抽象化學概念的教學方法概述

1、抽象化學概念的教學方法概述 以“物質的量”教學為例方舟（華南師范大學化學教學與資源研究所 廣東廣州 510006）摘 要 本文主要以從三大核心期刊化學教育、化學教學、中學化學教學參考上搜索到的文獻為分析對象，通過整理分類，總結了我國“物質的量”概念的教學方法的特點。最后與臺灣地區(qū)相比較，得出對今后教學的建議。關鍵詞 物質的量，摩爾，教學方法，抽象概念1. 抽象化學概念的界定中學化學中有這樣一類概念：分子、原子、離子、化學鍵、物質的量等。它們的共同特征是：學生無感性認識基礎，不能用直觀的演示實驗來完成認知過程。因此而可以稱之為抽象概念1，2，它們集體構成了教學中的一個難點。在這些抽象化學概念中，

2、物質的量是一個十分重要的概念，它起著連接化學中微觀與宏觀，定性與定量的作用，貫穿于整個高中化學學習的始終。學習并掌握這個概念有助于激發(fā)學生學習化學的興趣和動力。但對中學生而言，它卻是相當抽象的一個概念。學生在學習該概念時，普遍感到相當困擾且不容易了解或接受，教師也感覺難教。本文總結了“物質的量”的教學方法，以期對教師的教學有所幫助。2. 我國“物質的量”教學方法概述2.1 經驗總結性的教學方法“物質的量”概念引入中學教材的時間并不長，大約始于上世紀70年代。這一類的教學方法多是由一線教師，教研員等教育工作者根據自身教學經驗總結出來的4-7，比較零散。 運用類比思維的方法進行教學很多老師在進行“

3、物質的量”教學時，都會用到類比的方法6,9,10,17。將其與質量，時間等其它物理量進行比較，減少學生對概念的陌生感。類比思維, 是指根據兩個（類）對象之間在某些方面的相似或相同從而推出它們在其它方面也可能相似或相同的一種推理形式。3劉晨明從四個方面詳細闡述了“物質的量”教學過程中的類比方法4。（1）量的類比：揭示“量”的含義，有了對“量”這個上位概念的理解，再把同處下位的“物質的量”與其他熟悉的基本量進行類比闡釋，有利于增強對陌生概念的熟悉感和親切感；（2）單位的類比：在理解了量的含義的基礎上，通過定量類比其他計量單位的方法，來認識摩爾這個物質的量的單位，就能夠理解得深刻；（3）集合思想的類

4、比：物質的量及其單位摩爾是具有集合思想的概念，這完全是由于認識客觀物質的需要而提出的，與生活中的“打”，“盒”相似；（4）摩爾質量的類比：運用類比方法來推出1mol其他物質的質量，這樣的處理會使問題的解決更簡單一些。楊云昌5認為新舊知識的聯(lián)系點總是有的，問題在于能不能找到它，利用它。利用類比其它物理量的方法，能調動學生已有知識，從中獲得對新知識的啟示，達到同化理解新知識的目的。譚重寧6認為，在講解“摩爾”這一概念時，很難用圖表和實驗加以反映，教師要精心設計與概念內涵密切相關的感性材料。為了講清“摩爾”的基本屬性，可以用比喻推理：比喻推理一打鉛筆有12支鉛筆一摩爾分子有6.02×102

5、3個分子一打圓珠筆有12支圓珠筆一摩爾原子有6.02×1023個原子一打鋼筆有12支鋼筆一摩爾離子有6.02×1023個離子一打筆有12支筆一摩爾微粒有6.02×1023個結論：摩爾是物質結構微粒的數(shù)量單位，1摩爾物質中含有6.02×1023個結構微粒。比喻推理一個碳原子的相對質量是126.02×1023個碳原子的質量是12g一個氧分子的相對質量是326.02×1023個氧分子的質量是32g結論：1摩爾物質的質量叫做摩爾質量，數(shù)值等于原子量或分子量，單位為g/mol。經過這樣的類比，學生對摩爾這個概念的內涵就清楚了。崔業(yè)平認為7，很多

6、化學老師喜歡用“打”等來類比, 但“打”與“摩爾”只相似, 不相同。這樣類比學生易把6.02×1023與阿伏加德羅常數(shù)看成同義詞, 對正確理解摩爾概念, 尤其對正確認識阿伏加德羅常數(shù)的實驗性不利。他提出用“千克”來列表類比, 不但嚴謹, 而且可以區(qū)別“物質的量”與“物質的質量”這兩個對初學者極易混淆的概念,還為下節(jié)課學習摩爾質量的計算埋下伏筆。物理量單位單位標準物質的質量千克4 時1L水的質量物質的量摩爾12 g C-12中所含碳原子數(shù)目(約6.02×1023)附表物質的質量與物質的量的單位及單位標準比較但用類比的方法也存在一定的問題。例如，很多學生把阿伏伽德羅常數(shù)看成一個

7、固定的數(shù)值，認為就是6.02×1023的同義詞，即使教材中明確提到阿伏伽德羅常數(shù)是由實驗測定的。應該注意的是可類比的事物之間只是相似，而不是相同。如果教師在講解“摩爾”時過分強調類比，對學生正確理解摩爾概念，尤其對正確認識阿伏伽德羅常數(shù)的實驗性是不利的。82.1.2 運用建立集合的方法進行教學楊明生認為11，單純介紹阿伏伽德羅常數(shù)，講授摩爾質量，氣體摩爾體積難以取得理想的效果。但如果先讓學生建立“基準量”概念，進行模式化教學，效果將大不一樣。即把NA，M，VM分別看成為從微粒數(shù)，物質質量，氣體體積出發(fā)求物質的量的“基準量”，并讓學生認識到摩爾質量在數(shù)值上等于NA個微粒集體的質量。學生

8、“基準量”的概念建立后，余下的工作就是讓學生的知識接受模式化。肖中榮，鄧熙蓉12通過創(chuàng)設情景，使學生認識到在稱量巨大物體的質量時可采取“分解思想”: 即將巨大分解成微小、整體分解成部分；在稱量微小的不可直接稱量的物體時要采取“集合思想”: 即將部分集合成整體、微小匯成多數(shù)。學生了解了科學記數(shù)的兩大思路, 為引入阿佛加德羅常數(shù)作好鋪墊。曹俐13通過設計活動，讓學生對200g芝麻計數(shù)，確定80000粒芝麻為計量任意質量芝麻或任意數(shù)目芝麻的單位和標準。再將其遷移到化學領域里，使學生體會建立概念的必要性、意義，探求概念建立的方法，讓學生從整體上建立物質的量的概念，收到了良好效果。另外其他教師也提出了類

9、似的方法（如巫顯會14，2008；蒲賀15，2007；張竹云28，2003；蘇履強27，2004） 運用化學史的方法進行教學對抽象概念,教師有時靠打比喻也很難講清楚,為了讓學生能夠理解此類概念,在教學時教師最好提供一些感性材料,并盡可能采取各種直觀的教學手段,如實驗、模型、圖像、圖表、幻燈、多媒體等,使抽象的概念具體化、形象化,從而幫助學生理解概念。16“摩爾”概念最初是由霍夫曼于1865年引入到化學中的,而且最初是打算用來表示宏觀質量,經過一系列發(fā)展過程,才有了今天的“摩爾”概念。在摩爾作為SI單位以前, 克分子、克原子、克當量等曾經普遍用作表征化學元素或化合物的單位, 1971年第十四次國

10、際計量大會接受國際純粹與應用化學聯(lián)合會（IUPAC）的建議，決定增加一個基本物理量物質的量，并嚴格定義摩爾作為物質的量的國際單位單位，起著統(tǒng)一克分子、克原子、克當量等許多概念的作用。馬艷秋17認為應使學生了解化學史知識,領會科學上引入物質的量的必要性,誘發(fā)學生的學習動機。教師可在講授新課的前一段時間,布置學生去查閱有關原子、分子、電子等發(fā)現(xiàn)的化學史知識。這不僅提高了學生的學習興趣,而且對學生進一步探討科學進入微觀領域,具備相應的物理量的基礎有著很重要的意義。黃獻秋18從化學發(fā)展的實際出發(fā)，利用化學方程式的含義，引導學生思考如何將可稱量的物質與所含的微粒數(shù)聯(lián)系起來，即多少個微粒才可以稱量。朱為民

11、19，吳中英20也分別提出了類似的方法，從探討方程式的意義入手，引入物質的量和摩爾的概念。 運用邏輯推導的方法進行教學魏銳21采用推導的方法,由已知的物理量及化學計算方法一步步推導出摩爾、阿伏加德羅常數(shù)、摩爾質量等概念,使學生能清楚地認識到它們之間的邏輯關系。在引入阿伏伽德羅常數(shù)時，從利用方程式2H2+O2 = 2H2O的計算入手，設H、O原子的質量分別為m (H)、m (O)，H、O的相對原子質量分別為M (H)、M (O)，H2、O2、H2O的式量分別為M (H2)、M (O2)、M (H2O)，推導出對于任何物質也成立的式子：=若取M (H2) (g) H2作為參考對象, 則表示M (H

12、2) (g) H2含有的H2分子的數(shù)目，其他物質同理。由推導可看出,在數(shù)值上與式量相等質量的物質,含有微粒的個數(shù)都相等,是一常數(shù)，即2gH2、32gO2、18gH2O都含有相同的微粒個數(shù)，從而很好地引入了阿伏伽德羅常數(shù)。2.1.5 使知識結構化的教學方法要使學生真正的掌握知識還必須要形成良好的知識結構，學習概念更應該如此。不少教師在完成一定章節(jié)的知識教學后，對一些相鄰、相對、并列或從屬的概念，可用點或線把他們進行類比、歸納，從而加深學生對概念的認識。姜琦22在摩爾一章的教學中，設計了如下的結構圖，取得了好的效果。附圖1 物質的量與有關化學概念之間的關系圖顏建河23也認為講解每一個概念，應盡量結

13、合學生已學過的知識加以理解。這樣，既知概念間的聯(lián)系，又知概念間的區(qū)別；既知共同特征，又知本質的屬性及個性。2.2 新教育理論指導下的教學方法進入90年代以來，人們逐漸認識到光憑經驗已經難以解決教學中的新問題了。隨著西方教育理論特別是建構主義學習理論的引進，人們在新教育理論的指導下提出了一些新的教學方法。 利用結構定向教學理論進行教學結構化教學觀點指教學應首先確定以構建學生的心理結構為中心的觀點。定向化教學觀點指的是為提高教學的成效,必須依據心理結構形成、發(fā)展的規(guī)律,實施定向培養(yǎng)。24齊紅濤等25分析了傳統(tǒng)的結構化，網絡化教學，認為存在下列問題：1.認為知識的結構化就是一章的小結圖,是靜止的。沒

14、有注重其形成過程。2.對知識的結構功能認識不足,只注重了形式,忽視了內涵。因此，在教學實驗中，他們改變教學常規(guī)，進行了結構化、定向化單元教學的嶄新嘗試。將整個教學過程分為以下幾個階段:(1) 設置章導入，使學生明確本章的學習動機。(2) 結構化地設計教學內容。通過下面4個階段的教學互動過程,幫助學生完成外部知識結構向內部認知結構的轉化附圖2 結構化教學過程(3) 組織學生,完成小結。讓學生將自己對本章內容的理解運用不同形式的概念圖或者文字說明表現(xiàn)出來。(4) 單元測查及考試分析。實驗結果表明，這種教學方法有利于學生內部認知結構的形成。 利用有意義學習理論進行教學有意義學習理論是由美國心理學家奧

15、蘇貝爾創(chuàng)立的。該理論認為:新知識的學習必須以已有的認知結構為基礎。認知結構就是一個人觀念的全部內容和組織,或是一個人在某一知識領域的全部觀念和組織。人類之所以能夠進行有意義的學習,就是因為他所學的新知識同原有認知結構中的某些有關的觀念相互發(fā)生了影響,產生同化作用,進而形成新的認知結構。當學生把教學內容與自己的認知結構聯(lián)系起來時,有意義學習便發(fā)生了。龔正元26調整了教材的教學順序，指出摩爾的定義牽涉到阿伏加德羅常數(shù)的概念,應先讓學生學習阿伏加德羅常數(shù)的概念, 以便為摩爾的引出打上一根“樁”。蘇履強27運用了“概念形成”策略，以原有的知識結構和觀念作階梯，學習理解新概念。并通過對“變式”的分析，深

16、化對概念的理解。張竹云28根據有意義學習理論，分析了學生的原有知識與新知識之間的三種基本關系:上位的、下位的和并列組合的關系。將摩爾質量、氣體摩爾體積組織為并列組合關系進行教學，即：阿伏伽德羅常數(shù)單位物質的量的物質所含粒子數(shù)(不妨稱它摩爾粒子數(shù))摩爾質量單位物質的量的物質所具有的質量氣體摩爾體積單位物質的量的氣體所具有的體積三個物理量都對應每摩爾物質所具有的數(shù)量。由此導出的公式學生將非常容易接受:N = n × NA (粒子數(shù)=摩爾粒子數(shù)×物質的量)m = n × M (質量=摩爾質量×物質的量)V = n × Vm (氣體體積=氣體摩爾體積&

17、#215;物質的量) 利用化學建模方法進行教學化學建模方法是認知主體在一定目的指引下，運用“宏觀微觀宏觀”的思維模型，對宏觀化學現(xiàn)象在微觀層面上進行的本質要素提煉來構建新形式的模型，并通過模型所能提供的特征來解釋宏觀現(xiàn)象的方法。陸余平29設計了用化學建模方法教學氣體摩爾體積的過程。通過科學探究的方式，創(chuàng)設問題情景，指導學生建立起一個氣體分子所占體積的小立方體模型，如下圖3所示： 附圖3 附圖4事實上所以分子本身的大小對氣體體積的影響可以忽略。這個模型很好地表示了一定溫度和壓強下，每一個特定的氣體分子所占的體積大小，而大量氣體分子可以看作是很多小立方體整齊地堆積而成，如圖4所示。利用這樣的模型，

18、學生很容易解釋：在溫度和壓強一定時，任何具有相同微粒數(shù)的氣體具有大致相同的體積。學生進而可以利用此模型解釋氣體摩爾體積。這種方法改變以往大量數(shù)據的抽象概括，以科學探究的方式進行教學。讓學生處于探究的主體地位，教師適時地進行點撥和引導，使得學生對氣體摩爾體積和阿伏加德羅定律的理解更加深刻。綜上所述，我國“物質的量”概念的教學方法有如下特點：1. 從過去的“教師中心”，單純的由教師講授向“學生中心”，由教師指導學生自主探究知識轉變。2. 上述教學方法大多是教師和教學研究人員根據自己的教學實踐經驗總結，而理論的總結較少。這與我國廣大學校教學長期對理論的漠視有關，也與教師比較缺乏教育學心理學的研究方法

19、、研究背景有關。3. 就筆者目前所掌握的文獻，利用現(xiàn)代信息技術進行教學的方法還沒有看到。而國外已經有研究者開發(fā)出了利用化學軟件進行“物質的量”的教學的方法30，這是值得我們進一步研究的。3. 我國臺灣地區(qū)“物質的量”教學方法概述臺灣是我國的一部分，特殊的政治背景使得臺灣在融合東西方文化、立足本地實際接受國際教學理念方面積累了一些成功的經驗。臺灣地區(qū)將“mole”翻譯為“莫耳”，學生學習“莫耳”概念是在國中二年級（即初二），對“莫耳”概念的教學也是十分重視。吳昌家31進行了利用計算機動畫輔助“粒子概念”教學的研究，利用成就測驗來評估學生接受計算機動畫輔助媒體教學的學習成效，并輔以問卷調查的方式來

20、了解教師及學生對此教學方式的感受。利用計算機動畫教學媒體來輔助“粒子”的教學確實較傳統(tǒng)式教學可以幫助學生建立粒子概念。張軒毓32探討了國中學生學習莫耳相關概念的困難，指出：生活的經驗影響科學概念的學習甚巨；運算能力影響學生在莫耳概念題目的解題；類比教學時需要特別注意比喻物的尺度；認知推理能力與科學概念的學習有高度的相關性。臺灣師范大學教授黃寶鈿33等利用紅糖顆粒大小略同，且紅糖顆粒本身細小之特性，作為粒子的比喻，設計生活化之情境，結合學生的生活經驗，透過學習環(huán)式的教學策略，使抽象概念的具體化，以幫助學生建立正確的莫耳概念。李孟霖，劉嘉茹34進行實驗探討了比例推理策略融入莫耳、莫耳濃度等概念的教

21、學的有效性。結果表明實驗組接受比例推理訓練后對于上述概念有較佳之了解，科學概念測驗卷之表現(xiàn)亦優(yōu)于控制組。顧炳宏，陳瓊森35分析了用“類比”的方法教授莫耳概念的不足，認為概念所涉及的粒子數(shù)目非常巨大，而它們在自然界中又是以極微小的狀態(tài)存在。他們認為如果不能使學生真正感受到莫耳數(shù)量的龐大，學生很可能依舊無法理解究竟用雙、打等比喻與莫耳有什么關聯(lián)，因為在一般的日常生活中并不會體驗到這樣的數(shù)字。因此他們提出了改進，設計出不同的任務，經由學生彼此合作學習與溝通討論，主動歸結出解決任務的具體方法，并利用簡易之運算得到相當于莫耳數(shù)量級(1023)的結果，使學生能真正體驗到1023 數(shù)量級的例子。從上面可以看

22、出，我國臺灣地區(qū)較多地注重學生在學習“莫耳”概念時頭腦中存在的前概念，并據此提出不同的教學方法。另外，也十分重視計算機技術在教學中的應用。4. 對今后“物質的量”教學的建議盡管國內對“物質的量”概念教學方法的研究已經取得了一定的成果，但許多工作仍待進一步拓展。通過與我國臺灣地區(qū)的比較，筆者對今后“物質的量”的教學提出幾點建議：1. “物質的量”概念很豐富,又是難點。因此,從多角度多層次進行剖析將有利于學生成功地把握概念的內涵與外延,在學習中自我建構“物質的量”的知識結構。2. 注重從心理學方面去探究學生概念學習的心理機制,運用教育心理學和認知心理學的研究成果進行“物質的量”概念的教學。3. 加

23、強教學研究，積極探索新的教學方法，積極開發(fā)將信息技術與課程整合的方法，培養(yǎng)學生對“摩爾”的直觀認識將有利于學生對概念的深刻理解。參考文獻1. 詹海鵬. 淺談抽象化學概念的教學方法J. 甘肅教育，2007（7）：562. 李道敏. 淺談中學化學概念的分類教學法J. 化學教學，2001（3）：14-153. 王祖浩. 類比思維與化學問題解決J. 化學教學，1996（6）：24-254. 劉晨明. 物質的量闡釋過程的類比方法J. 中學化學教學參考，2006（10）：10-125. 楊云昌. 中學化學概念教學之所見J. 中學化學教學參考，1997（11）：7-106. 譚重寧. 談化學概念教學中的主要

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