基于學生認知障礙的化學概念教學

周體紅

[摘 ? 要]先概括學生對“物質的量的單位——摩爾”形成認知障礙的原因，再基于學生的認知障礙設計概念教學，以降低概念認知難度的同時發揮“物質的量”在化學計量中的宏微橋梁作用。

[關鍵詞]認知障礙;物質的量;摩爾;概念教學

[中圖分類號] ? ?G633.8 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）26-0056-02

物質的量的學習對學生而言是難點，在教學這一概念時，教師容易將其當成事實性知識呈現，先讓學生識記眾多的概念和公式，再通過大量練習來達到應用公式的目的。本文以破解學生的認知障礙為目的，思考如何有效開展“物質的量的單位——摩爾”的教學，以期與同行們共同探討。

一、學生認知障礙形成的原因

1.學生認知因素

其一，化學作為從分子、原子層面研究物質組成、結構、性質及變化的一門學科，微觀認識視角是重要的學科特征。初三課程的設置重基礎性和啟蒙性，從具體的課程內容來說，認知視角主要以宏觀為主，很少從分子、原子、離子的角度去認識物質，這勢必會導致學生的微觀認知和微觀意識薄弱。物質的量是微觀認識視角的深度學習，若學生對微觀粒子質量小、數量大沒有感性認知，必將無法順利建構物質的量的學習意義，形成認知障礙。

其二，認知以宏觀為主還會導致學生的學習方法以識記為主、理解為輔，而且這種學習方法在初中化學考試中屢試不爽。這使得學生進入高中后，仍偏重識記物質的量的相關概念和符號，而忽視概念誕生的意義和推演過程。

其三，初中化學教學中滲透“宏觀—微觀—符號”三重表征的思維方式較少，用符號來表征物質的量、摩爾、阿伏加德羅常數、摩爾質量及等量關系對學生來說是重大的挑戰。

2.概念定義因素

“物質的量”和“摩爾”在中文語系里晦澀生僻?！拔镔|的量”來自于英文“the amount of substance”的翻譯，在漢語語言習慣中顯得比較別扭，加之教師一開始就強調“物質的量”這樣一個專有名詞不能分開理解成物質的質量和物質的數量，更讓學生摸不著頭腦。例如，H2O的物質的量為3 mol，O2的物質的量為2 mol相應的英文表述為：The amount of H2O is 3 mols.The amount of O2 is 2 mols.中文之所以別扭是因為同語重復，顯然在上述英文例子中H2O 和O2 就是“物質的量”中的“物質”，英文中amount的意義已經不是簡單的數量，而是“集合體”或者“堆”的多少，因此可以將“物質的量”理解成“堆量”。而“摩爾”作為物質的量的單位未曾在中文里出現，也給學生造成了困擾。教學中教師有必要講清楚“摩爾”來自于拉丁語中的“mole”，其拉丁語的含義為“大量、堆”，音譯成中文為“摩爾”，因此可以將“摩爾”理解成“堆”的意思，這恰好和將“物質的量”理解成“堆數”相呼應。

3.教師自身因素

（1）忽略概念的起源和發展

一個概念或者物理量的誕生有其特定的歷史背景，了解概念產生的背景，有助于理解概念的價值。絕大多數師范院校沒有開設化學史相關課程，這必將導致教師不關注化學概念的起源、演變與發展。具體就“物質的量”而言，絕大多數教師不知道“摩爾”和“物質的量”產生的先后順序，不知道“摩爾”一詞首次出現的作用，不知道阿伏加德羅對化學發展的貢獻，不知道阿伏加德羅常數定義中選擇12C的原因，甚至認為阿伏加德羅常數是阿伏加德羅測定的。歷史發展中“摩爾”一詞先于“物質的量”出現，它們出現的先后順序代表了人類認知發展的過程，因此教學時教師可以先講“摩爾”（堆）再講“物質的量”（堆數）來降低學生認知的難度。

（2）忽視概念教學的原則和方法

教師在概念教學中容易墨守成規，甚至認為最有效的辦法就是去記憶和練習。具體表現如下： 讓學生記住數值和符號，不關注阿伏加德羅常數的來歷;讓學生直接記住公式，不推演n、NA、N的關系;讓學生直接記住以g/mol為單位時摩爾質量的數值等于其相對分子（原子）質量，不關注選擇12C的原因;不管學生能否理解引入“物質的量”的功能，直接讓學生記住[N/NA=n=m/M]，然后生硬地補充一句“物質的量是連接宏觀和微觀的橋梁”。

心理學理論認為，學生學習概念大致包含五個階段：感知階段、加工階段、初步形成階段、聯系整合階段、應用階段。教師直接把概念呈現給學生，實質是剝奪了學生的感知加工過程，這無疑增加了學生的認知負擔。因此，只有讓學生感知微觀粒子數目龐大以及集合計數的思想，才能理解“摩爾”引出的意義和物質的量概念中“堆量”的屬性;只有感知微觀粒子質量小以及將一定數量整合在一起便于稱量，才能理解“摩爾質量”的意義，最終才能整合加工數量之間的轉換關系，理解物質的量的功能。

二、基于學生認知障礙的化學概念教學設計

1. “集合”計數思想的形成

將“退避三舍”“半斤八兩”“錙銖必較”引入課堂，講解“舍”“斤”“錙”“銖”等字的意義，讓學生初步感知“集合”計數思想。分析單質C的組成，告訴一個12C原子的質量，計算12 g 12C所含有的C原子數;分析水的組成，告訴一個水分子的質量，計算18 g 水所含有的H2O 分子數。讓學生將計算的結果用通常的數字表示形式書寫并讀數，然后教師再形象地講解6.02 ×1023有多大。而引導學生分析套用集合思想計數微觀粒子的關鍵是：將6.02 ×1023（龐大的數字）看作一個整體，稱為1（單位）。

設計意圖：引用成語典故并滲透集合計數思想，提升概念引入的趣味性;引導學生分析物質由微觀粒子組成，感知宏觀可稱量的物質所包含的微觀粒子數目龐大，再套用集合計數思想引出摩爾和計算12 g ?12C的原子數來引出阿伏加德羅常數，讓學生的認知順理成章。

2.由“堆”引出“摩爾”和“阿伏加德羅常數”

先用“堆”來作為集合計量的單位，講解摩爾的來歷，讓學生更容易接受“摩爾”這個單位;再讓學生順勢念幾遍“1 mol就是1堆”“2 mol就是2堆”“幾mol就是幾堆”;接著將6.02 × 1023個看作1 mol，直接引出阿伏加德羅常數（暫時回避12C）;然后讓學生完成滲透[n=N/NA]思想的計算（暫時回避物質的量）。例如，3.01 × 1023個H2相當于 ? ? ? ? ? mol H2;1.204 × 1024 個O2相當于 ? ? ? ? ? mol O2;3NA個H2O相當于 ? ? ? ? ? mol H2O;含1.204 × 1024個H的H2O相當于 ? ? ? ? ? mol H2O。

設計意圖：用形象化的語言“堆”來降低“摩爾”的認知難度，通過具體的計算增強學生對NA與1 mol之間的對應關系的認知，初步感知“數字+mol+微粒符號”這一描述物質多少的方式，為引出“物質的量”做好鋪墊。

3. 由“摩爾”推演出“物質的量”

實際上，“數字+mol+微粒符號”就是該微粒的“物質的量”?！澳枴毕喈斢凇岸选钡囊馑?，幾摩爾就相當于幾堆，因此可以將“物質的量”理解為描述微?！岸褦怠钡囊粋€物理量，“摩爾”為其單位。對比其他物理量和單位的對應關系，加深理解，引導學生加工形成n、NA、N之間的轉換關系。

設計意圖：根據概念發展史，先有“摩爾”再有“物質的量”，概念的形成過程本身就是人類思維發展的過程，因此先講“摩爾”再講“物質的量”會更符合學生的認知規律。先初步感知“數字+mol+微粒符號”的描述方式，再加工形成“物質的量”的概念和n、NA、N之間的轉換關系，符合概念教學的原理。

4.由“阿伏加德羅常數”推演出“摩爾質量”

關于為什么選擇12C作為阿伏加德羅常數定義的基準，可引導學生回顧相對原子質量的定義，并計算1 mol ?H2O的質量。

通過計算可以知道微觀粒子的質量很小，但是1個集合體（1mol）的質量是可以稱量的，以g作為單位的時候其數值等于相對原子（分子）質量，由此推出摩爾質量的定義、單位、符號、數值。

設計意圖：消除學生對選擇12C 的疑慮，幫助學生理解摩爾質量的數值為什么等于相對原子（分子）質量，更為重要的是，給學生滲透了摩爾質量可以將宏觀的質量轉化為微觀的物質的量的意識。

5.構建[NNA=n=mM]思維模型

先創設生活情境：如何通過稱質量的方式快速確立一麻袋一元硬幣（一個硬幣的質量太小不便于稱量）的金額？學生很容易想到將一定數目看成一堆，稱一堆硬幣的質量和總質量，得硬幣的總數[=總質量1堆硬幣的質量×1堆硬幣的數量]。再創設化學情境：一塊鐵的質量為112 g，求該鐵塊所含鐵原子的數目。N=[112 g56 g/mol×6.02×1023個/mol=1.204×1024]個。建立模型后，找出題中涉及物質的量的知識概念模塊，聯想已有認知結構中與該知識模塊相關的基礎概念和知識，正確提取和運用解決問題所需的物質的量概念系統模塊，找出已知項與所求項在量方面的內在聯系，形成正確的解題思路。

設計意圖：生活情境和化學情境相對照，學生很容易明白n相當于硬幣的堆數，M相當于1堆硬幣的質量，N相當于硬幣總數。重點讓學生明白“物質的量”的引入就是為了在宏觀層面上通過質量（體積）求得微粒數目，搭建宏觀和微觀相聯系的橋梁。

（責任編輯 羅 ? 艷）