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1、中学生化学基本概念认知的心理研究东莞中学 李健新摘要 本文分析了中学生化学基本概念的认知心理。主要分析中学生的日常概念对中学生化学概念学习的影响。阐述了化学概念教学策略，即概念转变策略。对少数化学核心概念的深入学习并对这些核心概念形成综合的整体性认识和理解是本文的重要思想。关键词 化学核心概念 概念教学 理解 认知 心理 前言化学概念是中学化学教学中最基础、最关键的知识内容，使学生正确理解和掌握化学概念，是中学化学教学的最基本要求。然而，学生学习、形成化学概念是一个复杂的认知心理过程，涉及多方面多因素，教师应全面地分析、研究和把握，并应在一定地教学原则指导下进行教学。否则，教学中将不可避免地出
2、现主观盲目性和简单随意性倾向，难以达到理想效果，不仅会影响学生对化学知识的进一步学习，还会阻碍学生智力发展和能力提高。概念的内容和形式是多种多样的。依据不同的标准，可以将概念进行分类。前苏联心理学家维果茨基根据概念形成的来源，把概念划分成“日常概念”与“科学概念”。【1】所谓日常概念也称“前科学概念”，是指未经过专门教学，人们在日常生活中逐步形成的概念。科学概念是指在有计划的专门教学条件下形成的概念。【2】日常概念可能是正确的，也可能是错误的。化学概念是科学概念，它的形成是在感知活动、观察实验、经验事实的基础上进行的，它与学生的心理活动规律和认知结构特点有着重要联系。【3】心理学研究表明，影响
3、学生理解和掌握概念的重要因素是学生头脑中已有的知识。学生已有的知识，特别是日常概念的正确与否直接影响到科学概念到建立。下面对学生概念认知心理的影响因素作一综述。1 中学生化学基本概念认知的心理分析对化学概念的理解是要学生概念性地将个人知识与科学知识整合在一起来发展其整体理解力。但是，大多数学生学习科学知识时与个人知识分割开来，因此，在发展对基本概念的综合性、概念认知方面，他们往往是失败者。学生常常为考试而记忆化学概念，这将使学生难以发展对概念的综合认识。下面是学生在学习化学核心概念时存在的几种情况。11 学生往往缺乏对概念进行整体性综合认识的意识。我们以中学生对化学反应的理解为例，大多数学生精
4、通化学反应方程式的配平技能，这种技能像一个数学题一样，写出化学方程式，使式子两边的原子数相等。遗憾的是，许多化学教师经常通过讲授的方法使化学方程式配平这一难题模式化。【4】这样致使学生只满足于掌握方程式的配平技能，而很少有学生对化学方程式表达的化学过程进行挑战性解释。例如，即使很多高中学生能够配平铁丝燃烧的化学方程式：4Fe(s)3O2(g)2Fe2O3(s)，但当要求对于基本过程给出解释时，多数学生却不能对反应进行分子水平上的解释。很少有学生能够这样表述：氧分子中的化学键断裂并重新与铁作用形成新的化学键。并且，当观察钢丝在空气中燃烧这一现象时，许多学生会预测剩余的质量将小于或等于原来钢丝的质
5、量，即使增重已经在化学方程式里反映出来，也很少有人能预测出燃烧后剩余的灰色、易碎的物质比钢丝重。【5】这都是缺乏对概念整体性的综合认识和把握。【6】【8】12 学生容易把用于宏观世界的方法同样用于微观世界根据外国教育学家的研究，15岁的学生即使经过了7个月的初级化学的学习，对化学反应的结构和相互作用性质的认识仍然持有“相异构想”。根据研究工作揭示：大多数学生对化学反应持有的是加和模型而不是相互作用模型。学生不能想象化学反应包括化学键断裂和形成的过程，而是想象出化学反应是反应物加到一起形成了新的产物。例如，当H2和O2反应时，O2加到H2中，而H2中并没有发生键的断裂。即使受过化学教育，也极少有
6、人在解释和说明化学反应时应用原子和分子概念。许多学生把微观世界看成宏观世界的延伸，用于宏观世界的方法同样应用于微观世界。如木材燃烧，木材分子也燃烧。学生好像并不了解这两个世界有质的不同，也就是说，他们把原子的概念看作是用来解释和预测宏观世界发生什么事情的模型的一部分。【5】13 学生在日常生活中形成了个人物质连续模型。【5】物质的粒子性是理解其它化学概念的基础。为了理解和预测化学反应、状态变化、气体压强和体积的关系、溶质在溶液中的溶解以及其它化学概念，学生必须对物质的粒子性有一个整体性的综合认识和理解。然而，在学习中学化学之前，许多学生坚持事物的连续模型，许多学生不知道物质的性质和单个、孤立原
7、子的性质之间有何区别。例如，学生认为单个铜原子的性质与一段铜线一样，铜原子和铜线都导电且都有延展性。有的学生认为冰中的水分子彼此相连，紧密排列，没有空隙。这些都说明即使学生使用粒子模型的某些词语，也仍保留着连续模型。学生形成了个人的物质连续模型并拒绝改变是不奇怪的。我们的日常生活支持物质连续模型的建立。虽然化学家说一块铜片由铜原子组成，但是铜片看起来是连续的。其它所有固体和液体材料看起来也是连续的。这些经历导致孩子们在进校门之前就建立了物质连续性观点。1 4 即使学生已学会解决书本上的问题，但仍缺乏对化学基本概念的理解。学生对于化学中的高级命题，如酸、碱，即使学生能够解决与酸碱有关的书本上的问
8、题（例如，计算10克NaOH配制成1升溶液后，溶液的摩尔浓度），但却不能在分子水平上描述强酸滴定强碱时会出现什么样的结果。再如，学习化学的学生虽然能够计算一系列关于化学平衡的问题，但是却较难理解化学平衡的动力学本质和化学平衡的概念。学生认为化学平衡是反应不再发生时的平衡状态，而不认为化学平衡是正反方向的反应仍在进行，且两者速率相等的动力学过程。 在这里，化学教师可以把化学平衡同进水管的水槽中水的平衡联系起来，这样化学平衡就容易理解。正反应速率和逆反应速率相等，相当于水槽中进水速度和出水速度相等，也就是单位时间内有多少生成物生成，同样时间内，这些生成物又变成了反应物；可逆反应的化学平衡相当于水面
9、平衡，都是在运动的平衡，是动态平衡。【7】15 学生在概念学习时受日常经验的两极性影响【3】日常经验或日常概念，对学生形成化学概念有着重要的影响。这种影响可能是积极的，也可那是消极的，它取决于日常概念的含义与化学概念的内涵是否一致，当日常概念的含义与化学概念的内涵一致时，对学习将产生积极作用。例如，学生在生活中已有“纯净”和“混合”的概念，其含义与化学中的“纯净物”与“混合物”概念的涵义基本一致，故学生在学习“纯净物”与“混合物”概念时会感到特别容易。概念教学中有机地联系能对学生的学习起积极作用的日常概念或生活经验，是一种重要的教学方法（也是理论联系实际教学原则的体现）。若日常概念的含义与化学
10、概念的内涵不一致时，则会产生消极作用。如，日常“电”的概念对学习“电离”概念总是产生干扰作用，学生会错误地认为电解质的电离是在电流作用下发生的。教学中应在比较的基础上严格确定概念的内涵，要从学生知识水平出发，尽量提供丰富的感性材料，引导学生科学、全面地观察、分析，运用直观获得的新经验来排除日常经验的干扰。16 学生在概念学习时受概念本身的有关特征与无关特征的辨证性影响【3】大量的心理实验研究和教学经验证明，概念的有关特征越清晰，学生学习越容易；而无关特征越多，学生学习越困难，如“同位素”概念中“具有相同核电荷数（或质子数）”这一有关特征较为抽象、不明显，而无关特征“质量数”、“中子数”、“电子
11、数”又较多，常会干扰学生的学习。在教学中，要尽量采取扩大概念有关特征（定义的特征），弱化无关特征的方法，丰富学生的感性认识，帮助学生顺利地建立有关事物的表象。2 化学概念教学的策略概念转变策略【5】根据大量的资料表明学生虽然学到了一点真实材料，然而，他们不能发展一种能够帮助其理解其它化学概念和现象的综合整体性概念框架。学生对于化学基本概念的理解非常重要，尤其对更深的化学概念的理解依赖于发展对这些基本概念整体性的、综合性的理解。那么中学化学教师怎样发展学生对基本化学概念的整体性理解和综合认知呢？学生带到化学课堂中的个人认识与理解经常会干扰他们形成科学概念。如果忽视学生带到课堂中的个人理解，一味“
12、告诉”他们化学家的模型，会导致学生只是记忆“学校知识”，而没能形成和发展整体性的综合认识。对某些学生来说，记忆会使学生在课堂上和标准化考试中获得成功，然而，记忆并不能引导学生应用化学概念。科学教育研究者、认知心理学家和科学课程编制者已经提出了各种概念转变教学模型，这些模型有助于学生将个人知识和科学知识合二为一，相互整合。研究者把概念转变教学设想为一种动态的、循环的过程。这一过程有四个主要部分组成：学生描述他们的理解和认识；重新建构理解和认识；应用新的理解和认识；以及将新的理解与认识与以前的理解与认识作比较。教师可用摆事实和演示实验、概念图和预测帮助学生描述他们的理解。重新建构学生的理解有三个阶
13、段构成：明确并讨论教师与学生的理解，用大相径庭的事件暴露学生理解的矛盾点以及学生建构新的理解。概念转变教学明确了要求学生表明他们用于解释现象的概念和认识的重要性。概念转变教学也需要学习者对他们固有的理解提出质疑。学生必须认识到他们的固有理解有些不能解释现象。然而，在学生放弃现存、不足的概念之前，他们必须有另一种能够解释且对解释和预测现象有用的模型。具体的教学过程可以包括以下环节：学生描述对一个概念的理解和认识，用他们的认识作预测的，观察大相径庭事件和解释他们的观察结果怎样得以证实，或与初始的理解相矛盾。一个例子是钢丝的燃烧，像本文前面描述的那样，许多学生预测钢丝燃烧后固体残渣的质量比原钢丝轻；
14、然而，残渣的质量应该更重。这些经验与大多数学生的个人经验并不相合，尽管反应物总质量应该等于生成物的总质量，但是大多数可燃物燃烧后的残余物质量比可燃材料少。学生观察到的钢丝燃烧现象与固有理解和认识的差异性促使他们对燃烧过程的初始认识有所怀疑。尽管大相径庭的事件和预测能够帮助学生对他们的理解产生疑问，但这两种方式对帮助学生建构或重新建构新的模型是不够的。展现在学生面前应该是科学的模型。但更重要的是，学生必须开始认识到科学的模型可以解释和预测他们原先的模型所不能解释和预测的所有现象。同时，也必须立即给学生提供机会，以便他们能用科学模型解释和预测原先的模型所不能解释和预测的现象。概念的转变是一个困难而
15、又缓慢的过程。学生必须持之以恒的反复检验他们的认识理解以及应用科学模型的体会和经验，逐步重新建构理解，建构新的联系。总结中学教科书介绍了很多化学专题，学生为了在课堂上过关，不得不去记忆用来解决问题的化学术语和规则。如果我们想让学生联系和应用化学概念并知晓化学的重要性，就需要一种综合整体性的化学教学策略和方法。整体深入的化学教学方法只要求覆盖几个核心概念，并强调这些概念的应用和问题的解决。用这种策略和方法，学生能够建立起概念间的联系，建构和重新构建他们的个人理解，奠定发展和理解其它相关的化学概念的基础。无论是老教师还是新教师都必须转变教学观念，由题材教学转变为促进学生发展综合的概念认识，一个包括
16、概念转变的教学过程，使学生对少数核心化学概念形成综合的整体性认识和理解。参考文献：【1】 毕华林.初中化学概念教学的几点思考.化学教育，1996，9：2325。【2】 孙美玲.关于化学概念形成的心理学分析及教学原则.连云港教育学院学报，2000，1：8588。【3】 邵瑞珍主编，“教育心理学”，上海教育出版社，104109，（1988）。【4】 David B.Pushkin. Introductory Students Conceptual Understanding,and Algorithmic Success.JCE,1998,75(7):809810。【5】 王磊等编译.科学学习心理学.海南出版社.2000:112143。【6】 过龙南.浅议初三化学基本概念的教学.化学教学，1998，5：1819。【7】 杨云昌.中学化学
