化學概念學習的認知—建構分析與學習活動管理研究
——以“物質的量（第1課時）”教學為例*

◎福建省普通教育教學研究室　黃丹青　陳啟新

化學概念學習的認知—建構分析與學習活動管理研究
——以“物質的量（第1課時）”教學為例*

◎福建省普通教育教學研究室黃丹青陳啟新

基于對“物質的量”課例的再研究，以認知、建構理論為指導，回歸概念教學的本真，提出化學概念的建構思路，并通過對學生學習活動的設計和管理，讓學生體驗概念的形成過程，在更深層次感受事物的內在本質與聯系，發展科學思維。

化學概念；認知—建構分析；學習活動管理；物質的量

相對于元素化合物知識，概念具有較高的概括性和間接性，比較抽象和枯燥。要克服化學概念成為學生學習化學的障礙，教師有必要對新概念進行認知—建構分析與學生的學習活動管理研究。所謂“認知—建構分析”，即先應用認知主義學習理論對化學概念進行認知分析，對具體概念的學習屬性、規律、條件和作用等給出基本判斷，為化學概念教學的設計提供理論依據。再應用建構主義學習理論對學生的概念學習過程進行梳理，對學習活動中主體的多元性、過程的動態性、狀態的生成性和認識的發展性等更為復雜的問題進行剖析。在認知—建構分析的基礎之上，教師還要對學生的化學概念學習活動管理做深入研究，為化學概念學習的規劃設計、學習過程管理、問題指導、分化管控等提供決策參考與方法指南。現以“物質的量（第1課時）”為例，探討高中化學概念學習的策略和路徑。

一、“物質的量”概念學習的認知—建構分析

1.“物質的量”概念的學習障礙

第一，前理解（也稱前概念、自然概念或日常概念）的干擾造成定勢思維。學生在初中的學習經歷中，習慣了其它SI制物理量的簡單詞語描述方式，物質的量的詞組組合有悖于漢語文字的習慣，不但名詞抽象、難理解，讀起來也生硬，學生存在心理障礙。再從認知發展來看，學生對已學的“根據化學方程式的計算”印象深刻，暫時不能體會物質的量概念系統給解決問題帶來的方便，心理上不愿接受以物質的量為核心的新計算體系。

第二，概念關系多且雜，知識體系瑣碎零散。在1節課內同時出現阿伏加德羅常數、物質的量、摩爾和摩爾質量等多個概念，對初涉高中化學學習的學生來說，易造成知識消化上的困難。高一新生對于微觀粒子想象力普遍不足，思維方式和學習方法尚不成熟，對抽象概念的認知障礙勢必對后續學習產生恐懼心理和畏難情緒，從而在解決實際問題的過程中忽略感受概念的形成過程與作用，無法很好地構建概念之間的聯系。

此外，有些教師對化學概念教學的教育功能認識不足，沒有深入到概念的本質特性中去，教學設計沒有思想，缺乏理念；教學手法千人一面，缺乏個性；課堂結構簡單粗糙，缺乏整體性。如此，導致學生對概念的理解浮于表面，只能用機械記憶的方法背概念，從而在后續使用物質的量等概念解決問題時，不能從恰當的認識角度，以與問題相匹配的認識方式類別及清晰的認識思路進行思考和解答。

2.“物質的量”概念學習的認知—建構分析

愛因斯坦的科學概念觀認為，任何一個科學概念的形成，應該由“原始概念”到“數目較大的概念和關系”，再到“概念本質的整體”螺旋上升。物質的量是高中化學核心性概念，在現行的不同版本高中化學教材中，編者都將物質的量安排在開篇第1章?；诟咧谢瘜W課程標準的概念教學，應從認知主義及建構主義理論的視角，回歸概念教學的本真，以分析者、建構者和指導者的身份，組織、管理學生的概念學習活動，讓學生體驗概念的形成過程，在更深層次感受事物的內在本質與聯系，并構建科學的認識方式。

首先，進行學習者認知分析。已經掌握了的相對原子質量、密度等概念，對新概念的建構可以起到一定的幫助；根據認知主義學習理論及高一學生的生理、心理特征，學生的思維方式逐步由感性向理性轉化，可以使用相對直觀的數據幫助理解微觀粒子，使抽象的概念具體化；沒有化學實驗幫助理解概念，可以帶領學生用新舊知識類比的手法感受新概念生成的美妙；物質的量、摩爾等新名詞晦澀，可以在理解和運用的時候，用學生熟悉的其它名詞來對比學習；多個概念同時出現，可以引導學生找到它們的內在關系，建立不可見、不可稱量的微觀粒子與宏觀可稱量的物質之間的關系。

然后，進行概念建構分析，幫助學生有效建構化學學科思維方式，發展學生的定量認識。包括學習準備、活動設計和實施。學習準備：分析相關概念對于促進學生認識發展的功能和價值，厘清化學概念教學的出發點和落腳點?；顒釉O計和實施：通過訪談法、調查法，有意識地引導學生論及自己的思想和已有觀點，揭示前理解；引發學生認知沖突，激發求知欲，促進認知結構的同化和順應；通過合作學習，將新概念和已有概念比較、討論、澄清，揭示和解決沖突概念，準確處理已有個人概念和認識方式的轉變與發展之間的關系，進行概念重建和應用。

由此，我們將本課時的學習目標定位為：正確理解阿伏加德羅常數、摩爾、物質的量、摩爾質量等概念的含義，理解概念之間的關系，能進行相關計算；發展學生的微粒觀、定量觀，體驗化繁為簡的科學思想與概念建構的邏輯之美；體會在解決實際問題的過程中構建概念的基本學科思維與方法，理解新概念的功能和價值；體會定量研究方法的重要性，并在解決實際問題的過程中促進定量認識的發展。

二、對“物質的量”概念學習活動的指導和管理

在概念學習活動過程中，按“建立微觀粒子數與宏觀可稱量的物質之間的關系，獲得感性知識→抽取本質屬性，建立概念模型→在更深層次上理解事物的內在本質與聯系，構建科學的定量認識方式”3個層次安排教學環節。

1.創設情境，認識微觀粒子數與宏觀物質之間的關系

獲取感性認識是幫助學生理解和掌握新概念的前提。首先，讓學生知道物質的量是SI制7個基本物質量之一，將物質的量初步納入學生的認知結構中。其次，了解阿伏伽德羅等有關化學史實，幫助學生理解概念的由來。再次，采取定義學習的方式來了解阿伏加德羅常數：①利用系列情景引發認知沖突。由學生熟悉的“水”開始，請學生描述對水的理解，如水的組成等，回顧初中已學的分子、原子、相對分子質量、相對原子質量等概念。②提供多種數值研究路徑，獲取對阿伏加德羅常數的感性認識。如介紹科學家利用掃描隧道顯微鏡（測算微粒數的一種儀器）測算“18g水中有多少個水分子？”；從電解水的化學方程式進行推算“2g氫氣中有多少個氫分子？”；再從質量的數值規律進行推算“12g碳（12C）中有多少個碳原子？”等等，殊途同歸，其數值約為6.02×1023，從而引出阿伏加德羅常數的概念。在學生獲取新認識的同時，思考阿伏加德羅常數與6.02×1023的區別。

2.抽象本質屬性，把握概念的內涵與外延，建立概念模型

當學生有了感性認識之后，教師設計新情景讓學生嘗試解決更深層次的問題，如何獲取物質的量這一核心概念呢？在解決實際問題中采用邏輯推導、建立集合，化繁為簡、類比演繹的方法，促進學生在不同的變式中獲得概念的理解和建構。教師繼而拋出問題：“阿伏加德羅常數究竟有多大？”“阿伏加德羅常數使用起來方便么？”教師舉例：6.02×1023個水分子1個挨1個地排在地球的赤道上，可以繞地球300萬周；60億人每人每天吃1斤大米，6.02×1023粒米要吃14萬年。由認知沖突中尋找解決問題的方法，讓學生感知引入物質的量概念的重要性。教師幫助學生將物質的量與質量、體積類比，如對于“常溫下的18g水”我們可以說“18mL水”“1mol水”“這份水的質量是18g”“這份水的體積是18mL”或“這份水的物質的量是1mol”。接著，教師引導學生以數據體驗為基礎，建立微粒數目與物質的量的關系：“18g水，2g氫氣，12g碳中所含有的水分子、氫分子、碳原子數分別都約為6.02×1023，即其物質的量均為1mol?！蹦敲?，若用“物質的量”如何分別描述“4g氫氣的粒子？”“10g氫氣？”“6.02×1024個氫氣分子？”“3.01×1023個氫氣分子？”等等。由此，讓學生體驗微粒數與物質的量間的關系，建立微觀粒子與宏觀物質的聯系，初步把握概念的內涵與外延，建立物質的量的概念模型。

3.深入理解概念的內在本質與聯系，構建定量認識方式

在上一學習環節的討論過程中，學生已經懂得用阿伏加德羅常數找到微粒數目與其物質的量之間的關系，即找出NA、N、n三個物理量之間的關系，“18g水中有阿伏加德羅常數個水分子”→“18g水即1mol水”→“水的摩爾質量為18g·mol-1”即“18gH2O∽NA個H2O∽1molH2O”，故而很順利地推出“1molH2O的質量是18g”。通過條分縷析，學生順利建立起新的思維體系即相關科學概念系統：（1）物質的量這一物理量與微觀粒子的數量相聯系，又與宏觀物質的質量相聯系，它是聯系宏觀與微觀的橋梁，也是開啟化學定量研究之門的金鑰匙。（2）阿伏伽德羅常數、物質的量、摩爾、摩爾質量等概念之間相互關聯，關系多樣，包括同一和差異、系統和要素、整體和部分等等。（3）多元化認識概念，包括“宏觀-微觀”“定性-定量”“靜態-動態”“孤立-系統”等。如此，學生學會定量化表述對概念的理解，從定性走向定量、從感性走向理性。

三、基于化學概念建構實踐的感悟

化學概念的學習是“建構內在的心理表征的過程，學習者并不是把知識從外界搬到記憶中，而是以已有的經驗為基礎，通過與外界的相互作用來建構新的理解”（古寧漢姆）。教師對化學概念的教學不能只停留在表面的解說上，應該回歸教學本真，“以其所知，喻其不知，使其知之”。教師不僅僅是科學概念的傳播者，更應該是學生概念學習過程中的分析者和管理者。

在物質的量的認知-建構過程中，從學生的知識框架建構過程上看，設置教學情景，對概念的學習屬性、規律、條件、作用等進行判斷，幫助學生分析、整合前概念，突破已有知識水平，跨越最近發展區，擯棄僵化記憶概念到靈活應用概念；從化學基本觀念整合提升上看，依據《化學1》模塊的功能定位，發展學生的“微粒觀”“定量觀”，并在概念的建構中，實現學生學科價值觀的整體提升；從學生思維發展水平上看，重視學生體驗和感悟概念轉變的全過程，讓學生體驗化繁為簡的科學思想與定量研究的思維方法，通過分析和比較、推理和演繹、類比和歸納等，使學生理解和內化概念，實現“單一→關聯→系統”；從情感態度上看，實現學習者由自主學習到合作求知的進步，并形成基于“物質的量”的定量認識以及對本部分知識學習的功能和價值的思考。

當然，化學概念及其系統的構建和建立也必然包含“對邏輯統一性的進一步的追求”的學科思維方式的習得過程，一旦離開學生的觀察、思考、理解，即主觀建構和心靈感悟，教師向學生傳授的化學概念將變為枯燥乏味的文字符號，不具有任何實在的價值和意義。

（責任編輯：張賢金）

*本文系全國教育科學規劃課題“中學學科學習的認知-建構分析與學習活動管理研究”（項目編號：DHA140341）階段性研究成果。