促進(jìn)初中學(xué)生定量觀建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計

羅月旺+李珍+楊梓生

摘要：簡析了課程標(biāo)準(zhǔn)對發(fā)展學(xué)生定量觀的要求及教學(xué)實踐中培育學(xué)生定量觀存在的問題；結(jié)合文獻(xiàn)研究，界定了定量觀的內(nèi)涵；根據(jù)化學(xué)基本觀念建立過程，提出了將知識學(xué)習(xí)與認(rèn)知發(fā)展相融合的促進(jìn)學(xué)生定量觀建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計模型，分析了促進(jìn)學(xué)生定量觀發(fā)展的教學(xué)設(shè)計操作過程，概括了促進(jìn)學(xué)生定量觀發(fā)展教學(xué)的特點與注意事項；并以“純凈物中元素之間的質(zhì)量關(guān)系”為例加以闡述。

關(guān)鍵詞：定量觀；教學(xué)設(shè)計模型；教學(xué)設(shè)計；初中學(xué)生

文章編號：1005–6629（2017）5–0029–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出：“從定性到定量，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科發(fā)展的趨勢?！蓖瑫r，課程標(biāo)準(zhǔn)的五個一級主題都蘊含著定量認(rèn)識要求，強調(diào)從定量角度認(rèn)識物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化，從而認(rèn)識物質(zhì)世界的變化規(guī)律。幫助初中學(xué)生建立起初步的化學(xué)定量觀，學(xué)會從定量的視角思考、審視物質(zhì)世界的變化規(guī)律，不僅是化學(xué)學(xué)科發(fā)展的必然，也是初中化學(xué)教學(xué)的需要。

不過，從初中化學(xué)教學(xué)實踐來看，初中學(xué)生并未達(dá)成應(yīng)有的化學(xué)定量認(rèn)識水平，忽視從定量視角認(rèn)識物質(zhì)及其變化內(nèi)涵與價值。造成這一現(xiàn)象的原因在于不少教師對化學(xué)定量觀的內(nèi)涵及其價值認(rèn)識不足，將化學(xué)定量要求當(dāng)作事實性知識或化學(xué)基本技能來教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生死記硬背相關(guān)概念、生搬硬套化學(xué)計算格式。為此，有必要探索促進(jìn)學(xué)生定量認(rèn)識水平發(fā)展的教學(xué)思路，指導(dǎo)教師超越事實性、技能性的化學(xué)定量教學(xué)、幫助學(xué)生建構(gòu)定量觀。

1 促進(jìn)學(xué)生定量觀建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計模型

1.1 定量觀的內(nèi)涵

涉及定量觀內(nèi)涵界定的文獻(xiàn)很少，而且學(xué)者們提出不同的表述。如韓丹丹、靳瑩指出，物質(zhì)及其變化是以定量形式存在和發(fā)生的，表達(dá)化學(xué)物質(zhì)量的各物理量存在定量關(guān)系，事物的量變?nèi)舫鲆欢ǚ秶鷮⒖赡芤l(fā)質(zhì)變[1]。楊雨花認(rèn)為物質(zhì)以一定“量”的形式存在，化學(xué)反應(yīng)按定量關(guān)系進(jìn)行，量變質(zhì)變遵循一定的規(guī)律，化學(xué)實驗應(yīng)定量控制，化學(xué)有專屬的定量方法[2]。不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)者們是立足于化學(xué)學(xué)科特點與學(xué)科體系來闡述定量觀的內(nèi)涵。這些論述對初中學(xué)生化學(xué)定量觀的培育有一定指導(dǎo)意義，但因其概括程度高而缺失可操作性。因此，有必要根據(jù)初中化學(xué)課程要求進(jìn)一步界定，以利于在初中化學(xué)教學(xué)中實踐。

立足于定量觀是方法類化學(xué)基本觀念的認(rèn)識[3]及初中階段化學(xué)課程要求，本文將初中學(xué)生應(yīng)具備的化學(xué)定量觀的內(nèi)涵概括為：（1）物質(zhì)及其物質(zhì)變化存在一定“量”的關(guān)系。即純凈物的組成以固定“量”的形式存在，混合物的組成以某種“量”的形式存在，化學(xué)反應(yīng)按一定“量”的關(guān)系進(jìn)行；（2）物質(zhì)及其變化的定量關(guān)系有其定量思想方法。具體包括科學(xué)計量思想、“宏-微-符”表征思想、整體個體關(guān)系思想、量變質(zhì)變思想、模型認(rèn)知方法、實驗的定量控制與定量研究方法等。

1.2 促進(jìn)學(xué)生定量觀建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計模型

化學(xué)基本觀念的形成是學(xué)生在積極主動的探究活動中，深刻理解和掌握有關(guān)的化學(xué)知識和核心概念的基礎(chǔ)上，在對知識的理解、應(yīng)用中不斷反思概括提煉而成的[4]。化學(xué)定量觀建構(gòu)也遵循這樣的認(rèn)知規(guī)律，即要經(jīng)歷知識、思想方法、觀念螺旋上升的認(rèn)知過程。根據(jù)這一認(rèn)識，提出基于問題解決促進(jìn)學(xué)生定量觀建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計模型（如圖1）。

該模型主要分為三階段：階段一包括問題情境和發(fā)現(xiàn)問題環(huán)節(jié)，旨在激活定量認(rèn)知。教學(xué)設(shè)計時，所創(chuàng)設(shè)的問題情境應(yīng)包含有價值的化學(xué)定量問題，并能驅(qū)動學(xué)生展開強烈的、基于定量分析的學(xué)習(xí)活動；階段二包括分析問題、解決問題、總結(jié)規(guī)律三個環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)并內(nèi)化定量認(rèn)知。該教學(xué)階段強調(diào)通過“問題連續(xù)體”，促進(jìn)學(xué)生開展持續(xù)的定量分析，建構(gòu)起與問題情境密切相關(guān)的化學(xué)定量表征、發(fā)展化學(xué)定量認(rèn)識，建立起處理化學(xué)問題的定量認(rèn)識方式；階段三則發(fā)展定量認(rèn)知，即將建立起來的化學(xué)定量認(rèn)識思維遷移到新的問題情境中，通過解決問題發(fā)展完善定量認(rèn)識并形成較為穩(wěn)固的化學(xué)認(rèn)識方式，從而建立起化學(xué)定量觀。

這一教學(xué)設(shè)計模型將知識與認(rèn)知過程兩個維度緊密結(jié)合起來進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生并通過定量問題解決來建構(gòu)定量知識、發(fā)展定量認(rèn)知；注重結(jié)合具體的問題情境，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、總結(jié)規(guī)律、遷移應(yīng)用等過程，把知識的學(xué)習(xí)由記憶轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)現(xiàn)，經(jīng)過知識的打開、內(nèi)化與外顯的過程，從而解構(gòu)反映物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與變化等的化學(xué)符號、化學(xué)概念和理論知識的定量內(nèi)涵，幫助學(xué)生厘清定量的成因、建構(gòu)定量認(rèn)識物質(zhì)世界的思路方法。由于教學(xué)過程強調(diào)從知識理解中提煉形成定量觀的內(nèi)涵和在定量觀統(tǒng)領(lǐng)下的知識遷移應(yīng)用，強調(diào)將知識、知識生成的途徑與方法和化學(xué)觀念有機結(jié)合起來，因而很好地促進(jìn)初中學(xué)生的定量觀建構(gòu)。

2 促進(jìn)學(xué)生定量觀建構(gòu)的實踐

促進(jìn)學(xué)生定量觀建構(gòu)教學(xué)設(shè)計模型指導(dǎo)的教學(xué)設(shè)計，其操作流程如圖2。其中，后兩個步驟是定量觀教學(xué)設(shè)計模型運用，即首先通過創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)學(xué)生的探索欲；接著設(shè)計開放性的問題，引導(dǎo)學(xué)生展開定量觀察，發(fā)現(xiàn)問題。其次設(shè)計“問題連續(xù)體”，要求學(xué)生進(jìn)行定量分析并及時提煉相關(guān)定量思想方法。再次組織學(xué)生探討表征方法，形成定量表征。然后引導(dǎo)學(xué)生提煉形成定量觀念。最后設(shè)計針對性的定量問題，引導(dǎo)學(xué)生對定量認(rèn)識進(jìn)行反思評價深化。

下面結(jié)合滬教版九年級化學(xué)“純凈物中元素之間的質(zhì)量關(guān)系”來加以分析。

2.1 本課蘊含的定量觀認(rèn)識基本要求

課程標(biāo)準(zhǔn)提出“能根據(jù)化學(xué)式對物質(zhì)組成進(jìn)行簡單計算、能看懂某些商品標(biāo)簽上標(biāo)示的組成元素及其含量”的學(xué)習(xí)要求。教材編著者重點設(shè)置了“活動與探究”欄目，幫助學(xué)生認(rèn)識純凈物中元素之間的質(zhì)量關(guān)系。教學(xué)處理時，重點應(yīng)幫助學(xué)生從宏觀物質(zhì)、元素、微觀分子、原子四者聯(lián)系的思維角度厘清內(nèi)容鏈接（如圖3），解構(gòu)化合物的定比定律，使學(xué)生從知識與思維層面深入理解“純凈物中元素之間的質(zhì)量關(guān)系”內(nèi)容系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，及其定量觀的相關(guān)內(nèi)涵。

基于課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)要求、相關(guān)鏈接內(nèi)容和學(xué)生的認(rèn)知線索，本課教學(xué)需要學(xué)生達(dá)成化學(xué)定量方面的如下認(rèn)知：（1）純凈物都有固定的組成，可用化學(xué)式表示。其蘊含著“純凈物的組成以固定‘量的形式存在”；（2）物質(zhì)、構(gòu)成物質(zhì)的微粒與符號之間蘊含著“宏觀-微觀-符號”三重表征定量思想和“模型認(rèn)知”定量方法；（3）純凈物與元素、元素與元素之間存在固定“量”的關(guān)系，蘊含著“整體個體關(guān)系”和“科學(xué)計量”定量思想。

2.2 促進(jìn)學(xué)生定量認(rèn)知的教學(xué)設(shè)計

根據(jù)前述定量觀教學(xué)設(shè)計模型，結(jié)合本課時的教學(xué)目標(biāo)，為促進(jìn)學(xué)生建立起對純凈物中元素之間質(zhì)量關(guān)系的認(rèn)識，建立起相應(yīng)的定量研究化學(xué)事物的思想方法，本課教學(xué)過程及期望達(dá)成的定量認(rèn)知如圖4所示。

2.2.1 創(chuàng)設(shè)問題情境

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并已證明純凈物都有固定的組成，遵守定比定律（它的組成元素的質(zhì)量都有一定比例關(guān)系），那么純凈物中元素之間質(zhì)量比例關(guān)系是怎樣的？

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)史實情境，讓學(xué)生進(jìn)一步理解“純凈物的組成以固定‘量的形式存在”，并產(chǎn)生探究“純凈物與各元素之間‘量的關(guān)系”的興趣。

2.2.2 展開定量觀察

過渡：教師出示一杯36g的水。

問題1：通過觀察、思考，從這杯質(zhì)量為36g的H2O中，你能說出哪些信息？

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生展開定量觀察。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生從定量視角，獨立或經(jīng)過啟發(fā)發(fā)現(xiàn)有價值的定量問題，并能較清晰地表達(dá)所發(fā)現(xiàn)的問題。

2.2.3 進(jìn)行定量分析

問題2：從微觀角度來看，水是由一定數(shù)目的水分子集聚而成的。請思考：①1個水分子中的氫、氧原子的個數(shù)比是多少？氫、氧原子的質(zhì)量比是多少？其中氫原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？（質(zhì)量分?jǐn)?shù)用百分?jǐn)?shù)表示）②2個水分子、10個水分子、1萬個水分子中氫、氧原子的質(zhì)量比是多少？其中氫原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？③這杯水中水分子的氫、氧原子的質(zhì)量比是多少？氫、氧原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各是多少？

設(shè)計意圖：依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知思維線索進(jìn)行定量分析，引導(dǎo)學(xué)生從符號到微觀、從個體到整體、個體與個體角度進(jìn)行定量分析，認(rèn)識物質(zhì)的微觀定量組成，形成“整體個體關(guān)系”、“科學(xué)計量”、“宏-微-符”表征定量思想和“模型認(rèn)知”定量方法。

問題3：從宏微聯(lián)系角度來看，元素是一類原子的總稱，元素質(zhì)量等于該元素原子質(zhì)量的總和，水由氫、氧元素組成，H2O中氫、氧元素的質(zhì)量比是多少？H2O中氫、氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各是多少？（組成物質(zhì)的某元素的質(zhì)量在物質(zhì)總質(zhì)量中所占的百分含量稱為某元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生從“宏-微-符”聯(lián)系角度進(jìn)行定量分析，認(rèn)識物質(zhì)的宏觀定量組成，形成“宏-微-符”定量思想。

2.2.4 形成定量表征，提煉定量思想

問題4：純凈物中元素之間的固定質(zhì)量關(guān)系有兩種表示方法，一種是元素質(zhì)量比，一種是元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如何用計算公式來表征？學(xué)習(xí)“純凈物中元素之間的質(zhì)量關(guān)系”運用了哪些定量思想方法？

設(shè)計意圖：通過學(xué)生討論，形成純凈物中元素組成的定量表征方法，并提煉形成相關(guān)的定量觀念。

2.2.5 實踐定量觀念

問題5：純凈物都有固定的組成，36g水中含有多少克氫，多少克氧？

設(shè)計意圖：通過設(shè)計問題，學(xué)生實踐定量觀念，初步反思評價相關(guān)定量觀的內(nèi)涵，了解學(xué)生的定量認(rèn)知情況。

問題6：教材第86頁“活動與探究”：①尿素[CO（NH3）2]中原子的個數(shù)比是多少？碳元素與氮元素的質(zhì)量比是多少？氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？②現(xiàn)有100g尿素，氮元素質(zhì)量是多少？③測得某一尿素樣品中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43.5%，該尿素樣品是純凈物還是混合物？

設(shè)計意圖：依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知思維線索設(shè)計評價性問題，引導(dǎo)學(xué)生實踐定量觀念，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步反思評價定量認(rèn)識，了解定量表示物質(zhì)組成在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的價值。

問題7：在H2O和H2O2兩種化合物中，與等質(zhì)量氫元素相結(jié)合的氧元素的質(zhì)量比是多少？

設(shè)計意圖：設(shè)計“宏-微-符”轉(zhuǎn)化的定量問題，突破相關(guān)定量思想方法建構(gòu)的難點。

3 總結(jié)與反思

初中學(xué)生定量觀建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計是以“問題連續(xù)體”作為對話建構(gòu)的載體、以初中學(xué)生應(yīng)具備的化學(xué)定量觀水平為發(fā)展目標(biāo)的教學(xué)設(shè)計。這一教學(xué)設(shè)計的主要特點為：一是以知識為載體，依據(jù)定量觀教學(xué)設(shè)計模型工具來幫助學(xué)生建構(gòu)定量觀，二是通過問題解決的一般思維方式來促進(jìn)學(xué)生化學(xué)定量認(rèn)識的發(fā)展、建構(gòu)定量觀。

運用該教學(xué)設(shè)計模型指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計、開展教學(xué)活動，需要把握如下三個方面：一是要準(zhǔn)確揭示教學(xué)內(nèi)容內(nèi)隱的、發(fā)展化學(xué)定量認(rèn)識的功能價值，并將其融入到課時教學(xué)目標(biāo)中；二是要厘清相關(guān)內(nèi)容的邏輯發(fā)展關(guān)系，依據(jù)學(xué)生定量認(rèn)知發(fā)展線索來設(shè)計“問題連續(xù)體”；三是要厘清具體定量知識與定量思想方法之間的聯(lián)系，為教學(xué)設(shè)計提供支撐點。只有明確促進(jìn)學(xué)生定量觀發(fā)展教學(xué)模式的主要特點及注意事項，才能更好地開展教學(xué)相關(guān)活動，從而培育與發(fā)展學(xué)生的化學(xué)定量觀。

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