高中化學物質性質實驗中的策略性知識初探

吳文蕾

（上海市第二中學，上海200031）

“化學是研究物質的組成、結構、性質以及變化規律的科學”。［1］作為學習化學、研究化學的重要途徑，化學實驗與化學密不可分。著名化學家戴安邦先生曾說過：“化學實驗教學是實施全面化學教育的一種最有效的形式。”高中化學基礎型課程教材中涉及相當數量的化學實驗，化學實驗是學習化學基本概念和掌握化學基本理論的根本手段 ，亦是化學知識的重要組成。學生學習基礎型課程化學尤其是物質性質實驗的成效，對學生掌握高中化學基礎知識、拓展知識乃至其他學科知識均有著重要的作用。要提高受教育者的創新精神和實踐能力，在化學基礎型課程的物質性質實驗教學中，不僅應讓學生有效獲得有關“是什么”的陳述性知識和“做什么”的程序性知識，還應重視引導學生獲得和應用“何時做、怎樣做”的策略性知識，使學生學會自主優化實驗學習，掌握解決實驗問題的方法和途徑。

一、研究背景

2004年上海市教育委員會頒發了《上海市中學化學課程標準（試行稿）》，進行了課程及教材方面的新嘗試。在我國新一輪化學課程改革向縱深方向發展的今天，研究高中化學基礎型課程的物質性質實驗及其中的策略性知識仍具有重要的時代意義。

從社會實際來看，日新月異、高速發展的現代科學技術可以在短時間內影響到每一個社會個體，然而伴隨著信息快捷而來的、令人印象深刻的卻是化工生產、化工運輸過程中各種各樣的事故、污染報道。要改善學生對化學學科的認知、消除人們對化學的誤解，與社會生產生活密切相關而又相對形象直觀的化學實驗無疑是很好的切入口，而綜合了元素知識及化學原理的、最具有“綜合”意義的化學物質性質實驗知識可以發揮出更大作用。筆者以上海市2007版高級中學化學課本的基礎型課程物質性質實驗策略性知識為研究對象，試圖更好地把握高中化學基礎型課程物質性質實驗中的策略性知識脈絡，進行策略性知識研究。

二、研究意義

《上海市中學化學課程標準（試行稿）》中指出，高一、高二年級學生要“能正確認識化學與生活、化學與生產、化學與自然及化學與社會發展的關系，具有保護環境和合理使用自然資料的意識，具有社會責任感和奉獻精神，樹立可持續發展的思想，形成人和自然和諧發展的觀念，初步樹立正確的科學價值觀。”［2］（P67）

實驗中的策略性知識能為學生將來適應社會、應對環境變化打下能力基礎。如果學生通過一定的信息加工及程序鞏固使策略性知識達到系統化、自動化的程度，策略性知識就可以呈現在記憶空間中，并可對顯性的思維活動進行明顯的調節、監視和引導，學生解決問題的能力可以隨之提高。可以說，一個人獨立自主地思考問題能力的強弱，解決各種問題能力的優劣體現，與一個人所形成的策略性知識體系的良好程度緊密相連。因而，策略性知識的教學對課堂教學由“知識立意”轉變成“智能立意”，對學生轉變學習自主程度有著重要意義。

三、策略性知識概念

洛林·W.安德森等認為，策略性知識是關于學習、思維和解決問題的一般性策略的知識。他們將知識分為4大類別：事實性知識、概念性知識、程序性知識，元認知知識，并根據策略性知識適用多種學科的認知和基于自我知識的特點，將其歸入了 元 認 知 知 識 主 類 別。［3］（P34～43）策 略 性 知識兼具程序性知識和元認知知識特點，是兼顧內外的認知策略，是關于如何學習、如何組織學習、如何解決學習及自身學習問題的知識，是關于如何使用事實性知識、概念性知識和程序性知識去學習、記憶、解決問題及進行計劃、監控和調節認知的一般 方 法 和 技 巧 的 知 識。［3］（P34～43）以 實 驗 室制乙烯的實驗為例，濃硫酸、乙醇等實驗藥品和圓底燒瓶、導管等實驗儀器是事實性知識，通過消除反應制備乙烯的實驗原理是概念性知識，順序性的實驗步驟是程序性知識，而如何確定實驗目的及設計實驗方案，如何優化實驗方案、選擇儀器及組建裝置，更有效地進行實驗是策略性知識。策略性知識以陳述性知識、程序性知識為基礎，其思維綜合性高于其他知識。

策略性知識在各學科教學中廣泛存在，結合化學實驗在化學基礎型課程中的重要性，筆者試圖通過對物質性質實驗中的策略性知識進行初步研究，使更多的學習者及教育者關注策略性知識、學習策略性知識、應用策略性知識，提高課堂教學的有效性，使學生的認知、思辨能力得到鍛煉，使社會的未來建設者能更好地適應終身學習的要求，適應社會生活和社會發展的需要。

四、物質性質實驗中的策略性知識初探

在化學實驗中存在多種策略性知識，有的策略性知識廣泛存在于各類實驗中，如產生式是化學實驗中的策略性知識。產生式是指“如果—那么”形式表示的規則，即“條件—活動”（condition—action）策略。例如在物質性質實驗中，要證明醋酸是弱電解質，如果提供同濃度的鹽酸、醋酸溶液，則可以用pH計測溶液的pH值，證明醋酸部分電離；如果有醋酸鈉固體，就可以將醋酸鈉固體溶于水，測溶液的pH值，溶液呈堿性，證明醋酸是弱電解質。在物質分離實驗中，如果用CCl4萃取出水溶液中的I2，就能用分液漏斗進行分離。在物質制備實驗中，如果制備得到的氣體中混有雜質氣體，那么可以選擇相應的洗氣除雜方式。在物質檢驗實驗中，如果溶液中可能有SO42－，則可選用稀鹽酸和氯化鋇檢驗SO42－。在定量實驗中，如果酸溶液濃度待定，就可以用中和滴定法測定未知溶液濃度。

物質性質實驗中涉及的策略性知識，可能是一個、兩個，也可能是多種策略性知識。筆者在參考百度百科中相關思維及算法概念論述的基礎上，結合高中化學基礎型課程實驗的實際進行分類研究，以下是物質性質實驗中常見但不唯一的策略性知識的分類分析。

物質的性質包括外觀形態等方面的物理性質以及反應性質等方面的化學性質等，是物質在物理及化學變化中客觀呈現的屬性。它是對物質進行定性的依據，也是區分物質的重要依據。根據物質的性質可以探知化學物質的特性，可以推測、鑒別、鑒定未知物質，也可以加深理解和便于掌握相關化學理論知識，因而學習和研究物質的性質及其變化規律是化學實驗的主要內容之一。

1.概念組織是物質性質實驗中的策略性知識

在物質性質實驗的學習中，面對種類繁多的實驗、情形各異的現象、形式多樣的反應，學生往往需要很多時間進行認知、著手實驗，而應用概念圖示策略可將概念通過知識網絡圖組織起來。在以往的教學中，教師往往通過枚舉法逐一列出相應的實驗來進行學習，如氯氣性質實驗中氯氣與鐵反應、氯氣與銅反應、氯氣與水反應等，而學生學習時也往往通過記錄的筆記沿用這樣的方法。如果采用概念圖示進行組織，可把氯氣性質置于知識樹的頂端，實驗原理放在主干，具體現象放在末梢，注意事項可以放在旁支。如此這般與大腦思考路徑相類似的組織形式使相關實驗內容簡單明了，便于比較同類知識，亦便于需要時提取相關信息。在研究化學原理的化學反應速率及化學平衡的實驗中，用類似的知識框架分析影響化學反應速率及化學平衡的因素也能起到相應的效果。

2.有目標的領會是物質性質實驗中的策略性知識

有關物質性質的實驗大多是驗證性實驗，學生在對物質性質有一定的認識基礎上進行實驗，或是為了驗證相關的認知正確與否而進行實驗。在教學中，教師往往采用敘述形式陳述或講解實驗知識，學生的學習更多的是隨波逐流地接受，比較被動。而在明確實驗目標的情況下，學生的學習興趣更易被激發，注意力更為集中。且學生有目標地領悟、體會物質性質實驗時，實驗學習更有指向性，已知知識與新知識的碰撞更趨明顯，相應知識在大腦中產生的痕跡亦更深。在今后的學習或復習中，根據目標詞匯提取隸屬于該目標的信息相較于從泛化的知識中搜尋也更為容易。例如，學習SO2的化學性質時，學生通過“SO2能使品紅溶液褪色”的實驗獲得具有SO2具有漂白性的知識。利用目標領會策略，則在做“SO2和溴水反應”實驗前便可明確實驗的目標，即驗證SO2能否使溴水褪色，并可通過進一步的實驗判斷SO2使溴水褪色是否是漂白性的體現。經歷這樣一些實驗，對SO2相關的化學性質會有更深的領悟和體會。

3.思維發散是物質性質探究實驗中的策略性知識

實行新課程以來，基礎性課程教材物質性質實驗中增加了探究性實驗。在實驗探究過程中，學生以實驗目的為中心，利用已有知識及所給信息思維發散，從不同的假設出發，由不同的方向和角度，尋求相應的實驗方案并加以實施。以探究實驗“比較氯、溴、碘的化學活潑性”為例，實驗以氯、溴、碘的化學活潑性為研究目標，學生從初中所學的置換反應出發，確定實驗原理為通過一種元素的單質能否把另一種元素從它的化合物中置換出來推斷物質的活潑性。這樣，根據實驗提供的試劑，新制氯水、氯化鈉溶液、溴水、溴化鈉溶液、碘水、碘化鉀溶液和四氯化碳，學生可以設計出多個實驗方法，確定氯、溴、碘的化學活潑性，例如：假設氯活潑性大于溴，在溴化鈉溶液中加新制氯水，再加四氯化碳，根據實驗現象確定氯可以置換出溴，氯比溴活潑；假設氯活潑性大于碘，在碘化鉀溶液中加新制氯水，再加四氯化碳，確定氯可以置換出碘，氯比碘活潑；假設溴活潑性大于碘，在碘化鉀溶液中加溴水，再加四氯化碳，確定溴能置換碘，溴比碘活潑；假設溴活潑性大于氯，在氯化鈉溶液中加溴水，然后加四氯化碳，確定溴不能置換氯，氯比溴活潑；假設碘活潑性大于氯，在氯化鈉溶液中加碘水，再加四氯化碳，確定碘不能置換氯，氯比碘活潑等等，通過多維探究得出氯的活潑性大于溴，溴的活潑性大于碘。學生從一個目標出發，從不同角度出發，提出了多種設想，探求多種解決方案。

五、研究啟示

1.策略性知識需要顯性化、多元化

在物質性質實驗中包含多種策略性知識，不同類型實驗中的策略性知識不盡相同，有共同具有的策略性知識，也有特有的策略性知識。進行實驗教學時，多種策略性知識的傳授與運用，可以增加教學主體之間多元互動，突顯教師的主導作用，充分發揮學生的主體作用。其中的策略性知識在教學過程中并不總是單獨出現，往往互為補充，穿插于實驗內容中。教學中應用得當的時候相互間能得到更大限度且有效的發揮，更好地實現教學目標，有效地完成教學任務，有利于學生的智能以自己的方式得到發展。研究發現，化學實驗策略性知識需要引起更多的重視，在高中基礎型課程實驗教學中，隱含的策略性知識教學可以更顯性化。在實驗教學中并不是沒有策略性知識的教學，而是沒有被足夠地重視，教學方式也比較單一。策略性知識的教和學多元化有機結合，靈活多樣的教學有利于學生體會策略性知識的價值，提高運用策略性知識的能力，對學生的認知水平產生相應影響。學生可以在不斷的應用和調整中明了策略性知識，提高對應的知識水平，為自身的知識發展和終身學習能力發展打下基礎。

2.教學者面對的專業化要求更高

不同的教師對相同的實驗教學內容會有不同的處理及教學。這樣的不同在教授陳述性知識和程序性知識時差異不大，因為相應的這兩類知識一般是確定性的，但在策略性知識的教學上會產生較大差異，每節課中包含的策略性知識或策略性知識的組合各有不同。有策略性知識教授意識的教學者會設計、組織更多的教學情境指導學生學習。通過不同類型實驗情境的提出，激發學生實驗學習的興趣，增強學生的自主學習意識，促進學生對策略性知識的了解及掌握。因而，在進行策略性知識教學時，教師不僅要從知識的掌握和能力提高的角度實現教學目標和要求，還要注意策略性知識的教學要求。這就使得教師需要提煉并掌握實驗策略性知識，設計合適的教學情境和教學方式進行教學，還需要去發現學生的強項策略性知識，在教學實踐中能夠利用學生的強項策略性知識去彌補和發展學生的弱項策略性知識，以更好地促進學生策略性知識水平的發展。策略性知識的教學要面對不同策略性知識水平的學生，要更靈活地應對各種可能出現的教學狀況。這就意味著教師必須保持有意識地提升自己的專業知識水平，實現更高層次的專業化發展。

3.策略性知識需要更全面、更科學的評價

常規的知識測試可對事實、概念、操作性知識及其應用進行測評，而策略性知識綜合事實性知識和程序性知識特點，使得對學生的策略性知識學習需要更全面、更科學的評價。評價既要切合策略性知識教學實際、學生學習實際，還要能有效地促進策略性知識在實驗教學中的發揮，實現化學實驗教學在學生素質教育所起的重要作用。

［1］ 百度百科：化學［EB/OL］.http：//baike.baidu.com/view/2507.html

［2］ 上海市教育委員會.上海市中學化學課程標準（試行稿）［S］.上海：上海科技教育出版社，2004.

［3］ 洛林·W.安德森，等.布盧姆教育目標分類學修訂版（完整版）［M］.北京：外語教學與研究出版社，2009.