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1、咪唑类聚离子液体固化过程中有序结构的形成及影响因素1、相关定义1.1、表面活性剂的定义 最早有关表面活性剂的定义是 Freundilich 在 1930 年提出的,他是从降低表面张力 的角度来考虑的,定义为:表面活性剂是一类加入很少量即能显著降低溶剂(一般以水 为标准溶剂)的表面张力,达到一定浓度后表面张力基本不随浓度的变化而变化的物质。 随着表面活性剂科学的不断发展,人们发现该定义存在着一定的局限性。现在大家普遍 接受的定义为:表面活性剂是指加入很少量时即可显著改变物质表/界面的物理化学性质 (如显著降低溶剂的表/界面张力),改变体系界面状态,达到某一浓度时可形成胶束等 分子有序组合体,从而
2、产生润湿、乳化、增溶等一系列作用的一类两亲性物质。 1.2、科学概念形成过程的重演以皮亚杰的动量概念形成为例 在概述动量的历史时,如果不考虑快速发展时期和倒退时间的可能性,可以划分 出四个主要时期:(1)最初时期,以亚里士多德的两种推动者理论为特征,该理论除 了承认运动的外部原因,还承认运动物体的一种内在的力;(2)第二时期,不是在前 面的意义上引用内在推动者,运动的唯一原因是一种整体的动力,但没有把后来成为 力的东西和动量区分开来;(3)第三时期,动量或 冲力 是由力产生的,并产生了运 动,因此,它是不可缺少的中间原因;(4)最后一个时期,动量是由力引起的运动的 结果,并迟早表现为加速度。
3、在心理发生过程中,皮亚杰发现了相应的四个时期。 第一阶段 接下来具体讨论与历史的这些对应,亚里士多德两种推动者的理论针对的是无生 命的运动物体,一种观点是有一个内在推动者的作用,另一种观点是受外力作用,运 动的保持必须与一个外部推动者连续接触。 关于第一点,与心理发生的比较看来是明确的,它证明了生物和无机物之间分化 的滞后性。从这个观点看,内在推动者的普遍性是不言而喻的,并且与目的论的普遍 性有联系。现代学者在生物学领域保留了这种目的论,并赋予它在因果关系上由目的 性调节规定的地位,而亚里士多德仍把运动与一个生物形态的目的联系在一起,如同 在思维的基本阶段的情况。儿童关于这种内在推动者的假设漫
4、无边际,年幼的被试把 风解释为是由摇晃的树木、翻腾的水浪或随意飘动的云产生的,这有助于我们将要讨 论的反推格式的形成。 至于外部推动者与运动物体的连续接触的必要性,在亚里士多德学说中的两个决 定性理由,已经在心理发生中起着潜在的作用。第一个理由是不承认任何惯性运动, 12 中学生与物理学家共同体概念形成过程的对比研究 第二章 科学教育的”重演”本质 惯性运动是不合逻辑的,因为亚里士多德通过完美无缺的推理证明运动在虚空中的必 要性,但这是为了得出虚空和惯性本身的双重不合逻辑性。第二个理由是固有的或自 然的位置理论。关于固有的位置,不言而喻,石头的固有位置是在地面,烟的固有位 置是”在空中”,在空
5、中的重量没有相对性。该理论认为,一个无东西伴随的抛射 物一旦与抛射者分离,应该垂直落到地面。向儿童提出关于抛射物的问题:为什么一 个球被投出后不是马上落下?儿童会回答,因为人们 用力投 球,因为球适合这种运 动(内在推动者),接着,儿童用亚里士多德指出的两个原因提到空气的推力:由抛 射者的运动推动的空气和由运动物体产生的、又回到运动物体后面的气流。因为没有 惯性概念,所以直线运动理所当然地被认为是由于制动,或仅仅是由于冲力的丧失或 运动物体的 疲劳 而停止。但是,当直线运动是连续的和看来没有最初的推动,比如 说云,那么儿童通常会说云是被风吹动的,他只要挥动一下就能产生风。在离心力(惯 性的另一
6、种形式)的场合,幼小的被试说固体或液体位于容器的圆周轨迹的顶点时不 掉下来,是因为容器在转动时 产生空气 ,空气推动和拉住在篮子或瓶子里的重物。 第二阶段 第二阶段的特点是内在推动者的消失,把某些力量给予外部推动者,但是,这些 力量还没有分化,他们把所有的东西都包括在一个唯一的整体中。 能最有效地区分第二阶段特点的实验情境,是通过不动的中间物体传递运动的实 验情景:一个球撞击一块木头,造成紧贴木头另一边的一个球移动,或者撞击一系 列不动的球的第一个球,仅使最后一个球移动。在这一阶段,主动球是一种 整体作 用 的原因,这种整体作用表现为:a)首先有一个取决于速度v和重量m的推力p=mv。 b)运
7、动v传递给被撞击的物体(木头或第一个不动的球),但是c)被撞击的物体也有 一个起阻力作用的重量m,所以主动球停下来了。d)相反,当被撞击的物体受到推 力,它应该移动,这个推力p=mv与在整体作用mve之内经过的路程e是不可分离的。 然而,与可观察事实相反,因为木头或中间不动的球仍然是不动的。但是,复合项 mve仍处于未分化状态中,所以被试以为 看到 这种其实留在原来位置上的中间球在 移动,如果人们要求儿童把手指按在木头上,以使木头保持不动,那么儿童仍认为 感 到 一种移动。e)伴随着想象移动的这种推力逐渐传递直到最后一个不动的球,因为 不再有任何东西阻挡它,所以只有最后一个球移动了。 13 第
8、二章 科学教育的”重演”本质 中学生与物理学家共同体概念形成过程的对比研究 由此可以看到, 整体作用 mve导致间接传递的不可能性,间接传递被一系列直 接传递所替代,并伴随着想象的逐渐移动。 第三阶段 第三阶段的解释则完全不同。在该阶段, 冲力 被普遍当作在主动球的推力和最 后一个不动的球的运动之间的中介, 冲力 不是单纯的词语概念,因为它表现出 穿 过 木头或一系列不动的球而到达最后一个球的这种新的基本特性。这个阶段的被试 可能还承认中间球有所移动,以便传递接受到的冲力。但基本事实是,从主动球的作 用开始,然后逐渐传递,推力仅仅在冲力传递给不动的物体的必要条件下才作为原因 引起不动的物体的作
9、用。因此,这种冲力是在推力和接受的运动之间的必要因果中介。 在一系列球的情况下,因为没有加速度,所以处于第三阶段的被试通常认为从一个球 传递到下一个球的冲力与前面的冲力相累积,因此,最后一个球获得的全部冲力超过 第一个不动的球接受的冲力。也有被试认为最初的冲力和最后的冲力是相等的,还有 的儿童认为所有的球接受 同样的冲力,冲力可能(在最后)稍有减弱,因为其他的 球留有一点点带着震动的力 。 第四阶段 在第三阶段,冲力是运动和速度的原因。但在第四阶段,关系则是相反的,冲力 被认为是由速度产生的,更确切地说,冲力描述了导致加速度概念的一个方面。这就 是在间接传递实验中的情况。十一至十二岁的被试说:
10、 是速度的原因,速度不断增 加,因为它们(一系列球)相互传递速度,所以有更大的冲力。 力从一个球传递到另一个球。 力来自哪里? 来自高度的差别(使主动球往下冲的斜坡),它产生了速度。 能加以区分吗? 冲力是速度的起点(他指着斜坡),速度传递力和自动的冲力。 通过哪里传递? 通过球的中心。 (比亚,十五岁)在另一个实验中,一个球撞击悬挂在同一根水平棒上的一些 球,儿童用不同的线条勾画出速度和冲力的各自变化。这个阶段的被试尽管用词不稳 14 中学生与物理学家共同体概念形成过程的对比研究 第二章 科学教育的”重演”本质 定,但知道描绘出真正的加速度,找出其中的决定性因素。 因此,在这个最后阶段,决定
11、性的事实是加速度的发现或解释,如果被试还需要 区分冲力和作为速度的运动才能表达清楚,那么冲力只不过是速度的增加,它不再是 一个能产生运动的分离因素。以这种方式实现发展的关键在于一种量化作用。被试还 没有依靠严格意义上的计量,即没有依靠空间或时间测量,仅限于大致的估计,就能 明确地勾画出在落下过程中和在同样时间中的运动物体所经过的不断增加的空间间 隔:就是这种量化的速度增加显示出在任何情况下冲力和运动之间关系的特点,尽管 这种关系难以用语言表达出来。而力与这种加速度,也与被叫做重量的质量有关系。 15 第三章 研究方法 中学生与物理学家共同体概念形成过程的对比研究 1.3、初中生化学概念图的形成
12、过程存在差异性 义务段化学教学有其特殊性,初三年级的一年学习中学生要完成两册化学教科书的 学习任务,而且面临着中考,学习任务重、时间紧,还要进行大量的中考前。在这 样繁重而紧张的教学任务面前,我们运用”构建化学概念图”这样有效的学习方式,帮 助学生在较短时间内掌握化学知识,形成清晰的化学知识网络,促进知识的迁移和应用 。 结合我校学生的实际水平及教学条件、教学任务等因素,学生在初步掌握了概念图 的构建技能以后,按照由易到难,我们让学生绘制三种不同类型的化学概念图。我收集了 初三某班从 2008 年7 月到 2009年 6 月的化学概念图后并对这些概念图做了认真的分析 和统计。 (一)关于限定型
13、概念图”物质的宏观组成和微观构成”的案例及分析 1、限定型概念图”物质的宏观组成和微观构成”教学内容分析 结束第四单元”物质构成的奥秘”的学习之后,进行了关于”物质的宏观组成和 微观构成”概念图教学。在第三单元中学习了分子和原子之后,在第四单元中又学习 了原子的构成,对物质的构成有较全面系统的认识,但是用微粒的观点解释化学问题 形成微粒观是初中生学习化学的一个难点。学生特别是对分子、原子、离子这些微粒 间的联系会把握不准,若结合组成的物质元素就更有难度,练习、考试时频繁出现错 误。所以在这一部分绘制概念图来帮助学生形成物质的组成、构成的知识体系,对初 中生以后的化学学习非常有帮助。 因初学时这
14、部分知识学生比较难理解和掌握,而且接触化学概念图时间并不长,选 15 择了难度较低的限定型概念图。教师提供了 9 个有关概念,要求学生必须用这 9 个概念 绘制限定型概念图。 案例:我们初步学习了物质的宏观组成和微观构成,现在请用”物质、元素、分子、 原子、离子、质子、原子核、中子、电子”9 个概念绘制有关”物质的组成和构成”的 概念图。 2、案例分析 根据初三某班 67 名同学绘制的关于限定型概念图”物质的宏观组成和微观构成” 的分析如下: (1)概念图完成情况分析 因该班学习氛围较浓,学生学习化学积极性较高,全班 67 名同学都完成了概念图。 但完成程度存在差异。其中 10 名同学未能按教
15、师要求用所给 9 个概念来绘制概念图, 占全班人数的 14.9%。经调查其中 4 位同学对概念图以及构建概念图的一般步骤了解很 少,学习能力较薄弱,属于学习成绩很差的学生,对绘制概念图也没有较好的兴趣和积 极性。有 2 位同学是学习目的不明确,审题不认真,没有看清老师要求的 9 个概念,也 属于学习能力较差,成绩较差的学生。另 4 位同学是对已学化学概念理解不到位,也对 概念之间的逻辑关系没有正确的认识和掌握,对有些给定概念不知道怎样连接到概念图 中。通过分析说明在绘制限定型概念图时所用概念越少,说明该学生理解能力较差,调 查中发现有的同学在已学化学概念的理解和掌握上存在一定差距,而审题不认真
16、的 4 位 同学,分析问题能力,学习能力上有一定的差距。 (2)概念图层级性的分析 层级结构的准确性 层级结构的数量 好 13 19.4% 5 以上 15 22.4% 一般 42 62.7% 34 47 70.1% 差 12 17.9% 3 以下 5 7.5% “物质的宏观组成和微观构成”虽然实施限定型概念图,但限定的概念对初学者来 说,不仅概念本身理解困难,概念和概念之间的关系理清更困难,一直是初中生学习化 学的一个难点。所以学生在形成概念图的过程中,在概念图的层级结构的科学性和准确 性上出现了较大的差异性。图 8 和图 9 是某两位同学制作的概念图。图 8 中,概念图层 级为 5 层,层级较多,横向拓展,有序布局。同一层级中各个概念属于并列关系,不同 层级之间概念间联系基本属于从属关系,形成了较好的宏观、微观的知识网。而图 9 的 另一概念图,层级数目也是 5 级,但是层级结构上出现了科学性错误,把微观的三种粒 子放在不同层级上。 16 (3)概念图连接词和交叉连线的分析 物质的宏观组成和微观构成的学习中,学生会
