對(duì)模糊。如無法準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)微粒質(zhì)量的“小”，也無法感知一定質(zhì)量物體中所含微粒個(gè)數(shù)的“多”，更難想象并建立宏觀物質(zhì)質(zhì)量與微觀微粒個(gè)數(shù)之間存在的某種定量關(guān)系。因此，教學(xué)中一方面要從學(xué)生的認(rèn)知邏輯順序出發(fā)，做好“從宏觀到微觀、從定性到定量、從一般到特殊、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜”的認(rèn)知過渡與遞進(jìn)；另一方面，要從學(xué)生微觀思維模式的構(gòu)建出發(fā)，采用類比、推理等方法引導(dǎo)學(xué)生把微粒與宏觀物質(zhì)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)從宏觀向微觀的認(rèn)知轉(zhuǎn)化，構(gòu)建具有微粒、微粒數(shù)、微粒質(zhì)量、微粒集合體、微粒反應(yīng)等概念的微觀認(rèn)知體系，使微粒模型化、抽象概念顯性化、知識(shí)內(nèi)容邏輯化，幫助學(xué)生深化理解、強(qiáng)化記憶。

2.2 教學(xué)內(nèi)容邏輯分析

“物質(zhì)的量”是聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁與紐帶，也是中學(xué)化學(xué)中十分重要的核心物理量。“物質(zhì)的量”單元貫穿高中化學(xué)定量計(jì)算的始終，涉及物質(zhì)的量、摩爾、物質(zhì)質(zhì)量、氣體體積、溶液體積、微粒個(gè)數(shù)、阿伏伽德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量、摩爾體積、物質(zhì)的量濃度等諸多概念。從概念的屬性看，“物質(zhì)質(zhì)量、氣體體積、溶液體積”是宏觀量，“微粒個(gè)數(shù)”是微觀量，“阿伏伽德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量、摩爾體積”等是通過“單位物質(zhì)的量”引入的定義量（“物質(zhì)的量濃度”是以單位體積引入）。因此，通過“物質(zhì)的量（單位摩爾）”就自然引出以上的定義量，從而達(dá)到聯(lián)系宏觀量與微觀量的目的。梳理以上概念的分類，進(jìn)一步明晰各概念的內(nèi)涵及相互的邏輯關(guān)系。從知識(shí)內(nèi)容的發(fā)展看，教學(xué)的起點(diǎn)和核心是“物質(zhì)的量”，講清“物質(zhì)的量”的來龍去脈是教學(xué)取得成功和突破的關(guān)鍵；教學(xué)的主線也是“物質(zhì)的量”，圍繞“物質(zhì)的量”進(jìn)而引入并定義單位物質(zhì)的量物質(zhì)所含的微粒個(gè)數(shù)、質(zhì)量和氣體體積，溶液物質(zhì)的量濃度等，建立相互的定量關(guān)系，從而最終解決有關(guān)“物質(zhì)的量”的計(jì)算及應(yīng)用。因此，單元內(nèi)容邏輯關(guān)系清晰、重點(diǎn)突出，教學(xué)中可根據(jù)學(xué)生認(rèn)知邏輯順序和知識(shí)發(fā)展邏輯順序設(shè)置系列問題，以問題引領(lǐng)教學(xué)，層層推進(jìn)，具體歸納如表1所示。

2.3 問題與困難分析

在學(xué)習(xí)“物質(zhì)的量”單元之前，學(xué)生已有的前概念“物質(zhì)的質(zhì)量、物質(zhì)的數(shù)量”對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)理解“物質(zhì)的量”概念帶來明顯干擾和負(fù)遷移?！拔镔|(zhì)的量”是一個(gè)什么量？學(xué)生常常會(huì)把“物質(zhì)的量”理解成物質(zhì)的數(shù)量或物質(zhì)的質(zhì)量，進(jìn)而把物質(zhì)的量理解成一個(gè)數(shù)值；把物質(zhì)的量的單位“摩爾”等同于阿伏伽德羅常數(shù)，進(jìn)而很難理解“物質(zhì)的量”與物質(zhì)的數(shù)量與質(zhì)量的具體關(guān)系；另一方面，從“物質(zhì)的量”這一物理量的表述來看，也常常會(huì)給學(xué)生帶來困惑。從字面“量”的意思，學(xué)生很容易錯(cuò)誤理解成數(shù)量或質(zhì)量；學(xué)生不能理解有了質(zhì)量和數(shù)量以后為什么還要引入“物質(zhì)的量”？化學(xué)中為何要引入這樣一個(gè)物理量？沒有“物質(zhì)的量”行不行？若不把這些物理量關(guān)系與問題梳理清楚，學(xué)生對(duì)“物質(zhì)的量”的理解就不會(huì)長久，輕則概念之間時(shí)常相互干擾，重則概念不清、思維混亂。

3 學(xué)科知識(shí)的邏輯架構(gòu)教學(xué)

在“物質(zhì)的量”單元復(fù)習(xí)教學(xué)之前（新課教學(xué)三周以后），筆者做了一個(gè)課前問題測(cè)試。第一個(gè)問題為“物質(zhì)的量”是什么？接近一半學(xué)生的回答是摩爾。緊接著再問第二個(gè)問題“摩爾是什么？”多數(shù)學(xué)生支支吾吾，很難說清楚，近1/4學(xué)生說摩爾就是阿伏伽德羅常數(shù)。由此可以看出，學(xué)生常常把“物質(zhì)的量”這個(gè)物理量等同于“物質(zhì)的量”的單位“摩爾”；在糾正后又把“物質(zhì)的量”的單位與單位物質(zhì)的量所含的具體微粒個(gè)數(shù)混為一談。說到底，學(xué)生對(duì)物質(zhì)的量的作用、為什么引入物質(zhì)的量、物質(zhì)的量的含義、阿伏伽德羅常數(shù)等不清楚。因此，教學(xué)中對(duì)該內(nèi)容的知識(shí)與概念的邏輯關(guān)系的構(gòu)建和梳理顯得相當(dāng)重要。

學(xué)科知識(shí)邏輯結(jié)構(gòu)的本質(zhì)屬性是“邏輯性”。在知識(shí)構(gòu)建過程中，要指導(dǎo)學(xué)生先對(duì)單元知識(shí)進(jìn)行整理歸納，按照自身認(rèn)知邏輯順序和知識(shí)邏輯發(fā)展順序整理分類單元主干知識(shí)、知識(shí)的衍生（上下位）、平行或包含關(guān)系等，教學(xué)中始終圍繞“物質(zhì)的量”這一核心線索，從“化學(xué)中為什么要引入物質(zhì)的量？微粒集合體NA、物質(zhì)的量是什么？單位物質(zhì)的量的微粒個(gè)數(shù)和物質(zhì)質(zhì)量分別是多少？物質(zhì)的量與如阿伏伽德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度等其他相關(guān)物理量的關(guān)系是什么？如何用數(shù)學(xué)關(guān)系式進(jìn)行表征？”等問題逐一展開。

3.1 為什么要引入物質(zhì)的量

從生產(chǎn)實(shí)踐來看，物質(zhì)的質(zhì)量是宏觀的、可控的，但具體到微觀的化學(xué)反應(yīng)而言，微粒間的反應(yīng)實(shí)質(zhì)是微粒之間按一定個(gè)數(shù)比進(jìn)行的。如何把宏觀質(zhì)量和微粒個(gè)數(shù)聯(lián)系起來？這里就需要一座橋梁——物質(zhì)的量。因此，物質(zhì)的量的引入就是要解決物質(zhì)質(zhì)量與微粒個(gè)數(shù)間的換算。這里自然產(chǎn)生兩個(gè)問題：一是就某一物質(zhì)而言，質(zhì)量與微粒個(gè)數(shù)成正比關(guān)系，但比例常數(shù)是什么？二是對(duì)不同物質(zhì)而言，物質(zhì)之間的質(zhì)量關(guān)系與物質(zhì)所含的微粒個(gè)數(shù)關(guān)系如何換算？由此“物質(zhì)的量”這一物理量應(yīng)運(yùn)而生。

3.2 為什么要引入微粒數(shù)集合體（NA）

為了找到微粒個(gè)數(shù)與物質(zhì)質(zhì)量的關(guān)系，必須要考慮單個(gè)微粒的質(zhì)量。但事實(shí)上，單個(gè)微粒很小，其質(zhì)量無法直接稱量。科學(xué)上如何得到微粒的質(zhì)量呢？這里就是需要先稱一定質(zhì)量的宏觀物體，再進(jìn)行微粒個(gè)數(shù)的測(cè)定?？茖W(xué)家選擇測(cè)定了12g 12C所含原子的微粒個(gè)數(shù)，結(jié)果約為6.02×1023，這樣的一個(gè)微粒數(shù)集合體作為單位物質(zhì)的量所含微粒個(gè)數(shù)的計(jì)量單位——阿伏伽德羅常數(shù)（NA）。為什么要引入微粒集合體NA呢？教學(xué)中通過列舉這樣一個(gè)事例供學(xué)生思考和討論：某公交公司每天可收入幾大麻袋的一元硬幣，我們?nèi)绾伪M快求得硬幣的個(gè)數(shù)（多少錢）？開始，學(xué)生回答以1個(gè)硬幣為單位質(zhì)量再稱量硬幣總質(zhì)量得到。經(jīng)討論，考慮誤差后，他們發(fā)現(xiàn)用10個(gè)硬幣作為單位質(zhì)量將更準(zhǔn)確。這時(shí)教師繼續(xù)追問，如果是一分的硬幣呢？學(xué)生們不約而同地回答用100個(gè)，1000個(gè)，……。此時(shí)，若以100個(gè)硬幣作為一個(gè)單位質(zhì)量集合體，再把硬幣總質(zhì)量除以單位質(zhì)量集合體得到硬幣數(shù)量。對(duì)于肉眼看不見的微粒而言，要選擇的集合體所包含的微粒個(gè)數(shù)多還是少？學(xué)生不難得到“多”的概念，從而進(jìn)一步感受到科學(xué)上引入阿伏伽德羅常數(shù)這個(gè)微粒數(shù)集合體的目的、意義和價(jià)值。

3.3 物質(zhì)的量是什么？單位物質(zhì)的量的微粒個(gè)數(shù)和物質(zhì)質(zhì)量分別是多少

物質(zhì)的量是國際單位制中七大基本物理量之一，單位是摩爾。它是聯(lián)系物質(zhì)的質(zhì)量與微粒數(shù)量的橋梁，故名“物質(zhì)的量”。從微觀上看，科學(xué)規(guī)定含阿伏伽德羅常數(shù)個(gè)（NA）微粒的物質(zhì)為1mol，即單位物質(zhì)的量。在理解的基礎(chǔ)上，學(xué)生對(duì)物質(zhì)的量、摩爾和阿伏伽德羅常數(shù)三者用連線的方式進(jìn)行辨析（如圖1）；從宏觀上看，單位物質(zhì)的量的物質(zhì)質(zhì)量是否相同呢？科學(xué)進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)，單位物質(zhì)的量的不同物質(zhì)其質(zhì)量卻不一定相同，但數(shù)值上與該物質(zhì)的式量相當(dāng)，這就是不同物質(zhì)的摩爾質(zhì)量。通過對(duì)這些概念的分析與討論，并在教師的引導(dǎo)下構(gòu)建了相關(guān)概念間的邏輯關(guān)系，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.4 不同物理量之間有何聯(lián)系，如何進(jìn)行相互關(guān)系的數(shù)學(xué)表征

在以上的架構(gòu)教學(xué)完成后，學(xué)生普遍感到“物質(zhì)的量”單元中概念和公式雖多，但實(shí)際并不復(fù)雜，關(guān)鍵要厘清概念的來龍去脈及其相互關(guān)系。

4 教學(xué)效果

以2016級(jí)學(xué)生為例，筆者分別采用傳統(tǒng)的歸納教學(xué)（對(duì)照班）與邏輯架構(gòu)教學(xué)（實(shí)驗(yàn)班）對(duì)“物質(zhì)的量”單元進(jìn)行復(fù)習(xí)與檢測(cè)，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)，具體如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)不難看出，邏輯架構(gòu)教學(xué)的效果明顯優(yōu)于較傳統(tǒng)的復(fù)習(xí)歸納教學(xué)，特別在物質(zhì)的量的基本概念與綜合計(jì)算方面表現(xiàn)尤為突出。這也充分說明，邏輯架構(gòu)教學(xué)對(duì)幫助學(xué)生理解概念、保持記憶、建立知識(shí)聯(lián)系、提升知識(shí)轉(zhuǎn)換與應(yīng)用能力等方面均具有促進(jìn)作用。

又以剛畢業(yè)的2013級(jí)學(xué)生為例，筆者統(tǒng)計(jì)了區(qū)內(nèi)學(xué)生生源質(zhì)量十分相似的四所學(xué)校三次十分重要的區(qū)統(tǒng)考測(cè)試中有關(guān)“物質(zhì)的量”內(nèi)容的得分率情況，具體結(jié)果如表3所示。

從上表中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不難看出，我校學(xué)生在有關(guān)“物質(zhì)的量”內(nèi)容及化學(xué)計(jì)算能力上領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)明顯、教學(xué)效果具有很好的持續(xù)性和穩(wěn)定性。

多年來，筆者始終堅(jiān)持探索基于學(xué)生認(rèn)知邏輯基礎(chǔ)上的學(xué)科知識(shí)邏輯的架構(gòu)教學(xué)，取得了理想的教學(xué)效果。在歷次的市、區(qū)統(tǒng)考和高考中，所帶學(xué)生平均總成績一直遙遙領(lǐng)先于區(qū)同類（民辦、綜合高中）學(xué)校，甚至達(dá)到普通或重點(diǎn)高中水平。

5 結(jié)論與建議

“物質(zhì)的量”單元屬初高中銜接內(nèi)容，“物質(zhì)的量”教學(xué)對(duì)整個(gè)高中化學(xué)的教學(xué)具有先導(dǎo)作用，對(duì)學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和能力培養(yǎng)等方面均起到重要影響和支撐作用，理應(yīng)得到師生的高度重視。實(shí)踐證明，在學(xué)生認(rèn)知邏輯結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的“物質(zhì)的量”單元知識(shí)的架構(gòu)教學(xué)對(duì)促進(jìn)學(xué)生理解概念、梳理關(guān)系、建立知識(shí)間的有效邏輯順序、保持記憶等方面具有不可替代的作用。

教學(xué)過程中要重視問題的引導(dǎo)作用。在分析學(xué)生認(rèn)知邏輯的基礎(chǔ)上設(shè)置系列遞進(jìn)性問題，引導(dǎo)學(xué)生充分思考、討論，梳理出核心及相關(guān)的知識(shí)與概念，進(jìn)而分析知識(shí)與概念的內(nèi)涵及其邏輯發(fā)展順序，構(gòu)建知識(shí)及概念間的結(jié)構(gòu)關(guān)系圖示，提升教學(xué)效益。

教學(xué)過程中要遵從循序漸進(jìn)的原則，充分發(fā)揮師生的共同作用。教學(xué)中要注意克服兩種傾向。一種是忽略教師的適時(shí)、適量指導(dǎo)作用，教學(xué)進(jìn)展緩慢，導(dǎo)致課堂效率低下；另一種是不注意調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，教學(xué)中習(xí)慣于一講到底，學(xué)生的思維得不到充分的激活，邏輯構(gòu)建教學(xué)流于形式，從而不能達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王祖浩等著.化學(xué)教育心理學(xué)[M].南寧：廣西教育出版社，2007：84～85.

[2]朱德全，張家瓊.論教學(xué)邏輯[J].教育研究，2007，（11）：47～52.