国内外化学概念研究的对比论文

化学概念是将化学现象、化学事实经过比较、综合、分析、归纳、类比等方法抽象出来的理性知识,它是已经剥离了现象的一种更高级的思维形态,反映着化学现象及事实的本质,是化学学科知识体系的基础。因此化学概念学习与教学的理论研究受到广泛的重视。现代认知心理学理论、化学教育理论研究方法的重大进展指导并促进化学概念的学习与教学研究。这些研究从不同侧面和层面揭示了化学概念学习与教学的规律,为化学概念学习与教学的系统研究提供了基础。认真总结化学概念学习理论与实践研究成果,不仅有利于建立科学的化学学习理论,而且为建立科学的化学学习理论提供依据与基础。本文主要是以分析国内化学概念教学研究状况,并对国内外化学概念教学研究的几个方面进行简单对比。国外的化学概念教学研究状况是以《美国化学教育》(journalofchemicaleducation简称jce)杂志为主要依据;国内部分主要也是通过文献法,通过查阅了中国期刊文献,对其研究进行分析总结。

1.国内化学概念研究

从1996～2003年的中国期刊文献可以看出,国内对化学概念教学的研究日趋重视,为了便于分析,根据研究的侧重点不同,我们分为以下几类进行讨论:(1)关于化学概念教学的经验性研究(2)关于化学概念教学的理论性研究(3)关于化学概念教学的现代研究。

1.1化学概念学习的经验性研究

长期以来,在一线教学的教师、教学研究人员、一部分教育心理学工作者试图揭示化学概念的本质、化学概念学习的规律。他们通过对教学的观察与经验总结,提出了一些概括性的概念学习与教学意见。同时吸收借鉴教育学、教学论、心理学中关于知识获得的认识,二者相结合提升为化学概念教学的依据,为“怎样教”提供指导。其特点是“应该这样做”,而没有说明“为什么这样做”的原因,其本质是认识论的、经验式的。由于这些结论多是从经验中总结得出,从某些侧面反映了学生化学概念学习中的规律。因此,许多结论对化学概念教学确实有指导性意义。

大量的中学化学教学杂志中的相关文章集中了这方面的研究,分析这些研究可以看到,有以下几方面主要共识,认为化学概念教学中不同的概念应该使用不同的教学方法:(1)运用直观教学方法,帮助学生形成概念(2)善于解剖概念,把握概念内涵外延。(3)弄清概念异同,防止模糊概念。(4)概念教学要注意阶段性。（5)调动学生已有知识,同化理解新概念。(6)弄清概念间的关系,逐步编织概念网络。(7)练习巩固,强化理解。

1.1.1运用直观教学方法,帮助学生形成概念

中学生的思维能力的发展正是从形象思维到抽象思维的过渡时期,形象思维多于抽象思维,对抽象概念的学习一般离不开感性材料的支持。因此讲授概念时要遵循人们的认识规律,从感性到理性,从具体到抽象。做到从直观入手,通过观察、感受、分析、抽象概括而引出概念。一是引导学生联系生活经验去认识化学概念,如讲授“分子”时可以从糖溶于水、氨气扩散、湿衣服晾干等日常生活中亲身感受,说明分子的客观存在,再用比喻方法描述分子的大小,就可把摸不到的分子深深印在学生脑海里。二是利用实验、模型、挂图、录像、多媒体等直观教具认识概念。如开始学习化学时对物理变化、化学变化、物理性质、化学性质等概念的传授,即可通过这种方法进行教学:拿一根蜡烛,加热熔化和点燃两种现象加以对比,先让学生指出其不同之处,再加以总结、归纳、得出物理变化、化学变化的结论,学生会对这类概念理解得透,记忆得深。有关物质的性质、变化、实验技术等方面的概念,例如,初中化学中催化剂、溶液、饱和溶液与不饱和溶液、化合、分解、吸热反应、放热反应、质量守恒定律、溶解、结晶以及高中化学中取代反应、加成反应、煤的干馏、酯化反应、电解等,这些概念都是通过实验的途径引出的。

1.1.2善于解剖概念,把握概念内涵外延

化学概念具有严密的科学性,因此概念教学应让学生准确把握概念的内涵外延,掌握概念的实质。在教学中经常采用下列3种解剖方式:一是咬文嚼字理解概念,如催化剂中的“改变”二字,就隐含着“加快和减慢”两层意思。二是剖析词语含义。如溶解度的概念,讲解时把定义的4个句式分解开来,即:其一是在一定温度下,其二是指在100g溶剂中,其三是指达到饱和状态时,其四指在上述情况下溶解溶质的克数。三是强调关键字词,从而浓缩概念,显现概念实质。如催化剂的概念,可向学生强调“一变、二不变”这一关键。又如在讲电解质概念时对定义中的溶、熔或能导电、化合物这些字、词要给予强调。

1.1.3弄清概念异同,防止模糊概念

在化学概念中,有些概念之间既有本质不同的一面,又有内在联系的一面。所以教学中可以采用对比的方法,将既有联系又有区别的概念进行对比,使学生弄清概念的异同,防止模糊概念。例如,单质、化合物、氧化物、纯净物等概

念的比较,首先寻找联系点:单质、化合物、氧化物都是纯净物。再寻找各自不同的个性特征:单质是由同种元素组成的纯净物;化合物是由不同种元素组成的纯净物;氧化物是由两种元素组成,其中有一种是氧元素的化合物。又如“氧化剂”与“还原剂”,它们的联系点都是指反应物,并存在于同一个反应体系中。不同点是还原剂得到氧,氧化剂失去氧。还有氧化物、酸性氧化物、碱性氧化物等,都是既有联系又有区别的概念。在教学中有的放矢地运用对比的方法教学,使学生正确理解概念。无机化学中所学的同位素、同素异形体与有机化学中的同分异构体、同系物,无机化学中的“根”与有机化学中的“基”,缩聚反应与加聚反应等,进行这类概念的教学,可采用类比法,通过类比,使学生真正找出其区别的根本所在,帮助学生理解和记忆。

1.1.4概念教学要注意阶段性

注重教学的阶段性就是要根据初中学生的特点,依据义务教育课程标准的要求,掌握好知识处理的分寸,准确把握知识的深广度,在不同阶段给学生提出不同的要求。如氧化反应、燃烧、饱和溶液、电离等概念,均属于“过渡性”或“阶段性”概念,这些概念只是为了学习某些比较重要的定义性概念而“铺路搭桥”的,教学中不能不顾学生实际能力,过分追求科学性和完整性,将概念随意扩展和深化。

1.1.5调动学生已有知识,同化理解新概念

当新的概念形成的时候,人的大脑中要进行把新概念同已有知识相比较,相联系的过程为新概念在大脑里已有的知识结构寻找适当的位置,新概念就被联结拼合上去成为大脑知识结构的一部分,被消化吸收,这就是同化。中学生大脑里的知识结构比较简单,同化新概念的能力不强,这就要求教师努力调动学生已有的知识,调整学生头脑中的认知结构,帮助学生加强新旧概念间的联系,同化理解新概念。如化学平衡是动态平衡,学生对动态平衡不容易接受,但如果把化学平衡同进水管和出水管的水槽中水的平衡联系起来,这些概念就容易理解。又如,关于物质的量及其单位摩尔的新概念,对学生来说陌生又难懂,但如果把物质的量同质量、长度、时间等物理量联系起来,把摩尔同千克、米、秒等基本单位联系起来,学生就容易找到新旧概念的联结点。

1.1.6弄清概念间的关系,逐步编织概念网络

化学概念不是孤立的,总是处于与其他概念的相互联系中。使学生弄清概念间的关系,对于他们更深刻地把握概念的内涵与外延,辨析概念间的区别与联系,编制概念网络具有重要作用。从逻辑关系来讲,化学概念间存在下列关系:(1)同一关系:例如乙醇和酒精。(2)并列关系:例如盐酸、硫酸和硝酸。(3)交叉关系:例如取代和置换、化合与加成。(4)主从关系:例如酸类和硫酸,烯烃和丁烯、丙烯、乙烯。(5)对立关系:例如酸与碱,氧化剂与还原剂。(6)否定关系:例如电解质和非电解质、氧化还原反应与非氧化还原反应。要注意的是,随着学习的深入,要教会学生不断对概念网络进行补充与完善。

1.1.7练习巩固,强化理解,运用概念

学生运用概念的主要形式是做习题,布置习题时要有目的,适量精选,由浅显的简单题入手最后到复杂的综合练习。特别是对概念的综合运用,老师要帮助学生总结带规律性的东西,达到对概念深刻理解和融会贯通的目的。有时候也可以举出反例,有意引导学生从反面或侧面去分析。例如,针对电解质和酸的概念,可以提出这样的问题:a.金属能导电,是不是电解质?b.碳酸氢钠溶于水时有h+生成,它是一种酸吗?通过这种方法,能使学生从不同角度去理解每一个概念。

1.2化学概念学习的理论性研究

化学概念学习的理论研究是化学概念学习研究的基础,其主要特点是借用教育心理学和认知心理学的成果和方法于化学概念学习研究中。以下是化学概念学习的几种理论。

1.2.1概念形成和同化理论

美国学者奥苏伯尔认为,概念形成和概念同化是学生学习概念的两种基本形式,了解概念形成和概念同化的机制,根据概念形成和概念同化来制订教学策略,能有效地提高化学概念的教学质量。

（1）概念形成理论

化学概念至少包含4个要素,即①概念的名称,如“酸、“碱”、“盐”等,它们各代表一类事物;②概念的内涵,指概念正例的共同本质属性;③概念的外延,即概念所包含的一切对象;④概念的正例、反例。同类事物即为其正例,非同类事物则为反例。如盐酸、硫酸、硝酸等是酸的正例,氢氧化钠等为其反例。概念形成是通过知觉、辨别、假设、检验等心理过程,找到被肯定的属性并将之应用到概念正例中,排除非本质属性,发现概念关键属性的过程。

(2)概念的同化理论认知

心理学派认为同化是指主体利用已有的心理机能结构—图式,对外界刺激进行过滤或改变的作用,将外界刺激吸收到本身的结构中,引起图式量变的过程。同化理论的核心是:新的意义是新知与认知结构中原有的概念或命题相互作用的产

物。实现概念同化应具备一定条件:首先,学习者要具备把新概念与认知结构中原有的适当观念关联起来的意向;其次,学习材料呈现新概念对学习者必须具有潜在意义,表现在:①新学习的概念本身应具有逻辑意义;②学生原有认知结构中已具备同化新概念的适当上位概念。实现概念同化,两个条件缺一不可,否则会导致机械学习。

1.2.2图式理论

所谓图式是指围绕某一个主题组织起来的知识的表征和贮存方式。人的一生要学习和掌握大量的知识,这些知识并不是杂乱无章地贮存在人的大脑中的,而是围绕某一主题相互联系起来形成一定的知识单元,这种单元就是图式。图式是由变量或槽道组成的。如果我们把化学概念看成一个图式的话,构成化学概念的几个部分便是这一图式的变量或槽道。因此,在化学概念教学中,首先要分析该化学概念是由哪几个部分构成的,然后从中找出起关键作用的变量,以便从全局上把握整体与部分的关系。而且,化学概念图式不是变量的机械相加,而是按一定规律结合的有机整体,图式的变量之间有相互约束的关系。在化学概念教学中,学生化学概念的形成是一个从对化学变化的感性认识出发,经过抽象、概括而达到对化学现象理性认识的过程。在这个过程中,它首先是建立在以往经验的旧概念和新知识联系的基础上,然后通过新知识与原有化学概念的相互作用,构建新的化学概念。这一过程正是图式理论所描述的原有的图式可通过“同化”和“顺应”形成新的图式的过程。

1.3化学概念学习的现代研究

随着认知心理学的成熟,建构主义观点的完善,为研究化学概念学习的特殊性侧面提供了科学理论、认识论和方法论的基础。

1.3.1建构主义与化学概念教学

建构主义强调学生已有的概念来自日常经验或以前的科学课程。来自日常经验的概念通常是根深蒂固的,尤其是基于感觉体验的概念更是如此。学生的前概念构成每个新学习途径的起点,新学习途径不局限在教学开端,而是针对每个新的学习过程。在实验室和课堂上,学生在复杂的环境中构建概念原理,学生通常试图进行机械式的学习而非有意义学习来构建概念。建构主义认为,通过概念图,可以了解概念学习的过程和结果。概念图是一种表示概念间相互关系的图示法,是教师用于帮助学生构建他们对化学某一些知识点的理解。

1.3.2化学概念图的运用

化学概念图就是以科学命题的形式显示不同概念之间的意义联系,并同时用具体的事例加以说明,能把所有的化学概念有机地联系起来的空间网络结构示意图。教师在教学中,根据具体的内容来设计化学概念图,能有效地帮助学生顺利进行概念的“移植”,使学生成功地把握概念的内涵与外延,在学习中自我建构化学概念图,从而对自己的学习进行调控。绘制化学概念图有助于学生:整理资料·整合知识·形成某些化学主题的已有知识图·在已有知识结

构中嵌入新概念·在长时记忆系统中固定学习内容·修正与完善。

2国外化学概念研究

化学概念教学研究越来越受到重视,国外较早对概念教学进行了研究,其研究比较系统而深入。国外化学概念研究的主题主要是高中和大学的化学概念,选用的主题特点是:(1)课本说得不详细的或含糊的概念,如电解池、电极电势;(2)抽象概念,并且在后续课程中没有学到的,如量子理论;(3)反复出现,重要的概念,如热和温度的相关概念。国外化学概念研究方法可以简单归纳为:(1)做题—指导—做题的模式;(2)做题-动手-访谈-专门程序对数据定量分析的模式;(3)访谈-设计题目-做题-分析的模式。其研究被试主要是大学生。从国外所做的研究可以看出,他们更注重的是学生化学概念学习的心理机制研究。例如,在研究学生学习化学概念的瓶颈问题上,提出了相异构想(alternativecon2ceptions)观点;在学生学习模式的研究中,提出了知识空间理论(knowledgespacetheory);还有提出利用类比模型、概念图来优化化学概念教学的研究等等。

3国内外化学概念研究的对比

从以上可以看出,化学概念学习的研究在国内外都受到教育者的充分的重视。关于国内外概念教学的研究,相同点是:(1)都是以教育学、认知心理学、教育心理学为理论基础;(2)把建构主义思想融入到化学概念教学中,对化学概念学习的认识升华到一个新的高度,促进了化学概念学习研究的发展。不同点是:(1)国内对化学概念的研究更注重的是“怎样做”,即怎样才能教好和学好化学概念。当然这些都是建立在理论研究的基础上。而国外的研究重点则是学生学习化学概念的心理机制,即是解释了“为什么要这样做”的原因,很少提及具体应该“怎样做”。(2)国外的研究方法主要是通过设计题目,对学生进行测试,有时候结合访谈等研究方法,最后分析得出结果。而国内对概念教学的理论研究大多是借鉴于国外的研究成果,比如国外

在教育心理学、认知心理学方面的研究都是我们化学概念教学的理论依据。(3)在研究主题方面也有不同,国内侧重于中学化学概念的研究,而国外侧重于大学化学概念研究。(4)研究的被试也有不同,国外的研究被试主要是大学生,而国内的研究对象是中学生居多。

4国内外化学概念研究的启示

尽管关于化学概念学习的研究工作取得了多方面的成果,但许多研究仍待进一步拓展,必须对化学学习过程作细致的观察、跟踪、调查、实验、分析,揭示其中的特殊规律。同时还应注意到,关于化学概念教学研究,必须始终围绕着认知、发展、教学于一体进行,用认知和发展的观点去考察教学、审视教学,在教学情境中研究学生的认知和发展的一般规律。通过对化学概念学习过程分析,来建立教学情境中化学概念学习的一般理论,才具有较高的科学价值与实践指导意义。

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