新課程化學相異構想轉變策略探微(一)

新課程化學相異構想轉變策略探微(一)

摘要：中學生對化學概念的相異構想是客觀存在的。建構主義學習理論認為，學生在學習某一化學概念之前，頭腦里對此并非一片空白，他們已經有了先入為主的觀念，而在傳統的化學概念教學中，教師往往無視學生頭腦中的相異構想。本文著重從學生相異構想的成因、特點以及對化學學習的影響出發，對中學化學概念教學中的“概念轉變”策略作了初步地探討。
 關鍵詞：相異構想   概念轉變    隨即通達教學
 ⒈問題的提出
 化學概念是有關物質組成、結構、性質、變化的本質屬性及其規律在人們頭腦中的能動反映。化學基本概念是化學概念體系的基礎，也是整個化學學科知識的基礎，長期以來化學教學論界多是從認識論角度進行研究，概括形成了化學概念教學的“感知—理解—鞏固—應用”學習模式和“提出問題—提供實驗事實—分析總結下定義—應用鞏固練習”的教學模式。這種做法事實上有意無意地將學生的頭腦當成了一塊“白板”，我們教師可以在上面構畫出各種各樣的化學知識圖景。化學演示實驗一直作為教學手段而起著配合化學知識講授的作用，考慮的重點自然是如何通過實驗把一個抽象的問題具體化、形象化。我們認為，在新課程理念下，從建構主義理論出發，依據學生原有的生活經歷、日常生活經驗等原有知識及原有認知，正確認識學生相異構想在中學化學教學和學習中的特殊地位及作用，對進一步探討中學化學概念教學策略具有重要意義。
 2.化學相異構想概述
 2.1化學前科學概念及其特點
 有關相異構想的研究早已有之，現代系統研究相異構想的要算是美國的霍爾（Stanly Hall），他早在1903年曾啟動一個計劃，調查兒童對于自然現象如熱、霜和火的觀念。在這方面的大規模的研究開始于本世紀70年代中期，在80年代迅速擴展。
 什么是相異構想？關于“相異構想”的含義，在長期的研究中，學者們針對學生概念學習中產生的問題或觀察到的現象使用了各種不同的術語：錯誤概念（misconception）、樸素概念（naive conception）、教學前概念（instructional preconception）、前概念（preconception）、幼稚概念（naive conceptions）、直覺概念（intuitive conception）以及相異概念（alternative conception）、迷思概念（misconception）等。筆者主要采用杜伊特（R.Duit，1994）和北京師范大學王磊關于“相異構想”界定的觀點，并在此基礎上結合化學學科的特點，對該觀點作了一些必要的修正。本文的“相異構想”包括學生在教學前由于前教學所形成的“相異概念”和源于日常生活中的非正式經驗的日常概念。學生頭腦中的化學前概念具有廣泛性、隱蔽性、膚淺性和頑固性等特點。
 2.2相異構想對化學學習的影響
 由于學生在接受正確的化學概念以前的相當長的時間里，頭腦里并非一片空白，而是已經積累了形形色色的生活經驗、常識和直覺知識。他們的本源不是用確切定義的化學術語和概念，而是以強烈的情感色彩去建構世界的圖象，對知識形成了模糊的化學圖象，即前概念。這些相異構想因先入為主在學生頭腦里根深蒂固，對學生形成正確的科學化學概念產生明顯的影響，嚴重干擾加工器對信息加工的正確監控，其表現形式大致有以下幾種：
 （1）先入之見
 學生的相異構想有時是將生活中的概念與科學上的概念混淆的結果。如學生對“溶液”與“液體”這兩概念的認識，他們往往把它們混為一談，又如，又如學生對“煙”、“霧”、“氣”的理解，盡管老師已講了物態變化的有關知識，若不直接對這一現象進行解釋，生活經驗的根深蒂固，導致大部分學生錯誤地認為我們日常天氣預報中的“某某地區有霧，能見度是30米，某某高速公路暫停關閉”中的“霧”。這里的“霧”與化學科學中的“霧”是不同的。針對這種相異構想造成的思維障礙，用通常的教學方法，這些相異構想會顯得格外地頑固不化。
 （2）一葉障目
 化學概念的本質特征未必是以強烈的刺激形式出現的，而以強烈的刺激形式出現的，未必是現象的本質。常常使學生忽視隱蔽但又是本質的因素，“一葉障目”，造成對概念的錯誤理解。如：學習“物理變化”和“化學變化”（化學反應）的概念時，學生往往會認為“物理變化”就是物質在變化前后沒有發生明顯的現象變化；而“化學變化”就是物質在變化前后有明顯的現象變化。并且最終會得出這樣的結論：有明顯的現象變化的是“化學變化”；沒有明顯現象變化的變化就不是“化學變化”，而不會考慮其他更多的條件。
 （3）機械替代
 用數學或物理知識理解“機械代替”化學本質的現象是相異構想對概念掌握產生影響的另一種形式。如物質的質量和物質的量的關系式n=m/M，有的學生因而認為，物質的量（n）與微粒的摩爾質量（M）是成反比的，當n=0時，M是無窮大的。完全背離了化學實質，得出荒謬的結論
 3.基于相異構想的“概念轉變”策略
 關于概念轉變的研究，很早以前就被人們所重視。最早被理論化的可能要算皮亞杰。他將兒童概念的轉變分成：①前運算階段。②具體運算階段。③抽象邏輯運算階段。波斯納（Posner，1982）提出的“概念轉變模型”（conceptual change model）是解釋學習概念轉變最有影響的理論之一，其理論要點是：要使學習得以發生，必須使正式受教育前學生頭腦中存在的概念的地位降低而代之以科學概念地位的提升。
 學生前科學概念與化學概念之間的不一致性或差異從總體上看可以分為所謂的類別內和類別間的差異（研究表明，化學學科中更多的是存在類別間的差異）。研究和實踐表明,如果個人概念與科學概念之間的差異屬于類別內的性質,也就是說當既有的知識與待學的知識之間有共享的屬性時,概念的改變是比較容易發生的。因為這種改變主要是通過增加或減少一些屬性的方式來改變概念結構,經過常規的科學教育就比較容易轉化和改變。比如在化學學科里“純凈”的概念,在初三學生的相異構想體系里它通常是與“潔凈”、“干凈”相一致的。它們之間就存在一些共享的屬性,學生在化學學科的學習過程中,在教師的指導下,只需要從生活中習慣的“潔凈””、“干凈”經過簡單調整,就可以得到“純凈”的概念了。如果個人概念與科學概念之間的差異涉及到類別之間的性質,也就是說當既有的知識與待學的知識之間沒有可共享的屬性,單純的依靠一般的科學教育是很難轉變的。實踐表明，采用概念轉變策略能有效的使學生獲得新的概念，其步驟簡述為：
 3.1誘導學生暴露其原有的概念
 布盧姆《人的特性和學校學習》一書中，證明了認知前行為（相異構想）是影響學習效果的一個重要變量，因而教師在進行設計教學時應調查、誘導學生暴露其原有的概念。一般可以采用談話、書面表達、墻報、分類卡片、大腦實驗、設計與制度、調查問卷、預測和解釋等方法。談話法：老師通過和學生個別談話或集體談話來了解學生頭腦中的原有認知結構；書面表達：學生根據教師的要求，寫出對于即將學習的概念的認識；墻報：學生制作一些墻報，突出他們對某一概念的認識；分類卡片：教師在卡片上寫下某一概念或理論的應用事例，要求學生把那些事例分類并說出其分類的依據；大腦實驗：給學生描述一個假定性的問題情形，要求學生想象可能的結果，并解釋他們的思維；設計與制作：提供學生所需要的材料，要求學生圍繞著某一個概念設計和制作出一件有用的東西；調查問卷：設計一個調查問卷，其問題包含各種各樣的可能的學生頭腦原有的認知結構，讓學生回答哪些是對的，哪些是不對的；預測和解釋：給學生展示一個實驗情形，要求學生預測將會發生什么現象，并解釋為什么會發生哪些現象，教師也可通過提問或學生練習等方法診斷出學生的舊認知結構。例如在講授“分子、原子”內容的第一節課時，我們通過訪談了解到學生頭腦中早已有了自身“原子”概念（原子的相異構想）：“原子是很小的”、“原子是圓的”、“物質是由原子組成的”、“原子像面粉顆粒一樣”等等。
 3.2概念轉變的同化形式
 教師在已了解學生相異構想的基礎上，首先要認真分析、辨別學生頭腦中已有概念對新概念學習的作用——是消極的還是積極的；其次選擇適當的教學策略針對學生的心理結構進行教學，即要善于同化和重組學生的觀念，要把培養思路教學作為知識體系教學的前提，幫助學生把已學得的內容不斷納入新學得的內容體系中去，使學生認知結構中原有的觀念和新知識建立起實質性的聯系，即不斷地進行知識點的聯結、構建、組塊和結構化，以發展認知網絡，這里涉及到多種因素：知識的組合方式、學生的認知方式、心理狀態、學習態度……教師在進行具體教學時就得妥善處理各因素間的關系：或學生自學式、啟發式、探索式、學生討論式……這就得根據具體內容選取具體的方式。
 奧蘇伯爾倡導的有意義學習理論認為：在有意義學習中，新知識與原有知識網絡中可以利用的適當觀念構成三種關系，第一種，原有觀念為上位的，新的知識是下位的；第二種，原有的原有觀念為下位的，新的知識是上位的；第三種，原有觀念和新知識是并列的（見下表）。這種新觀念需要與認知結構中原有觀念發生非人為的和實質性的聯系，新舊觀念發生相互作用，其結果是新概念獲得意義，原有認知結構發生改組。

⒈類屬學習（下位學習）
A。派生類屬
B。相關學習
                 原有的觀念
                    A

新的內容     a5  a1  a2  a3  a4
 原有的觀念
                     X

新的內容       Y  U      V  W
 
⒉總括學習(上位學習) 新學習的觀念A        A

原有的觀念        a1  a2   a3

⒊并列結合學習
 
新學習的觀念A    B     C    D
 原有的觀念
 3.3 隨即通達教學———強化、鞏固科學概念的方法
 建立起來的化學概念如何能全面、深刻地印留在學生頭腦中，從長遠觀點來看，是關鍵之關鍵。結構主義的隨即通達教學就為我們提供了這一方法。結構主義理論認為，在學習過程中，由于對意義的建構可從不同角度入手，從而獲得不同側面的理解。同時，在運用已有知識解決實際問題時，又存在著概念的復雜性和實例間的差異性，任何對事物簡單的理解都會漏掉事物的某些方面，而這些方面在另外情境中，從另一角度看時可能是非常重要的。看來，由于事物的復雜性和問題的多面性，要做到對事物的內在性質和事物間相互聯系的全面了解和掌握，即全面而深刻的意義建構是很困難的。為克服這方面的弊端，斯皮羅等人根據對高中階段學習的基本認識提出了“隨即通達教學”。
 隨即通達教學認為，對同一內容的學習要在不同時間多次進行，每次的情境都是經過改組的，而且目的不同，分別著眼于問題的不同側面。 學習者可隨意通過不同途徑、不同方式進入同樣內容的學習，從而獲得對同一事物或同一問題的多方面的認識和理解。顯然，學習者通過多次“進入”同一教學內容，將能達到對該內容所涵蓋的知識比較全面而深入的掌握。 這種多次“通達”，絕不是像傳統教學中那樣，只是為鞏固一般知識、技能而進行的簡單的重復，即所謂的復習。這里的每次“通達”都有不同學習目的，都有不同的問題側重點。在這種學習中，學習者可形成對概念的多角度理解，并與具體情境聯系起來，形成背景性經驗。因此，多次“通達”的結果，絕不僅僅是對同一內容的簡單重復和鞏固，而是使學習者獲得對事物全貌的理解和認識上的飛躍。
 教學實踐證明，建構主義的隨即通達教學能強化、鞏固科學概念，它對學生起積極作用的過程可這樣表述:進一步讓學生信服化學概念更正確，適用范圍更廣，先是在定性問題上，然后在定量問題上也是更加符合事實；讓他們再一次把自己的相異構想與化學概念對照比較，讓他們發表看法，因為只有通過討論，才可知道他們是否真正明確了課堂上所講的內容；讓他們意識到自己的腦子里發生的轉變，同時認識到這種戲劇性的變化是智力發展中不可缺少的過程；讓他們把所學的知識運用到有意義的日常生活中去。最后，還要提醒化學教師要注意:相異構想；心理沖突；耐心、細致地把相異構想轉變為化學概念。
 3.4化學概念轉變的實例分析
 在化學平衡、化學反應速率的體系中，化學反應速率是最基本的化學概念，對“反應速率”的概念有一個比較清晰的認識，對于學生建構整個化學平衡體系具有十分重要的意義。
 在學習“化學反應速率”前，由于在這之前學生已經學習了物理學中的宏觀物體運動的速率，并且剛剛從日常生活中的速度（矢量）轉變為速率（標量），在學生頭腦中往往已有了關于“位移”、“距離”、“時間”、“加速度”等概念的存在，這就是所謂的“速度”的概念存于意識中的圖式。當教師引入“化學反應速率”的概念時，首先必須非常清楚的認識到學生頭腦中這些原有的認知與知識；其次，通過對比實驗直觀的（反應過程中溶液顏色的變化等）展現化學反應過程是有慢有快，然后可以借用現代多媒體技術，制作、模擬微觀粒子在化學反應過程的微觀過程（碰撞原理），這時的微觀粒子的運動參數（速率、位移等）將被原有宏觀的圖式同化。最后可以通過學生再一次把自己的迷思概念（宏觀的速率）與新概念（化學反應速率）對照比較，讓他們發表看法，相互討論。這樣經過多次的“通達”，就有了原有的“速率”過渡到“化學反應速率”的進步，形成了正確的“化學反應速率”的概念。
 總而言之，我們認為，關于化學概念轉變學習的研究，是當前化學教學改革的需要，是運用建構主義學習理論指導化學教學的需要，是新課程理念下化學教學改革的一種新動向。如何發現學習頭腦中那些樸素的、不全面的、甚至是錯誤的概念，采用何種教學策略更好的幫助學習將這些迷思概念轉變為科學概念，仍然是擺在我們中學化學教師面前需要深入探討的重大課題。
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