基于CPUP模型理論的中學化學概念課教學結構評析

席云芳 錢秋萍

【摘 要】本文以化學課堂結構的CPUP課堂解構模型為基本工具，梳理了概念課課堂教學的結構，嘗試從教學結構的視角對課堂教學過程進行分析，尋找概念課型的教學結構特征，期望能對中學化學概念課型的教學提供借鑒。以上海市特級教師余方喜老師執教的《物質的量》優質課為例，分析了課堂教學存在三種重要的結構：教材的知識結構、學生的認知結構、課堂教學的過程結構，對課堂教學的結構進行了真實而全面的解析和評價。

【關鍵詞】知識結構；認知結構；過程結構；CPUP模型

中圖分類號： C93 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）20-0151-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.067

婁延果博士在CPCP模型分析時提到，教的行為與學的行為一定是同時發生、共同存在的，一定是成對發生和出現的[1]，稱之為“教學行為對”。CPUP模型是在CPCP模型基礎上，東北師范大學鄭長龍教授根據系統科學理論提出的課堂教學行為分析模型[2]。在課堂教學中，教學行為對之間按照一定的聯結方式組合起來從而形成一個具有特定功能和價值的有序整體，這個有序整體就是“教學行為鏈”（IBC）。根據課堂教學系統的CPUP模型理論，在基元系統（PrS）中一個教學行為鏈（IBC）對應著一個基元活動（PrA），基元活動是課堂中最小的教學活動。若干個基元活動之間按照一定的聯結方式組合而成單元活動，并按此方式依次組合而成單元活動（UA），并按此方式依次組合而成了板塊活動（PA）和課堂活動（CA）。

課堂是課程實施的主陣地，面對化學課堂教學這一復雜事物，理清課堂教學結構及教學內容的邏輯關系，在構建高效化學課堂方面具有指導意義。本文借助鄭長龍、婁延果老師的課堂教學系統CPUP模型理論，嘗試從教學行為對、教學行為鏈的視角對課堂教學過程進行解析，尋找概念課型的教學行為特征。

在以上解析基礎上再進行綜合，從完成化學教學任務的角度，對本課的教學結構進行梳理，解析各教學板塊的功能，力圖尋找概念課的結構特征，期望能對中學化學概念課型的教學提供借鑒。

1 教材的知識結構

“物質的量”是高中化學核心概念，是高一化學教與學的重難點，之所以是重點是因為它貫穿于中等化學的基本計算教學內容中；之所以是難點，是因為它是比較抽象的科學概念，遠離人們的日常生活經驗。這一教學內容貫穿著整個高中化學學習的始終，作為一種重要的“工具”，“物質的量”是連接微觀和宏觀、定性和定量的橋梁。當學生帶著興奮、好奇、期待、畏懼等諸多復雜情緒踏入高中化學世界時，他們的第一個較量對手就是“物質的量”，這一回合較量的成敗對他們樹立整個高中化學學習信心至關重要。

從高一知識的安排來看，并不是單純地復習“物質的量”，而應該建構以“物質的量”為核心的新的計算體系。但是高一教材中沒有相應的標題來突出這部分計算的重要性，沒有例題供學生自學，教參中也沒有安排相應的課時，以至于教師往往用很短的時間來處理這部分內容，事實證明，這樣的教學是低效的。所以在高一教授相關內容時，一定要做足“銜接”這篇文章。

上海市特級教師余方喜老師執教的“物質的量”一課，從學生學習的角度梳理問題，以剖析問題的方式展開教學，一個又一個的問題拋出來，通過討論、互動，一個又一個的概念得以分析、整合。余老師在現有的知識背景下，帶著學生扎扎實實地建構以“物質的量”為核心的計算體系。本節課明確概念與理論的分類與系統、創設問題情境引發認知沖突，明確概念與理論引入的意義、關注概念與理論的形成過程、加強概念與理論的綜合與應用，具有嚴密的邏輯性；明確概念與理論的內涵與外延、加強概念與理論的辨析，強化概念的聯系與區別、關注概念形成的階段性，避免絕對化、加強科學方法的學習，具有嚴格的科學性；關注經驗、圖表、模型、實物、實驗在概念與理論學習中的重要作用、注意理論聯系實際，達到了抽象與具體的有機統一，取得了比較好的教學效果。本節課的知識結構解析見表1。

2 學生的認知結構

古寧漢姆認為，學習者是以已有的經驗為基礎來建構新的理解的。學習的過程是學生在原有知識和經驗的基礎上自我建構、自我生成的過程。

由于“物質的量”計量的對象是微粒，有必要回顧一下初中化學課標對微粒觀的要求，了解一下高一學生有關微粒的“原有知識和經驗”。

（1）從分子、原子的層次來認識物質的構成，知道分子、原子的概念以及它們的區別和聯系。

（2）初步學會銨根、硝酸根、氫氧根、硫酸根、碳酸根等常見的原子團的符號和名稱。

（3）知道相對原子質量的概念。

（4）學會根據物質的化學式計算它的式量。

“知道”是教學中最低層次的要求，初中課標對初中學生“微粒觀”的要求是能從直觀層面上知道微粒的客觀存在；要求會看原子結構示意圖，不要求會畫；1至18號元素不要求背誦；對于物質的微觀結構，初中學生要求會“用球棍模型來描述分子內原子間的連接”；化學計算比較單一，僅要求學生“初步認識化學變化中反應物、生成物之間物質的量的關系。”綜上所述，初中課標對微粒及計算的要求不高。高一課標要求綜合性比較強，比如要求利用一個化學方程式綜合計算物質的量、氣體的體積、物質的微粒數這些物理量；比如在“氧化-還原反應”知識的學習中，要求標出電子轉移的方向和數目；或者要求計數微粒的電子數等內容，相對來說跨度比較大，對新高一的很多學生來說都會感到難度陡升。

因為初中有一定的基礎，加上本節課的學習，學生的頭腦中已經大致建立起這樣的知識概念：物質的量是一種物理量，其基本單位是摩爾，它與微觀粒子的數量相聯系，又與宏觀物質的質量相聯系，因此它是聯系宏觀與微觀的橋梁。能認識到這些，可以說學生已經初步掌握了“物質的量”的概念，其認知建構是成功的。但這僅僅是“初步”而已，要進一步掌握它并達到熟練運用的水平，顯然遠不是一、兩節課所能達到的，因為學習是學習者的認知結構不斷重組建構的過程，只有通過繼續學習，學生的認知結構才會日臻完善。

分析發現，概念課的教學過程中，充分挖掘教材的知識結構，是學習和形成認知結構的必要前提。

3 教學的過程結構

以化學課堂結構的CPUP模型為基本工具分析發現，“物質的量”一課有著清晰的課堂過程結構，課的“起、承、轉、合”[3]環環相扣，利用知識的邏輯結構，完成學生認知結構的建構與發展。

3.1 “物質的量”課堂過程結構之“起”

“物質的量”一課之“起”，通過問題設計（見表2）展開基元活動（PrA），啟動學生認知驅動力，從而展開本節課的學習活動。

教師本課中 “起”之設計，分別通過引導學生結合已有認知，對化學方程式中質量、數量等量的關系分析，幫助學生順利搭建宏觀、微觀的橋梁，順利引入物質的量概念。

3.2 “物質的量”課堂過程結構之“承”

該課的 “承”是在“起”所設計的問題基礎之上，鼓勵好奇與探究、引導學生獨立思考及思維過程的自我監控、重視知識的綜合與應用、例題選擇貼切、活動設計有層次。在問題解決過程中，陳述性、程序性、策略性知識學習均得到了不同程度的落實。

例1：物質的量的基本單位是摩爾（mol），單位物質的量中含有阿伏加德羅常數個微粒。這里的“微粒”究竟是什么？教師沒有作過多的解釋，因為解釋往往也是徒勞的，而是設置了以下幾個問題：一摩爾的氫分子大約含 個氫分子；一摩爾的氫原子大約含 個氫原子；一摩爾的氫離子大約含 個氫離子。

因為此時學生已經接觸了比較多的新知識，在相對很短的時間間隔內，對新信息進行加工時已經消耗了大量的心理能量，如果認知任務過于復雜勢必造成學生的疲勞，結果學生便會拒絕進行認知活動。然而這卻又是一個不可回避的問題，余老師通過舉出充分的例證予以處理，處理的方法比較妥善。

例2：對“物質的量”的概念已經有了最初步的了解，但心中的疑惑依然存在：引入“物質的量”的概念有什么用處？它與我們已熟知的“質量”有何區別與聯系？這正是接下來要求學生學習的“摩爾質量”內容。

例3：“摩爾質量”的定義雖很簡單，即“單位物質的量的物質所具有的質量”，但這里的難點就是讓學生理解“摩爾質量”與“相對分子質量”、“相對原子質量”的數值關系，這時必須先復習回憶，以激活貯存在學生長時記憶中的“相對原子質量”的概念，因為有的學生對此概念已經模糊，而已有認知結構中起固定作用的觀念必須是穩固的、清晰的，這樣才是可利用的。

本節課余老師引導學生充分探究物質的量與物質的質量之間的關系。經過充分的討論，首先以直接求算法算出1mol物質的質量。其次，根據NA進行類比。1mol12C的質量是12g。1個C原子和1個氧原子的質量的質量比為12∶16，1molC原子和1mol氧原子的個數相同，則1mol氧原子的質量為16 g。同理推之：1mol分子的質量，1mol離子的質量。通過若干例子，學生不難“發現”規律，得出結論：1mol任何原子的質量，以克為單位，數值上等于該原子的相對原子質量，進一步可將此結論類推至分子、離子等。

教師本課中 “承”之設計， 注重根據學生已有的認知結構，激活已知、尋找新知的固著點，通過問題的結構化設計為“起”所設計的問題進行進一步深入分析，為“起”所學習的知識提供了拾級而上、向更高認知水平發展的平臺。

3.3 “物質的量”課堂過程結構之“轉”

“物質的量”一課中主要包含六個教學單元（UA），也可以稱之為學習任務：（1）“概念的引入”；（2）“概念的理解”；（3）“概念的鞏固”；（4）“n與N關系的探究”；（5）“n與m關系的探究”；（6）“意義和應用”。本節課六個學習任務“轉”得自然，教學的轉彎點順暢（見表3）。

教師本課中“轉”之設計，各教學板塊（學習任務）之間通過過渡語承上，通過問題啟下，充分挖掘教材的知識結構，不斷地引發學生的認知沖突，自然過渡到另一個學習任務中，使得這六個在邏輯關系上依次遞進的教學板塊邏輯上聯系極為密切，為整節課以問題任務為核心的探究活動搭建良好的行為框架。

3.4 “物質的量”課堂過程結構之“合”

“物質的量”一課結束之前，教師引導學生將關鍵知識和方法系統化，有目的地將本節所學知識與學生原有的知識之間建立聯系（見表4），使學生的認知結構得以豐富和完善。

教師本課中“合”之設計，注重引導學生分析、綜合、比較、抽象及概括等邏輯思維過程得到結論，讓學生把握概念的內涵與外延。

對于中學化學概念課的教學結構設計，“物質的量”一課給我的啟示是：

（1）概念的引入，結合學生已有認知進行“起”之設計；

（2）概念的挖掘，通過對“起”所設計的問題進行進一步深入分析進行“承”之設計；

（3）教學板塊間有機過渡，充分挖掘教材的知識結構安排各教學板塊（學習任務）進行“轉”之設計，充分挖掘教材的知識結構，不斷地引發學生的認知沖突；

（4）關鍵知識和方法的系統化，注重引導學生把握概念的內涵與外延進行“合”之設計。

當然，教學結構不僅僅包含目標結構、學生認知結構、過程結構，還包含目標結構、空間結構等等，可能具體的課例不見得都與此完全吻合，但是，理論（概念）課的教學應該要符合這樣的要求。另外，本文僅從教學結構中環環相扣的三個方面對課堂教學過程進行分析，期望能對中學化學概念課型的教學提供借鑒，以此拋磚引玉，希望能有更多教師能夠進行相關的研究，為構建高效中學化學課堂貢獻力量。

【參考文獻】

[1]婁延果.化學課堂“教學行為對”及其組合的研究[J].長春：東北師范大學學位論文，2010.

[2]何鵬，鄭長龍，尹學慧.化學課堂教學行為特征解析——基于課堂教學系統CPUP模型理論的案例分析[J].化學教育，2014，35（5）：1-4.

[3]楊玉琴，倪娟.課堂教學過程結構之“起，承，轉，合”[J].化學教育，2015，36（13）：4-8.