加强程序性知识教学提高学生解决问题能力

2011-04-20蔡文锁

化学教与学 2011年3期

关键词：性知识程序性陈述

蔡文锁

（南京市第一中学江苏南京210001）

加强程序性知识教学提高学生解决问题能力

蔡文锁

（南京市第一中学江苏南京210001）

化学新课程标准对学生解决问题的能力提出了较高要求。程序性知识是由概念和规则构成，解决野怎么做冶。针对程序性知识的学习过程，加强教学，有助于提高学生分析解决问题的能力。

程序性知识；解决化学问题

一、问题的提出

化学新课程标准提出“发展学生以解决问题为核心的科学探究能力”。作为教学“指挥棒”的高考,近年出现了一些新型实验题、无机化工流程题。这些题型非常重视与生产生活的联系,成为新课改后高考的亮点和主要题型,其所占分值大、难度较高。在实际教学中,教师觉得“讲得不少、效果不佳”,学生觉得“一听就会、一考就错”。为什么会出现这种现象呢？笔者认为,教师的教和学生的学没有能够适应新课程的要求。化学新课程不仅要求学生掌握基本的化学知识和技能,更重要的是学会运用化学知识、化学观念、化学思想去分析解决各类问题。高考不仅考“知识”,更考“智慧”。

二、问题的分析

美国心理学家安德森将知识分为两类：一类是陈述性知识,指有关事实性或资料性知识,解决“是什么”;另一类是程序性知识,指按照一定程序理解操作从而获得结果的知识,本质上是由概念和规则构成的,解决“怎么做”［1]。新高考考“是什么”的少了,而考“怎么做”多了。不知道“怎么做”,反映出“程序性知识”在教与学过程中的缺失。实际教学中可发现,一些学生陈述性知识丰富,而知识的程序化不够。

2010年江苏高考第15题就是考察学生“怎么做”的能力。题目如下：

高纯MnCO3是制备高性能磁性材料的主要原料。实验室以MnO2为原料制备少量高纯MnCO3的操作步骤如下：

(1)制备MnSO4溶液：在烧瓶中(装置见右图)加入一定量MnO2和水,搅拌,通入SO2和n2混合气体,反应3h。停止通入SO2,继续反应片刻,过滤(已知MnO2+H2SO3= MnSO4+H2O)①石灰乳参与反应的化学方程式为__________________。

②反应过程中,为使SO2尽可能转化完全,在通入SO2和n2比例一定、不改变固液投料的条件下,可采取的合理措施有________、_________。

③若实验中将n2换成空气,测得反应液中Mn2+、SO42-的浓度随反应时间t的浓度变化如右图。导致溶液中Mn2+、SO42-浓度变化产生明显差异的原因是_________。

(2)制备高纯MnCO3固体：已知MnCO3难溶于水、乙醇,潮湿时易被空气氧化,开始分解;Mn(OH)2开始沉淀时pH=7.7。请补充由(1)时制得的MnSO4制备高纯MnCO3的操作步骤【实验中可选用的试剂：Ca(OH)2、naHCO3、na2CO3、C2H5OH】①_____;②_____;③_____;④_____;⑤低于100℃。

这道题涉及阅读理解、读图、理论分析、沉淀制备等内容。除第一问外,其他得分率都很低。比如“为使SO2尽可能转化完全…,可采取的合理措施有___、____”,这是典型的程序性知识考察,学生必须知道“化学反应速率”的有关原理,更需知道如何运用原理来分析解决问题。学生都能完整地表述“催化剂”的含义,但从题目所给图表分析出“Mn2+是催化剂”却不容易。因为“知道”是陈述性的,而“怎么做”是程序性的。完整地答出制备MnCO3的操作步骤很难,因为它不仅需要有关沉淀制备的基本知识,更需要整合化学信息、解决化学问题的智慧。

化学新课标和新考纲都对学生解决问题能力提出了更高的要求,而化学学科目前在中学中处于弱势地位。化学教师在高考升学的压力面前既不能抢“语数外”的课时,又得提升学生的解题能力。笔者以为,加强程序性知识教学是一个有效途径。

三、问题的解决

1.程序性知识的学习过程［2]

程序性知识的学习分为三个阶段：第一阶段与陈述性知识的学习相同。学生能知道某些规则或陈述该规则。程序性知识学习的前身是陈述性知识。第二阶段,通过应用规则的变式练习,使规则由陈述性形式向程序性形式转化,这是程序性知识学习的最关键一步。走好这一步,规则开始支配学生的行为,规则开始向办事的技能转化。第三阶段,规则完全支配人的行为,技能达到相对自动化的程度,这是程序性知识发展的最高阶段。

2.加强程序性知识教学的措施

加强程序性知识教学,就是针对程序性知识学习过程的特点下功夫。

第一阶段：①理清化学概念、原理、用语、实验等陈述性知识,这是解决问题的基础;②明确解决问题的程序。解决同一类问题往往有固定的程序,这个程序告诉你“怎么做、怎么想”,它告诉你如何从已知状态向目标状态转化。在化学中我们有很多程序性知识,如：如何配平化学方程式,制备物质有哪些必需步骤,无机化工生产中常运用哪些化学原理等。

比如,氧化还原反应的规律是陈述性知识,而如何运用这一规律则是程序性知识。高考无机化工流程题中常出现陌生氧化还原反应方程式的书写,往往会出现反应物、生产物、反应介质某一样缺失,需要学生进行判断补充。在教学中我们可以和学生一起总结出这样一套规则：①先从流程中所给物质化合价的变化,寻找出氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。如果题目未告知,我们可以根据平时积累的规律进行判断。如naClO、Cl2、Fe3+还原产物分别是Cl-和Fe2+;SO32-和I-的氧化产物分别是SO42-和I2;H2O2参与反应,若已有强氧化剂,则它转化为O2。②在确定“氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物”后,根据得失电子守恒将这四类物质配平。③判断溶液的酸碱性,在离子方程式左右边用H+或OH-配电荷守恒。④根据元素守恒写出完整的反应式,H2O是最终配平时常用的“棋子”。

再如,解决无机化工流程题,我们可以建立这样一个分析“模板”。①“将什么原料转化什么产品”。只要认真读题干和流程就能找到。②“每一步中反应物、生成物是什么,该步反应对最终产物的制取起什么作用”。顺手将题中点明的反应物、生成物以方程式的形式写在纸上。如果想不通、看不明白,不必着急,继续看下一步。③“注意从问题中挖掘信息”。经过前两步骤,流程大致清楚。流程中看不明白的,可能在问题中能得到提示,也可能不会考你。④“利用化学原理、化工生产原理分析解决问题”。学生需知道从化学反应速率、化学平衡原理、水解理论、能量变化、物质的制备和分离原理方面去分析问题,也需知道要考虑原料选择、条件控制、环境保护、循环利用、经济效益等化工生产的实际问题。⑤“根据头脑中储存的‘如果/则’规则解答具体问题”。

第二阶段：通过练习促使陈述性知识向程序性知识转化。怎样有效提高练习的效果呢？

首先,精讲要与多练相结合。“精讲”就是教师讲关键、讲方法,让学生的头脑中储存着一系列以“如果/那么”(If/Then)形式编码的规则,即产生式。比如上述考题第二问,“为使SO2尽可能转化完全…,可采取的合理措施有__、___”。学生看到这种问题,头脑中就应调出这样的规则：“如果要转化完全,则可让反应物接触充分、可使反应速率加快、或平衡向正向移动”,“如果要让反应物接触充分,则可以加快搅拌、减慢气体通入”,“如果要使反应快,则可升高温度”,“如果升高温度,则气体溶解性小了,反应物接触少了,有些气体没反应就逸出了,但反应快了,效果矛盾”。通过简单的产生式组合成复杂的产生式,完成解题的任务。再如,“如果遇到物质检验,则应该从操作、现象、结论三方面去回答”。“如果要从滤液中得到晶体,则要考虑晶体的性质;如果晶体带结晶水,则考虑蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等;如果对产品纯度要求高,则要考虑洗涤是否干净;如果要考虑洗涤是否干净,则可以考虑检验最后一次洗涤滤液中某种离子是否存在”。类似的例子很多。课堂上精讲多练“如果/那么”形式的规则,就能帮助学生将头脑中的陈述性知识向程序性转化。

其次,教师要多留时间给学生思考,多听学生的思考,多让学生分析。“产生式”不仅靠教师总结,更需要学生概括、领悟。笔者发现,学生回答无机化工流程题中“某操作的原因、某装置的作用、某试剂的用途”时,往往知道一点,但答不完整,于是进行了一次专门训练。将学生的答案和标准答案一起放在投影上,让学生比较两者的差异,自己反思总结。学生总结出的经验是：“如果遇到这种问题,则该从‘直接效果’和‘最终目的’两方面表述。”