浅谈国内对于化学概念“物质的量”认知建构探究

1、浅谈国内对于化学概念“物质的量”认知建构探究    浅谈国内对于化学概念“物质的量”认知建构探究摘要 介绍了认知建构的理论基     摘要 介绍了认知建构的理论基础梅耶的学习观,并查阅国内有关“物质的量”认知建构的文献,归纳得出目前“物质的量”的认知建构主要有3种:(1)利用桥连式建构;(2)运用类比方法建构;(3)结合生活,进行有意义学习。各自适用于不同水平的学习者,但始终以学习者原有的知识基础进行构建为基准。 关键词 化学概念 物质的量 认知建构 类比学习 有意义学习 “物质的量”在中学化学学习中占有非常重要的

2、地位,对于学生进一步深入理解微观粒子与宏观物质之间的联系,特别是对于培养学生的化学计算技能和实验技能具有十分重要的意义1。它是比较抽象的科学概念2,远离人们的日常生活经验,是学习的难点。不少学者重视研究“物质的量”系列概念的认知建构这一问题。 1 认知建构的理论基础 化学概念的教与学,仅仅从认识角度探讨教学策略与教学模式是远远不够的。真正有效的办法是从化学概念的学习机制入手。关于学习的内在机制问题,众说纷纭。认知心理学的学习观目前占据上风,获得普遍的认同。 从布鲁纳(Jerome S.Bruner)认知结构学习理论,到加涅(Robert M.Gagne)积累学习理论,再到梅耶(Richard

3、E.Mayer)的意义学习模式,认知建构取得了较大的发展。梅耶1987年在加涅的学习信息加工模型基础上提出一个简约的学习过程模型,如图1所示。 图1 梅耶的学习过程模型 模型显示,学习活动始于学习者的注意(A),通过注意,学习者选择了当前学习任务有关的信息材料,并将有限的心理能量集中在相应的活动上,同时与新信息有关的贮存在长时记忆中的原有知识被激活(B)。新信息进入工作记忆系统(WM,又叫短时记忆STM),学习者找出新信息各部分的内在联系(C),与此同时,与新信息有关的处于激活状态的原有知识和新信息产生联系(D)。最后,新知识进入长时记忆中贮存起来3,4。 “物质的量”这一概念属于陈述性知识,

4、在教学中往往容易造成学生的“机械学习”,只是将学习看成是知识获取而不是知识建构5。如何有效建构“物质的量”概念,形成有意义学习是广大化学教育工作者所需要共同探讨的。 2 “物质的量”概念的认知建构 “物质的量”是中学化学中最重要、最基本的概念之一,受到了教材编写者及教师的广泛注意,以下主要介绍教材及教师如何引导学生建构“物质的量”系列概念。 2.1 国内3种教材“物质的量”的呈现方式 国内使用比较广泛的教材有人教版、苏教版和鲁科版教材,3种版本对于“物质的量”的呈现方式各不相同。 郭琦,沈晓强,朱俊杰对人教版和苏教版中“物质的量”概念的编写作了比较6,孙夕礼,马春生对新课标3种高中化学必修教材

5、(人教版、苏教版和鲁科版)的编写特点作了分析7,归纳见表1。 表1 人教版、苏教版、鲁科版的比较 项目 人教版苏教版鲁科版8 引入比较:提出问题在日常生活、生产和科学研究中,人们常常根据不同需要使用不同的计量单位,例如,用米、厘米等来计量长度;用千克、毫克等来计量质量等等。同样,人们用摩尔作为计量原子、离子或分子等微观粒子“物质的量”的单位。在研究物质转化过程中,人们除了关注物质转化方法的选择、转化条件的控制以外,还十分关注转化过程中物质间的定量关系。用质量、体积等物理量来计量物质,对你来说已是非常熟悉的事情了。当知道了物质是由大量的、肉眼无法分辨的分子、原子或离子等微观粒子构成的之后,你是否

6、想过,一定质量或一定体积的物质究竟含有多少个微粒呢?怎样才能了解物质的宏观数量,同时又方便地知道它们所含微观粒子的数量呢? 正文比较:解决问题让学生自己动手计算18 g水、27 g铝所含的粒子数,引导学生通过自己的计算得出6.02×1023这个数值,并告知学生“大量实验证明,任何粒子构成的物质的质量以克为单位,在数值上与该粒子的相对原子质量或相对分子质量相等时,所含粒子的数目都约是6.02×1023。”使抽象的知识具体化。然后指出6.02×1023 mol-1叫做阿伏加德罗常数。通过陈述的方式“物质的量是国际单位制中7个基本单位之一,符号为n,单位为摩尔。0.01

7、2 kg12C中所含有的原子数为阿伏加德罗常数,用NA表示,含阿伏加德罗常数个微粒的集合体为1 mol。”通过陈述、类比方式“物质的量,像长度、质量、时间等物理量一样,也是一种物理量。物质的量单位是摩尔。0.012 kg12C中所含有的原子数为6.02×1023。6.02×1023 mol-1称为阿伏加德罗常数。 结论比较:归纳概括公式未经过推导,在教材中是以蓝底黑字直接给出。每一个公式都是在经过必要的引导后让学生自己推导得出的。公式未经过推导,在教材中是以紫底黑字直接给出。 由表1可以看出,3种教材的呈现形式既有相同点,又有不同点。3种教材的引入均不相同,人教版从日常生活

8、入手,通过类比强调了“物质的量”是物理量,而“摩尔”是单位,避免2者之间混淆9。苏教版从学科知识和研究的角度入手,把定量与转化条件并列为物质转化过程中的重要要素,并指出“物质的量是表示一定数目的集合体”,告诉了学生“物质的量”的物理意义。鲁科版从问题情境入手,类似于人教版,与宏观物质相比,引出微观粒子计量的物理量“物质的量”。而在正文及结论的比较中,人教版要求学生自行计算得到阿伏加德罗常数,苏教版和鲁科版都是直接给出定义;至于公式的归纳,人教版和鲁科版都是直接给出并强调,苏教版则让学生自己推导得出。 总的来说,这3种教材或强调贴近生活,或强调学生自主探究,展示了“物质的量”概念呈现的不同方式,

9、为教师设计课堂教学提供了启示。 2.2 课堂教学中“物质的量”的认知建构的方式 国内课堂教学对于“物质的量”概念的认知建构主要分为3种:(1)利用桥连式建构;(2)运用类比方法建构;(3)结合生活,进行有意义学习。 浅谈国内对于化学概念“物质的量”认知建构探究(2)< 方婷、王祖浩(2007)提出从生活出发,进行有意义学习15。“物质的量”是源于对微观粒子的计量,在初中教学中,教师在解释化学方程式的系数时,往往只能用“几份”、“微粒数之比”等来表述,虽然没有出现“物质的量”4个字,但其本质已经是“物质的量”的思想。因此,应教学本身的需要,上海市率先提出了将“物质的量”概念引入初中课本。而

10、从生活出发,进行有意义学习,这种建构方式就是专门为初中生所设计的,它不是从阐明“物质的量”开始,而是先让学生明白“摩尔”是一个集团概念,以“一打啤酒”、“一袋米”、“一盒回行针”引入,从生活中体现越小的东西用集团来表示它们的数量越方便,展开有意义学习,定义物质的量。通过确定“摩尔”这个集团的大小,引出阿伏加德罗常数,以此建立“物质的量”一系列概念。 这种方法结合学生熟悉的生活实例16,采用有意义的接受学习,符合学生的认知规律17。学生乐于接受,教学效果也比较好,而后者特别适合认知水平较低的初中生,研究表明,初中生都能较好地掌握“物质的量”的知识,并在进入高中学习相关知识时具有一定优势18,19

11、。 2.3 学生的认知建构图示 学习心理学认为,一个重要的概念,是在概念的系统中形成和发展的20,21。学生对于“物质的量”的理解可以通过概念图示来反映。齐红涛、赵河林(2003)通过让学生小结,对学生对于“物质的量”系列概念的认知建构进行了调查,发现学生对“物质的量”一系列概念的认知建构并不相同,但大致可以分成3种:其一,将整章内容分别罗列,列出相应的概念内容和计算公式,属于重现型小结;其二,列出了十字形知识结构图,体现了知识之间的联系,属于框架型小结,见图2;其三,列出网状结构图,将知识的层次性和深刻内涵进行适当阐述,属于网络型小结,见图322。 图2 框架型小结 图3 网络型小结 重现型

12、小结只是单纯将知识点复制,认知水平较低;框架型小结以物质的量为中心,向外辐射,将其与其他物理量连接起来,认知水平较高;网络型小结不仅将物质的量与其他物理量连接起来,还将其他物理量之间的关系总结出来,体现出对“物质的量”系列概念有很好的掌握,认知水平最高。 各版本的教材及不同的课堂教学模式均影响学生对“物质的量”的认知建构,根据不同学生群体的知识水平,应当采用不同的教学方法,将教材的知识结构有效地转化为学生的认知结构。 参考文献 1 吴中英.化学教育,2004,25(8):3637 2 马艳秋.中学化学教学参考,2004,(10):910 3 龚正元,壮亚峰.化学教育,1999,(12):2628 4 余胜泉.中国电化教育,2007,(6):720 5 盛群力.开放教育研究,2004,(4):4345 6 郭琦,沈晓强,朱俊杰.化学教学,20