加強程序性知識教學提高學生解決問題能力

蔡文鎖

（南京市第一中學江蘇南京210001）

加強程序性知識教學提高學生解決問題能力

蔡文鎖

（南京市第一中學江蘇南京210001）

化學新課程標準對學生解決問題的能力提出了較高要求。程序性知識是由概念和規則構成，解決野怎么做冶。針對程序性知識的學習過程，加強教學，有助于提高學生分析解決問題的能力。

程序性知識；解決化學問題

一、問題的提出

化學新課程標準提出“發展學生以解決問題為核心的科學探究能力”。作為教學“指揮棒”的高考,近年出現了一些新型實驗題、無機化工流程題。這些題型非常重視與生產生活的聯系,成為新課改后高考的亮點和主要題型,其所占分值大、難度較高。在實際教學中,教師覺得“講得不少、效果不佳”,學生覺得“一聽就會、一考就錯”。為什么會出現這種現象呢？筆者認為,教師的教和學生的學沒有能夠適應新課程的要求。化學新課程不僅要求學生掌握基本的化學知識和技能,更重要的是學會運用化學知識、化學觀念、化學思想去分析解決各類問題。高考不僅考“知識”,更考“智慧”。

二、問題的分析

美國心理學家安德森將知識分為兩類：一類是陳述性知識,指有關事實性或資料性知識,解決“是什么”;另一類是程序性知識,指按照一定程序理解操作從而獲得結果的知識,本質上是由概念和規則構成的,解決“怎么做”［1]。新高考考“是什么”的少了,而考“怎么做”多了。不知道“怎么做”,反映出“程序性知識”在教與學過程中的缺失。實際教學中可發現,一些學生陳述性知識豐富,而知識的程序化不夠。

2010年江蘇高考第15題就是考察學生“怎么做”的能力。題目如下：

高純MnCO3是制備高性能磁性材料的主要原料。實驗室以MnO2為原料制備少量高純MnCO3的操作步驟如下：

(1)制備MnSO4溶液：在燒瓶中(裝置見右圖)加入一定量MnO2和水,攪拌,通入SO2和n2混合氣體,反應3h。停止通入SO2,繼續反應片刻,過濾(已知MnO2+H2SO3= MnSO4+H2O)①石灰乳參與反應的化學方程式為__________________。

②反應過程中,為使SO2盡可能轉化完全,在通入SO2和n2比例一定、不改變固液投料的條件下,可采取的合理措施有________、_________。

③若實驗中將n2換成空氣,測得反應液中Mn2+、SO42-的濃度隨反應時間t的濃度變化如右圖。導致溶液中Mn2+、SO42-濃度變化產生明顯差異的原因是_________。

(2)制備高純MnCO3固體：已知MnCO3難溶于水、乙醇,潮濕時易被空氣氧化,開始分解;Mn(OH)2開始沉淀時pH=7.7。請補充由(1)時制得的MnSO4制備高純MnCO3的操作步驟【實驗中可選用的試劑：Ca(OH)2、naHCO3、na2CO3、C2H5OH】①_____;②_____;③_____;④_____;⑤低于100℃。

這道題涉及閱讀理解、讀圖、理論分析、沉淀制備等內容。除第一問外,其他得分率都很低。比如“為使SO2盡可能轉化完全…,可采取的合理措施有___、____”,這是典型的程序性知識考察,學生必須知道“化學反應速率”的有關原理,更需知道如何運用原理來分析解決問題。學生都能完整地表述“催化劑”的含義,但從題目所給圖表分析出“Mn2+是催化劑”卻不容易。因為“知道”是陳述性的,而“怎么做”是程序性的。完整地答出制備MnCO3的操作步驟很難,因為它不僅需要有關沉淀制備的基本知識,更需要整合化學信息、解決化學問題的智慧。

化學新課標和新考綱都對學生解決問題能力提出了更高的要求,而化學學科目前在中學中處于弱勢地位。化學教師在高考升學的壓力面前既不能搶“語數外”的課時,又得提升學生的解題能力。筆者以為,加強程序性知識教學是一個有效途徑。

三、問題的解決

1.程序性知識的學習過程［2]

程序性知識的學習分為三個階段：第一階段與陳述性知識的學習相同。學生能知道某些規則或陳述該規則。程序性知識學習的前身是陳述性知識。第二階段,通過應用規則的變式練習,使規則由陳述性形式向程序性形式轉化,這是程序性知識學習的最關鍵一步。走好這一步,規則開始支配學生的行為,規則開始向辦事的技能轉化。第三階段,規則完全支配人的行為,技能達到相對自動化的程度,這是程序性知識發展的最高階段。

2.加強程序性知識教學的措施

加強程序性知識教學,就是針對程序性知識學習過程的特點下功夫。

第一階段：①理清化學概念、原理、用語、實驗等陳述性知識,這是解決問題的基礎;②明確解決問題的程序。解決同一類問題往往有固定的程序,這個程序告訴你“怎么做、怎么想”,它告訴你如何從已知狀態向目標狀態轉化。在化學中我們有很多程序性知識,如：如何配平化學方程式,制備物質有哪些必需步驟,無機化工生產中常運用哪些化學原理等。

比如,氧化還原反應的規律是陳述性知識,而如何運用這一規律則是程序性知識。高考無機化工流程題中常出現陌生氧化還原反應方程式的書寫,往往會出現反應物、生產物、反應介質某一樣缺失,需要學生進行判斷補充。在教學中我們可以和學生一起總結出這樣一套規則：①先從流程中所給物質化合價的變化,尋找出氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物。如果題目未告知,我們可以根據平時積累的規律進行判斷。如naClO、Cl2、Fe3+還原產物分別是Cl-和Fe2+;SO32-和I-的氧化產物分別是SO42-和I2;H2O2參與反應,若已有強氧化劑,則它轉化為O2。②在確定“氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物”后,根據得失電子守恒將這四類物質配平。③判斷溶液的酸堿性,在離子方程式左右邊用H+或OH-配電荷守恒。④根據元素守恒寫出完整的反應式,H2O是最終配平時常用的“棋子”。

再如,解決無機化工流程題,我們可以建立這樣一個分析“模板”。①“將什么原料轉化什么產品”。只要認真讀題干和流程就能找到。②“每一步中反應物、生成物是什么,該步反應對最終產物的制取起什么作用”。順手將題中點明的反應物、生成物以方程式的形式寫在紙上。如果想不通、看不明白,不必著急,繼續看下一步。③“注意從問題中挖掘信息”。經過前兩步驟,流程大致清楚。流程中看不明白的,可能在問題中能得到提示,也可能不會考你。④“利用化學原理、化工生產原理分析解決問題”。學生需知道從化學反應速率、化學平衡原理、水解理論、能量變化、物質的制備和分離原理方面去分析問題,也需知道要考慮原料選擇、條件控制、環境保護、循環利用、經濟效益等化工生產的實際問題。⑤“根據頭腦中儲存的‘如果/則’規則解答具體問題”。

第二階段：通過練習促使陳述性知識向程序性知識轉化。怎樣有效提高練習的效果呢？

首先,精講要與多練相結合。“精講”就是教師講關鍵、講方法,讓學生的頭腦中儲存著一系列以“如果/那么”(If/Then)形式編碼的規則,即產生式。比如上述考題第二問,“為使SO2盡可能轉化完全…,可采取的合理措施有__、___”。學生看到這種問題,頭腦中就應調出這樣的規則：“如果要轉化完全,則可讓反應物接觸充分、可使反應速率加快、或平衡向正向移動”,“如果要讓反應物接觸充分,則可以加快攪拌、減慢氣體通入”,“如果要使反應快,則可升高溫度”,“如果升高溫度,則氣體溶解性小了,反應物接觸少了,有些氣體沒反應就逸出了,但反應快了,效果矛盾”。通過簡單的產生式組合成復雜的產生式,完成解題的任務。再如,“如果遇到物質檢驗,則應該從操作、現象、結論三方面去回答”。“如果要從濾液中得到晶體,則要考慮晶體的性質;如果晶體帶結晶水,則考慮蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等;如果對產品純度要求高,則要考慮洗滌是否干凈;如果要考慮洗滌是否干凈,則可以考慮檢驗最后一次洗滌濾液中某種離子是否存在”。類似的例子很多。課堂上精講多練“如果/那么”形式的規則,就能幫助學生將頭腦中的陳述性知識向程序性轉化。

其次,教師要多留時間給學生思考,多聽學生的思考,多讓學生分析。“產生式”不僅靠教師總結,更需要學生概括、領悟。筆者發現,學生回答無機化工流程題中“某操作的原因、某裝置的作用、某試劑的用途”時,往往知道一點,但答不完整,于是進行了一次專門訓練。將學生的答案和標準答案一起放在投影上,讓學生比較兩者的差異,自己反思總結。學生總結出的經驗是：“如果遇到這種問題,則該從‘直接效果’和‘最終目的’兩方面表述。”

圖1

1008-0546（2011）03-0023-02

G632.41

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2011.03.011