高中化学物质性质实验中的策略性知识初探

2015-03-01吴文蕾

现代基础教育研究 2015年2期

吴文蕾

（上海市第二中学，上海200031）

“化学是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的科学”。［1］作为学习化学、研究化学的重要途径，化学实验与化学密不可分。著名化学家戴安邦先生曾说过：“化学实验教学是实施全面化学教育的一种最有效的形式。”高中化学基础型课程教材中涉及相当数量的化学实验，化学实验是学习化学基本概念和掌握化学基本理论的根本手段，亦是化学知识的重要组成。学生学习基础型课程化学尤其是物质性质实验的成效，对学生掌握高中化学基础知识、拓展知识乃至其他学科知识均有着重要的作用。要提高受教育者的创新精神和实践能力，在化学基础型课程的物质性质实验教学中，不仅应让学生有效获得有关“是什么”的陈述性知识和“做什么”的程序性知识，还应重视引导学生获得和应用“何时做、怎样做”的策略性知识，使学生学会自主优化实验学习，掌握解决实验问题的方法和途径。

一、研究背景

2004年上海市教育委员会颁发了《上海市中学化学课程标准（试行稿）》，进行了课程及教材方面的新尝试。在我国新一轮化学课程改革向纵深方向发展的今天，研究高中化学基础型课程的物质性质实验及其中的策略性知识仍具有重要的时代意义。

从社会实际来看，日新月异、高速发展的现代科学技术可以在短时间内影响到每一个社会个体，然而伴随着信息快捷而来的、令人印象深刻的却是化工生产、化工运输过程中各种各样的事故、污染报道。要改善学生对化学学科的认知、消除人们对化学的误解，与社会生产生活密切相关而又相对形象直观的化学实验无疑是很好的切入口，而综合了元素知识及化学原理的、最具有“综合”意义的化学物质性质实验知识可以发挥出更大作用。笔者以上海市2007版高级中学化学课本的基础型课程物质性质实验策略性知识为研究对象，试图更好地把握高中化学基础型课程物质性质实验中的策略性知识脉络，进行策略性知识研究。

二、研究意义

《上海市中学化学课程标准（试行稿）》中指出，高一、高二年级学生要“能正确认识化学与生活、化学与生产、化学与自然及化学与社会发展的关系，具有保护环境和合理使用自然资料的意识，具有社会责任感和奉献精神，树立可持续发展的思想，形成人和自然和谐发展的观念，初步树立正确的科学价值观。”［2］（P67）

实验中的策略性知识能为学生将来适应社会、应对环境变化打下能力基础。如果学生通过一定的信息加工及程序巩固使策略性知识达到系统化、自动化的程度，策略性知识就可以呈现在记忆空间中，并可对显性的思维活动进行明显的调节、监视和引导，学生解决问题的能力可以随之提高。可以说，一个人独立自主地思考问题能力的强弱，解决各种问题能力的优劣体现，与一个人所形成的策略性知识体系的良好程度紧密相连。因而，策略性知识的教学对课堂教学由“知识立意”转变成“智能立意”，对学生转变学习自主程度有着重要意义。

三、策略性知识概念

洛林·W.安德森等认为，策略性知识是关于学习、思维和解决问题的一般性策略的知识。他们将知识分为4大类别：事实性知识、概念性知识、程序性知识，元认知知识，并根据策略性知识适用多种学科的认知和基于自我知识的特点，将其归入了元认知知识主类别。［3］（P34～43）策略性知识兼具程序性知识和元认知知识特点，是兼顾内外的认知策略，是关于如何学习、如何组织学习、如何解决学习及自身学习问题的知识，是关于如何使用事实性知识、概念性知识和程序性知识去学习、记忆、解决问题及进行计划、监控和调节认知的一般方法和技巧的知识。［3］（P34～43）以实验室制乙烯的实验为例，浓硫酸、乙醇等实验药品和圆底烧瓶、导管等实验仪器是事实性知识，通过消除反应制备乙烯的实验原理是概念性知识，顺序性的实验步骤是程序性知识，而如何确定实验目的及设计实验方案，如何优化实验方案、选择仪器及组建装置，更有效地进行实验是策略性知识。策略性知识以陈述性知识、程序性知识为基础，其思维综合性高于其他知识。

策略性知识在各学科教学中广泛存在，结合化学实验在化学基础型课程中的重要性，笔者试图通过对物质性质实验中的策略性知识进行初步研究，使更多的学习者及教育者关注策略性知识、学习策略性知识、应用策略性知识，提高课堂教学的有效性，使学生的认知、思辨能力得到锻炼，使社会的未来建设者能更好地适应终身学习的要求，适应社会生活和社会发展的需要。

四、物质性质实验中的策略性知识初探

在化学实验中存在多种策略性知识，有的策略性知识广泛存在于各类实验中，如产生式是化学实验中的策略性知识。产生式是指“如果—那么”形式表示的规则，即“条件—活动”（condition—action）策略。例如在物质性质实验中，要证明醋酸是弱电解质，如果提供同浓度的盐酸、醋酸溶液，则可以用pH计测溶液的pH值，证明醋酸部分电离；如果有醋酸钠固体，就可以将醋酸钠固体溶于水，测溶液的pH值，溶液呈碱性，证明醋酸是弱电解质。在物质分离实验中，如果用CCl4萃取出水溶液中的I2，就能用分液漏斗进行分离。在物质制备实验中，如果制备得到的气体中混有杂质气体，那么可以选择相应的洗气除杂方式。在物质检验实验中，如果溶液中可能有SO42－，则可选用稀盐酸和氯化钡检验SO42－。在定量实验中，如果酸溶液浓度待定，就可以用中和滴定法测定未知溶液浓度。

物质性质实验中涉及的策略性知识，可能是一个、两个，也可能是多种策略性知识。笔者在参考百度百科中相关思维及算法概念论述的基础上，结合高中化学基础型课程实验的实际进行分类研究，以下是物质性质实验中常见但不唯一的策略性知识的分类分析。

物质的性质包括外观形态等方面的物理性质以及反应性质等方面的化学性质等，是物质在物理及化学变化中客观呈现的属性。它是对物质进行定性的依据，也是区分物质的重要依据。根据物质的性质可以探知化学物质的特性，可以推测、鉴别、鉴定未知物质，也可以加深理解和便于掌握相关化学理论知识，因而学习和研究物质的性质及其变化规律是化学实验的主要内容之一。

1.概念组织是物质性质实验中的策略性知识

在物质性质实验的学习中，面对种类繁多的实验、情形各异的现象、形式多样的反应，学生往往需要很多时间进行认知、着手实验，而应用概念图示策略可将概念通过知识网络图组织起来。在以往的教学中，教师往往通过枚举法逐一列出相应的实验来进行学习，如氯气性质实验中氯气与铁反应、氯气与铜反应、氯气与水反应等，而学生学习时也往往通过记录的笔记沿用这样的方法。如果采用概念图示进行组织，可把氯气性质置于知识树的顶端，实验原理放在主干，具体现象放在末梢，注意事项可以放在旁支。如此这般与大脑思考路径相类似的组织形式使相关实验内容简单明了，便于比较同类知识，亦便于需要时提取相关信息。在研究化学原理的化学反应速率及化学平衡的实验中，用类似的知识框架分析影响化学反应速率及化学平衡的因素也能起到相应的效果。

2.有目标的领会是物质性质实验中的策略性知识

有关物质性质的实验大多是验证性实验，学生在对物质性质有一定的认识基础上进行实验，或是为了验证相关的认知正确与否而进行实验。在教学中，教师往往采用叙述形式陈述或讲解实验知识，学生的学习更多的是随波逐流地接受，比较被动。而在明确实验目标的情况下，学生的学习兴趣更易被激发，注意力更为集中。且学生有目标地领悟、体会物质性质实验时，实验学习更有指向性，已知知识与新知识的碰撞更趋明显，相应知识在大脑中产生的痕迹亦更深。在今后的学习或复习中，根据目标词汇提取隶属于该目标的信息相较于从泛化的知识中搜寻也更为容易。例如，学习SO2的化学性质时，学生通过“SO2能使品红溶液褪色”的实验获得具有SO2具有漂白性的知识。利用目标领会策略，则在做“SO2和溴水反应”实验前便可明确实验的目标，即验证SO2能否使溴水褪色，并可通过进一步的实验判断SO2使溴水褪色是否是漂白性的体现。经历这样一些实验，对SO2相关的化学性质会有更深的领悟和体会。

3.思维发散是物质性质探究实验中的策略性知识

实行新课程以来，基础性课程教材物质性质实验中增加了探究性实验。在实验探究过程中，学生以实验目的为中心，利用已有知识及所给信息思维发散，从不同的假设出发，由不同的方向和角度，寻求相应的实验方案并加以实施。以探究实验“比较氯、溴、碘的化学活泼性”为例，实验以氯、溴、碘的化学活泼性为研究目标，学生从初中所学的置换反应出发，确定实验原理为通过一种元素的单质能否把另一种元素从它的化合物中置换出来推断物质的活泼性。这样，根据实验提供的试剂，新制氯水、氯化钠溶液、溴水、溴化钠溶液、碘水、碘化钾溶液和四氯化碳，学生可以设计出多个实验方法，确定氯、溴、碘的化学活泼性，例如：假设氯活泼性大于溴，在溴化钠溶液中加新制氯水，再加四氯化碳，根据实验现象确定氯可以置换出溴，氯比溴活泼；假设氯活泼性大于碘，在碘化钾溶液中加新制氯水，再加四氯化碳，确定氯可以置换出碘，氯比碘活泼；假设溴活泼性大于碘，在碘化钾溶液中加溴水，再加四氯化碳，确定溴能置换碘，溴比碘活泼；假设溴活泼性大于氯，在氯化钠溶液中加溴水，然后加四氯化碳，确定溴不能置换氯，氯比溴活泼；假设碘活泼性大于氯，在氯化钠溶液中加碘水，再加四氯化碳，确定碘不能置换氯，氯比碘活泼等等，通过多维探究得出氯的活泼性大于溴，溴的活泼性大于碘。学生从一个目标出发，从不同角度出发，提出了多种设想，探求多种解决方案。

五、研究启示

1.策略性知识需要显性化、多元化

在物质性质实验中包含多种策略性知识，不同类型实验中的策略性知识不尽相同，有共同具有的策略性知识，也有特有的策略性知识。进行实验教学时，多种策略性知识的传授与运用，可以增加教学主体之间多元互动，突显教师的主导作用，充分发挥学生的主体作用。其中的策略性知识在教学过程中并不总是单独出现，往往互为补充，穿插于实验内容中。教学中应用得当的时候相互间能得到更大限度且有效的发挥，更好地实现教学目标，有效地完成教学任务，有利于学生的智能以自己的方式得到发展。研究发现，化学实验策略性知识需要引起更多的重视，在高中基础型课程实验教学中，隐含的策略性知识教学可以更显性化。在实验教学中并不是没有策略性知识的教学，而是没有被足够地重视，教学方式也比较单一。策略性知识的教和学多元化有机结合，灵活多样的教学有利于学生体会策略性知识的价值，提高运用策略性知识的能力，对学生的认知水平产生相应影响。学生可以在不断的应用和调整中明了策略性知识，提高对应的知识水平，为自身的知识发展和终身学习能力发展打下基础。

2.教学者面对的专业化要求更高

不同的教师对相同的实验教学内容会有不同的处理及教学。这样的不同在教授陈述性知识和程序性知识时差异不大，因为相应的这两类知识一般是确定性的，但在策略性知识的教学上会产生较大差异，每节课中包含的策略性知识或策略性知识的组合各有不同。有策略性知识教授意识的教学者会设计、组织更多的教学情境指导学生学习。通过不同类型实验情境的提出，激发学生实验学习的兴趣，增强学生的自主学习意识，促进学生对策略性知识的了解及掌握。因而，在进行策略性知识教学时，教师不仅要从知识的掌握和能力提高的角度实现教学目标和要求，还要注意策略性知识的教学要求。这就使得教师需要提炼并掌握实验策略性知识，设计合适的教学情境和教学方式进行教学，还需要去发现学生的强项策略性知识，在教学实践中能够利用学生的强项策略性知识去弥补和发展学生的弱项策略性知识，以更好地促进学生策略性知识水平的发展。策略性知识的教学要面对不同策略性知识水平的学生，要更灵活地应对各种可能出现的教学状况。这就意味着教师必须保持有意识地提升自己的专业知识水平，实现更高层次的专业化发展。