化學(xué)概念學(xué)習(xí)的認(rèn)知—建構(gòu)分析與學(xué)習(xí)活動(dòng)管理研究
——以“物質(zhì)的量（第1課時(shí)）”教學(xué)為例*

◎福建省普通教育教學(xué)研究室　黃丹青　陳啟新

化學(xué)概念學(xué)習(xí)的認(rèn)知—建構(gòu)分析與學(xué)習(xí)活動(dòng)管理研究
——以“物質(zhì)的量（第1課時(shí)）”教學(xué)為例*

◎福建省普通教育教學(xué)研究室黃丹青陳啟新

基于對(duì)“物質(zhì)的量”課例的再研究，以認(rèn)知、建構(gòu)理論為指導(dǎo)，回歸概念教學(xué)的本真，提出化學(xué)概念的建構(gòu)思路，并通過(guò)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和管理，讓學(xué)生體驗(yàn)概念的形成過(guò)程，在更深層次感受事物的內(nèi)在本質(zhì)與聯(lián)系，發(fā)展科學(xué)思維。

化學(xué)概念；認(rèn)知—建構(gòu)分析；學(xué)習(xí)活動(dòng)管理；物質(zhì)的量

相對(duì)于元素化合物知識(shí)，概念具有較高的概括性和間接性，比較抽象和枯燥。要克服化學(xué)概念成為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的障礙，教師有必要對(duì)新概念進(jìn)行認(rèn)知—建構(gòu)分析與學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)管理研究。所謂“認(rèn)知—建構(gòu)分析”，即先應(yīng)用認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論對(duì)化學(xué)概念進(jìn)行認(rèn)知分析，對(duì)具體概念的學(xué)習(xí)屬性、規(guī)律、條件和作用等給出基本判斷，為化學(xué)概念教學(xué)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。再應(yīng)用建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論對(duì)學(xué)生的概念學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行梳理，對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)中主體的多元性、過(guò)程的動(dòng)態(tài)性、狀態(tài)的生成性和認(rèn)識(shí)的發(fā)展性等更為復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行剖析。在認(rèn)知—建構(gòu)分析的基礎(chǔ)之上，教師還要對(duì)學(xué)生的化學(xué)概念學(xué)習(xí)活動(dòng)管理做深入研究，為化學(xué)概念學(xué)習(xí)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)過(guò)程管理、問(wèn)題指導(dǎo)、分化管控等提供決策參考與方法指南。現(xiàn)以“物質(zhì)的量（第1課時(shí)）”為例，探討高中化學(xué)概念學(xué)習(xí)的策略和路徑。

一、“物質(zhì)的量”概念學(xué)習(xí)的認(rèn)知—建構(gòu)分析

1.“物質(zhì)的量”概念的學(xué)習(xí)障礙

第一，前理解（也稱前概念、自然概念或日常概念）的干擾造成定勢(shì)思維。學(xué)生在初中的學(xué)習(xí)經(jīng)歷中，習(xí)慣了其它SI制物理量的簡(jiǎn)單詞語(yǔ)描述方式，物質(zhì)的量的詞組組合有悖于漢語(yǔ)文字的習(xí)慣，不但名詞抽象、難理解，讀起來(lái)也生硬，學(xué)生存在心理障礙。再?gòu)恼J(rèn)知發(fā)展來(lái)看，學(xué)生對(duì)已學(xué)的“根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算”印象深刻，暫時(shí)不能體會(huì)物質(zhì)的量概念系統(tǒng)給解決問(wèn)題帶來(lái)的方便，心理上不愿接受以物質(zhì)的量為核心的新計(jì)算體系。

第二，概念關(guān)系多且雜，知識(shí)體系瑣碎零散。在1節(jié)課內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)阿伏加德羅常數(shù)、物質(zhì)的量、摩爾和摩爾質(zhì)量等多個(gè)概念，對(duì)初涉高中化學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，易造成知識(shí)消化上的困難。高一新生對(duì)于微觀粒子想象力普遍不足，思維方式和學(xué)習(xí)方法尚不成熟，對(duì)抽象概念的認(rèn)知障礙勢(shì)必對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)產(chǎn)生恐懼心理和畏難情緒，從而在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中忽略感受概念的形成過(guò)程與作用，無(wú)法很好地構(gòu)建概念之間的聯(lián)系。

此外，有些教師對(duì)化學(xué)概念教學(xué)的教育功能認(rèn)識(shí)不足，沒(méi)有深入到概念的本質(zhì)特性中去，教學(xué)設(shè)計(jì)沒(méi)有思想，缺乏理念；教學(xué)手法千人一面，缺乏個(gè)性；課堂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單粗糙，缺乏整體性。如此，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)概念的理解浮于表面，只能用機(jī)械記憶的方法背概念，從而在后續(xù)使用物質(zhì)的量等概念解決問(wèn)題時(shí)，不能從恰當(dāng)?shù)恼J(rèn)識(shí)角度，以與問(wèn)題相匹配的認(rèn)識(shí)方式類別及清晰的認(rèn)識(shí)思路進(jìn)行思考和解答。

2.“物質(zhì)的量”概念學(xué)習(xí)的認(rèn)知—建構(gòu)分析

愛(ài)因斯坦的科學(xué)概念觀認(rèn)為，任何一個(gè)科學(xué)概念的形成，應(yīng)該由“原始概念”到“數(shù)目較大的概念和關(guān)系”，再到“概念本質(zhì)的整體”螺旋上升。物質(zhì)的量是高中化學(xué)核心性概念，在現(xiàn)行的不同版本高中化學(xué)教材中，編者都將物質(zhì)的量安排在開篇第1章。基于高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的概念教學(xué)，應(yīng)從認(rèn)知主義及建構(gòu)主義理論的視角，回歸概念教學(xué)的本真，以分析者、建構(gòu)者和指導(dǎo)者的身份，組織、管理學(xué)生的概念學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)生體驗(yàn)概念的形成過(guò)程，在更深層次感受事物的內(nèi)在本質(zhì)與聯(lián)系，并構(gòu)建科學(xué)的認(rèn)識(shí)方式。

首先，進(jìn)行學(xué)習(xí)者認(rèn)知分析。已經(jīng)掌握了的相對(duì)原子質(zhì)量、密度等概念，對(duì)新概念的建構(gòu)可以起到一定的幫助；根據(jù)認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論及高一學(xué)生的生理、心理特征，學(xué)生的思維方式逐步由感性向理性轉(zhuǎn)化，可以使用相對(duì)直觀的數(shù)據(jù)幫助理解微觀粒子，使抽象的概念具體化；沒(méi)有化學(xué)實(shí)驗(yàn)幫助理解概念，可以帶領(lǐng)學(xué)生用新舊知識(shí)類比的手法感受新概念生成的美妙；物質(zhì)的量、摩爾等新名詞晦澀，可以在理解和運(yùn)用的時(shí)候，用學(xué)生熟悉的其它名詞來(lái)對(duì)比學(xué)習(xí)；多個(gè)概念同時(shí)出現(xiàn)，可以引導(dǎo)學(xué)生找到它們的內(nèi)在關(guān)系，建立不可見(jiàn)、不可稱量的微觀粒子與宏觀可稱量的物質(zhì)之間的關(guān)系。

然后，進(jìn)行概念建構(gòu)分析，幫助學(xué)生有效建構(gòu)化學(xué)學(xué)科思維方式，發(fā)展學(xué)生的定量認(rèn)識(shí)。包括學(xué)習(xí)準(zhǔn)備、活動(dòng)設(shè)計(jì)和實(shí)施。學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：分析相關(guān)概念對(duì)于促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展的功能和價(jià)值，厘清化學(xué)概念教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。活動(dòng)設(shè)計(jì)和實(shí)施：通過(guò)訪談法、調(diào)查法，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生論及自己的思想和已有觀點(diǎn)，揭示前理解；引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，激發(fā)求知欲，促進(jìn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的同化和順應(yīng)；通過(guò)合作學(xué)習(xí)，將新概念和已有概念比較、討論、澄清，揭示和解決沖突概念，準(zhǔn)確處理已有個(gè)人概念和認(rèn)識(shí)方式的轉(zhuǎn)變與發(fā)展之間的關(guān)系，進(jìn)行概念重建和應(yīng)用。

由此，我們將本課時(shí)的學(xué)習(xí)目標(biāo)定位為：正確理解阿伏加德羅常數(shù)、摩爾、物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量等概念的含義，理解概念之間的關(guān)系，能進(jìn)行相關(guān)計(jì)算；發(fā)展學(xué)生的微粒觀、定量觀，體驗(yàn)化繁為簡(jiǎn)的科學(xué)思想與概念建構(gòu)的邏輯之美；體會(huì)在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中構(gòu)建概念的基本學(xué)科思維與方法，理解新概念的功能和價(jià)值；體會(huì)定量研究方法的重要性，并在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中促進(jìn)定量認(rèn)識(shí)的發(fā)展。

二、對(duì)“物質(zhì)的量”概念學(xué)習(xí)活動(dòng)的指導(dǎo)和管理

在概念學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程中，按“建立微觀粒子數(shù)與宏觀可稱量的物質(zhì)之間的關(guān)系，獲得感性知識(shí)→抽取本質(zhì)屬性，建立概念模型→在更深層次上理解事物的內(nèi)在本質(zhì)與聯(lián)系，構(gòu)建科學(xué)的定量認(rèn)識(shí)方式”3個(gè)層次安排教學(xué)環(huán)節(jié)。

1.創(chuàng)設(shè)情境，認(rèn)識(shí)微觀粒子數(shù)與宏觀物質(zhì)之間的關(guān)系

獲取感性認(rèn)識(shí)是幫助學(xué)生理解和掌握新概念的前提。首先，讓學(xué)生知道物質(zhì)的量是SI制7個(gè)基本物質(zhì)量之一，將物質(zhì)的量初步納入學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。其次，了解阿伏伽德羅等有關(guān)化學(xué)史實(shí)，幫助學(xué)生理解概念的由來(lái)。再次，采取定義學(xué)習(xí)的方式來(lái)了解阿伏加德羅常數(shù)：①利用系列情景引發(fā)認(rèn)知沖突。由學(xué)生熟悉的“水”開始，請(qǐng)學(xué)生描述對(duì)水的理解，如水的組成等，回顧初中已學(xué)的分子、原子、相對(duì)分子質(zhì)量、相對(duì)原子質(zhì)量等概念。②提供多種數(shù)值研究路徑，獲取對(duì)阿伏加德羅常數(shù)的感性認(rèn)識(shí)。如介紹科學(xué)家利用掃描隧道顯微鏡（測(cè)算微粒數(shù)的一種儀器）測(cè)算“18g水中有多少個(gè)水分子？”；從電解水的化學(xué)方程式進(jìn)行推算“2g氫氣中有多少個(gè)氫分子？”；再?gòu)馁|(zhì)量的數(shù)值規(guī)律進(jìn)行推算“12g碳（12C）中有多少個(gè)碳原子？”等等，殊途同歸，其數(shù)值約為6.02×1023，從而引出阿伏加德羅常數(shù)的概念。在學(xué)生獲取新認(rèn)識(shí)的同時(shí)，思考阿伏加德羅常數(shù)與6.02×1023的區(qū)別。

2.抽象本質(zhì)屬性，把握概念的內(nèi)涵與外延，建立概念模型

當(dāng)學(xué)生有了感性認(rèn)識(shí)之后，教師設(shè)計(jì)新情景讓學(xué)生嘗試解決更深層次的問(wèn)題，如何獲取物質(zhì)的量這一核心概念呢？在解決實(shí)際問(wèn)題中采用邏輯推導(dǎo)、建立集合，化繁為簡(jiǎn)、類比演繹的方法，促進(jìn)學(xué)生在不同的變式中獲得概念的理解和建構(gòu)。教師繼而拋出問(wèn)題：“阿伏加德羅常數(shù)究竟有多大？”“阿伏加德羅常數(shù)使用起來(lái)方便么？”教師舉例：6.02×1023個(gè)水分子1個(gè)挨1個(gè)地排在地球的赤道上，可以繞地球300萬(wàn)周；60億人每人每天吃1斤大米，6.02×1023粒米要吃14萬(wàn)年。由認(rèn)知沖突中尋找解決問(wèn)題的方法，讓學(xué)生感知引入物質(zhì)的量概念的重要性。教師幫助學(xué)生將物質(zhì)的量與質(zhì)量、體積類比，如對(duì)于“常溫下的18g水”我們可以說(shuō)“18mL水”“1mol水”“這份水的質(zhì)量是18g”“這份水的體積是18mL”或“這份水的物質(zhì)的量是1mol”。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生以數(shù)據(jù)體驗(yàn)為基礎(chǔ)，建立微粒數(shù)目與物質(zhì)的量的關(guān)系：“18g水，2g氫氣，12g碳中所含有的水分子、氫分子、碳原子數(shù)分別都約為6.02×1023，即其物質(zhì)的量均為1mol。”那么，若用“物質(zhì)的量”如何分別描述“4g氫氣的粒子？”“10g氫氣？”“6.02×1024個(gè)氫氣分子？”“3.01×1023個(gè)氫氣分子？”等等。由此，讓學(xué)生體驗(yàn)微粒數(shù)與物質(zhì)的量間的關(guān)系，建立微觀粒子與宏觀物質(zhì)的聯(lián)系，初步把握概念的內(nèi)涵與外延，建立物質(zhì)的量的概念模型。

3.深入理解概念的內(nèi)在本質(zhì)與聯(lián)系，構(gòu)建定量認(rèn)識(shí)方式

在上一學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的討論過(guò)程中，學(xué)生已經(jīng)懂得用阿伏加德羅常數(shù)找到微粒數(shù)目與其物質(zhì)的量之間的關(guān)系，即找出NA、N、n三個(gè)物理量之間的關(guān)系，“18g水中有阿伏加德羅常數(shù)個(gè)水分子”→“18g水即1mol水”→“水的摩爾質(zhì)量為18g·mol-1”即“18gH2O∽NA個(gè)H2O∽1molH2O”，故而很順利地推出“1molH2O的質(zhì)量是18g”。通過(guò)條分縷析，學(xué)生順利建立起新的思維體系即相關(guān)科學(xué)概念系統(tǒng)：（1）物質(zhì)的量這一物理量與微觀粒子的數(shù)量相聯(lián)系，又與宏觀物質(zhì)的質(zhì)量相聯(lián)系，它是聯(lián)系宏觀與微觀的橋梁，也是開啟化學(xué)定量研究之門的金鑰匙。（2）阿伏伽德羅常數(shù)、物質(zhì)的量、摩爾、摩爾質(zhì)量等概念之間相互關(guān)聯(lián)，關(guān)系多樣，包括同一和差異、系統(tǒng)和要素、整體和部分等等。（3）多元化認(rèn)識(shí)概念，包括“宏觀-微觀”“定性-定量”“靜態(tài)-動(dòng)態(tài)”“孤立-系統(tǒng)”等。如此，學(xué)生學(xué)會(huì)定量化表述對(duì)概念的理解，從定性走向定量、從感性走向理性。

三、基于化學(xué)概念建構(gòu)實(shí)踐的感悟

化學(xué)概念的學(xué)習(xí)是“建構(gòu)內(nèi)在的心理表征的過(guò)程，學(xué)習(xí)者并不是把知識(shí)從外界搬到記憶中，而是以已有的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)與外界的相互作用來(lái)建構(gòu)新的理解”（古寧漢姆）。教師對(duì)化學(xué)概念的教學(xué)不能只停留在表面的解說(shuō)上，應(yīng)該回歸教學(xué)本真，“以其所知，喻其不知，使其知之”。教師不僅僅是科學(xué)概念的傳播者，更應(yīng)該是學(xué)生概念學(xué)習(xí)過(guò)程中的分析者和管理者。

在物質(zhì)的量的認(rèn)知-建構(gòu)過(guò)程中，從學(xué)生的知識(shí)框架建構(gòu)過(guò)程上看，設(shè)置教學(xué)情景，對(duì)概念的學(xué)習(xí)屬性、規(guī)律、條件、作用等進(jìn)行判斷，幫助學(xué)生分析、整合前概念，突破已有知識(shí)水平，跨越最近發(fā)展區(qū)，擯棄僵化記憶概念到靈活應(yīng)用概念；從化學(xué)基本觀念整合提升上看，依據(jù)《化學(xué)1》模塊的功能定位，發(fā)展學(xué)生的“微粒觀”“定量觀”，并在概念的建構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)科價(jià)值觀的整體提升；從學(xué)生思維發(fā)展水平上看，重視學(xué)生體驗(yàn)和感悟概念轉(zhuǎn)變的全過(guò)程，讓學(xué)生體驗(yàn)化繁為簡(jiǎn)的科學(xué)思想與定量研究的思維方法，通過(guò)分析和比較、推理和演繹、類比和歸納等，使學(xué)生理解和內(nèi)化概念，實(shí)現(xiàn)“單一→關(guān)聯(lián)→系統(tǒng)”；從情感態(tài)度上看，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者由自主學(xué)習(xí)到合作求知的進(jìn)步，并形成基于“物質(zhì)的量”的定量認(rèn)識(shí)以及對(duì)本部分知識(shí)學(xué)習(xí)的功能和價(jià)值的思考。

當(dāng)然，化學(xué)概念及其系統(tǒng)的構(gòu)建和建立也必然包含“對(duì)邏輯統(tǒng)一性的進(jìn)一步的追求”的學(xué)科思維方式的習(xí)得過(guò)程，一旦離開學(xué)生的觀察、思考、理解，即主觀建構(gòu)和心靈感悟，教師向?qū)W生傳授的化學(xué)概念將變?yōu)榭菰锓ξ兜奈淖址?hào)，不具有任何實(shí)在的價(jià)值和意義。

（責(zé)任編輯：張賢金）

*本文系全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃課題“中學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的認(rèn)知-建構(gòu)分析與學(xué)習(xí)活動(dòng)管理研究”（項(xiàng)目編號(hào)：DHA140341）階段性研究成果。