概念圖在物質的量單元教學中的應用研究

摘要:提出傳統“物質的量”教學中存在的問題，探討在物質的量的教學中應用概念圖的優勢和應用方法，并討論了概念圖教學對學生的相關知識的遷移能力的影響。

關鍵詞:概念圖;物質的量教學;知識遷移能力

文章編號:1005-6629(2010)01-0021-03 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

1 傳統“物質的量”教學中存在的問題

物質的量是高中化學理論的一個知識點，是整個高中化學教學的重點和難點之一。普通高中課程標準實驗教科書《化學1》(江蘇教育出版社)中該單元教材是以“物質的分類及轉化”、“物質的量”、“物質的聚集狀態”、“物質的量的濃度”、“用物質的量進行計算”為主線編寫的。在傳統教學中，學生表現的具體問題有:

1.1概念的內涵混淆不清

對物質的量、物質的質量、物質的量濃度、摩爾質量和氣體摩爾體積的概念混淆不清，對應的單位也搞不清。如物質的量濃度的單位為mol·L-1，氣體摩爾體積的單位為L·mol-1;摩爾質量是指單位物質的量的物質所具有的質量，單位為g·mol-1;相對原子質量的指原子的質量與0.012 kg C-12的1/12的比值，沒有單位。但兩者在數值上是相等的。

1.2外延把握不準

物質的量表示含有一定數量粒子的集體。是計量原子、分子、電子、中子或離子等微觀粒子的一種基本物理量。但初學者往往會把宏觀物質用物質的量來表示:如1摩爾大米，5摩爾大肥豬等錯誤概念;22.4 L·mol-1是特指在標準狀況下的氣體的摩爾體積。氣體摩爾體積的定義是單位物質的量的氣體所占的體積，只能應用于氣體。學生常認為標準狀況下1 mol水的體積為22.4 L，這種說法是不正確的。

1.3在概念之間無法建立有意義的聯系

阿伏加德羅常數指的是1 mol任何粒子的微粒數，符號為NA。即指0.012 kg C-12中所含有的碳原子數，近似值為6.02×1023。不能把相對原子的質量、阿伏加德羅常數和物質的量的概念相聯系。

1.4在問題解決中不能調用相關概念

在有關方程式和一些基本計算中，運用物質的量進行計算，既方便又快捷。許多高一學生盡管對有關物質的量的公式早已滾瓜爛熟，但是在很長一段時間內，卻不能正確應用相應的公式和原理來解題。例如，先把物質的量轉化為質量，再換算成物質的量或氣體的體積的同學也大有人在。

在物質的量的教學過程中，對知識的橫向聯系和綜合程度的要求提高，在能力上要求從形象思維向抽象思維飛躍。 多年的教學實踐表明，由于接觸化學時間不長，學生很難將化學中的概念、事實、理論進行有機結合，他們頭腦中的化學知識往往是彼此孤立的、零散的，不易形成較完整的化學知識網絡結構。這就要求教師在物質的量的教學中，采取一定的教學策略幫助學生形成較為完整的認知結構，實現意義學習。

2 概念圖在物質的量教學中的優勢

心理學表明，理論知識的學習過程是學生通過積極的思維活動，對各種各樣的具體事例進行分析、概括，從而把握同類事物的共同關鍵特征的過程[1]。 物質的量的概念貫穿于整個高中化學教學的始終，特別是在化學計算中它更處于核心的地位。概念圖作為一種能夠有效促進概念間知識聯系、加強概念間理解的教學工具，能夠在很大程度上幫助學生發展一種理解化學概念和現象的整體性知識框架。可以避免學生對知識的死記硬背，實現知識點之間的貫通理解和轉換， 有利于認識事件的本質和規律，構建知識網絡結構， 提高學生的知識遷移能力。概念圖在支持物質的量的教學方面具有以下優勢:

(1)形象性:概念圖能夠以簡潔明了的圖形形式，表現物質的量理論復雜的知識結構，從而形象地呈現物質的量、阿伏加德羅常數、摩爾質量、物質的量濃度、氣體摩爾體積等各概念知識點之間的聯系。

(2)整體性:物質的量的教學是抽象的，對高一的初學者來說是易混淆、難理解的。利用概念圖能將該知識以整體的、一目了然的方式呈現出來，有利于學生全面理解相關的概念。

(3)綜合性:“物質的量”的知識理論性較強，抽象程度高，經常有很多學生面對綜合性問題束手無策，即使經過大量訓練，效果仍然不理想。歷來被認為是造成學生成績分化、學習困難的重點知識之一。在教學過程中，概念圖作為圍繞主要概念來組織綜合信息的工具，進行知識拓展，有獨特的優點。

(4)層次性:概念圖可以通過確定物質的量與其他各概念之間的因果聯系，區分物質的量、阿伏加德羅常數、摩爾質量、物質的量濃度和氣體摩爾體積，形成概念的層級次序，建立各概念之間的關系，提高對各概念的理解。

(5)經濟性:由于在人的信息加工系統中，短時記憶容量有限，因此，人們必須具備表征知識的各種各樣的經濟方式，以適應這一系統結構的有限性需求。

3概念圖的制作步驟和教學分析

以限定型概念圖制作為例，概念圖的制作一般有以下幾個步驟:

第一步，確定關鍵概念和概念等級。

選定某一知識領域后，找出該主題的關鍵概念以及與之相關的其他概念，并一一列出。然后，對這些概念進行排序，從最一般、最概括的概念到最特殊、最具體的概念依次排列。

第二步，初步擬定概念圖的分層和分支。

把所有的概念寫在活動卡片上，移動卡片討論概念可能的連接， 按照概念的縱向分層和橫向分支， 在工作平臺上排列卡片，初步擬定概念圖分布。

第三步，建立相關概念的連接。

把每一對相關的概念用短線連接，并在連線上用適當的連接詞標明兩者的關系。這樣，同一領域及不同領域中的知識通過某一相關概念相連接，再經過修改后各概念及其關系就清晰可見，所繪的概念圖就基本確定了。此外，還可把說明概念的具體事例寫在節點旁。

第四步，反思完善概念圖。

對各人繪制的概念圖初稿分組進行討論及補充，構建小組圖;然后全班再討論，綜合成一個概念圖。隨著學習的深入，學習者對原有知識的理解會加深和拓寬，所以要對概念圖不斷修改和完善，使概念圖真正成為知識建構的有力工具。

以“物質的聚集狀態”作為教學案例。物質的聚集狀態的變化實質是分子等微觀粒子間相互作用的變化所致。以固體、液體和氣體三種情況的微觀和宏觀性質的比較以及分子間距離的變化，很自然能引出了“氣體摩爾體積”的基本概念。

對全班學生教學前后制作的概念圖進行統計和分析，得出以下結論。

由上表可以看出:

(1)從節點情況看，學生在教學前制作的概念圖中的正確節點(即概念)，大多數都列出了三種聚集狀態的微粒特征、宏觀性質、以及影響體積的因素等，同時，還將影響體積的三種因素列了出來。還有一些同學列出了固體和液體相對應的例子，說明大部分學生已基本掌握了概念圖的制作要點。由于教材的內容容易讓學生接受，通過自學，學生已基本掌握了教學內容。

統計表明，對影響不同聚集狀態的粒子數目、粒子大小、粒子間的距離的節點，尤其是氣體摩爾體積這一節點有相當一部分同學缺失，甚至出現了錯誤，其中能舉出正確例子的同學很少。說明這一部分內容，學生自學后的掌握情況不好，對影響氣體體積的因素沒有完全理解，而氣體摩爾體積的概念和公式的應用是教學需解決的重點和難點。

(2)從教學前概念圖中的命題來看，大多數學生能從物質的微粒特征的結構和運動方式以及宏觀性質的形狀和能否被壓縮的角度進行分析，并用合適的連接詞連接，構成正確的命題。正確命題數目的差異主要在影響氣體的氣體以及氣體摩爾體積的公式。

分析一些學生的錯誤命題，發現在粒子數目、粒子大小、粒子間的距離節點上出現了錯誤連接。由此可以看出，少數同學在自學過程中沒有理解這三種影響因素對不同聚集狀態物質體積的影響。

本案例讓學生自學、展開討論，并分析其他同學制作的概念圖，學生就易發現自己制作的概念圖中的層級結構是否合理;節點和命題是否正確的;所舉例子是否正確，還有哪些知識沒有理解。教學后學生制作的概念圖的正確節點和命題明顯增多。主要增加了影響氣體體積的外界條件—溫度和壓強，而且能舉出正確的例子。尤其突出的是，許多同學不同程度地標出了三種不同聚集狀態影響體積的關系，還有約18.6 %的學生標出了阿伏加德羅定律和氣體摩爾體積的關系，這些都是創新性命題。這說明一方面教師的概念圖教學策略是有效的;另一方面說明這些學生在嘗試著建構自己的認知結構。但有少數學生未能從這方面作出出嘗試，原因可能是學生在畫概念圖時也許更關注的是不同層交或同一層次內部節點和節點之間的命題，而對于交叉層次間存在的命題缺乏思考;還有可能是學生缺乏將概念體系進行整合的意識和能力。

4 研究結論

(1)在學習中使用概念圖的學生，所識記的概念數量多，知識點數量大，知識面明顯拓寬，使學生既重視基本概念的學習、深刻地掌握知識的內涵，又擴大知識的外延，將概念內涵與外延及分散的概念組成了有機的概念體系，對概念的把握更為準確和深刻。

(2)采用概念圖教學策略，學生對知識的保持和提取更為有效，提取的途徑增多，在問題情境中能夠對知識產生積極、有效的遷移，能夠熟練地運用所學的知識去解決實際問題，對學生整體學習能力起到較好的促進作用，知識的遷移應用能力顯著增強。

(3)概念圖使師生的思路更開闊和清晰，能激發學生的學習興趣，使學生在課堂上更積極活躍地參與學習;教師的教案更加靈活而篇幅大大減少;學生的筆記更加簡明、清晰，更利于學習。

總之，概念圖不論是對學生的學習還是對教師的教學，都有著不可低估的教學意義，對提高教學質量、減輕學習負擔也有著重要的意義。

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