基于学习理论初高中学生化学概念学习的问题和优化策略

...wd......wd......wd...基于学习理论初高中学生化学概念学习的问题和优化摘要：根据《普通高中化学课程标准〔实验〕》编写的高中化学实验教材即将在全国范围内使用。由于新的高中化学课程分模块设置，高中化学概念知识局部也随之发生变化。这些变化不仅表达在化学概念教学理念的转变，而且表现在化学概念体系构造、知识呈现方式的不同。这些变化对化学概念的教学方法和教学策略的选择产生了很大的影响。深刻理解化学概念是学生学习中学化学知识的根基，也是学生形成化学学科观念的根基。要使高中化学概念的教学反映出新课程理念，关键是把握新高中化学课程化学概念知识体系、合理运用化学概念教学策略。关键字：化学概念教学策略学习理论一．化学概念教学概念是对特定事物的抽象化和概括化的反映。在哲学的认识论中，概念被定义为：反映事物的一般的和本质的特征或联系的思维方式。概念由概念名称、概念例证和概念的内涵与外延等几局部构成。一个概念总是有它的内涵和外延，概念的内涵指同类事物的共同本质特征，外延则是指概念的适用范围。概念内涵的属性越多越具体，它的外延就越小；反之则外延越宽。化学概念是对一类化学事物的概括，是化学科学开展的成果，它代表着在人们头脑中保持下来并组织化了的化学经历，是化学思维的细胞和根基[7]。与广义的概念一样，化学概念也是通过词语加以定义的，其中反映概念本质属性的局部成为概念的内涵，概念所包涵的一切内容称为概念的外延，概念的内涵和外延是相互依存、相互制约的。它们是构成概念的统一而不可分割的两个方面。化学概念是对自然界中具有共同特征的化学事物所进展的组织，是反映物质在化学运动中固有属性的一种思维形式，是对众多个别化学现象进展概括的结果。化学概念能深刻地反映化学过程的最本质特征，在学生学习化学知识的过程中，很多化学问题的正确解决有赖于学生对化学概念的准确理解。在中学化学教学中，化学概念教学一直是化学教学研究的重要课题，在中学化学教学研究中占有十分重要的地位。二．化学概念编排体系对比化学1以化学实验为切入点，以“化学计量在实验中的应用〞引入物质的量、摩尔质量、物质的量浓度等概念；运用分类方法，在初中化学根基上，概括、深化物质及其变化的认识，引出物质的分类、离子反响、氧化复原反响等概念，在此根基上对金属与非金属及其化合物的属性变化与应用进展讨论。化学2在介绍元素周期表的构造根基上，具体分析碱金属、卤族元素的变化规律，进而以元素的原子核外电子排布规律归纳出元素周期律；由元素周期表中有限的元素，寻找“数以千万计〞物质不同性质的原因，引出化学键这一核心概念及其下属概念；在初中化学反响的物质变化根基上，讨论化学能与热能、电能转换，介绍化学反响速率和限度，又从能源角度切入有机物甲烷〔烷烃〕，引入有机化学中有关概念。人教版高中化学必修教材采取了学科中心和社会中心相融合的体系，综合考虑化学知识的逻辑性、社会需要和学生开展的需要构建的化学课程体系构造。学1突出化学以实验为根基的特点，重视最根本的化学反响；化学2则是在化学1的根基上突出物质构造和元素周期律的作用,强调化学变化与能量的关系,同时通过有机化合物的知识来进一步认识物质的构造和反响的有关知识,最终将化学与可持续开展这一大背景相联系,更加显现化学的重要性。三．化学概念教学策略研究〔1〕概念教学策略的目的教学策略是到达教学目标的手段和方法，或者说是具体教学行为的总和，包括合理选择与组织各种方法、材料，确定教与学行为程序等。所谓化学教学策略，是为了解决教学问题，完成教学任务、实现教学目标而确定师生活动成分及其相互联系与组织方式的谋划和方略；是根据化学教学目标和教学条件选择、组织各种根本活动方法，调节、控制主体的内部注意、感知、思维和操作活动，对教学活动进展内部定向指导、监控和调节的准绳。化学概念教学策略的使用应充分考虑教学目的和要求、学生学习的需要和教师教学的特点，本着“适应性、可行性、有效性〞的原则来选择。本轮课程改革的重点之一是通过教学方式的转变有效地促进学生学习方式的转变。因此，我们认为，新课程教学理念下的化学概念教学策略应该以引导学生主动学习、促进学生自主学习为基调，以学生主动和有效学习的学习策略为根基，注意培养学生的主体意识和主体能力，注意引导、促进学习主体形成和掌握合理的学习策略。同时，新课程改革的理念之一在教学中渗透科学精神，培养和提高学生的科学探究能力、创新精神，因此，在化学概念教学策略的选取时，应考虑教学策略有利于培养学生的探究精神和创新能力，渗透科学精神，以提高学生的科学素养。关于化学概念的学习，不同的心理学派有不同的解释。现代认知心理学将概念习得的方式大致分为两种：概念的形成和概念的同化。有的概念可以通过概念形成来获得，有的概念通过同化的方式学习，或者两种方式兼而有之。在学习概念时，不对概念的定义性特征进展分析，仅在接触正反例证的过程中习得概念，习得的内容主要是样例和原型。我们将这种概念形成方式称为非分析性方式。例如，初中化学中“物理变化、化学变化〞概念的获得就是通过这种方式获得的，学生通过观察实验现象形成对物理变化和化学变化的认识，了解二者的区别，形成概念。如果概念的形成是在接触正反例证的过程中，抽取出概念的定义性特征，习得的内容是概念的定义性特征，我们称之为分析性方式，能准确定义的概念可通过这种方式习得。这种概念形成方式，要求学生能在区分概念正反例的过程中，采用一定的方法抽取出概念的定义性特征，此外教师还必须对学生所提出的概念的定义性特征的假设作出肯定或否认的反响。也就是说，学生必须从外界获得反响信息。〔2〕概念形成的策略及步骤概念形成的教学过程一般来说有以下三个步骤：〔3〕关于概念的例证运用概念形成策略时，概念的具体例证越丰富，关键特征越明显，越有利于概念的学习和理解。概念学习不仅要求学生掌握一类事物的共同本质特征，而且要求它能排除非本质特征。因此，在形成概念的原型时，概念的样例要有多种变化这样，学生习得的原型才能更好地用于对新刺激的分类。在教学中，如果教师只是较多的给学生展示概念中某一具体例证，学生并没有连续不断地接触概念的正反例，使得学生对个别例证较为熟悉，而对其他的不熟悉，导致对概念的理解不全面。因此，在学习中应重视通过变式与对比的方式，使学生对概念的理解更清晰、更准确。变式是从材料方面促进理解，一切包含概念关键特征的事物都是概念的正例，变式就是概念的正例的变化。概念中的无关特征往往会干扰学生对概念关键特征的把握。在学习中通过对不同变式进展对比，突出关键特征，舍弃无关特征，可以使获得的概念更准确、稳定和易于迁移。3.1以自上而下的方式习得概念——概念同化策略学生在学习某一化学概念时，要考虑这一概念与其它概念的关系。美国认知心理学家奥苏贝尔〔AusubelDP〕用同化论做了精辟的论述，“概念同化〞指的是学习者需利用原有认知构造中的概念，并根据定义了解概念的关键特征来获得概念的一种学习方式。这一理论突出了学生头脑中原有知识构造在新概念习得中的作用。“同化〞是指学生头脑中贮存了某种知识构造，新信息被吸收后，使原有认知构造发生变化，概念同化模式有三种：下位学习、并列结合学习以及上位学习：⑴下位学习指的是要学习的概念与头脑中要同化它的概念间存在一种类属关系时的概念学习。下位同化有两种模式：派生的下位学习和相关的下位学习。派生的下位学习。指新学习的概念处于头脑中某一概念的下位，下位概念完全可以从上位概念中派生出来，在同化新概念的学习过程中，上位概念的内涵不变。例如，非极性分子的学习：相关的下位学习。指新概念与同化它的上位概念只有相关关系，不能从原有概念中派生出来。新概念纳入原有概念后，原有概念的内涵要发生扩大、加深。⑵并列结合学习指的是新概念的学习有时不能通过同化到原有的上位概念中习得，但它与知识构造中的整个内容具有一般的联系。在此条件下，新概念不能类属于某一特殊关系，又不能总括原因关系，但他们具有某种共同的属性，即新概念与原有概念有一般的吻合性，因而也可被原有概念同化，这种学习可称为并列结合学习。⑶上位学习当认知构造中已经形成了几个概念，现在要在这几个概念的根基上学习一个包摄程度更高的概念时，便产生上位学习或称总括学习。在对被提供的材料进展归纳组合或综合整体的组成局部时，需要进展上位学习。⑷概念同化策略运用概念同化策略，一般经历3个环节首先，寻找并激活认知构造中与新概念学习相关的已有概念，这是概念同化的前提，通过将新概念与已有概念建设联系，初步理解新概念的涵义。其次，将新概念与原有概念进展准确类比。这个过程包括了对新旧概念各方面的对比，既要找出二者的一样之处，又要认识到差异，毕竟他们不完全一样，这是概念同化策略的关键。最后，将相关的概念融会贯穿，使新概念以适当的方式纳入认知构造之中，形成系统的概念网络体系，便于记忆和应用。进展概念同化学习，关键是要把握好新概念与原有概念之间的关系，这就需要教师事先分析出学生头脑中所具有的原有概念是什么，它与新学习的概念有什么异同。以同化的方式学习概念，也需要用概念的例证来演示概念的重要特征，这样做可以增加概念运用于新环境的时机但是，要注意的是，在呈现例证时，最好的方式是先用同一情景中的概念例证来说明这一概念，然后再用来自不同情景的概念例证来说明。3.2概念形成与概念同化相互渗透策略在实际教学过程中，由于学生的逻辑思维在很大程度上需要具体形象的支持，在以概念同化为主的学习中，往往也结合着概念的形成过程。特别是在引入新概念时，除了复习有关的已有概念，以促进概念的同化外，还常常提供一些典型的例子，由具体到抽象地引入概念。根据教师的教学特色和学生的实际情况，按照“适应性、可行性、有效性〞原则，可以综合利用概念形成或同化策略，这两种概念获得方式各有特色。[案例研究]两性氧化物的教学[知识体系分析]学生在初中学习过氧化物的概念，氧化物根据分类标准的不同有不同的分类，利用学生的氧化物作为两性氧化物的上位概念，用酸性氧化物和碱性氧化物作为两性氧化物的并列概念促进学生对两性氧化物的理解。用具体实验引起学生对氧化复原反响分类的认知冲突，引入新概念，并通过分析抽取出概念的本质特征。[教学过程][教师]回忆氧化物的概念及其分类[学生活动]回忆并写出氧化物的分类。根据组成元素的不同分为金属氧化物和非金属氧化物；根据化学性质的不同分为酸性氧化物和碱性氧化物。[教师]将以下物质中是氧化物的进展分类：[教师]检查学生所做的分类，判断学生对氧化物概念的掌握情况[引入]设疑：氧化物根据化学性质进展分类，是否只有酸性和碱性氧化物两类一般说来，通过概念形成策略获得概念定义性特征的清晰印象，让学生清楚了解概念的内涵和外延；概念同化策略可以将新习得的概念与学生认知构造中原有概念建设联系，弄清概念之间的联系及区别。概念形成策略使学生习得的新概念清晰、具有可区分性；而概念同化策略在新概念被纳入到原有的概念体系中后，使原有概念体系不断扩展和完善，新概念一旦形成后，对比稳定，不易遗忘。3.2设计教学情境引入概念策略学生学习的过程不只是被动地承受信息，更是理解信息、加工信息、主动建构知识的过程。只有当学习的内容被设置在一定的情境中，学生才能体会到学习的意义。教学情境是指知识在其中得以存在和应用的环境背景或活动背景，学生所要学习的知识不但存在其中，而且得以在其中应用。教学情境不仅能够提供丰富的学习素材，还可以激发和促进学生的认知活动和实践活动，有效地改善教与学。适宜的情境还可以给学生提供在实践中应用知识的时机，促进知识、技能与体验的连接，促进知识由课内向课外的迁移，让学生在解决问题中认识知识的本质，培养学生应用所学知识解决实际问题的能力。教学情境的创设可以通过以下几种方式进展：3.2.1从与社会生活、生产有关化学知识入手创设情境《普通高中化学课程标准〔实验〕》倡导教学要从学生已有的经历和将要经历的社会生活实际出发，帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和对社会公共事务的决策能力。化学概念教学必须摆脱以学科知识为中心的传统，以新的视角进展教学设计，从与生产、生活有关的化学问题入手创设教学情境，使学生能够从社会的角度来认识化学、学习化学，为学生一生的开展奠定根基。例如，化学平衡的学习，如果不联系生产实际，概念学习将是抽象的，而从化工生产的角度出发，将化学知识的学习融入有关解决问题的过程中，能真正激发起学生的社会责任感，提高学生对化学学习的积极性和主动性。通过一定的情境设计，将化学概念放在一定社会背景中学习，将化学知识与生产应用联系起来，能让学生体会到化学知识在生产、生活中的应用，体会到化学科学技术的社会价值。3.2.2利用认知矛盾创设情境新旧知识的矛盾，直觉、常识与客观事实的矛盾等，都可以引起学生的探究兴趣和学习愿望，形成积极的认知气氛，因而都是用于设置教学情境的好素材。通过引导学生分析错误原因，积极地进展思维、探究、讨论，不但可以使他们到达新的认识水平，而且可以促进他们在情感、行为等方面的开展。3.2.3运用直观手段，创设化学概念学习情境物质构造与化学反响原理中的化学概念抽象难懂，运用直观手段可以使抽象的化学概念具体化、形象化和直观化，有利于启发学生的思维，完成由感性认识到理性认识的飞跃。常见的〔1〕运用化学实验呈现问题情境在抽象的化学概念教学中，教师通过精心设计的实验情境，使学生感到好奇、疑惑，点燃学生思维的火花，激起学生对学习目标的认知要求。例如，原电池的原理是学生学习的难点，为突破该难点，教师可创设以下实验情境，引入问题：演示“番茄原电池〞〔用铜片、锌片、导线、音乐卡和番茄组成〕趣味实验。设问：音乐卡发声说明了什么在激起学生学习兴趣的同时，鼓励学生相互探讨质疑，联系已经学习过的导电原理分析音乐卡发声肯定有电流通过，电流从何而来呢直接用稀酸代替番茄效果是不是更好原理是什么学生从番茄、音乐这些可感知的物质出发，很快就可以建设起对原电池的原理有关知识的认识，这时教师给予学生积极的评价，学生学习化学的兴趣倍增，在轻松愉快的教学过程中化解了难点。〔2〕运用现代信息技术，制作模型、课件、图表等在《普通高中课程标准〔实验〕》本中，针对物质构造中大量抽象的化学概念，课标在“活动与探究建议〞中要求教师在教学中尽可能使用多媒体技术，运用模型研究物质的构造。直观手段有以下几种：教师在教学中可以充分利用插图、教学模型、挂图以及图表等，将微观难懂的抽象概念呈现在学生面前，帮助学生理解。利用多媒体技术可以模拟化学中大量的微观现象，化抽象为直观，变静态为动态，对瞬间变化搞定格分析，增强学生对事物的理性认识，从而有效地化解教学难点。例如：一些典型晶体的空间构型，在教学中可使用相应的课件来演示这些晶体分解和重组过程，例如，展示NaCl、NaCs等离子晶体、让学生能深入了解各类晶体的空间构造特征以及晶体中各微粒的个数比。晶体中的个数与键数比等抽象而深奥的知识变得简洁明了，使学生顺利地突破这些难点知识。一些简单的模型，教师可以鼓励学生自己动手制作，在制作的过程中，可以加深学生对化学概念的理解，例如甲烷分子、水分子的立体构造模型，教师可以教学生用相应的化学软件来制作。有些化学概念的教学还可以利用图表的直观性进展教学，例如，化学平衡概念的建设，描绘相应的v-t图，让学生更容易理解化学平衡的双向性。有些化学概念的教学，考虑到学生思维活动特点与知识水平，一方面尽量采用模型帮助学生做直观的分析探究，另一方面努力设计一些直观的实验引发学生的联想，以理解相应的学习内容。如：原电池的教学，一方面利用实验引入问题，另一方面利用多媒体技术，模拟电路中电子、离子的运动，增强原电池中电子、离子流向的直观性，有助于化解教学难点。3.3化学概念的精讲教学策略化学概念知识逻辑性较强，要使概念被学生所掌握，就必须精讲知识内容，准确地提醒化学概念的本质特征和概念间的内在联系。从认知心理学角度讲，强化和突出信息的输出，进展分类归纳，建设良好完备的认知构造，使之条件化、构造化，有助于学生知识的把握。精讲教学策略首先要求教师在上课、布置作业、课堂演示和观察、思考和提出问题、引导学生分析、板书设计、归纳小结等环节精心设计，重点突出；其次要精选学习策略，组织教学模式，优化课堂设计，对不同的教材内容给出不同的讲授顺序。理论性强的“物质构造与性质〞、“化学反响原理〞等适用精讲教学策略，讲授宜从直观入手，力求通俗易懂，严密联系学生已有的构造-反响-性质的知识，充分利用实验和多媒体技术，帮助学会上化解思维障碍，降低学习难度。美国著名的心理学家奥苏贝尔认为,可以从两个维度上对学生的学习类型进展划分:一是在知识获得的形式上分为“承受学习〞和“发现学习〞;二是根据理解和掌握知识的内部特征而分为“意义学习〞和“机械学习〞。所谓“有意义学习〞是指语言文字或符号所表述的新知识能够与学习者认知构造中已有的有关旧知识建设一种实质的和非人为的联系。反之,不与头脑中原有认知构造发生联系而强迫记忆进展的学习即为“机械学习〞。奥苏贝尔指出，要想实现有意义学习可以有两种不同的途径或方式：承受学习和发现学习。在课堂教学中，如果教师讲授得法,，就可能导致学生的意义学习；而发现学习的方法运用不当，未必会使学生进展有意义学习。这对化学概念的教学，是有启发的。原因是尽管新课程标准提倡探究式学习，但承受学习仍是课堂教学中非常重要的一种方法，因为它既经济又有效。有意义的学习理论认为，在教学中只要教师呈现的言语材料能够与学生原有的知识构造或认知构造建设联系，新知识只要以经过有组织、循序渐进的方式呈现信息，那么就能使学习产生有意义的学习过程和结果，就能促进原有的认知构造或知识构造发生变化或者形成新的知识构造。一般而言，使用精讲教学策略时，为了到达教学效果，有九种教学策略在直接讲授中发挥着不可替代的作用：〔1〕上课后首先简短复习已经学习过的内容；〔2〕上课后先把学习目标简要地告诉学生；〔3〕小步骤讲解新教材，学生在每一步骤后进展练习；〔4〕讲授和解答要清楚、详细；〔5〕指导学生的初步训练；〔6〕提出大量的问题，检查学生的理解情况，并争取所以学生的答复；〔7〕为全体学生提供高级主动训练的时机；〔8〕提供系统的反响和修正；〔9〕针对课堂作业进展明了的讲解和练习，必要时监视学生完成作业。教学生有意义学习就是教学生在理解的根基上掌握教学内容，而不是机械地学习，死记硬背。教师应在讲授时教授教学内容的价值、重要性以及与知识构造的关系，使学生在一定的框架内、背景中理解教学内容，防止在不理解的情况下机械地记忆、重复地练习，导致机械学习和死记硬背。精讲教学策略并非适用于所有化学概念的教学，在利用精讲教学策略进展化学概念教学时，应扬长避短，尽量防止将精讲教学策略演变成教师讲，学生听，被动学的讲述课。要注意调动学生的积极性，同时通过精选课堂练习题，检查学生理解和掌握教学内容的情况。练习应该步步深入，从机械的模仿练习到对比灵活的高级训练，教师应该对学生的练习及时地给出反响信息，必要时加强练习，以促进学生对知识的迁移和应用；注意精选例题和习题；选择典型、有层次，可以举一反三的练习题；精讲，分层训练，及时反响，使学生能用较少的时间获得解决问题的方法和策略。4.促进学生探究学习的概念教学策略《普通高中化学课程标准》在“根本理念〞中指出：高中化学课程要通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学探究的过程，激发学生学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力。化学课程标准在化学概念的教学建议中编入以实验为主的多种探究活动和实践活动。5.设置“先行组织者〞〔advanceorganizer〕策略我们知道，影响学生学习新知识最重要的因素之一是学生已有的认知构造。当教师向学生呈现新概念时，学生可能出现的情况有，学生的认知构造中缺乏适当的上位知识来同化新知识，或者学生的认知构造中虽然已经具有同化新知识的适当知识，但原有知识不清晰或不稳固，学生对新旧知识之间的关系区分不清。为了提高学习效果，发挥认知构造中三个变量在新知识学习中的积极作用，促进学习的有效迁移，奥苏贝尔通过设计“先行组织者〞来改变被试认知构造变量的实验研究,先行组织者是利用适当相关的和包摄性较广的、清晰的、稳定的引导性材料来帮助学生建设正确的信息固着点，增强新旧知识间的联系，使新的概念得到真正意义上的同化，以促进概念的迁移和应用。先行组织者根据它的作用可分为两类：一类是陈述性的组织者，它的作用在于为新知识的学习提供适当的起固定作用的旧知识，增强旧知识的可利用性和稳定性。一般呈现在新概念学习之前；另一类是对比组织者，它的作用在于对比新知识与旧知识构造中有关相似知识的区别和联系，从而增强似是而非的新旧知识之间的可区分性，一般呈现在新概念学习之后。设计先行组织者，促进保持与迁移是化解概念教学难点的一种重要方法。例如，在学习分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体后，提供一个对比性组织者，增强新旧知识之间的可区分性6.以开展和丰富科学概念为根基的教学策略以开展和丰富科学概念为根基的教学策略是建设在学生现有观念根基之上的，使学生的现有观念向科学认识开展和拓宽。这种策略主要采用类比和架桥的方法，帮助学习者在新旧经历之间建设联系，使新概念更易理解。这种策略假定，在学生掌握定量规律之前，给学生提供时机建设对现象的定性直觉的理解，其目的是增加有益的直觉的应用范围，并减少有害的直觉的应用范围。这样可以促进概念转变。利用学生原有的直觉知识，在被学生误解的“靶例〞和“锚例〞之间形成类比关系，通过这种方式来开展学生的理解.研究说明,在开展这些关系的过程中,“架桥策略〞是非常有用的。布朗和克莱门特(Brown,Clement,1989)描述的架桥教学策略有以下几个步骤:①准备:教学干预之前的过程,包括错误概念的预测和进展教学设计。②教学过程：提出开放性问题，创设一个靶子，暴露学生与讨论的主题相关的错误概念。③教师举出一个符合学生直觉的类比例子,这个例子称为一个“锚例〞,或简单说是一个“锚〞(锚的直觉含义是初学者所持有的和化学理论根本容的信念,这种信念可以是明确的,也可以是沉默的)④教师要求学生在锚例和目标事件之间作出明确的比照,并试图建设类比关系，解释原因。⑤如果学生没有承受这种类比,教师再试图找到一种架桥类比(或者一系列架桥类比)或比喻,即在目标和锚之间插入的概念化的中介物.⑥反思:鼓励学生回忆实施过程，并思考出现的特殊问题或困难，将得出的结论加以应用并稳固。例如，化学平衡学生的错误概念-认为化学反响到达平衡后反响停顿了。举一个緢例，告诉学生平衡时，反响物没有反响完，学生根据已有的知识，可以知道，只要还有反响物，化学反响就会继续下去；或者演示一个可逆化学反响的实验，增强学生的感性认识。实验现象明显，可以观察到正逆反响的移动。比照：化学反响到达平衡后，由于反响物没有完全反响，所以正向反响会继续进展，而各物质的浓度不变，是由于同一物质正反响速率与逆反响速率相等的缘故。架桥：水池中的水满后，进水管和出水管的量一致时，池中水量保持不变。反思：全班讨论得出结论：化学平衡是动态平衡，是一个相对稳定的状态，当可逆反响达平衡状态后，同一物质的正向和逆向反响速率相等，同时，这个状态是脆弱的，很容易被破坏掉。在化学概念转变的教