基于学科理解的化学概念形成的教学策略研究

摘 要：文章基于对元素这一概念的深入理解，遵循前概念向科学概念转变的一般规律，从教材定位、学情分析、思路建构、情境创设、例证分析、内涵提炼、形成系统、迁移应用等方面对元素概念的形成进行研究，阐述初中化学概念转变教学的常见策略。

关键词：学科理解；初中化学；概念转变；元素概念；教学策略

基金项目：文章系江苏省中小学教学研究第十三期课题“基于学科理解的初中化学核心概念教学案例研究”（项目编号：2019JK13-L274）研究成果。

作者简介：王华（1976—），男，江苏省盐城市盐都区实验初中。

在初中化学中，学科理解不仅是对化学知识的理解，还包括对具有化学学科特质的思维方式和方法的理解［1］。化学概念是课程内容的“骨架”，在化学学习过程中有着重要作用。初中阶段是学生形成概念意识、掌握概念学习方法、形成学科观念的关键时期，九年级是学习化学的起始年级，部分学生对如何理解、分析、应用化学概念抓不到要领。由于很多化学概念的表述学科性较强，需要具备扎实的知识基础才能理解，因此部分学生较难从化学学科思维的角度形成科学的理解。所以，基于学科理解的概念教学研究就显得尤为重要。元素是初中化学教学中的核心概念，概念本身具有抽象性，学生很容易产生“迷思概念”“错误概念”。现笔者以人教版化学九上第三单元“元素”概念为例，谈一谈学科理解基础上的概念转变教学的基本策略和方法。

一、教材定位与学情分析

“元素”属于2022年版新课标“物质的组成与结构”这一主题的内容。学生在之前的学习中已经零星接触了一些“元素”，比如门捷列夫的元素周期表，氧化反应的定义中提到的“物质与氧发生的反应”，有些教师在氧气的实验室制法中也有可能提到“含氧化合物分解”等内容，更有些教师要求学生提前背诵元素名称和符号，所以，学生对元素已经有了一定的认识。

学生在学习元素这一内容前，已经学习了分子、原子、离子、相对原子质量等内容，也初步学会了从宏观和微观视角认识物质，为元素概念的形成奠定了基础，属于学习的“前概念”。元素是一个抽象的概念，如何将浅层化、碎片化的“日常概念”转化为“科学概念”，教师既要以学生的已有知识和认识为基础，又要从元素概念本身的特征出发，应用必要的概念形成的策略，帮助学生树立科学的认识，实现概念转变。学生识记元素的概念并不难，难的是掌握概念的应用以及元素和原子两者之间的区别和联系，只有掌握了这些内容，才更有利于加深学生对元素概念的理解。

二、概念解构与思路建构

教师对化学学科知识和思维方式方法的本原性、结构化的理解决定了学生对化学概念的理解层次，决定了他们对化学学科的认知水平。从对概念本原性理解的角度来说，每一个概念都包括四个方面：概念名称、概念定义、概念实例和概念属性。对概念名称、概念定义、概念实例和概念属性四个方面的解构剖析有利于对概念形成进行研究。准确把握化学概念的内涵和外延，厘清概念之间的关系，并結合学生学习实际，优化概念教学的过程，形成符合学生认知规律和教学逻辑的元素概念转变策略，既能提高学生的化学学业水平，有效发展学生的核心素养，也能增进教师对学科的理解，提升教师的专业水平。

教学应当始终走在学生发展的前面，而不要落在学生发展的后面［2］。“教师先于学生”的主导作用（“脚手架”作用），与心理学家维果茨基的观点相符。概念的形成过程实际上就是将原有的前概念转化为科学概念的过程。化学概念学习实质上是学生掌握同类化学物质及其变化的共同的关键特征的过程。学生可以在不同例证中通过观察、分析与归纳等方式发现多个事物或现象的共同属性，然后应用关键词来进行定义。学生通过学习定义，对原有的相关概念进行同化或顺应，从而形成科学概念。

依据对概念特征的研究和元素概念的特点，可形成元素概念教学的一般思路与流程。从概念形成结构化角度来说，结构化的过程就是一个认知不断发展、进阶的过程，是一个概括、提炼、建模的过程，而依据一定概念转化模型形成概念的过程就是结构化应用的过程。对于学生来说，在教师的主导作用下，概念形成的结构化大体经历以下几个阶段：原有知识储备（日常概念）→比较分析事物主要特征→类比、概括本质特征→形成科学概念→概念应用→形成概念系统→反视前概念。

而教师的“脚手架”作用主要是以语言描述、提供事例、多媒体呈现素材等方式引起认知冲突→利用定义概念的关键词汇进行引导→促使概念符号化（概念内涵）→举例、辨析、应用（概念外延）→引导学生形成知识树、概念图（概念系统）。

三、教学设计与实施流程

（一）激趣引入，情境创设——引发认知冲突

核心概念教学需在真实的问题情境、具有挑战性的任务中借助探究活动依步实施。当学生不能通过同化的方式处理问题时，就形成了认知冲突。教师应设法营造认知冲突情境，呈现认知素材，激发学生的学习兴趣，促进知识的转化和发展。元素概念教学的情境可以从以下几个方面创设，以产生认知冲突，激发学生的学习欲望。

历史情境：中国的五行学说、西方的四元素说等。

化学情境：门捷列夫发现元素周期律的过程。什么是元素？元素周期表的元素是按照什么来排序的？

生活情境：出示高钙牛奶、加碘食盐、加铁酱油、葡萄糖酸锌口服液的图片。生活当中所谓的补钙、补碘、补铁、补锌，补的是什么？

知识情境：分子、原子、离子等是构成物质的三种粒子，那从宏观来看，物质是由什么组成的呢？各物质中有没有相同的“成分”？

实物情境：出示并分析氧分子、二氧化碳分子、水分子、氢分子、甲烷分子的模型，将模型拆开，按原子种类重新摆放，说出分类的标准。为什么实验室制氧气的反应物中一定要含氧元素呢？

认知情境：用0—9这几个数字，能自由组合成多少个自然数？26个字母能组合成多少个单词？改变数字或字母的顺序后有什么不同？

（二）多样呈现，统合分离——正反例证对比

聚焦概念的外延，即通过正反例证来比较，找出符合概念共同本质特征的正例，分离不符合概念特征的反例，在此过程中让学生逐步建立起对概念的正确认识。例证的呈现形式要多样，在教学中，教师要提供充分和准确的变式，再通过对比、归纳，构建科学概念，这样更有利于学生对概念的深入理解，有利于学生科学概念的形成。当然，例证也不要过多、过杂，这样不便于学生分析归纳。

在元素概念的教学中，笔者设计了如下几个例证进行分析。一是氧元素中16O、17O、18O三种原子的质子数或核电荷数相同（都为8）而中子数（分别为8、9、10）和相对原子质量（分别为16、17、18）不同的比较，说明决定元素种类的不是中子数和相对原子质量。二是氧元素中O、O2-两种粒子的质子数或核电荷数相同（都为8）而电子数（分别为8、10）不同的比较，说明决定元素种类的不是电子数。三是用一个氟原子做反证，由于质子数或核电荷数不一样，因此元素种类不一样。

在此基础上，还可以从分析具体分子的结构出发：过氧化氢分子中含有氧原子，二氧化硫分子中含有氧原子，氧分子中也含有氧原子，這些分子中所含有氧原子的质子数（即核电荷数）都是一样的，均为8。所以，这些原子都归为同一类，统称为氧元素。而含有其他不同的质子数（即核电荷数）的原子则归为其他元素。这样，将视角从微观引导到宏观，再引导到微观，再引导到元素符号。通过类比法，深化学生对元素概念的理解，从“宏—微—符”三重表征的视角增进学科理解。

（三）定义固化，整合迁移——进行符号定位

在分析概念例证的基础上，进行概念内涵的分析与概括，把概念的内涵固定化，这就是下定义。定义概念的符号（关键词）要简洁、明确、科学，从而有助于学生理解概念的实质。借助关键词可以对例证进行抽象与概括，揭露事物的本质属性与共同特征，利用定义概念的关键词进行引导，促使科学概念的形成。

分析元素的概念，找出三个关键词：质子数（即核电荷数）、一类原子、总称。质子数（即核电荷数）相同的问题已经在例证中分析。对一类原子的理解可以从元素与原子的比较中建立概念：原子是微观概念，而元素是宏观概念；原子既讲种类又讲个数，元素只讲种类不讲个数；原子构成物质，元素组成物质。对于总称的理解，可以形象化地以“一个水”“两个钱”等错误说法为例，来说明元素概念的宏观属性。

在此基础上进行概念的迁移与应用，可利用判断题、填空题、选择题等题型，在概念应用的基础上通过举例、对比、归纳、反馈等方式，使学生达成对概念更加深入的理解。如：

二氧化碳是由 组成的，二氧化碳是由       构成的；

铁是由 组成的，铁是由 构成的；

氯化钠是由 组成的，氯化钠是由 构成的。

学生在填空的基础上，再通过前后和上下的比较，就能理解物质的组成与构成了。在此基础上，教师还可以罗列一些常见的说法，让学生去判断并说出理由，如以水、水分子为例可以设计以下判断题：

（1）1个水分子是由1个氢分子和1个氧原子构成的。

（2）水是由氢元素和氧元素组成的。

（3）水分子是由氧元素和氢元素构成的。

（4）水分子是由氧原子和氢原子构成的。

（5）1个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的。

（6）1个水分子中含有3个原子。

（7）水是由2个氢原子和1个氧原子构成的。

（四）强化运用，概念关联——形成概念系统

初步形成化学概念后，就需要通过巩固应用对建立起来的科学概念进行强化，从最新的科学概念的视角重新去审视前概念。可以通过师生共同绘制概念图，让学生将知识进行关联，促使知识结构化、概念系统化，使教材呈现、目标达成、重点把握、学情掌控更加到位，从而有助于教师选择恰当的教学策略［3］。教师还可以设计有一定挑战性的问题情境，通过概念应用的练习，在教师启发和合作学习下，使学生实现概念转化和深度学习。学生在学习化学概念时，既要进行概念转换以改变头脑中的错误概念，又要利用概念的抽象辨别，将新概念纳入已有的概念系统，逐渐形成更为合理的认知网络与概念系统。如从元素的视角去认识形形色色的物质世界，去理解人体为什么要补钙、补铁、补碘、补锌，去体会元素周期律的发现，去了解地壳中元素的含量，学生就会有更深层次的理解和认识。

每一个概念都存在于特定的概念系统中，元素的概念总是和物质、分子、原子、离子等概念有着必然的、特定的关联。把元素概念融入相关概念系统中，有助于概念的巩固和应用。如围绕元素概念可以概括出关系：分子、原子、离子都能构成物质，离子和原子能够相互转化，分子是由原子构成的。分子、原子、离子是微观概念，既讲种类，又讲个数。质子数（即核电荷数）相同的一类原子的总称为元素，元素能够组成物质。元素和物质是宏观概念，只讲种类，不讲个数。

教师的教学起点应当建立在自身的学科理解和学生的认知基础之上，通过以上的宏观辨识与微观探析，通过粒子间相互转化的探讨、各概念关联的分析，学生能够建立概念系统，建构知识框架，促使知识结构化，从而从化学学科视角增进对化学知识和思维方式方法的本原性、结构化的理解。

四、教学总结与反思

元素概念的形成受到多方面因素的综合作用，其遵循基本的概念形成规律，即从典型的例证中，用比较、辨别、抽象、归纳等形式概括出概念关键特征。在学习分子、原子、离子知识的基础上，利用原有认知结构中有联系的知识经验来开展学习，即概念同化策略。

将“五行学说”“四元素说”与人类对物质的认知相结合创设问题情境，目的是增强学生的学习动机。引用生活中的加碘食盐、加铁酱油、高钙牛奶、葡萄糖酸锌口服液等，将化学与食品安全和人类健康问题相联系，是为了凸显元素概念在生活中的应用。介绍门捷列夫对元素周期律的研究，则是利用化学史料、化学事实创设史实情境。利用分子模型，指导拆分的实践方式，目的是使学生获得丰富的实践认知，引导学生体验概念的形成过程，揭示事物的本质属性，学会用科学的思维发现问题，解决问题。以上这些都是概念形成上的感性情境优化策略，而通过对概念关键词的分析、抽象、归纳等思维活动，提炼出元素的共同特征及本质属性，从而自然形成概念，则是概念形成上的理性情境优化策略。

在形成概念系统阶段，主要可利用化学概念图的教学策略，即让学生按照自己对概念本原性的理解，用结构化的形式将不同概念进行联系整合。这样既有助于学生自我消化和巩固知识，又有利于形成概念间的联系应用，从而促进概念的转化。

教师自身的理解与所采取的教学方式之间存在紧密的联系，教师和学生对概念的理解层次，决定了他们对化学学科的认知水平。对于化学核心概念的教学，教师应根据概念的特点，根据具体的教情学情，采用合理的概念教学策略，既要有利于学生更好地形成概念意识，又要有利于学生有效地理解、应用概念。以教师的深入理解促进学生的深入理解，让学生像专家一样思考，能够有效促进教育教学质量的提升。

［参考文献］

中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022：71.

维果茨基.思维与语言［M］.李维，译.北京：北京大学出版社，2010：15.

陈浩，严文法，靳泽艺.概念图技术在中学生化学相异构想转变中的应用研究：以学生对“电解质”概念的理解为例［J］.化学教与学，2019（10）：15-20，10.