基于理解性學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“物質(zhì)的量”（第一課時）為例

謝兆貴

（江蘇省鹽城中學(xué) 江蘇 鹽城 224005）

基于理解性學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)，把學(xué)生的理解視作重要的關(guān)注點(diǎn)。 “除非學(xué)生的知識是通過理解性學(xué)習(xí)而獲得的，否則這些知識很可能一出校門就毫無用處。［1］”只有被學(xué)生理解了的知識，才能真正成為支撐學(xué)生今后發(fā)展的資源。 認(rèn)知心理學(xué)的研究結(jié)果表明，建構(gòu)有意義的聯(lián)系是理解的心理實(shí)質(zhì)， 是遷移和應(yīng)用的心理基礎(chǔ)；而就理解的過程而言，一定是學(xué)習(xí)者主動建構(gòu)自己的知識經(jīng)驗(yàn)的過程， 即通過新經(jīng)驗(yàn)與原有知識經(jīng)驗(yàn)反復(fù)的、雙向的作用，不斷地充實(shí)、豐富和改造知識經(jīng)驗(yàn)。 但學(xué)習(xí)者建構(gòu)對知識的理解并非是一種完全自發(fā)的心理機(jī)制，積極、自主、有意識的思維參與尤為重要，教學(xué)正是對這種建構(gòu)過程的促進(jìn)。

“物質(zhì)的量”因其重要的認(rèn)知價值和工具價值，一直是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)；又因其本身的抽象性與學(xué)生認(rèn)知水平欠缺間的矛盾，成為中學(xué)化學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)。 而現(xiàn)行化學(xué)教材在編寫上并未能彌補(bǔ)學(xué)生思維和認(rèn)知上的不足［2］，也未能給教師的教學(xué)設(shè)計(jì)以恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，造成許多學(xué)生在學(xué)習(xí)該概念時，仍以機(jī)械接受為主，為整個高中階段計(jì)算問題的解決埋下了隱患。 為了促進(jìn)學(xué)生對“物質(zhì)的量”概念的理解，進(jìn)行了如下的教學(xué)設(shè)計(jì)。

一、設(shè)計(jì)先行組織者，聯(lián)系學(xué)生的原有知識

意義學(xué)習(xí)是通過新信息與學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的有關(guān)概念的相互作用才得以發(fā)生的。 “先行組織者”是先于學(xué)習(xí)任務(wù)本身呈現(xiàn)的一種引導(dǎo)性材料，能清晰地與認(rèn)知結(jié)構(gòu)中原有的觀念和新的學(xué)習(xí)任務(wù)相聯(lián)，為新的學(xué)習(xí)任務(wù)提供觀念上的固定點(diǎn)。 為此，我們設(shè)計(jì)了如下的導(dǎo)入語作為“先行組織者”。

［師］同學(xué)們，我們已經(jīng)知道，從宏觀和微觀兩個角度認(rèn)識物質(zhì)是化學(xué)學(xué)科的重要特征，從定性和定量兩個方面研究物質(zhì)是化學(xué)學(xué)科的重要方法。 比如，對于我手上的這杯水而言，我們是如何認(rèn)識它和研究它的？

上述導(dǎo)入語不僅為 “物質(zhì)的量” 概念引入的意義——從微粒角度定量研究物質(zhì)及其變化埋下了伏筆，而且以“水”及其變化“通電的條件下可生成氫氣和氧氣”為載體，通過師生的問答，理出如下可作為“物質(zhì)的量”固定點(diǎn)的相關(guān)知識：①物質(zhì)是由分子、原子、離子等微粒構(gòu)成的；②物質(zhì)化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)是微粒間的相互作用；③化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比實(shí)質(zhì)上是它們的微粒個數(shù)比。 并在黑板上板書：

二、設(shè)計(jì)問題情境，激發(fā)學(xué)生有意義學(xué)習(xí)的心向

承接上述板書，教師設(shè)計(jì)以下的引語和問題情境：

［師］ 正是由于化學(xué)反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是各物質(zhì)以一定的微粒個數(shù)比進(jìn)行的，所以，化學(xué)家們不僅要知道化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)的質(zhì)量，還需知道一定質(zhì)量的物質(zhì)中的微粒個數(shù)。比如，36g 水中究竟含有多少個水分子？36g 的水分解會生成多少個氫分子和氧分子呢？ 在日常生活中，我們常常通過數(shù)的方式來計(jì)量個數(shù)，那么對于分子的個數(shù)我們能否也通過數(shù)的方法獲知呢？

［情境］ 一滴水中大約含有1.7 萬億億個水分子，假設(shè)你一個一個地去數(shù)，每秒鐘數(shù)240 個的話，請你計(jì)算大約需要多少年才能數(shù)完？

當(dāng)學(xué)生運(yùn)用已有經(jīng)驗(yàn)不能解釋新情境時，便引發(fā)認(rèn)知沖突。 認(rèn)知沖突在概念轉(zhuǎn)變過程中具有關(guān)鍵意義，因?yàn)橹挥畜w驗(yàn)到認(rèn)知沖突，個體才能感受到原有概念的不足，認(rèn)識到替換或調(diào)整原有概念的必要性，激起有意義學(xué)習(xí)的心向。 上述問題情境的設(shè)計(jì)不僅讓學(xué)生體會到分子之小以及數(shù)目之巨大，而且也讓學(xué)生在“需要知道分子的數(shù)目”與“不能以個數(shù)去計(jì)量分子的數(shù)目”間產(chǎn)生沖突，激起探索“采用什么樣的方法去計(jì)量微觀粒子數(shù)目”的心向。

三、設(shè)計(jì)類比活動，聯(lián)系學(xué)生的日常經(jīng)驗(yàn)

學(xué)生難以理解“物質(zhì)的量”概念的重要原因之一是概念本身抽象、遠(yuǎn)離學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)。 但其單位“摩爾”是具有集合思想的概念，是化學(xué)家基于研究和認(rèn)識物質(zhì)的需要而提出的。 這與日常生活中有時為了計(jì)數(shù)的需要運(yùn)用“集合單位”的思想一致。 于是設(shè)計(jì)如下的活動：

［活動］ 張爺爺已收藏了65 年的硬幣， 總共有40桶。 他決定將這些硬幣存到銀行，可是，他的財(cái)富對于銀行工作人員來說，卻意味著繁重的清點(diǎn)工作。 假如你是銀行職員，你打算怎樣清點(diǎn)這一筆數(shù)目巨大的硬幣呢？［3］

這一活動的設(shè)計(jì)基于學(xué)生的日常經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生在活動中理解，正如銀行職員不會一個個地去數(shù)硬幣數(shù)量一樣，化學(xué)家也不會一個個地去數(shù)微粒數(shù)目，因?yàn)槲镔|(zhì)的微粒是如此之小而數(shù)量又如此巨大。并展示表1，以讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)從日常經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)認(rèn)知的遷移。

表1 銀行職員和化學(xué)家的計(jì)數(shù)方法類比

四、揭示概念含義，聯(lián)系學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)

通過前面一系列教學(xué)活動的鋪墊，學(xué)生已經(jīng)明白了“為什么要計(jì)數(shù)微粒個數(shù)”、“如何計(jì)數(shù)微粒個數(shù)”， 此時再來揭示“物質(zhì)的量”以及阿佛加德羅常數(shù)的概念就顯得水到渠成， 且教師適時地將之與其它基本物理量比較，納入學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，如圖1 所示。

圖1 基本物理量及其單位

該設(shè)計(jì)在概念呈現(xiàn)順序上與教材有較大不同，教材中先有“物質(zhì)的量”再引出“摩爾”。 但在教學(xué)實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對“采用物質(zhì)的量將一定數(shù)目的原子、離子或分子等微觀粒子與可稱量物質(zhì)聯(lián)系起來”這樣的描述極為費(fèi)解。 認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，學(xué)習(xí)者對概念的心理認(rèn)同感影響學(xué)生對概念的理解。 通過銀行職員和化學(xué)家計(jì)數(shù)方法的類比學(xué)生已認(rèn)同了摩爾這個概念， 再告訴學(xué)生“mol”是化學(xué)家為物理量“Amount of substance”所設(shè)計(jì)的單位，我們稱之為“物質(zhì)的量”。 并通過與其他并列概念的比較，學(xué)生就不難理解物質(zhì)的量與時間、長度等一樣都屬基本物理量，只不過描述對象不一樣而已。

五、設(shè)計(jì)推理活動，引導(dǎo)概念的縱深聯(lián)系

前面的教學(xué)設(shè)計(jì)已讓學(xué)生在新舊知識的相互作用中、與日常經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系中初步建立起物質(zhì)的量及其單位摩爾概念的意義。 但對于為什么選取“0.012 kg C－12 中所含的碳原子數(shù)（阿伏加德羅常數(shù)）”而不用其它數(shù)作為1mol 的標(biāo)準(zhǔn)一定心存疑惑。 教師可順勢將此問題挑明：

［問題］為什么選取“0.012kg C－12 中所含的碳原子數(shù)（阿伏加德羅常數(shù)）”而不用其它的數(shù)作為1mol 的標(biāo)準(zhǔn)呢？

［引導(dǎo)性問題1］在以前的學(xué)習(xí)中，什么地方還用過C－12 作為標(biāo)準(zhǔn)？

［引導(dǎo)性問題2］那么這是巧合，還是化學(xué)家有意為之？

［活動］計(jì)算1mol 鋁原子的質(zhì)量

mc——1 個碳原子的質(zhì)量；mAl——1 個鋁原子的質(zhì)量；Ar（Al）——鋁原子的相對原子質(zhì)量；NA——阿伏加德羅常數(shù)

推理：

結(jié)論：1mol 鋁原子的質(zhì)量為27g， 在數(shù)值上等于Al的相對原子質(zhì)量。

教材中只是通過簡單呈現(xiàn)1mol 不同物質(zhì)的質(zhì)量從而引出摩爾質(zhì)量。 當(dāng)學(xué)生不知知識從何產(chǎn)生時，只能用“記住”去代替“理解”。 上述推導(dǎo)過程，不僅解除了學(xué)生對摩爾基準(zhǔn)規(guī)定的疑惑，還讓學(xué)生的邏輯思維有效參與到學(xué)習(xí)過程中來，對摩爾及摩爾質(zhì)量的意義產(chǎn)生較為深刻的理解。

理解了摩爾質(zhì)量的概念，前面所提出的36g 水中含有多少水分子的問題即可迎刃而解。 但對于36g 水分解能生成多少個氫分子和多少個氧分子，學(xué)生的思維還需經(jīng)歷化學(xué)方程式中的計(jì)量數(shù)之比即物質(zhì)的量之比的跨躍。 于是設(shè)計(jì)以下的推理過程：

這一環(huán)節(jié)不僅是對前面問題的回應(yīng)，也讓學(xué)生深刻理解物質(zhì)的量為何可用于根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算，明白物質(zhì)的量概念引入的意義所在。

六、設(shè)計(jì)整合環(huán)節(jié)，構(gòu)建相互聯(lián)系的結(jié)構(gòu)化知識

要對知識形成深刻、真正的理解，學(xué)生所獲得的知識就應(yīng)是結(jié)構(gòu)化的、整合的。 這種結(jié)構(gòu)既能反映知識（概念或原理）之間的區(qū)別，又能反映知識之間的聯(lián)系，以達(dá)到對概念的實(shí)質(zhì)性理解；同時，這種結(jié)構(gòu)又是開放的，隨著后續(xù)的學(xué)習(xí)，將不斷豐富和改造。

［師生共建結(jié)構(gòu)圖］

在日常教學(xué)中，我們常聽到教師詢問學(xué)生“你們聽懂了嗎？ ”“理解了嗎？ ”但卻不知如何做才能讓學(xué)生理解。 上述教學(xué)設(shè)計(jì)以富于聯(lián)系的理解性學(xué)習(xí)為設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想，概念形成和發(fā)展的線索清晰，且與學(xué)生的已有知識經(jīng)驗(yàn)不斷相互作用，運(yùn)用問題情境不斷調(diào)動學(xué)生思維的積極參與，讓學(xué)生在問題解決過程中自主建構(gòu)對知識的理解。 惟學(xué)生真正理解了概念，才能掃清后續(xù)學(xué)習(xí)及應(yīng)用的障礙。

［1］ Thomas P.Carpenter，Richard Lehrer，Teaching and Learning Mathematics With Understanding，in：Mathematics Classrooms that Promote Understanding ［M］.Elizabeth Fenncma，Thomas A.Romberg，ed LEAPublisher，1999

［2］ 閆蒙鋼，陳英.高中化學(xué)新教材（必修1）中“物質(zhì)的量”內(nèi)容的難度分析［J］.化學(xué)教育，2008，（5）：15－17

［3］ 改 編 自The McGraw－Hill Companies.Chemistry：Concepts and Applications ［M］. America： Columbus： Glencoe／McGraw－Hill， 2005