促進(jìn)科學(xué)概念建構(gòu)的“化學(xué)反應(yīng)的限度”教學(xué)實踐

楊發(fā)麗 張軍

摘要：基于建構(gòu)主義理論，對必修階段“化學(xué)反應(yīng)的限度”實施概念轉(zhuǎn)變教學(xué)。教學(xué)實踐中，在充分了解學(xué)生已有認(rèn)識的基礎(chǔ)之上，選擇和設(shè)計合適的教學(xué)情境，通過引發(fā)認(rèn)知沖突、關(guān)注和恰當(dāng)處理學(xué)生已有認(rèn)識、歸納推理等教學(xué)策略，完成“化學(xué)反應(yīng)的限度”相關(guān)概念的建構(gòu)教學(xué)，并在實踐基礎(chǔ)上針對教學(xué)進(jìn)行訪談和分析，從學(xué)生反饋中進(jìn)一步得出啟示。

關(guān)鍵詞：概念建構(gòu)；概念轉(zhuǎn)變；教學(xué)實踐

文章編號：1008-0546（2018）11-0010-03 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.003

化學(xué)反應(yīng)是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要內(nèi)容，化學(xué)反應(yīng)的限度則是學(xué)生認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的重要角度。在高中化學(xué)中，“化學(xué)反應(yīng)的限度”相關(guān)概念至關(guān)重要。在必修階段，學(xué)生必須建構(gòu)好可逆反應(yīng)和化學(xué)平衡狀態(tài)這兩個概念，才能為后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)平衡移動原理、解決復(fù)雜平衡體系問題打好基礎(chǔ)。但在實際教學(xué)中過多關(guān)注學(xué)生對具體知識的獲得與解題能力的提升，而忽略了科學(xué)概念的建構(gòu)，導(dǎo)致學(xué)生并不能真正理解相關(guān)概念的含義。許多有關(guān)科學(xué)概念建構(gòu)的研究表明 [1]，學(xué)生在接受科學(xué)概念前，就已經(jīng)存在能解釋自然世界的概念（前概念、樸素概念或迷思概念）?？茖W(xué)概念的建構(gòu)，本質(zhì)上是將已有概念轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念的過程。而學(xué)生已有的概念，存在著很多不完善、甚至錯誤的地方，因此，如何在了解學(xué)生已有認(rèn)識的基礎(chǔ)之上，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)正確的科學(xué)概念是化學(xué)教學(xué)中的重要問題和方法。筆者基于建構(gòu)主義理論，對必修階段“化學(xué)反應(yīng)的限度”實施概念轉(zhuǎn)變教學(xué)，以幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念。

一、引發(fā)認(rèn)知沖突，促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變

認(rèn)知沖突是個體已有觀點與新的問題情境相互矛盾而產(chǎn)生的一種心理不平衡，是學(xué)習(xí)者已建立的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與當(dāng)前面臨的情境之間暫時的矛盾與沖突，是已有的知識和經(jīng)驗與新知識之間存在某種差距而導(dǎo)致心理失衡的一種認(rèn)知狀態(tài)。認(rèn)知沖突過程要發(fā)生，必須具備：（1）意識到反常情境。（2）對要解決的認(rèn)知沖突表現(xiàn)出興趣或焦慮。（3）積極進(jìn)行認(rèn)知再評價 [2]。要有效落實概念轉(zhuǎn)變，建構(gòu)科學(xué)概念，首先要讓學(xué)生對自己的已有認(rèn)識產(chǎn)生疑問，引發(fā)認(rèn)知沖突 [3]。而化學(xué)實驗由于具有明顯的現(xiàn)象和事實性的說服力，是利用認(rèn)知沖突心理原理進(jìn)行教學(xué)的有效手段。

在學(xué)習(xí)“化學(xué)反應(yīng)的限度”之前，學(xué)生已經(jīng)知道較多化學(xué)反應(yīng)，并且在他們的心中，只要反應(yīng)物充足，反應(yīng)就可以進(jìn)行到底，一直進(jìn)行到反應(yīng)完全或者是較少量的物質(zhì)反應(yīng)完全。本節(jié)課借助演示實驗 [4]引發(fā)認(rèn)知沖突，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識到，某些化學(xué)反應(yīng)存在限度，該環(huán)節(jié)的教學(xué)片段見表1。

二、關(guān)注和恰當(dāng)處理學(xué)生已有認(rèn)識，逐步構(gòu)建科學(xué)概念

在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)了解可逆反應(yīng)，能說出可逆反應(yīng)的定義，在化學(xué)方程式中用可逆符號表示化學(xué)反應(yīng)可逆，但并未真正形成完善的可逆反應(yīng)概念。通過了解發(fā)現(xiàn)，學(xué)生不能正確地說出，在可逆反應(yīng)進(jìn)行過程中，正、逆反應(yīng)何時開始，是否會停止；不能全面認(rèn)識可逆反應(yīng)與非可逆反應(yīng)在表現(xiàn)上的差異（一定條件下，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化為生成物，即反應(yīng)存在限度；反應(yīng)物、生成物能共存于同一反應(yīng)體系等）。同時經(jīng)過課堂提問和學(xué)生訪談，發(fā)現(xiàn)可逆符號的特殊形式讓學(xué)生產(chǎn)生一些迷思概念。例如，讓學(xué)生描述：“可逆反應(yīng)是如何達(dá)到‘停止?fàn)顟B(tài)的？”有的學(xué)生會說，可逆反應(yīng)先正向進(jìn)行，到一定程度后，再逆向進(jìn)行；逆向與正向反應(yīng)抵消一部分后，達(dá)到一種特殊狀態(tài)。不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生具有的前概念，對科學(xué)概念的建構(gòu)有積極成分，也有錯誤成分。因此，在教學(xué)中應(yīng)注意充分利用前者而努力根除后者 [3]。

本節(jié)課先采取提問的方式，誘導(dǎo)學(xué)生暴露錯誤概念。再提供實驗數(shù)據(jù)，讓學(xué)生否定、并放棄錯誤概念，轉(zhuǎn)而與教師一同尋求正確、合理的解釋。在建構(gòu)正確概念的過程中，從學(xué)生的已有認(rèn)識——可逆反應(yīng)的定義出發(fā)，借助動畫模擬實驗過程提供證據(jù)；開展畫示意圖、畫圖像的學(xué)生活動，促進(jìn)學(xué)生深度思維；利用問題和任務(wù)的引領(lǐng)，在質(zhì)疑和討論中不斷完善概念，讓學(xué)生逐步構(gòu)建可逆反應(yīng)和化學(xué)平衡狀態(tài)兩個概念。該環(huán)節(jié)的教學(xué)片段見表2。

三、利用歸納推理，進(jìn)一步完善科學(xué)概念

概念形成的本質(zhì)就是從大量的事物中歸納出共同特征，因此歸納推理是科學(xué)概念教學(xué)的有效策略之一 [2]。本節(jié)課的情境素材中共涉及兩個可逆反應(yīng)，中間以實驗現(xiàn)象、表格數(shù)據(jù)、圖像等多種形式，“描述”了可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時具有的特點。最后環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，讓學(xué)生通過歸納推理，得出化學(xué)平衡狀態(tài)的特征（本質(zhì)特征和宏觀現(xiàn)象特征）；并引導(dǎo)學(xué)生把宏觀現(xiàn)象特征從各成分的濃度保持不變，擴(kuò)展到各成分的質(zhì)量、物質(zhì)的量保持不變，或者體系的壓強(qiáng)（恒容、恒溫封閉體系）、溫度（恒容、絕熱體系）保持不變等。

在學(xué)生認(rèn)識清楚化學(xué)平衡狀態(tài)的本質(zhì)是一定條件下，正、逆反應(yīng)速率相等后，再設(shè)計3個思考：①條件改變時，化學(xué)平衡狀態(tài)是否會改變？②哪些條件改變可能會破壞化學(xué)平衡狀態(tài)？③改變化學(xué)平衡狀態(tài)有何實際意義？讓學(xué)生將化學(xué)平衡狀態(tài)的概念應(yīng)用于其中，進(jìn)一步強(qiáng)化概念的構(gòu)建，并體會控制反應(yīng)條件改變化學(xué)平衡狀態(tài)對生產(chǎn)生活的重要意義。

四、教學(xué)效果和啟示

在教學(xué)中，通過觀察學(xué)生活動的情況、對問題的回答，發(fā)現(xiàn)學(xué)生能夠在教師的引導(dǎo)下，從宏觀現(xiàn)象和微觀變化等不同角度分析可逆反應(yīng)，并應(yīng)用可逆反應(yīng)的特點解釋反應(yīng)存在限度的原因，建立化學(xué)平衡狀態(tài)概念，同時從多個角度描述化學(xué)平衡狀態(tài)的特征，初步了解化學(xué)平衡狀態(tài)的影響因素。

為進(jìn)一步了解教學(xué)效果，課后隨機(jī)抽取4名學(xué)生進(jìn)行訪談，以下為幾個核心訪談問題及學(xué)生回答情況。

【問題1】這節(jié)課的最大收獲是什么？

學(xué)生1：我對可逆反應(yīng)有了新認(rèn)識，它在相同條件下可以向兩個方向進(jìn)行，因此不能進(jìn)行完全，存在限度；我獲得了認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的新角度。

學(xué)生2：以前，我以為可逆反應(yīng)是先從左邊向右邊反應(yīng)，到中間某一節(jié)點，又從右邊向左邊反應(yīng)。這節(jié)課讓我認(rèn)識到，其實逆向反應(yīng)是有生成物產(chǎn)生之后就開始了。

[追問]（對學(xué)生2）這個收獲是怎樣產(chǎn)生的？

學(xué)生2：老師給出的SO2催化氧化反應(yīng)中，各成分濃度隨時間變化的數(shù)據(jù)，同位素示蹤法觀察微觀變化，以及畫反應(yīng)過程的示意圖。

學(xué)生3：我認(rèn)識到化學(xué)平衡狀態(tài)的本質(zhì)是正、逆反應(yīng)速率相等。

【問題2】你認(rèn)為化學(xué)平衡狀態(tài)是有一種還是會有很多？

學(xué)生3：某一溫度，某一濃度下是一種，應(yīng)該會有很多種。

【問題3】想去了解那些不同的平衡狀態(tài)之間到底有什么規(guī)律嗎？

學(xué)生3：我覺得是不是應(yīng)該有那么一個等式，就像物理學(xué)科中導(dǎo)體的電阻跟材料等因素之間關(guān)系那樣的等式。

[追問]你能初步想想，這個等式可能與哪些量相關(guān)？

學(xué)生3：我覺得有物質(zhì)的量濃度、壓強(qiáng)、溫度。

[追問]你是不是從影響速率的因素得到啟發(fā)？

學(xué)生3：是的。

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，有的學(xué)生因進(jìn)一步豐富了認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的角度——限度而感到欣喜；有的學(xué)生對可逆反應(yīng)的認(rèn)識實現(xiàn)了由迷思概念到正確概念的成功轉(zhuǎn)變；有的學(xué)生還對化學(xué)平衡常數(shù)提出了初步猜想。從學(xué)生訪談可看出，本節(jié)課較好地實現(xiàn)了可逆反應(yīng)、化學(xué)平衡狀態(tài)這兩個概念的初步建構(gòu)。

基于本節(jié)課的教學(xué)實踐和效果反饋，有以下兩點啟示：

（1）基于科學(xué)證據(jù)，促進(jìn)概念的形成

本節(jié)課上，每一個問題的討論，都留給學(xué)生充分的思考和討論的空間。在出現(xiàn)爭議或用已有知識不能解決的問題時，通過演示實驗、查找資料、動畫模擬實驗等方式為學(xué)生提供證據(jù)，得出正確結(jié)論，進(jìn)而建構(gòu)科學(xué)概念。這樣可以讓科學(xué)概念的得出更加自然且合理，讓學(xué)生易于理解并接受概念。且這樣基于科學(xué)證據(jù)的教學(xué)，可以有效幫助學(xué)生建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系 [5]，逐步培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識。

（2）重視關(guān)鍵概念的建構(gòu)

本節(jié)課需要建構(gòu)可逆反應(yīng)、化學(xué)平衡狀態(tài)這兩個概念。其中可逆反應(yīng)是承上啟下的關(guān)鍵概念，學(xué)生只有真正理解了可逆反應(yīng)，才能解釋為何可逆反應(yīng)存在限度，才能真正理解化學(xué)平衡狀態(tài)的本質(zhì)和表象。因此，本節(jié)課在建構(gòu)可逆反應(yīng)這一概念的環(huán)節(jié)，用了較大的篇幅，而建構(gòu)化學(xué)平衡概念則水到渠成、事半功倍，讓學(xué)生在很短時間內(nèi)就對化學(xué)平衡狀態(tài)的認(rèn)識達(dá)到預(yù)期。

參考文獻(xiàn)

[1] 涂志銘，林秀玉，張賴妙理，鄭湧涇.符合建構(gòu)論理念的教學(xué)策略對植物的養(yǎng)分與能量概念學(xué)習(xí)的成效[J].科學(xué)教育學(xué)刊，2008，16（1）：75-103

[2] 羅美玲.認(rèn)知沖突策略在概念轉(zhuǎn)變教學(xué)中的應(yīng)用[J].化學(xué)教育，2013，34（5）：23-26

[3] 朱玉軍，劉東方.概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的基本理論依據(jù)和有效策略，[J].課程·教材·教法，2013（6）：98-102

[4] 王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)2[M].南京：江蘇教育出版社，2009：32

[5] 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2017：4