基于探究學習下轉變相異構想的教學策略研究

劉桂伶

【摘要】原電池相關內(nèi)容一直是高中化學教學的重點難點之一，是歷年高考中的熱點內(nèi)容。本文以《原電池》為研究內(nèi)容，以任教的高二年級2個理科班（共105人）為研究對象，以構建主義思想下的教學策略之一——探究學習為教學策略，發(fā)現(xiàn)學生有關原電池相關知識的相異構想。在此基礎上，進行歸因分析，實施促進學生概念轉變的教學策略，幫助學生建構科學的概念。最后，通過相異轉變率統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析問題解決的成效，得出轉變學生相異構想的教學策略，從而提升教學的有效性。

【關鍵詞】原電池;相異構想;教學策略

原電池相關內(nèi)容一直是高中化學教學的重點和難點之一，高考中對其考查的方式較為靈活，多與生產(chǎn)、生活相聯(lián)系，是利用課本知識綜合分析和解決實際問題的載體之一，因此是歷年高考中的熱點內(nèi)容。而在原電池的教學中，由于電子轉移和定向移動、離子定向移動都是抽象的，難以觀看和觸摸;加上原電池知識需要的知識儲備較多，如電解質(zhì)、氧化還原反應、離子反應以及物理的電流、電路知識等，知識的綜合性強，學生學習起來難度較大。為了更有效地提高課堂效率，我們必須深入研究好針對原電池相關內(nèi)容的教學策略。

建構主義學習理論認為，學習是學生自己建構知識的過程。學生不是簡單被動地接收信息，而是主動地建構知識;他們根據(jù)自己的經(jīng)驗背景，對外部信息進行主動的選擇、加工和處理，以此來獲得知識。因此，研究學生已有的知識經(jīng)驗，有利于突破教學的重點、難點。學生已有的知識經(jīng)驗對新學知識不僅可能起著正遷移的作用，也可能起著負遷移的作用，而當已有知識經(jīng)驗與新學知識矛盾、不一致的地方，阻礙科學知識的獲取時，這類知識經(jīng)驗就稱為“相異構想”。因此，要有效地進行科學概念教學，就必須抓好學生的相異構想的研究。

本文以人教版選修四《化學反應原理》第四章第一節(jié)《原電池》為研究內(nèi)容，以任教的高二年級2個理科班（共105人）為研究對象，以構建主義思想下的教學策略之一——探究學習為教學策略，發(fā)現(xiàn)學生有關原電池相關知識的相異構想的問題。其研究路線是：一是組織前測，對學生進行相異構想的診斷;二是歸因分析，采取相應策略，開展課堂教學;三是組織后測，做好成效性的分析工作，抓好經(jīng)驗總結。

一、“原電池”相異構想的診斷

如何進行相異構想的診斷，切爾哥斯特（D. F. Treagust）制作了二段式選擇測驗試題的編制程序，彼得森（R. F. Peterson）和切爾哥斯特也認為，只有學生對某道題目選擇內(nèi)容知識的部分（即第一段的內(nèi)容選答）和理由部分（即第二段的相異構想選答）都正確，才表示出學生確實對該題持有正確的概念，否則就有可能存在相異構想。依照上述理論，我們采取選擇題的形式，針對“原電池”這一主題編制了“原電池二段式選擇題測驗卷”作為前測題。前測題中設置5道選擇題，分別代表“原電池”在高考考查中的5個考點，每道題都由兩段組成，選答正確組合所占人數(shù)的百分比即代表學生了解該題中正確概念的程度;其他組合方式的選答人數(shù)若占全部人數(shù)的20%以上，則表示該題項是一種具有代表性的相異構想。學生作答情況見表1。

該表格的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可見學生存在以下有代表性的相異構想：

第一，T1：Bb選項是該題具有代表性的相異構想。分析這類相異構想，可以測試出學生不能準確把握設計原電池的原理的問題。此類學生雖然知道鋁會被濃硫酸氧化，發(fā)生氧化還原反應，但忽略了鋁被濃硫酸鈍化的事實，阻止了鋁進一步反應。因此在教學時，需要在課堂強調(diào)原電池的設計原理。

第二，T2：Aa選項是該題具有代表性的相異構想。分析這類相異構想，能夠反映出測試學生對原電池的構成條件的運用有所欠缺的情況。雖然A裝置中滿足了構成原電池的條件：有活潑性不同的兩個電極材料，有電解質(zhì)溶液，且形成閉合回路，但裝置中并沒有自發(fā)進行的氧化還原反應。通過與學生訪談得知，一些學生受鋁與NaOH 溶液反應的影響，錯誤地遷移認為鐵能與NaOH 溶液反應。因此可得知，學生對金屬的化學性質(zhì)掌握不牢固影響了原電池的學習，在新課引入時應注意對高一相關知識進行復習回顧，達到溫故知新的目的。

第三，T3：Aa選項是該題具有代表性的相異構想。分析這類相異構想，能夠反映出學生對原電池構成條件之一——電極理解不夠全面的缺陷。學生雖然知道電極是能導電的，但除了金屬可以導電之外，某些非金屬也能導電，如石墨碳。電極中只要求其中一個為金屬即可，另一電極只要能導電即可，即金屬或非金屬均可。為轉化此類相異構想，可以增加學生實驗，讓學生自行組裝原電池。

第四，T4：Aa和Bb選項是該題具有代表性的相異構想。分析這類相異構想，可以了解到學生不能靈活運用原電池原理設計原電池的問題。選擇Aa的學生，雖然記住負極金屬失電子，但對溶液中陽離子來源有相異構想，認為也是正極金屬失去的;選擇Bb的學生，雖然知道反應中還原劑作電池負極，氧化劑陽離子是來自溶液，但忽略了負極金屬活潑性比正極金屬活潑性強從而導致錯誤。這道題綜合性較強，也是考試的熱點，需要重點突破。

第五，T5：Aa選項是該題具有代表性的相異構想。分析這類相異構想，能夠暴露出學生對原電池工作原理不能深刻理解的缺點。此類學生認為，異性電荷相互吸引，所以SO42-離子在正極富集，濃度會變大。他們會這樣認為，主要受了物理學的影響，同時也是沒有把握原電池工作原理的本質(zhì)，即負極失電子是電子流出一端，正極得電子是電子流入一端，所以SO42-離子應該在負極富集。在教學時，可通過組裝原電池觀察電流表指針偏向來展示電子的流向，加深學生對原電池的理解。

二、轉變“化學平衡相關計算”相異構想的教學策略

為了轉換學生在“原電池”中的相異構想，提高課堂效率，教師要針對不同問題采取不同的教學策略。

1.加強化學實驗教學，給學生提供豐富的感性認識

原電池知識理論性強，抽象程度高，學生接受和理解起來存在較大的困難。為了提高學生學習興趣，降低理解難度，我們可以通過實驗教學來處理。例如，在對比帶有鹽橋的原電池與單液原電池時，可通過觀察Zn-Cu單液原電池，發(fā)現(xiàn)指針偏轉越來越小，引導學生發(fā)現(xiàn)此類電池放電效率低的問題，從而提出問題——如何提高原電池的放電效率？通過引入“鹽橋”，設計出雙液原電池，并與單液原電池對比，并對比出雙液原電池的優(yōu)勢，使用更廣泛的原因。在此基礎上，教師可以帶領學生進一步總結出原電池的設計原理和原電池的構成條件。

2.重視正例和反例的辨別，強化對概念的理解

正例，即概念的肯定例證，完全符合概念特征的例證;反例，即否定例證，不符合概念特征的例證。對正例的分析可以具體說明概念的關鍵特征，對反例的辨別則可以排除無關特征的干擾。例如，在學習了原電池的構成條件后，教師可以呈現(xiàn)幾組裝置讓學生判斷是否可以構成原電池。第一組是銅—鋅通過導線相連的裝置，溶液分別是硫酸銅溶液、蔗糖溶液，設計意圖是讓學生初步了解電解質(zhì)溶液的作用;第二組中一個是銅—鋅通過導線相連插入稀硫酸中的裝置，一個是銅和鋅通過上端接觸相連插入稀硫酸中的裝置，一個是鋅和銅分別插入兩個獨立稀硫酸中，鋅和銅上端通過導線連接的裝置，設計意圖是讓學生理解閉合回路;第三組是一極材料為鋅片，另一極材料分別是鋅片、銅片、石墨和塑料片，通過導線相連，插入稀硫酸中的裝置，設計意圖是讓學生理解電極材料的作用。

3.利用變式，突出原電池概念的本質(zhì)特征

變式是概念的正例（肯定例證）在無關特征方面發(fā)生變化的例證。在學生對概念的關鍵特征有了基本的理解之后，教師可以通過呈現(xiàn)變式來幫助學生辨別概念的無關特征，更精確的理解概念的含義。例如，隨著學習的深入，學生對原電池的電極作用產(chǎn)生了相異構想，認為金屬做電極時，一定要參加反應，不能僅僅起到導電的作用。此時，教師可以采用氫氧燃料電池的變式——用兩個鉑片做電極的電池來轉變學生的相異構想。

4.加強合作學習，促進相異構想的轉變

合作學習是一種十分有益的學習方式，學生間的相互交流可以很大程度地促進學生的學習。同樣的，在進行原電池概念學習時，每個學生都會在自己已有知識經(jīng)驗的基礎上，建構起自己對概念的獨特理解，通過學生間的合作學習、互相交流，學生不僅能夠在表達自己理解時理清自己的思路，而且能聽到別人對此概念的理解，學生在把自己的理解與別人的理解進行比較、修正的過程中，最終形成對此概念的科學理解。當然，要達到合作學習的良好效果，需要教師精心設計問題情境，合理分組，并給予學生充分討論交流的時間。

三、數(shù)據(jù)分析與教學成果

第一，數(shù)據(jù)比較分析。針對前測題暴露出來的問題所采取的有針對性教學策略成效如何，我們可以通過后測題進行檢測，后測題的設置與前測題的知識和樣式一致，均體現(xiàn)了“原電池”高考考查的5個考點，分別讓實驗班和控制班作答（正答率的數(shù)據(jù)具體見表2），然后比較對實驗班與控制班的正答率，通過比較兩類班別前測后測正答率變化情況來分析學生的相異構想轉變的效果。表格數(shù)據(jù)表示，所有考點控制班轉變情況均為正值，說明有針對性的課堂教學后，學生對原電池的掌握情況優(yōu)于預習前，但實驗班的相異構想的轉變率均高于控制班，實驗班相異構想轉變成效明顯高于控制班，實施的教學策略能明顯提高學生對原電池的掌握水平，能提高學生的化學成績，有利于相異構想的轉化。

第二，教學成效分析。本文選取了“原電池”這一主題開展實驗研究，通過前測和后測、實驗班和控制班的數(shù)據(jù)分析，可以說實驗是初見成效。其實，學生在原電池的考查重點中離子移動方向方面還存在很多的相異構想，甚至更加集中和具有代表性。通過類比的診斷，讓教師更加清楚學生存在的問題，并據(jù)此采取有針對性的教學策略，使教學效果得到明顯的提升。

總而言之，探究學生已有的認知結構，了解其認知特點，將有助于在教學上轉變和消除學生的相異構想，也為教師實施有效教學提供了方向，這確是提高課堂效率的良策之一。

參考文獻：

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