“首因效应”认知困境的教学对策——以守恒关系的教学为例

张 军 文 丽

（1重庆南开中学 重庆 400030；2重庆市酉阳县第一中学 重庆 409800）

“首因效应”认知困境的教学对策
——以守恒关系的教学为例

张 军1文 丽2

（1重庆南开中学 重庆 400030；2重庆市酉阳县第一中学 重庆 409800）

由于受到首因效应的影响，不少学生在分析化学反应时，将元素守恒作为首要甚至唯一的关系，忽略电子守恒和电荷守恒等重要的反应关系，导致在分析氧化还原反应及离子反应时出现认知障碍。文章在分析该现象的基础之上，探析消除首因效应，促进新知建构的对策。

首因效应；元素守恒；认识冲突

一、化学反应中守恒关系的认知困境分析

1．化学反应中守恒关系的阶段性要求

化学作为一门在原子、分子水平上研究物质变化及其应用的基础自然科学，从宏观层面上研究物质的性质和变化，从微观层面上揭示物质的构成和反应机制，而化学方程式作为一种重要的化学用语，以符号的形式科学、简明地表达了物质间的变化规律，成为联结宏观与微观的桥梁［1］。化学方程式是化学特有的语言，表现了物质在化学变化中存在的“质”和“量”的关系［2］。这里的量，具体体现在方程式的守恒关系。在从初中三年级开始一直到整个高中的化学教学中，化学方程式的守恒关系包括元素守恒、电荷守恒和电子守恒三个方面。而随着学习的过程，分为四个阶段掌握，如表1：

表1 化学反应方程式中的守恒关系认知阶段分析

2．学生对化学反应中守恒关系的认知障碍分析

在教学过程中，笔者发现不少学生认识完成化学方程式时，会出现一些典型的问题。比如H2O2与酸性KMnO4溶液的反应，不少学生认为方程式：3H2O2+ 2KMnO4+3H2SO4=4O2↑ +K2SO4+2MnSO4+ 6H2O或者K2SO4+2MnSO4+4H2O等都正确，因为这些方程式都满足元素守恒。同样，在完成离子反应方程式：“SO2通入稀硝酸溶液生成NO”的问题时，相当一部分学生根据元素守恒的关系，构造出基本的转化关系：SO2+这个转化中，SO2转化为SO42-，硝酸中的NO3-变成NO，H+形成水，符合元素守恒的观点，但是继续分析并配平方程式，却发现氢元素和氧元素不能配平。同学们非常无助：严格按照元素守恒的原理，怎么就不能完成化学方程式呢？分析原因，该反应不能确定溶剂水的反应情况，无法从元素守恒进行分析，正确的方式应该是先考虑电子守恒，再考虑元素守恒。

二、“首因效应”对守恒关系认知困境的影响

学生为何对元素守恒情有独钟，而对后续学习中的电子守恒及电荷守恒视而不见呢？造成这种现象的重要原因是“首因效应”。

首因效应是教育心理学最为古老的发现之一，当我们学完一系列词汇后马上加以测验，我们记住开始的几个词一般要比记中间的词效果要好得多。人们倾向于记住最开始的事情，其原因可能是，由于我们对首先（开始）呈现的项目倾注了更多的注意和心理努力［3］（在脑海里刻下了一个较深的痕迹）。德国心理学家哈尔门·艾宾浩斯在《论记忆》一书中谈到：“保持和复现，在很大程度上依赖于有关的心理活动第一次出现时注意和兴趣的强度。在第一次生动鲜明的经验之后，被烫伤过的孩子就知道避火，挨了鞭打的狗见了鞭子就会逃。”在我国，“先入为主”的说法流传已久，如对一个人的最初印象，往往很难改变；以及对于一些开始学习时就写错或念错的字，以后也会较为容易写错或念错。这些都是“首因效应”的具体体现。

学生在学习化学反应的过程中，对守恒关系的认知停留在第一阶段，形成了比较明显的认知困境，这正是由于首因效应的影响。对于神奇的化学反应，学生在初三化学学习中第一次运用反应原理进行判断和预测，这对于认识抽象化学反应，无疑是一个非常伟大的开始，在学生心目中形成了深刻的第一印象，并且通过大量强化，学生对元素守恒的关系形成了深刻的认识，这便顺理成章地成为学生判断反应方程式是否正确的金标准，在化学问题解决中屡屡成功，以致他们认为这就是化学反应关系的本质。

三、正确对待首因效应，促进新知识的建构

按照建构主义的观点，学习是一个连续的过程，任何学习都是在学习者已经具有的知识经验和认知结构，已经获得的动作技能，已经习得的态度等基础上进行的［4］。对守恒关系的认识也是一样，元素守恒是理解电子守恒和电荷守恒的基础，因此学生的“首因效应”是教学的优势。同时，也应该考虑到首因效应对认知发展的阻碍作用，在反应关系的分析中，也要充分重视首因效应带来的认知困境，分析学生心理认知特点，采取适当的对策，促进学生认知水平逐步提高。

1．分析新旧知识，促进正向迁移

将元素守恒作为分析反应的唯一标准，忽视电子守恒和电荷守恒，很大的原因在于学生对守恒关系的认识仍停留在元素守恒阶段，未实现认识的更新。因此，教学过程中，应该抓住机会，进行新知识的引入。遇到新问题，应该精心设计，分析新旧知识的联系与区别，促进新知识的建立。

比如在高中化学学习了氧化还原反应之后，书写反应方程式时，元素守恒就不能简单地分析同种元素之间的关系，还应该结合电子转移情况进行分析。比如在分析H2O2与酸性KMnO4反应时，作为反应物的H2O2，KMnO4甚至提供酸性的H2SO4，溶剂H2O中都有氧元素，简单地考虑氧元素的守恒，显然就不正确。

正确的考虑方式应该要从氧化还原反应的本质——电子的转移入手，分析反应中的电子转移关系，反应中，H2O2作为还原剂（其中O元素的化合价为-1价），其氧原子在反应过程中，失去电子，生成O2，也就是说O2中的氧元素，既不是来自于KMnO4，也不是来自于H2SO4，更不是溶液中的水，而是来自于H2O2。

通过以上分析，使学生认识到，在氧化还原反应方程式的配平中，元素守恒仍然是必须遵守的规则，但必须引入电子转移的关系，在满足电子守恒的基础之上分析元素守恒。

为了进一步加深对元素守恒的正确认识，在学习同位素之后，笔者进一步分析，引入下列练习，如例题1：

例题1：同位素示踪法可用于反应机理的研究，下列反应中同位素示踪表示正确的是 （ ）

学生通过该问题的解决，体会到元素守恒和电子守恒在反应中的相互关系。通过类似针对新旧知识的分析，促进学生将已有认知向新观念的改变。学生逐渐意识到，仅仅考虑元素守恒，不利于反应关系的分析，而正确的元素守恒，也应该结合电子守恒及电荷守恒等。至此，学生就会将新旧知识进行结合，完成正向迁移，促进新知建构。

2．引发认知冲突，促进观念更新

认知冲突是个体已有观点与新的问题情境相互矛盾而产生的一种心理不平衡，是学习者已建立的认知结构与当前面临的情境之间暂时的矛盾与冲突，是已有的知识和经验与新知识之间存在某种差距而导致心理失衡的一种认知状态。认知冲突过程要发生，必须具备：①意识到反常情境；②对要解决的认知冲突表现出兴趣或焦虑；③积极进行认知再评价［5］。在化学教学中，可以利用实验事实，让学生面对与先前经验不一样的，甚至完全相反的实验现象，引发学生的认知冲突。在形成认知冲突之后，引导学生进行分析，思考和探索，促进新知识的学习和新观念的形成。

学生由于首因效应，造成将元素守恒作为分析反应的首要甚至唯一标准之后，就可能造成分析阻碍甚至错误，可以利用这些问题，形成认知冲突，促进学生思考新问题，寻找新方法。

比如有学生在学习Cl2与NaOH溶液反应之后，掌握了主要产物NaClO，按照元素守恒完成方程式：Cl2+2NaOH=2NaClO+H2，该方程式是否正确？笔者就此提出问题：

①找出该反应的氧化剂和氧化产物，并比较氧化性强弱；

②找出该反应的还原剂和还原产物，并比较还原性强弱。

学生分析反应，如果真正按照该方式进行反应，Cl2作还原剂，NaOH中的氢元素得电子，NaOH为氧化剂；NaClO是氧化产物，H2是还原产物。按照反应中反应物和产物的关系，就应该有：氧化性：NaOH大于NaClO，还原性Cl2大于H2。这显然与几种物质的性质不相符，形成认知冲突。

在形成认知冲突之后，引导学生正确分析：在这个体系中，Cl2的氧化性较强，应该在反应中作为氧化剂，得到电子；而NaOH中只有氧元素显-2价可作还原剂，但其还原性却很弱，不能被Cl2氧化。于是只能是Cl2自身既做氧化剂，又作还原剂；做氧化剂的Cl2得到电子，形成Cl-，作还原剂得Cl2失去电子，形成NaClO。最后根据电子守恒和元素守恒，得到正确的反应为Cl2+2NaOH=NaClO+H2O+NaCl。

同样，根据前文的分析，不少同学在分析“SO2与HNO3溶液的反应”时，按照元素守恒的观点，首先构造出反应关系：SO2+H++NO3-=SO42-+H2O+NO。针对这样的情况，笔者在教学过程中，引入该反应关系的分析，给出正确的反应方程式，让学生判断：3SO2+2H2O+2NO3-=3SO42-+4H++2NO是否正确？

不少学生立即判断给出的方程式错误，因为他们认为H+明明是反应物，怎么就成了产物呢？ 笔者此时告诉学生该方程式正确，激起他们的认知冲突，进而引导他们分析该反应的方法：因为溶剂水中也存在氢元素和氧元素，于是不能根据元素守恒的关系判断H+在方程式中作为反应物还是产物，正确的思路应该先抓住氧化还原的电子转移关系，分析出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物之后，再考虑电荷守恒和元素守恒。这样一步步分析，才会得到正确结果。

3．加强习题教学，巩固认知成果

习题教学是将学生应当掌握的教材内容，以问题的形式，通过课堂答问和练习、课外作业和测试等方式进行的教学活动。它是以信息反馈为特征来检验、了解和评价学生的学习质量和水平，并由此达到了解教师的教学效果的目的［6］。同时，习题有助于巩固已有知识，提高运用知识的能力［7］。因此，针对学生学习氧化还原时，由于首因效应影响而出现的认知障碍，应该充分重视习题教学这一重要环节，以使新观念建立之后，及时得到巩固。

反之，如果不能及时强化，新建观念就可能很快忘却，而形成习惯的先前观念又会占据主导作用，从而影响教学效果。

根据教学过程，习题教学可以分为三个主要环节——课堂答问和练习、课外作业和测试。其中课堂教学是教学中最重要的部分，在这个过程中，师生共同思考和探索，对学习效果有非常重要的影响。此时教师能够根据学生对课堂答问和练习的结果，迅速了解学生对知识的掌握情况，立即做出反应；学生也能够及时发现自己的问题，从而有针对性地进行弥补和追问。

笔者为了检测学生电荷守恒和电子守恒的掌握情况，设计了如下习题，如例题2：

（1）Fe2++Cl2=Fe3++2Cl-是否正确？正确请说明理由，不对请改正。

（2）根据同位素示踪法分析反应并完成K37ClO3与HCl的反应方程式。

（3）写出Cl2通入Na2SO3溶液的离子反应方程式。

通过这些问题的解决，在强化运用，促进思考的同时，教师可以了解学生对知识的掌握情况，对仍然存在的问题进一步跟踪，从而有效地提升学生的思维发展水平。

四、总结与讨论

由于“首因效应”，学生对元素守恒印象深刻，对解决简单的反应关系问题显出优势，却阻碍氧化还原反应和离子反应的学习中，对于电子守恒和电荷守恒的掌握和应用。由此，在化学教学中，应该充分重视首因效应带来的多方面影响，利用优势，实现前后知识的正向迁移，同时也要考虑其对新知识和新观念的阻碍作用。

也就是说，在教学过程中，要精心设计，合理对策，帮学生搭好新旧知识迁移和转化的桥梁，更好地实现新知识的学习和建构。

学习的主体是学生，学习的最终决定因素还是学生自身，所以培养学生自身的学习能力至关重要。因此，在教学中，教师除了自身要关注首因效应这类心理现象以外，更应该在教学过程中渗透心理认知规律。以使学生在掌握心理发展规律的同时，结合化学学科知识逐步深入的特点，主动分析新旧知识之间的联系和区别，积极思考和探索，全面提高学习能力。

［1］ 毕华林，黄婕，亓英丽．化学学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究［J］．化学教育，2005，（5）：51—54

［2］ 麦裕华．高中化学氧化还原反应方程式配平技能学习进阶的探讨化学教育［J］，2014，（17）：20-22

［3］ 陈琦，刘儒德．当代教育心理学（第2版）［M］．北京：北京师范大学出版社，2007：284，370

［4］ 罗美玲．认知冲突策略在概念转变中的应用研究 ［J］．化学教育，2013，34（5）：23-26

［5］ 刘知新．化学教学论［M］．北京：高等教育出版社，1997，3：295

［6］ 陆庭銮，新课程背景下的化学习题教学 ［J］．化学教育，2008，（6）：22

1008-0546（2015）11-0022-03

G632．41

B

10.3969/j．issn．1008-0546．2015．11．007