基于理解性學習的教學設計——以“物質的量”（第一課時）為例

謝兆貴

（江蘇省鹽城中學 江蘇 鹽城 224005）

基于理解性學習的教學設計，把學生的理解視作重要的關注點。 “除非學生的知識是通過理解性學習而獲得的，否則這些知識很可能一出校門就毫無用處。［1］”只有被學生理解了的知識，才能真正成為支撐學生今后發展的資源。 認知心理學的研究結果表明，建構有意義的聯系是理解的心理實質， 是遷移和應用的心理基礎；而就理解的過程而言，一定是學習者主動建構自己的知識經驗的過程， 即通過新經驗與原有知識經驗反復的、雙向的作用，不斷地充實、豐富和改造知識經驗。 但學習者建構對知識的理解并非是一種完全自發的心理機制，積極、自主、有意識的思維參與尤為重要，教學正是對這種建構過程的促進。

“物質的量”因其重要的認知價值和工具價值，一直是中學化學教學的重點；又因其本身的抽象性與學生認知水平欠缺間的矛盾，成為中學化學教學的難點。 而現行化學教材在編寫上并未能彌補學生思維和認知上的不足［2］，也未能給教師的教學設計以恰當的引導，造成許多學生在學習該概念時，仍以機械接受為主，為整個高中階段計算問題的解決埋下了隱患。 為了促進學生對“物質的量”概念的理解，進行了如下的教學設計。

一、設計先行組織者，聯系學生的原有知識

意義學習是通過新信息與學生認知結構中已有的有關概念的相互作用才得以發生的。 “先行組織者”是先于學習任務本身呈現的一種引導性材料，能清晰地與認知結構中原有的觀念和新的學習任務相聯，為新的學習任務提供觀念上的固定點。 為此，我們設計了如下的導入語作為“先行組織者”。

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

上述導入語不僅為 “物質的量” 概念引入的意義——從微粒角度定量研究物質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“物質的量”固定點的相關知識：①物質是由分子、原子、離子等微粒構成的；②物質化學變化的實質是微粒間的相互作用；③化學方程式中各物質的化學計量數之比實質上是它們的微粒個數比。 并在黑板上板書：

二、設計問題情境，激發學生有意義學習的心向

承接上述板書，教師設計以下的引語和問題情境：

［師］ 正是由于化學反應實質上是各物質以一定的微粒個數比進行的，所以，化學家們不僅要知道化學反應中的物質的質量，還需知道一定質量的物質中的微粒個數。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，我們常常通過數的方式來計量個數，那么對于分子的個數我們能否也通過數的方法獲知呢？

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

當學生運用已有經驗不能解釋新情境時，便引發認知沖突。 認知沖突在概念轉變過程中具有關鍵意義，因為只有體驗到認知沖突，個體才能感受到原有概念的不足，認識到替換或調整原有概念的必要性，激起有意義學習的心向。 上述問題情境的設計不僅讓學生體會到分子之小以及數目之巨大，而且也讓學生在“需要知道分子的數目”與“不能以個數去計量分子的數目”間產生沖突，激起探索“采用什么樣的方法去計量微觀粒子數目”的心向。

三、設計類比活動，聯系學生的日常經驗

學生難以理解“物質的量”概念的重要原因之一是概念本身抽象、遠離學生的生活經驗。 但其單位“摩爾”是具有集合思想的概念，是化學家基于研究和認識物質的需要而提出的。 這與日常生活中有時為了計數的需要運用“集合單位”的思想一致。 于是設計如下的活動：

［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，他的財富對于銀行工作人員來說，卻意味著繁重的清點工作。 假如你是銀行職員，你打算怎樣清點這一筆數目巨大的硬幣呢？［3］

這一活動的設計基于學生的日常經驗，讓學生在活動中理解，正如銀行職員不會一個個地去數硬幣數量一樣，化學家也不會一個個地去數微粒數目，因為物質的微粒是如此之小而數量又如此巨大。并展示表1，以讓學生實現從日常經驗到科學認知的遷移。

表1 銀行職員和化學家的計數方法類比

四、揭示概念含義，聯系學生已有認知結構

通過前面一系列教學活動的鋪墊，學生已經明白了“為什么要計數微粒個數”、“如何計數微粒個數”， 此時再來揭示“物質的量”以及阿佛加德羅常數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，納入學生已有認知結構中，如圖1 所示。

圖1 基本物理量及其單位

該設計在概念呈現順序上與教材有較大不同，教材中先有“物質的量”再引出“摩爾”。 但在教學實踐中我們發現學生對“采用物質的量將一定數目的原子、離子或分子等微觀粒子與可稱量物質聯系起來”這樣的描述極為費解。 認知心理學認為，學習者對概念的心理認同感影響學生對概念的理解。 通過銀行職員和化學家計數方法的類比學生已認同了摩爾這個概念， 再告訴學生“mol”是化學家為物理量“Amount of substance”所設計的單位，我們稱之為“物質的量”。 并通過與其他并列概念的比較，學生就不難理解物質的量與時間、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、設計推理活動，引導概念的縱深聯系

前面的教學設計已讓學生在新舊知識的相互作用中、與日常經驗的聯系中初步建立起物質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（阿伏加德羅常數）”而不用其它數作為1mol 的標準一定心存疑惑。 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（阿伏加德羅常數）”而不用其它的數作為1mol 的標準呢？

［引導性問題1］在以前的學習中，什么地方還用過C－12 作為標準？

［引導性問題2］那么這是巧合，還是化學家有意為之？

［活動］計算1mol 鋁原子的質量

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

推理：

結論：1mol 鋁原子的質量為27g， 在數值上等于Al的相對原子質量。

教材中只是通過簡單呈現1mol 不同物質的質量從而引出摩爾質量。 當學生不知知識從何產生時，只能用“記住”去代替“理解”。 上述推導過程，不僅解除了學生對摩爾基準規定的疑惑，還讓學生的邏輯思維有效參與到學習過程中來，對摩爾及摩爾質量的意義產生較為深刻的理解。

理解了摩爾質量的概念，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，學生的思維還需經歷化學方程式中的計量數之比即物質的量之比的跨躍。 于是設計以下的推理過程：

這一環節不僅是對前面問題的回應，也讓學生深刻理解物質的量為何可用于根據化學方程式的計算，明白物質的量概念引入的意義所在。

六、設計整合環節，構建相互聯系的結構化知識

要對知識形成深刻、真正的理解，學生所獲得的知識就應是結構化的、整合的。 這種結構既能反映知識（概念或原理）之間的區別，又能反映知識之間的聯系，以達到對概念的實質性理解；同時，這種結構又是開放的，隨著后續的學習，將不斷豐富和改造。

［師生共建結構圖］

在日常教學中，我們常聽到教師詢問學生“你們聽懂了嗎？ ”“理解了嗎？ ”但卻不知如何做才能讓學生理解。 上述教學設計以富于聯系的理解性學習為設計的指導思想，概念形成和發展的線索清晰，且與學生的已有知識經驗不斷相互作用，運用問題情境不斷調動學生思維的積極參與，讓學生在問題解決過程中自主建構對知識的理解。 惟學生真正理解了概念，才能掃清后續學習及應用的障礙。

［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.高中化學新教材（必修1）中“物質的量”內容的難度分析［J］.化學教育，2008，（5）：15－17

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