高中学生学习化学的相异构想初探

1、高中学生学习化学的相异构想初探瑞安市隆山高中 张克龙 摘要：造成化学难学的因素很多，除了与化学学科本身的特点有关以外，学生在学习化学知识时存在相关的“相异构想”也是学生在学习过程中出现思维障碍、形成化学教学低效率的原因之一。本文就高中学生形成相异构想的原因、对学习科学概念和规律带来的困难以及高中化学教学应采取的策略作一初浅的探讨。关键词：高中化学；相异构想；形成原因；教学策略学生在学习某一项化学知识之前，头脑里并非一片空白，尤其是高中学生，他们通过初中科学学科的学习，对化学现象的理解和解释，往往有一套自己的观点和想法。这些观点和想法许多时候与科学的概念、思维方式相去甚远，甚至大相径庭，因而称之

2、为“相异”构想（alternative frameworks）。相异构想的存在，使得学生难以用科学的眼光去看问题、遵循科学的思维去想问题，成了学生学习相关知识的重大障碍，造成化学教学的低效率，研究相异构想的目和和意义就在于发现学生形成各种相异构想的原因，明确学生学习相关知识所存在的困难，寻求提高教学效率的策略。1、高中学生有关化学知识的相异构想的初步调查作者自拟了二份问卷，分别选取了重点中学的高一新生和已参加会考的高二学生进行了测试，结合个别学生的访谈，检出了部分化学知识的相异构想，见下表。测试对象知识点相异构想例析高一新生化合价认为氢没有负一价占87%Na2CO3和HCl反应认为不会生成Na

3、HCO3占93%钾盐和钠盐溶解均易溶于水，不溶于水的钠盐和钾盐是不存在的占92%燃烧燃烧需要用“火”去点燃，“燃烧离不开火”占37%金属不能燃烧占27%复分解反应的条件没有生成沉淀或气体或水的复分解反应是不可能发生的占71%用弱酸制强酸是不可能实现占89%核外电子稳定结构Na和Cl反应时认为Cl原子将3个电子给了Na，使每个原子均有最外层4个电子达到稳定占31%CO2 CO2对人类有毒无利，把空气中CO2除去后，空气质量会变好占41% CO2可灭火，是光合作用的原料，是气肥占21%宏观物质和构成微粒的性质的关系硫单质和硫原子物理性质及化学性质区分：有35.3%的学生认为硫原子易碎、淡黄色晶体、

4、熔点是113，更有41%学生认为单个硫原子密度是2.1g·cm-3高二学生化学平衡增大固体量，反应速率会加快，平衡会移动占41%化学平衡正反应速率加快，逆反应速率减慢占31%微粒半径核外电子越多，半径越大占47%酸碱中和滴定中指示剂选择可以用石蕊做指示剂占71%浓H2SO4电离能力完全电离占42%NaHCO3呈酸性占53%2、形成各种相异构想的原因分析通过对检出的相异构想分析，结合学生座谈，笔者以为高中学生关于化学知识的相异构想主要来自于以下几个方面：（1）初中科学教材对于某些化学概念和规律的阐述不够科学和严密，在初、高中教材的衔接上出现脱节。如关于复分解反应条件，常见元素化合价等知

5、识，在初中科学教材的编写时，考虑到初中学生的年龄特征和认知能力，采取了不够科学或不甚确切的定义和叙述，似乎复分解反应条件只能是生成沉淀或气体或水，常见元素的化合价是固定不变等。这种做法减轻了初中学生的学习负担，降低了初中科学教学的难度，但在高中阶段学习同一概念和相关知识时，这些非科学观点就会长驱直入，严重影响了科学概念、规律的建立和理解，教师要在纠正这些不科学的观点的基础上再重新建立科学的概念和规律，必须投入更多的精力，因而降低了高中化学教学的效率。实际上，这种由于教材编写的脱节而使学生产生相异构想的现象，在高中化学的衔接上也随处可见，如溶解平衡中，加入固体溶解速度加快，导致学生学习化学平衡时

6、加入固体，平衡也发生移动。再比如Na2CO3和HCl反应，在初中科学中，为了降低难度，教师会忽略CO32-和H+结合生成HCO-3这一个过程，导致高中学生学习H2CO3（多元弱酸）电离时或多元弱酸根水解均是分步的，很难形成准确的认识，必须投入很多重复性的练习，才能消除相异构想。（2）教师在讲解化学知识、演示化学实验时，为了某个知识点的教学需要而过分地突出某一方面现象或结果的观察和分析，忽视了相关的其他知识，造成以偏概全，产生相异构想。如CO2的性质的教学，教师为了加深学生对CO2不支持燃烧的理解，过份地引导学生对含碳物质燃烧产物是CO2，人类灭火常见方法是用水与CO2，CO2不支持呼吸等，而忽

7、视了CO2是光合作用的反应物，是气肥，也可和很活泼金属如Mg起反应等，以致有4 1%的学生认为“CO2对人类有毒无利”。再如在学习Na2CO3和NaHCO3性质时，由于学生脑海有钠盐均易溶于水的理解，导致Na2CO3饱和溶液中通入CO2和H2O有NaHCO3晶体析出很难理解，侯氏制碱的原理有39%的同学不能很好地接受。（3）教师被迫于升学率的压力，为了加快教学进度，教学方法上采用了传统观念上的“结论性教学法”，学生对化学知识死记硬背、一知半解、对化学问题的分析缺乏科学的观察、科学的依据和方法。学生认为硫酸是强电解质，因此浓H2SO4中硫酸是完全电离的。石蕊是酸遇碱会呈现不同的颜色，因此酸碱中和

8、滴定时用石蕊作指示剂是极好的选择。酸是能电离出H+的物质，因此认为NaHCO3溶液呈酸性。物质是微观粒子构成的，因此有1/3学生认为硫单质与硫原子的物理性质，化学性质是一样的等等。（4）日常生活概念，生活经验是导致学生对许多化学知识产生相异构想的主要原因。笔者在与学生座谈时发现，除上述教师的教与学生的学等方面原因导致学生对化学知识产生相异构想外，在化学学习过程中，大量化学相异构想是因为学生日常生活概念，生活经验及宏观世界概念引起的。如由于学生在日常生活情景中确实多次观察到“纸张、木柴等物质燃烧需要点燃”、“物质燃烧会产生的火” 的现象等，因而学习了燃烧后有37%的学生认为“燃烧需要火去点燃”、

9、“燃烧离不开火”，即使经过一年的化学学习后，仍有27%的学生持有这些观点，如“金属不能燃烧”等。再如“化学物质是有害、有毒的”、“矿泉水是无杂质的纯净水”、“水能变成油”等。对于微观世界，高一学生的头脑中有关自己的想法和理解，而这些想法和理解也由于在较大程度上受学生的日常生活经验及宏观世界概念的影响。如约有31%的学生对微观“稳定”概念与宏观“平均稳定”和“共用概念”的关系存在模糊观念。这些学生中的一部分认为微观粒子若要达到稳定状态，则应类似于宏观世界的“平均分配状态”。比如有学生认为，“氯原子”将3个“电子”给了“钠原子”，然后两个原子分别拥有4个电子，达到“平均”；另一部分学生认为除了“平

10、均”之外，还应需要“共用”电子才能使粒子达到最稳定状态。再比如原子半径的大小，有47%学生认为核外电子越多，半径越大。3、提高化学教学效率的策略以问题为主线、实验与科学素材为基础的讨论式教学要消除上述原因产生的相异构想及其造成的思维障碍，提高化学教学的效率，很大程度上要依赖于学生具有勤思善问、敢于质疑的优良品质，依赖于学生具有发现问题、提出问题和解决问题的意识和能力，依赖于实事求是、从事实出发而不盲从于教条和权威的科学态度和科学精神。为此作者提出了“以问题为主线、实验与科学素材为基础的讨论式教学策略”，其教学模式可采用下图所示的框图表示。问题情景师生讨论提出问题实验探索、科学素材概括归纳猜想假

11、设、实验与科学素材的验证问题解决产生新情景提出新问题这种教学模式首先把“问题”作为教学的出发点，通过问题的提出引入教学；通过问题的思考和讨论，展开教学过程；通过问题的解决，使学生理解和把握知识，在以问题为主线的同时，又强调实践环节，加强实验与归纳科学素材的教学，注重学生探索精神和研究能力的培养；通过讨论式教学，突出学生在学习过程中主体地位的发挥，养成主动积极的学习方式，有利于终身的学习和发展。3.1教师创设问题情景（1）问题情景的创设是思维的启动点和切入点口。问题情景的成功创设，能使学生通过对问题情景的感知激发认知的冲突或产生探究的欲望，进入“愤悱”状态。（2）问题情景中所涉及的问题应是教学的

12、重点或学生难以本质上领悟的难点；是学生思维的盲点或新的认知结构构建中，新旧认知产生剧烈碰撞的疑点；应是展现化学学科思想方法的有效点。通过问题的解决，不仅能促成学生领悟知识，改善自己的认知结构，而且还能使学生受到科学思想方法的熏陶。（3）教师创设问题情景，应在准确把握教材的基础上，借助对学生原认知结构中不利于领悟新知识和形成新的认知结构的“相异构想”的研究，借助于对往届学生在学习过程中反映出的一般性问题的积累。3.2师生讨论，提出问题发现问题、提出问题是教学过程的关键环节，是学生主动学习程度和创造性学习能力的体现。问题的提出过程可采用师生之间讨论的方式进行，即在教师与学生合作学习的过程中，通过教

13、师的引导、启发帮助学生顺利地发现问题和提出问题，采用讨论式提出问题。（1）有利于建立民主、平等的教学氛围，让学生在学习过程中既能主动地参与学习，又能自由地表达自己的思想和观点，充分体现了学生在学习过程中的主体性。（2）有利于培养学生勤思善问、敢于质疑的优良品质。（3）有利于促使学生用化学的眼光去看待周围的事物和现象，培养学生发现问题、提出问题的意识和能力。3.3实验探究和科学素材的归纳在实验探究与归纳分析科学素材的过程，有两种不同的思维方式：一种是实验与分析科学素材的归纳过程，即通过对同一类实验事实或归纳分析科学素材所提供的信息抽象的共同的本质属性归纳得出一般结论；另一种假设验证过程，即归纳实

14、验事实与科学素材所提供的信息提出假设理论或实验检验得出结论。其共同的特点是：（1）以实验和归纳分析科学素材为基础，重视实验事实及科学素材所提供信息，使学生的思维活动建立在可靠的实验事实与归纳分析科学素材基础上，这样的教学活动有利于培养学生实事求是的科学态度；有利于张扬学生对自己原有的相异构想进行怀疑、反思和批判精神；有助于学生树立起对教师和教材提出挑战的意识和勇气。（2）注重形成概念和规律的“过程”教学，前移了教学重点，由传统的结论性教学向过程性教学延伸。有助于创设一个可供学生积极探索的氛围，把学生引导到主动学习的过程中去，培养学生独立思考和钻研精神，加深对化学概念和规律的本质性理解。（3）由

15、于学生在学习过程中是边获取新知识、边发现问题和提出问题并寻求解决问题的方法，因而学生能够直接感受到知识的产生发展过程，领悟到科学的研究方法和科学精神，有利于激发学生的探究意识，有利于渗透化学学科的基本观点。（4）对实验与归纳分析科学素材中获得信息进行选择、归纳和处理过程，在归纳实验事实与分析科学素材所提供的信息、提出猜想假设过程都采用讨论式的教学方法，通过师生之间的积极对话和学生之间的相互交流，更加有利于创建积极的课堂环境，有助于培养学生自主学习的意识和能力。3.4问题的解决为了消除学生原有的相异构想对学习过程产生的影响，同时尽量减少新的相异构想的形成，以问题为主线、实验与归纳分析科学素材为基础的讨论式教学模式不把“问题解决”作为终极目标，而是注意到教学过程的每一个环节都可能产生新的问题。比如在实验教学中，少数学生