認(rèn)知圖式理論對(duì)化學(xué)鍵教學(xué)的啟示

摘 要：化學(xué)鍵為高中化學(xué)重要的概念之一，化學(xué)鍵概念的學(xué)習(xí)需要利用學(xué)生的空間數(shù)學(xué)知識(shí)、化學(xué)微觀認(rèn)識(shí)和類比、抽象等科學(xué)方法，已有的認(rèn)知圖式會(huì)影響學(xué)生化學(xué)鍵概念的正確建立，因而認(rèn)知圖式理論在化學(xué)鍵教學(xué)中具有重要的實(shí)際指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：化學(xué)鍵；圖式；啟示

在分子內(nèi)直接相鄰兩個(gè)或多個(gè)原子（或離子）之間存在著強(qiáng)烈的相互作用，這種作用被定義為化學(xué)鍵。這種作用不能被我們看到，而是通過化學(xué)變化需要能量驅(qū)動(dòng)做出的間接推論。物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)能夠闡釋物質(zhì)變化的本質(zhì)，決定物質(zhì)的性能和轉(zhuǎn)化規(guī)律。因其可以較好地解釋化學(xué)變化的本質(zhì)以及化學(xué)變化伴隨能量的事實(shí)，化學(xué)鍵為中學(xué)化學(xué)重要的概念之一?；瘜W(xué)鍵包括金屬鍵、離子鍵和共價(jià)鍵三種，在學(xué)習(xí)中蘊(yùn)含著類比、抽象等理論模型的建構(gòu)，包含著空間數(shù)學(xué)知識(shí)和化學(xué)微觀認(rèn)識(shí)?；瘜W(xué)鍵相關(guān)概念的建立過程是學(xué)生獲得化學(xué)科學(xué)方法的重要途徑，對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)思維能力、科學(xué)探究能力、創(chuàng)造能力和分析問題能力等有重要的意義。

一、化學(xué)鍵教學(xué)中的問題分析

學(xué)生在生活和學(xué)習(xí)中，對(duì)各種化學(xué)現(xiàn)象和過程已經(jīng)有了自己的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，并形成了一些比較固定的看法，這就是前科學(xué)概念，即原有圖式。由于學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)化學(xué)前已經(jīng)有十幾年的生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)在頭腦中逐漸深化和發(fā)展，且不斷得到強(qiáng)化，因而頭腦中自發(fā)形成了范圍廣泛的圖式。這些潛移默化形成的圖式常常以潛在形式存在，往往在運(yùn)用概念解決實(shí)際問題時(shí)才表現(xiàn)出來，具有一定的隱蔽性。學(xué)生化學(xué)概念的認(rèn)知過程是以原有圖式為基礎(chǔ)，通過同化和順應(yīng)，達(dá)到豐富、擴(kuò)充自身所擁有圖式的主動(dòng)建構(gòu)過程。由于化學(xué)鍵涉及微觀世界具有一定的抽象性和復(fù)雜性，教師若忽視學(xué)生已有圖式不能幫助學(xué)生進(jìn)行同化和順應(yīng)，化學(xué)鍵便成為中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。另外，部分教師在化學(xué)概念的教學(xué)過程中總是有意或無意地過于強(qiáng)調(diào)化學(xué)概念的知識(shí)本位，使學(xué)生只能死記概念的內(nèi)涵和外延而無法透徹地理解概念的實(shí)質(zhì)。不僅會(huì)影響學(xué)生闡釋物質(zhì)性能和物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律的本質(zhì)，也會(huì)影響后續(xù)對(duì)電子對(duì)、電離能、電負(fù)性、化合鍵、分子結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性等概念的學(xué)習(xí)。

在化學(xué)鍵教學(xué)中，通常以門的合頁及相關(guān)球棍模型來幫助學(xué)生理解化學(xué)鍵、以NaCl的形成過程來學(xué)習(xí)離子鍵、以HCl的形成過程來學(xué)習(xí)共價(jià)鍵。由于微觀的“化學(xué)鍵”和宏觀的“合頁”在本質(zhì)及特征上均不相同，便產(chǎn)生了如“共用電子對(duì)的是‘鍵’，離子之間沒有‘鍵’”等錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)；由于之前學(xué)過的NaCl在水溶液中以離子形式存在，便產(chǎn)生了“離子鍵比共價(jià)鍵弱”等錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)；由于之前的學(xué)習(xí)中HCl多以鹽酸形式出現(xiàn)，便產(chǎn)生了“共價(jià)鍵中存在陰離子和陽離子”等錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。在教學(xué)中采用NaCl和HCl為例，是學(xué)生較為熟悉的物質(zhì)有一定的優(yōu)勢(shì)，但也會(huì)產(chǎn)生一些認(rèn)識(shí)誤區(qū)，如：化學(xué)鍵的形成是為了充滿最外層電子層；只有當(dāng)原子發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的時(shí)候才會(huì)產(chǎn)生離子鍵；化學(xué)鍵是以靜電作用力形成的；只有兩種化學(xué)鍵：共價(jià)鍵和離子鍵等。而且，部分學(xué)生很難將化學(xué)鍵和能量轉(zhuǎn)化建立起來，造成難以理解概念的內(nèi)涵和外延存在諸多的問題。

二、認(rèn)知圖式理論對(duì)化學(xué)鍵概念教學(xué)的啟示

學(xué)生已有生活經(jīng)驗(yàn)、相關(guān)化學(xué)元素化合物與微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)、物理知識(shí)、思維模式等原有圖式會(huì)影響化學(xué)鍵相關(guān)概念的建立。因此，在教學(xué)中教師應(yīng)該注意情境創(chuàng)設(shè)，激活學(xué)生的思維，應(yīng)該更多地考慮學(xué)生原有圖式及認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在學(xué)生原有的知識(shí)體系的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)教學(xué)，完善新的圖式。在化學(xué)鍵教學(xué)中應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面：

1.創(chuàng)設(shè)合理的情境，設(shè)置階梯性問題，以喚醒原有圖式

教師應(yīng)精心選擇各類教學(xué)資源給學(xué)生創(chuàng)設(shè)合理的情境，讓學(xué)生在各種情境的刺激下主動(dòng)感知事實(shí)、重現(xiàn)已有的知識(shí)和技能，為順利獲得化學(xué)鍵概念做好鋪墊。在化學(xué)鍵教學(xué)時(shí)，教師可聯(lián)系生活實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生回憶豐富多彩的物質(zhì)世界、元素周期表中的110種多元素，指導(dǎo)學(xué)生思考：“種類相對(duì)很少的元素是怎樣組成如此豐富多彩的物質(zhì)世界的？”“一種元素與不同元素組成的化合物宏觀表現(xiàn)的性質(zhì)為什么差異如此巨大？”等問題，喚醒學(xué)生解決化學(xué)問題的常用思路和方法：宏觀看現(xiàn)象，微觀找原因。然后，以氯原子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的途徑展開問題探究，對(duì)比氯氣和鈉反應(yīng)生成氯化鈉、氯氣和氫氣生成氯化氫的實(shí)驗(yàn)及反應(yīng)過程，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，從微觀方面來找找原因。在析因過程中適時(shí)設(shè)置以下問題：（1）構(gòu)成物質(zhì)的微粒有哪些？（2）原子的結(jié)構(gòu)是怎樣的？（3）原子具有什么樣的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)？（4）原子趨向穩(wěn)定的可能途徑有哪些？（5）物質(zhì)為什么會(huì)穩(wěn)定存在？（6）當(dāng)鈉原子和氯原子在逐漸靠近的時(shí)候可能會(huì)產(chǎn)生哪些作用力？（7）當(dāng)氫原子和氯原子在逐漸靠近的時(shí)候可能會(huì)產(chǎn)生哪些作用力？等，從而幫學(xué)生梳理并解決影響化學(xué)鍵概念建立的相關(guān)問題。這些刺激對(duì)化學(xué)鍵的學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)的針對(duì)性，在與學(xué)生的交流過程中教師重點(diǎn)去發(fā)現(xiàn)學(xué)生的原有圖式（前科學(xué)概念），并分析原有圖式的性質(zhì)以及對(duì)教學(xué)的正負(fù)遷移作用，從而使得原理性抽象得以順利展開，為概念的建立打下良好的基礎(chǔ)。

2.同化與順應(yīng)相結(jié)合，抓住化學(xué)鍵概念的內(nèi)涵與外延

在教學(xué)過程中，教師為了促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)鍵空間結(jié)構(gòu)的理解，一般采用球棍模型或者黑板作圖的形式來呈現(xiàn)化學(xué)鍵的，由于這些模型呈現(xiàn)的并不是化學(xué)鍵真實(shí)的形成過程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，會(huì)造成學(xué)生誤認(rèn)為化學(xué)鍵就是兩個(gè)原子之間通過均等的作用力而形成。因此除了使用傳統(tǒng)的實(shí)物模型將化學(xué)鍵宏觀化外，加強(qiáng)多媒體技術(shù)，如Flash動(dòng)畫、 Chem Sketch等軟件在微觀教學(xué)中的應(yīng)用，并可以通過多媒體技術(shù)模擬化學(xué)鍵的形成過程，使學(xué)生更加直觀地了解各種化學(xué)鍵的特點(diǎn)，并結(jié)合數(shù)學(xué)和物理等相關(guān)知識(shí)順應(yīng)相關(guān)概念。

中學(xué)生大腦里的知識(shí)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，同化新概念的能力不強(qiáng)，這就要求教師努力調(diào)動(dòng)學(xué)生已有的知識(shí)，通過創(chuàng)設(shè)情境使學(xué)生產(chǎn)生沖突，調(diào)整學(xué)生頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生加強(qiáng)新舊概念間的聯(lián)系，同化理解新概念。如離子鍵的教學(xué)流程：由離子鍵的概念→構(gòu)成離子鍵的粒子的特點(diǎn)→離子鍵的實(shí)質(zhì)→離子鍵的形成條件→離子鍵的存在。具體做法為引導(dǎo)學(xué)生從離子鍵的概念出發(fā)，分析微粒所帶的電性及它們之間產(chǎn)生的相互作用力，得出離子鍵的本質(zhì)。再利用初中化學(xué)中金屬和非金屬元素原子最外層電子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生的變化，得出離子鍵的形成條件。最后通過中學(xué)化學(xué)中含有離子鍵的常見物質(zhì)實(shí)例，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步理解化學(xué)概念的本質(zhì)。

3.關(guān)注變式練習(xí)，完善新圖式

學(xué)生對(duì)剛獲得的概念的理解總是比較模糊、膚淺的，并且有可能很快遺忘，為了使學(xué)生清晰、深入地掌握新概念，應(yīng)讓學(xué)生用剛獲得的新概念去解決日常生活和生產(chǎn)中的實(shí)際問題，設(shè)計(jì)相應(yīng)的變式練習(xí)，在實(shí)際應(yīng)用中深化對(duì)新概念的意義和本質(zhì)的理解。若在應(yīng)用新概念的過程中遇到自己形成的個(gè)人概念不能去解決相關(guān)化學(xué)問題時(shí)，學(xué)生便會(huì)再次進(jìn)行順應(yīng)。再次順應(yīng)時(shí)學(xué)生能對(duì)新個(gè)人概念進(jìn)行修正，掌握新概念的使用條件，深化對(duì)新概念的理解。如，列舉中學(xué)中常見的化合物，讓學(xué)生分析其內(nèi)部化學(xué)鍵的成鍵特征和成鍵過程，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)離子鍵、共價(jià)鍵的區(qū)別與聯(lián)系，以完善認(rèn)知圖式。

4.精心設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)，多角度強(qiáng)化新圖式

化學(xué)鍵是根據(jù)事實(shí)建構(gòu)的知識(shí)，不能直接觀察，只是通過物質(zhì)反應(yīng)需要能量來間接推論出原子之間存在著作用。離子鍵和共價(jià)鍵是在原子結(jié)構(gòu)圖式基礎(chǔ)上，從原子要趨向于形成較為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)這一角度提出來解釋離子化合物和共價(jià)化合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)知圖式。因此，通過教學(xué)要幫助學(xué)生不斷反思，逐步深入地建立起關(guān)于化學(xué)鍵的認(rèn)知圖式：化學(xué)鍵概念基于相關(guān)的化學(xué)事實(shí)而提出來的→化學(xué)鍵相關(guān)理論建立在原子結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)上，是依據(jù)化學(xué)變化需要能量驅(qū)動(dòng)做出的間接推論→化學(xué)鍵理論能夠解釋化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、能夠解釋和預(yù)測(cè)物質(zhì)的性質(zhì)。學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)可通過以下問題：“原子之間強(qiáng)烈的相互作用叫做化學(xué)鍵。你能觀察到原子之間的相互作用嗎？你相信原子之間存在著作用嗎？請(qǐng)說明理由?！薄半x子鍵和共價(jià)鍵是化學(xué)鍵的兩種類型。請(qǐng)你說明離子鍵和共價(jià)鍵是從什么角度解釋原子之間的作用的？”“你認(rèn)為化學(xué)鍵知識(shí)合理嗎？請(qǐng)給出你的觀點(diǎn)?！睂?duì)學(xué)生化學(xué)鍵概念的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。不應(yīng)僅局限在知識(shí)的簡(jiǎn)單呈現(xiàn)去測(cè)查，應(yīng)以引導(dǎo)為主關(guān)注對(duì)學(xué)生化學(xué)鍵本質(zhì)的理解，完善認(rèn)知圖式。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮忠良.結(jié)構(gòu)化與定向化教學(xué)心理學(xué)原理[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，1991.

[2]梁永平.在化學(xué)微觀認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)中發(fā)展學(xué)生科學(xué)本質(zhì)理解的思考[J].化學(xué)教育，2006（3）：9-13.

[3]徐志軍，王從寬.國(guó)外化學(xué)鍵迷思概念研究對(duì)我國(guó)高中化學(xué)鍵教學(xué)的啟示[J].化學(xué)教育，2010（6）：49-52.

[4]向義和.化學(xué)鍵的本質(zhì)是怎樣被揭示的[J].自然雜志，2009（1）：47-54.

[5]余天桃，王云.化學(xué)鍵概念的發(fā)展與認(rèn)識(shí)三階段論[J].化學(xué)世界，2010（5）：318-320.

編輯 薄躍華