基于學科理解的化學概念形成的教學策略研究

摘 要：文章基于對元素這一概念的深入理解，遵循前概念向科學概念轉變的一般規律，從教材定位、學情分析、思路建構、情境創設、例證分析、內涵提煉、形成系統、遷移應用等方面對元素概念的形成進行研究，闡述初中化學概念轉變教學的常見策略。

關鍵詞：學科理解；初中化學；概念轉變；元素概念；教學策略

基金項目：文章系江蘇省中小學教學研究第十三期課題“基于學科理解的初中化學核心概念教學案例研究”（項目編號：2019JK13-L274）研究成果。

作者簡介：王華（1976—），男，江蘇省鹽城市鹽都區實驗初中。

在初中化學中，學科理解不僅是對化學知識的理解，還包括對具有化學學科特質的思維方式和方法的理解［1］。化學概念是課程內容的“骨架”，在化學學習過程中有著重要作用。初中階段是學生形成概念意識、掌握概念學習方法、形成學科觀念的關鍵時期，九年級是學習化學的起始年級，部分學生對如何理解、分析、應用化學概念抓不到要領。由于很多化學概念的表述學科性較強，需要具備扎實的知識基礎才能理解，因此部分學生較難從化學學科思維的角度形成科學的理解。所以，基于學科理解的概念教學研究就顯得尤為重要。元素是初中化學教學中的核心概念，概念本身具有抽象性，學生很容易產生“迷思概念”“錯誤概念”。現筆者以人教版化學九上第三單元“元素”概念為例，談一談學科理解基礎上的概念轉變教學的基本策略和方法。

一、教材定位與學情分析

“元素”屬于2022年版新課標“物質的組成與結構”這一主題的內容。學生在之前的學習中已經零星接觸了一些“元素”，比如門捷列夫的元素周期表，氧化反應的定義中提到的“物質與氧發生的反應”，有些教師在氧氣的實驗室制法中也有可能提到“含氧化合物分解”等內容，更有些教師要求學生提前背誦元素名稱和符號，所以，學生對元素已經有了一定的認識。

學生在學習元素這一內容前，已經學習了分子、原子、離子、相對原子質量等內容，也初步學會了從宏觀和微觀視角認識物質，為元素概念的形成奠定了基礎，屬于學習的“前概念”。元素是一個抽象的概念，如何將淺層化、碎片化的“日常概念”轉化為“科學概念”，教師既要以學生的已有知識和認識為基礎，又要從元素概念本身的特征出發，應用必要的概念形成的策略，幫助學生樹立科學的認識，實現概念轉變。學生識記元素的概念并不難，難的是掌握概念的應用以及元素和原子兩者之間的區別和聯系，只有掌握了這些內容，才更有利于加深學生對元素概念的理解。

二、概念解構與思路建構

教師對化學學科知識和思維方式方法的本原性、結構化的理解決定了學生對化學概念的理解層次，決定了他們對化學學科的認知水平。從對概念本原性理解的角度來說，每一個概念都包括四個方面：概念名稱、概念定義、概念實例和概念屬性。對概念名稱、概念定義、概念實例和概念屬性四個方面的解構剖析有利于對概念形成進行研究。準確把握化學概念的內涵和外延，厘清概念之間的關系，并結合學生學習實際，優化概念教學的過程，形成符合學生認知規律和教學邏輯的元素概念轉變策略，既能提高學生的化學學業水平，有效發展學生的核心素養，也能增進教師對學科的理解，提升教師的專業水平。

教學應當始終走在學生發展的前面，而不要落在學生發展的后面［2］。“教師先于學生”的主導作用（“腳手架”作用），與心理學家維果茨基的觀點相符。概念的形成過程實際上就是將原有的前概念轉化為科學概念的過程。化學概念學習實質上是學生掌握同類化學物質及其變化的共同的關鍵特征的過程。學生可以在不同例證中通過觀察、分析與歸納等方式發現多個事物或現象的共同屬性，然后應用關鍵詞來進行定義。學生通過學習定義，對原有的相關概念進行同化或順應，從而形成科學概念。

依據對概念特征的研究和元素概念的特點，可形成元素概念教學的一般思路與流程。從概念形成結構化角度來說，結構化的過程就是一個認知不斷發展、進階的過程，是一個概括、提煉、建模的過程，而依據一定概念轉化模型形成概念的過程就是結構化應用的過程。對于學生來說，在教師的主導作用下，概念形成的結構化大體經歷以下幾個階段：原有知識儲備（日常概念）→比較分析事物主要特征→類比、概括本質特征→形成科學概念→概念應用→形成概念系統→反視前概念。

而教師的“腳手架”作用主要是以語言描述、提供事例、多媒體呈現素材等方式引起認知沖突→利用定義概念的關鍵詞匯進行引導→促使概念符號化（概念內涵）→舉例、辨析、應用（概念外延）→引導學生形成知識樹、概念圖（概念系統）。

三、教學設計與實施流程

（一）激趣引入，情境創設——引發認知沖突

核心概念教學需在真實的問題情境、具有挑戰性的任務中借助探究活動依步實施。當學生不能通過同化的方式處理問題時，就形成了認知沖突。教師應設法營造認知沖突情境，呈現認知素材，激發學生的學習興趣，促進知識的轉化和發展。元素概念教學的情境可以從以下幾個方面創設，以產生認知沖突，激發學生的學習欲望。

歷史情境：中國的五行學說、西方的四元素說等。

化學情境：門捷列夫發現元素周期律的過程。什么是元素？元素周期表的元素是按照什么來排序的？

生活情境：出示高鈣牛奶、加碘食鹽、加鐵醬油、葡萄糖酸鋅口服液的圖片。生活當中所謂的補鈣、補碘、補鐵、補鋅，補的是什么？

知識情境：分子、原子、離子等是構成物質的三種粒子，那從宏觀來看，物質是由什么組成的呢？各物質中有沒有相同的“成分”？

實物情境：出示并分析氧分子、二氧化碳分子、水分子、氫分子、甲烷分子的模型，將模型拆開，按原子種類重新擺放，說出分類的標準。為什么實驗室制氧氣的反應物中一定要含氧元素呢？

認知情境：用0—9這幾個數字，能自由組合成多少個自然數？26個字母能組合成多少個單詞？改變數字或字母的順序后有什么不同？

（二）多樣呈現，統合分離——正反例證對比

聚焦概念的外延，即通過正反例證來比較，找出符合概念共同本質特征的正例，分離不符合概念特征的反例，在此過程中讓學生逐步建立起對概念的正確認識。例證的呈現形式要多樣，在教學中，教師要提供充分和準確的變式，再通過對比、歸納，構建科學概念，這樣更有利于學生對概念的深入理解，有利于學生科學概念的形成。當然，例證也不要過多、過雜，這樣不便于學生分析歸納。

在元素概念的教學中，筆者設計了如下幾個例證進行分析。一是氧元素中16O、17O、18O三種原子的質子數或核電荷數相同（都為8）而中子數（分別為8、9、10）和相對原子質量（分別為16、17、18）不同的比較，說明決定元素種類的不是中子數和相對原子質量。二是氧元素中O、O2-兩種粒子的質子數或核電荷數相同（都為8）而電子數（分別為8、10）不同的比較，說明決定元素種類的不是電子數。三是用一個氟原子做反證，由于質子數或核電荷數不一樣，因此元素種類不一樣。

在此基礎上，還可以從分析具體分子的結構出發：過氧化氫分子中含有氧原子，二氧化硫分子中含有氧原子，氧分子中也含有氧原子，這些分子中所含有氧原子的質子數（即核電荷數）都是一樣的，均為8。所以，這些原子都歸為同一類，統稱為氧元素。而含有其他不同的質子數（即核電荷數）的原子則歸為其他元素。這樣，將視角從微觀引導到宏觀，再引導到微觀，再引導到元素符號。通過類比法，深化學生對元素概念的理解，從“宏—微—符”三重表征的視角增進學科理解。

（三）定義固化，整合遷移——進行符號定位

在分析概念例證的基礎上，進行概念內涵的分析與概括，把概念的內涵固定化，這就是下定義。定義概念的符號（關鍵詞）要簡潔、明確、科學，從而有助于學生理解概念的實質。借助關鍵詞可以對例證進行抽象與概括，揭露事物的本質屬性與共同特征，利用定義概念的關鍵詞進行引導，促使科學概念的形成。

分析元素的概念，找出三個關鍵詞：質子數（即核電荷數）、一類原子、總稱。質子數（即核電荷數）相同的問題已經在例證中分析。對一類原子的理解可以從元素與原子的比較中建立概念：原子是微觀概念，而元素是宏觀概念；原子既講種類又講個數，元素只講種類不講個數；原子構成物質，元素組成物質。對于總稱的理解，可以形象化地以“一個水”“兩個錢”等錯誤說法為例，來說明元素概念的宏觀屬性。

在此基礎上進行概念的遷移與應用，可利用判斷題、填空題、選擇題等題型，在概念應用的基礎上通過舉例、對比、歸納、反饋等方式，使學生達成對概念更加深入的理解。如：

二氧化碳是由 組成的，二氧化碳是由 ? ? ? 構成的；

鐵是由 組成的，鐵是由 構成的；

氯化鈉是由 組成的，氯化鈉是由 構成的。

學生在填空的基礎上，再通過前后和上下的比較，就能理解物質的組成與構成了。在此基礎上，教師還可以羅列一些常見的說法，讓學生去判斷并說出理由，如以水、水分子為例可以設計以下判斷題：

（1）1個水分子是由1個氫分子和1個氧原子構成的。

（2）水是由氫元素和氧元素組成的。

（3）水分子是由氧元素和氫元素構成的。

（4）水分子是由氧原子和氫原子構成的。

（5）1個水分子是由2個氫原子和1個氧原子構成的。

（6）1個水分子中含有3個原子。

（7）水是由2個氫原子和1個氧原子構成的。

（四）強化運用，概念關聯——形成概念系統

初步形成化學概念后，就需要通過鞏固應用對建立起來的科學概念進行強化，從最新的科學概念的視角重新去審視前概念。可以通過師生共同繪制概念圖，讓學生將知識進行關聯，促使知識結構化、概念系統化，使教材呈現、目標達成、重點把握、學情掌控更加到位，從而有助于教師選擇恰當的教學策略［3］。教師還可以設計有一定挑戰性的問題情境，通過概念應用的練習，在教師啟發和合作學習下，使學生實現概念轉化和深度學習。學生在學習化學概念時，既要進行概念轉換以改變頭腦中的錯誤概念，又要利用概念的抽象辨別，將新概念納入已有的概念系統，逐漸形成更為合理的認知網絡與概念系統。如從元素的視角去認識形形色色的物質世界，去理解人體為什么要補鈣、補鐵、補碘、補鋅，去體會元素周期律的發現，去了解地殼中元素的含量，學生就會有更深層次的理解和認識。

每一個概念都存在于特定的概念系統中，元素的概念總是和物質、分子、原子、離子等概念有著必然的、特定的關聯。把元素概念融入相關概念系統中，有助于概念的鞏固和應用。如圍繞元素概念可以概括出關系：分子、原子、離子都能構成物質，離子和原子能夠相互轉化，分子是由原子構成的。分子、原子、離子是微觀概念，既講種類，又講個數。質子數（即核電荷數）相同的一類原子的總稱為元素，元素能夠組成物質。元素和物質是宏觀概念，只講種類，不講個數。

教師的教學起點應當建立在自身的學科理解和學生的認知基礎之上，通過以上的宏觀辨識與微觀探析，通過粒子間相互轉化的探討、各概念關聯的分析，學生能夠建立概念系統，建構知識框架，促使知識結構化，從而從化學學科視角增進對化學知識和思維方式方法的本原性、結構化的理解。

四、教學總結與反思

元素概念的形成受到多方面因素的綜合作用，其遵循基本的概念形成規律，即從典型的例證中，用比較、辨別、抽象、歸納等形式概括出概念關鍵特征。在學習分子、原子、離子知識的基礎上，利用原有認知結構中有聯系的知識經驗來開展學習，即概念同化策略。

將“五行學說”“四元素說”與人類對物質的認知相結合創設問題情境，目的是增強學生的學習動機。引用生活中的加碘食鹽、加鐵醬油、高鈣牛奶、葡萄糖酸鋅口服液等，將化學與食品安全和人類健康問題相聯系，是為了凸顯元素概念在生活中的應用。介紹門捷列夫對元素周期律的研究，則是利用化學史料、化學事實創設史實情境。利用分子模型，指導拆分的實踐方式，目的是使學生獲得豐富的實踐認知，引導學生體驗概念的形成過程，揭示事物的本質屬性，學會用科學的思維發現問題，解決問題。以上這些都是概念形成上的感性情境優化策略，而通過對概念關鍵詞的分析、抽象、歸納等思維活動，提煉出元素的共同特征及本質屬性，從而自然形成概念，則是概念形成上的理性情境優化策略。

在形成概念系統階段，主要可利用化學概念圖的教學策略，即讓學生按照自己對概念本原性的理解，用結構化的形式將不同概念進行聯系整合。這樣既有助于學生自我消化和鞏固知識，又有利于形成概念間的聯系應用，從而促進概念的轉化。

教師自身的理解與所采取的教學方式之間存在緊密的聯系，教師和學生對概念的理解層次，決定了他們對化學學科的認知水平。對于化學核心概念的教學，教師應根據概念的特點，根據具體的教情學情，采用合理的概念教學策略，既要有利于學生更好地形成概念意識，又要有利于學生有效地理解、應用概念。以教師的深入理解促進學生的深入理解，讓學生像專家一樣思考，能夠有效促進教育教學質量的提升。

［參考文獻］

中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022：71.

維果茨基.思維與語言［M］.李維，譯.北京：北京大學出版社，2010：15.

陳浩，嚴文法，靳澤藝.概念圖技術在中學生化學相異構想轉變中的應用研究：以學生對“電解質”概念的理解為例［J］.化學教與學，2019（10）：15-20，10.