促進科學概念建構的“化學反應的限度”教學實踐

楊發麗 張軍

摘要：基于建構主義理論，對必修階段“化學反應的限度”實施概念轉變教學。教學實踐中，在充分了解學生已有認識的基礎之上，選擇和設計合適的教學情境，通過引發認知沖突、關注和恰當處理學生已有認識、歸納推理等教學策略，完成“化學反應的限度”相關概念的建構教學，并在實踐基礎上針對教學進行訪談和分析，從學生反饋中進一步得出啟示。

關鍵詞：概念建構；概念轉變；教學實踐

文章編號：1008-0546（2018）11-0010-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.003

化學反應是學生學習化學的重要內容，化學反應的限度則是學生認識化學反應的重要角度。在高中化學中，“化學反應的限度”相關概念至關重要。在必修階段，學生必須建構好可逆反應和化學平衡狀態這兩個概念，才能為后續學習化學平衡移動原理、解決復雜平衡體系問題打好基礎。但在實際教學中過多關注學生對具體知識的獲得與解題能力的提升，而忽略了科學概念的建構，導致學生并不能真正理解相關概念的含義。許多有關科學概念建構的研究表明 [1]，學生在接受科學概念前，就已經存在能解釋自然世界的概念（前概念、樸素概念或迷思概念）。科學概念的建構，本質上是將已有概念轉化為科學概念的過程。而學生已有的概念，存在著很多不完善、甚至錯誤的地方，因此，如何在了解學生已有認識的基礎之上，促進學生建構正確的科學概念是化學教學中的重要問題和方法。筆者基于建構主義理論，對必修階段“化學反應的限度”實施概念轉變教學，以幫助學生建構科學概念。

一、引發認知沖突，促進概念轉變

認知沖突是個體已有觀點與新的問題情境相互矛盾而產生的一種心理不平衡，是學習者已建立的認知結構與當前面臨的情境之間暫時的矛盾與沖突，是已有的知識和經驗與新知識之間存在某種差距而導致心理失衡的一種認知狀態。認知沖突過程要發生，必須具備：（1）意識到反常情境。（2）對要解決的認知沖突表現出興趣或焦慮。（3）積極進行認知再評價 [2]。要有效落實概念轉變，建構科學概念，首先要讓學生對自己的已有認識產生疑問，引發認知沖突 [3]。而化學實驗由于具有明顯的現象和事實性的說服力，是利用認知沖突心理原理進行教學的有效手段。

在學習“化學反應的限度”之前，學生已經知道較多化學反應，并且在他們的心中，只要反應物充足，反應就可以進行到底，一直進行到反應完全或者是較少量的物質反應完全。本節課借助演示實驗 [4]引發認知沖突，讓學生直觀地認識到，某些化學反應存在限度，該環節的教學片段見表1。

二、關注和恰當處理學生已有認識，逐步構建科學概念

在學習本節課之前，學生已經了解可逆反應，能說出可逆反應的定義，在化學方程式中用可逆符號表示化學反應可逆，但并未真正形成完善的可逆反應概念。通過了解發現，學生不能正確地說出，在可逆反應進行過程中，正、逆反應何時開始，是否會停止；不能全面認識可逆反應與非可逆反應在表現上的差異（一定條件下，反應物不能完全轉化為生成物，即反應存在限度；反應物、生成物能共存于同一反應體系等）。同時經過課堂提問和學生訪談，發現可逆符號的特殊形式讓學生產生一些迷思概念。例如，讓學生描述：“可逆反應是如何達到‘停止狀態的？”有的學生會說，可逆反應先正向進行，到一定程度后，再逆向進行；逆向與正向反應抵消一部分后，達到一種特殊狀態。不難發現，學生具有的前概念，對科學概念的建構有積極成分，也有錯誤成分。因此，在教學中應注意充分利用前者而努力根除后者 [3]。

本節課先采取提問的方式，誘導學生暴露錯誤概念。再提供實驗數據，讓學生否定、并放棄錯誤概念，轉而與教師一同尋求正確、合理的解釋。在建構正確概念的過程中，從學生的已有認識——可逆反應的定義出發，借助動畫模擬實驗過程提供證據；開展畫示意圖、畫圖像的學生活動，促進學生深度思維；利用問題和任務的引領，在質疑和討論中不斷完善概念，讓學生逐步構建可逆反應和化學平衡狀態兩個概念。該環節的教學片段見表2。

三、利用歸納推理，進一步完善科學概念

概念形成的本質就是從大量的事物中歸納出共同特征，因此歸納推理是科學概念教學的有效策略之一 [2]。本節課的情境素材中共涉及兩個可逆反應，中間以實驗現象、表格數據、圖像等多種形式，“描述”了可逆反應達到化學平衡狀態時具有的特點。最后環節，充分發揮學生的主體性，讓學生通過歸納推理，得出化學平衡狀態的特征（本質特征和宏觀現象特征）；并引導學生把宏觀現象特征從各成分的濃度保持不變，擴展到各成分的質量、物質的量保持不變，或者體系的壓強（恒容、恒溫封閉體系）、溫度（恒容、絕熱體系）保持不變等。

在學生認識清楚化學平衡狀態的本質是一定條件下，正、逆反應速率相等后，再設計3個思考：①條件改變時，化學平衡狀態是否會改變？②哪些條件改變可能會破壞化學平衡狀態？③改變化學平衡狀態有何實際意義？讓學生將化學平衡狀態的概念應用于其中，進一步強化概念的構建，并體會控制反應條件改變化學平衡狀態對生產生活的重要意義。

四、教學效果和啟示

在教學中，通過觀察學生活動的情況、對問題的回答，發現學生能夠在教師的引導下，從宏觀現象和微觀變化等不同角度分析可逆反應，并應用可逆反應的特點解釋反應存在限度的原因，建立化學平衡狀態概念，同時從多個角度描述化學平衡狀態的特征，初步了解化學平衡狀態的影響因素。

為進一步了解教學效果，課后隨機抽取4名學生進行訪談，以下為幾個核心訪談問題及學生回答情況。

【問題1】這節課的最大收獲是什么？

學生1：我對可逆反應有了新認識，它在相同條件下可以向兩個方向進行，因此不能進行完全，存在限度；我獲得了認識化學反應的新角度。

學生2：以前，我以為可逆反應是先從左邊向右邊反應，到中間某一節點，又從右邊向左邊反應。這節課讓我認識到，其實逆向反應是有生成物產生之后就開始了。

[追問]（對學生2）這個收獲是怎樣產生的？

學生2：老師給出的SO2催化氧化反應中，各成分濃度隨時間變化的數據，同位素示蹤法觀察微觀變化，以及畫反應過程的示意圖。

學生3：我認識到化學平衡狀態的本質是正、逆反應速率相等。

【問題2】你認為化學平衡狀態是有一種還是會有很多？

學生3：某一溫度，某一濃度下是一種，應該會有很多種。

【問題3】想去了解那些不同的平衡狀態之間到底有什么規律嗎？

學生3：我覺得是不是應該有那么一個等式，就像物理學科中導體的電阻跟材料等因素之間關系那樣的等式。

[追問]你能初步想想，這個等式可能與哪些量相關？

學生3：我覺得有物質的量濃度、壓強、溫度。

[追問]你是不是從影響速率的因素得到啟發？

學生3：是的。

通過本節課的學習，有的學生因進一步豐富了認識化學反應的角度——限度而感到欣喜；有的學生對可逆反應的認識實現了由迷思概念到正確概念的成功轉變；有的學生還對化學平衡常數提出了初步猜想。從學生訪談可看出，本節課較好地實現了可逆反應、化學平衡狀態這兩個概念的初步建構。

基于本節課的教學實踐和效果反饋，有以下兩點啟示：

（1）基于科學證據，促進概念的形成

本節課上，每一個問題的討論，都留給學生充分的思考和討論的空間。在出現爭議或用已有知識不能解決的問題時，通過演示實驗、查找資料、動畫模擬實驗等方式為學生提供證據，得出正確結論，進而建構科學概念。這樣可以讓科學概念的得出更加自然且合理，讓學生易于理解并接受概念。且這樣基于科學證據的教學，可以有效幫助學生建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系 [5]，逐步培養學生的證據意識。

（2）重視關鍵概念的建構

本節課需要建構可逆反應、化學平衡狀態這兩個概念。其中可逆反應是承上啟下的關鍵概念，學生只有真正理解了可逆反應，才能解釋為何可逆反應存在限度，才能真正理解化學平衡狀態的本質和表象。因此，本節課在建構可逆反應這一概念的環節，用了較大的篇幅，而建構化學平衡概念則水到渠成、事半功倍，讓學生在很短時間內就對化學平衡狀態的認識達到預期。

參考文獻

[1] 涂志銘，林秀玉，張賴妙理，鄭湧涇.符合建構論理念的教學策略對植物的養分與能量概念學習的成效[J].科學教育學刊，2008，16（1）：75-103

[2] 羅美玲.認知沖突策略在概念轉變教學中的應用[J].化學教育，2013，34（5）：23-26

[3] 朱玉軍，劉東方.概念轉變教學的基本理論依據和有效策略，[J].課程·教材·教法，2013（6）：98-102

[4] 王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書·化學2[M].南京：江蘇教育出版社，2009：32

[5] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準[M].北京：人民教育出版社，2017：4