化学概念学习的认知—建构分析与学习活动管理研究——以“物质的量（第1课时）”教学为例*

◎福建省普通教育教学研究室　黄丹青　陈启新

化学概念学习的认知—建构分析与学习活动管理研究
——以“物质的量（第1课时）”教学为例*

◎福建省普通教育教学研究室黄丹青陈启新

基于对“物质的量”课例的再研究，以认知、建构理论为指导，回归概念教学的本真，提出化学概念的建构思路，并通过对学生学习活动的设计和管理，让学生体验概念的形成过程，在更深层次感受事物的内在本质与联系，发展科学思维。

化学概念；认知—建构分析；学习活动管理；物质的量

相对于元素化合物知识，概念具有较高的概括性和间接性，比较抽象和枯燥。要克服化学概念成为学生学习化学的障碍，教师有必要对新概念进行认知—建构分析与学生的学习活动管理研究。所谓“认知—建构分析”，即先应用认知主义学习理论对化学概念进行认知分析，对具体概念的学习属性、规律、条件和作用等给出基本判断，为化学概念教学的设计提供理论依据。再应用建构主义学习理论对学生的概念学习过程进行梳理，对学习活动中主体的多元性、过程的动态性、状态的生成性和认识的发展性等更为复杂的问题进行剖析。在认知—建构分析的基础之上，教师还要对学生的化学概念学习活动管理做深入研究，为化学概念学习的规划设计、学习过程管理、问题指导、分化管控等提供决策参考与方法指南。现以“物质的量（第1课时）”为例，探讨高中化学概念学习的策略和路径。

一、“物质的量”概念学习的认知—建构分析

1.“物质的量”概念的学习障碍

第一，前理解（也称前概念、自然概念或日常概念）的干扰造成定势思维。学生在初中的学习经历中，习惯了其它SI制物理量的简单词语描述方式，物质的量的词组组合有悖于汉语文字的习惯，不但名词抽象、难理解，读起来也生硬，学生存在心理障碍。再从认知发展来看，学生对已学的“根据化学方程式的计算”印象深刻，暂时不能体会物质的量概念系统给解决问题带来的方便，心理上不愿接受以物质的量为核心的新计算体系。

第二，概念关系多且杂，知识体系琐碎零散。在1节课内同时出现阿伏加德罗常数、物质的量、摩尔和摩尔质量等多个概念，对初涉高中化学学习的学生来说，易造成知识消化上的困难。高一新生对于微观粒子想象力普遍不足，思维方式和学习方法尚不成熟，对抽象概念的认知障碍势必对后续学习产生恐惧心理和畏难情绪，从而在解决实际问题的过程中忽略感受概念的形成过程与作用，无法很好地构建概念之间的联系。

此外，有些教师对化学概念教学的教育功能认识不足，没有深入到概念的本质特性中去，教学设计没有思想，缺乏理念；教学手法千人一面，缺乏个性；课堂结构简单粗糙，缺乏整体性。如此，导致学生对概念的理解浮于表面，只能用机械记忆的方法背概念，从而在后续使用物质的量等概念解决问题时，不能从恰当的认识角度，以与问题相匹配的认识方式类别及清晰的认识思路进行思考和解答。

2.“物质的量”概念学习的认知—建构分析

爱因斯坦的科学概念观认为，任何一个科学概念的形成，应该由“原始概念”到“数目较大的概念和关系”，再到“概念本质的整体”螺旋上升。物质的量是高中化学核心性概念，在现行的不同版本高中化学教材中，编者都将物质的量安排在开篇第1章。基于高中化学课程标准的概念教学，应从认知主义及建构主义理论的视角，回归概念教学的本真，以分析者、建构者和指导者的身份，组织、管理学生的概念学习活动，让学生体验概念的形成过程，在更深层次感受事物的内在本质与联系，并构建科学的认识方式。

首先，进行学习者认知分析。已经掌握了的相对原子质量、密度等概念，对新概念的建构可以起到一定的帮助；根据认知主义学习理论及高一学生的生理、心理特征，学生的思维方式逐步由感性向理性转化，可以使用相对直观的数据帮助理解微观粒子，使抽象的概念具体化；没有化学实验帮助理解概念，可以带领学生用新旧知识类比的手法感受新概念生成的美妙；物质的量、摩尔等新名词晦涩，可以在理解和运用的时候，用学生熟悉的其它名词来对比学习；多个概念同时出现，可以引导学生找到它们的内在关系，建立不可见、不可称量的微观粒子与宏观可称量的物质之间的关系。

然后，进行概念建构分析，帮助学生有效建构化学学科思维方式，发展学生的定量认识。包括学习准备、活动设计和实施。学习准备：分析相关概念对于促进学生认识发展的功能和价值，厘清化学概念教学的出发点和落脚点。活动设计和实施：通过访谈法、调查法，有意识地引导学生论及自己的思想和已有观点，揭示前理解；引发学生认知冲突，激发求知欲，促进认知结构的同化和顺应；通过合作学习，将新概念和已有概念比较、讨论、澄清，揭示和解决冲突概念，准确处理已有个人概念和认识方式的转变与发展之间的关系，进行概念重建和应用。

由此，我们将本课时的学习目标定位为：正确理解阿伏加德罗常数、摩尔、物质的量、摩尔质量等概念的含义，理解概念之间的关系，能进行相关计算；发展学生的微粒观、定量观，体验化繁为简的科学思想与概念建构的逻辑之美；体会在解决实际问题的过程中构建概念的基本学科思维与方法，理解新概念的功能和价值；体会定量研究方法的重要性，并在解决实际问题的过程中促进定量认识的发展。

二、对“物质的量”概念学习活动的指导和管理

在概念学习活动过程中，按“建立微观粒子数与宏观可称量的物质之间的关系，获得感性知识→抽取本质属性，建立概念模型→在更深层次上理解事物的内在本质与联系，构建科学的定量认识方式”3个层次安排教学环节。

1.创设情境，认识微观粒子数与宏观物质之间的关系

获取感性认识是帮助学生理解和掌握新概念的前提。首先，让学生知道物质的量是SI制7个基本物质量之一，将物质的量初步纳入学生的认知结构中。其次，了解阿伏伽德罗等有关化学史实，帮助学生理解概念的由来。再次，采取定义学习的方式来了解阿伏加德罗常数：①利用系列情景引发认知冲突。由学生熟悉的“水”开始，请学生描述对水的理解，如水的组成等，回顾初中已学的分子、原子、相对分子质量、相对原子质量等概念。②提供多种数值研究路径，获取对阿伏加德罗常数的感性认识。如介绍科学家利用扫描隧道显微镜（测算微粒数的一种仪器）测算“18g水中有多少个水分子？”；从电解水的化学方程式进行推算“2g氢气中有多少个氢分子？”；再从质量的数值规律进行推算“12g碳（12C）中有多少个碳原子？”等等，殊途同归，其数值约为6.02×1023，从而引出阿伏加德罗常数的概念。在学生获取新认识的同时，思考阿伏加德罗常数与6.02×1023的区别。

2.抽象本质属性，把握概念的内涵与外延，建立概念模型

当学生有了感性认识之后，教师设计新情景让学生尝试解决更深层次的问题，如何获取物质的量这一核心概念呢？在解决实际问题中采用逻辑推导、建立集合，化繁为简、类比演绎的方法，促进学生在不同的变式中获得概念的理解和建构。教师继而抛出问题：“阿伏加德罗常数究竟有多大？”“阿伏加德罗常数使用起来方便么？”教师举例：6.02×1023个水分子1个挨1个地排在地球的赤道上，可以绕地球300万周；60亿人每人每天吃1斤大米，6.02×1023粒米要吃14万年。由认知冲突中寻找解决问题的方法，让学生感知引入物质的量概念的重要性。教师帮助学生将物质的量与质量、体积类比，如对于“常温下的18g水”我们可以说“18mL水”“1mol水”“这份水的质量是18g”“这份水的体积是18mL”或“这份水的物质的量是1mol”。接着，教师引导学生以数据体验为基础，建立微粒数目与物质的量的关系：“18g水，2g氢气，12g碳中所含有的水分子、氢分子、碳原子数分别都约为6.02×1023，即其物质的量均为1mol。”那么，若用“物质的量”如何分别描述“4g氢气的粒子？”“10g氢气？”“6.02×1024个氢气分子？”“3.01×1023个氢气分子？”等等。由此，让学生体验微粒数与物质的量间的关系，建立微观粒子与宏观物质的联系，初步把握概念的内涵与外延，建立物质的量的概念模型。

3.深入理解概念的内在本质与联系，构建定量认识方式

在上一学习环节的讨论过程中，学生已经懂得用阿伏加德罗常数找到微粒数目与其物质的量之间的关系，即找出NA、N、n三个物理量之间的关系，“18g水中有阿伏加德罗常数个水分子”→“18g水即1mol水”→“水的摩尔质量为18g·mol-1”即“18gH2O∽NA个H2O∽1molH2O”，故而很顺利地推出“1molH2O的质量是18g”。通过条分缕析，学生顺利建立起新的思维体系即相关科学概念系统：（1）物质的量这一物理量与微观粒子的数量相联系，又与宏观物质的质量相联系，它是联系宏观与微观的桥梁，也是开启化学定量研究之门的金钥匙。（2）阿伏伽德罗常数、物质的量、摩尔、摩尔质量等概念之间相互关联，关系多样，包括同一和差异、系统和要素、整体和部分等等。（3）多元化认识概念，包括“宏观-微观”“定性-定量”“静态-动态”“孤立-系统”等。如此，学生学会定量化表述对概念的理解，从定性走向定量、从感性走向理性。

三、基于化学概念建构实践的感悟

化学概念的学习是“建构内在的心理表征的过程，学习者并不是把知识从外界搬到记忆中，而是以已有的经验为基础，通过与外界的相互作用来建构新的理解”（古宁汉姆）。教师对化学概念的教学不能只停留在表面的解说上，应该回归教学本真，“以其所知，喻其不知，使其知之”。教师不仅仅是科学概念的传播者，更应该是学生概念学习过程中的分析者和管理者。

在物质的量的认知-建构过程中，从学生的知识框架建构过程上看，设置教学情景，对概念的学习属性、规律、条件、作用等进行判断，帮助学生分析、整合前概念，突破已有知识水平，跨越最近发展区，摈弃僵化记忆概念到灵活应用概念；从化学基本观念整合提升上看，依据《化学1》模块的功能定位，发展学生的“微粒观”“定量观”，并在概念的建构中，实现学生学科价值观的整体提升；从学生思维发展水平上看，重视学生体验和感悟概念转变的全过程，让学生体验化繁为简的科学思想与定量研究的思维方法，通过分析和比较、推理和演绎、类比和归纳等，使学生理解和内化概念，实现“单一→关联→系统”；从情感态度上看，实现学习者由自主学习到合作求知的进步，并形成基于“物质的量”的定量认识以及对本部分知识学习的功能和价值的思考。

当然，化学概念及其系统的构建和建立也必然包含“对逻辑统一性的进一步的追求”的学科思维方式的习得过程，一旦离开学生的观察、思考、理解，即主观建构和心灵感悟，教师向学生传授的化学概念将变为枯燥乏味的文字符号，不具有任何实在的价值和意义。

（责任编辑：张贤金）

*本文系全国教育科学规划课题“中学学科学习的认知-建构分析与学习活动管理研究”（项目编号：DHA140341）阶段性研究成果。