高中化学选修4中的“化学平衡”相异概念产生与成因的调查?

作者:刘春建来源:电教中心 浏览次数: 日期:2014年3月19日 19:14

 

刘春建1  李娟2    陆真1,2  **

1 南京师范大学第二附属高级中学  江苏扬州  211900

2 南京师范大学教师教育学院 江苏南京  210097

 

摘要:化学概念是学生掌握和理解化学科学的前提和基础,高中化学选修4中的“化学平衡”单元的概念是最重要的基本概念之一,是学生产生相异概念最多的环节,也是教与学的难点之一。针对“化学平衡”单元概念的教学特征、常见的相异概念和产生成因的分析,对22名教师和学生进行了访谈;在此基础上对145名高二年级同学进行了相异概念的问卷测试调查,分析了产生相异概念的成因,以期探索概念转变及形成正确理解的有效教学途径。

关键词:化学平衡  相异概念  访谈  调查问卷  成因分析

 

在高中化学课程学习中,对化学概念的正确掌握是学生能否学好化学的关键。然而高中学生在化学学习的过程中往往会出现以下现象:一是因为化学学科与学生的日常生活紧密结合的特性,学生在未正式、系统地学习化学知识前就已经形成了大量的有关化学的前概念(preconception),这些前概念有些是科学的,有些是与科学相悖的;二是学生在化学学习的过程中,由于化学知识是在宏观、微观和符号三种水平的基础上进行阐释科学现象和科学本质的,学生因为逻辑思维能力和空间想象能力的欠缺而形成一些与科学概念相悖的概念。我们将学生所拥有的与科学概念相悖的概念称之为“相异概念(alternative conception)”。这些相异概念对学生正确掌握化学知识、形成良好的化学知识体系和有效地运用这些知识来解决学习与生活中的问题等,都会产生相当不利的影响

此外,在高中化学课程6个独立主题的选修模块中,化学专业概念与理论知识的增多、纵向加深、难度增大和应用增加,导致了学生在学习中产生一些相异概念。为了解决这个问题,教师对学生在学习过程中产生的相异概念进行调查研究,分析其成因。探索概念转变及形成正确理解的有效教学途径。

为此选择了高中化学选修4中第二章“化学反应速率和化学平衡”的第三节“化学平衡”为研究课题,进行高中学生相异概念产生的调查与分析实证研究。

 

一、 有关“化学平衡”相异概念的访谈

针对“化学平衡”单元概念教学现状,我们于20115月对江苏省5所高级中学的7名资深化学老师和15名高二学生进行访谈。

(一)教师的访谈结果

访谈从对选修4中“化学平衡”知识的理解、教学过程设计、相异概念的产生和原因分析、具体事例、教学手段与策略和效果等方面进行,主要访谈结果为:

1. 教师对“化学平衡”单元教学特征的体会

该单元内容主要包括建立化学平衡的概念、影响化学平衡移动的条件、勒沙特列原理的归纳总结和化学平衡的应用等。“化学平衡”概念具有抽象性、微观性、动态性和复杂性的教学特征;在教材中的地位具有重要性和基础性特点。虽然化学平衡单元的概念较复杂、抽象,但是学生必须掌握正确,因为理解中出现偏差,不仅本单元知识掌握不好,还会影响弱电解质的电离平衡、水的电离、盐类水解、难溶电解质的沉淀溶解平衡等化学平衡知识的学习。

2. 对学生易产生的相异概念和原因的分析   

教师们认为在“化学平衡”单元中相异概念产生的现象较为普遍,几乎每个部分都易出现。例如关于化学平衡的建立,会有学生会认为在反应到达平衡时,反应停止了或各体系中各物质的浓度比为计量数之比;关于化学平衡常数的确定,学生会认为化学平衡正向移动,平衡常数增大;平衡逆向移动,平衡常数减小。

相异概念产生的原因来自三个方面:知识方面,因为概念具有抽象性、动态性等特征而较难以理解;学生方面,因为自身前科学概念的干扰和抽象逻辑思维水平的局限导致错误理解。教师方面,由于教师自身的教学水平、概念辨析不到位和对学生的了解不足导致了学生相异概念的产生。

3. 防止相异概念产生的教学策略

教师们建议:运用直观模型、图像和数据,更加形象地表达化学平衡的形成过程和变化过程,加强学生的直观感受;讲授知识的时候,多用例题加以巩固;让学生参与教学过程进来,和学生多进行交流、有效组织学生、师生之间的讨论,教师在适当时候加以引导、评价和总结

4. 对“化学平衡”单元概念教学的建议

教师们提出:将概念细分、简化,用通俗易懂的语言向学生讲解;多做实验,采用数字化的实验仪器,加强学生的直观感受;概念的讲解包括课堂讲授、课后习题和反复的巩固;设置合适的问题情境,引导学生相互交流讨论,在辨析中加深对概念的理解;对学生的理解情况和接受情况及时、充分的了解,有区别地对待每个学生。

(二)学生的访谈结果

访谈从对选修4“化学平衡”知识的学习与理解、学习困难、化学平衡状态的判断、概念难度判断、对教师讲解的理解程度、如何纠正相异概念和所希望的教学方式等方面进行,主要访谈结果为:

1. 对“化学平衡”单元的概念特征的体会

学生在访谈中均表示,对于该单元的概念处于一知半解的程度。感觉概念多、比较复杂和抽象,理解起来很有难度,有时教师讲解明白了,自己好像也听明白了。但在解决问题时,却又常会出现错误。

2. 对“化学平衡”单元概念难度的看法

学生认为四个部分的概念都比较复杂、抽象,难理解接受和应用。从知识的难度来看,学生认为“等效平衡”最难大,教师在这一方面的讲解时间和力度应当加大。

3. 对教师在教授“化学平衡”概念时的要求

希望教师多加讲解和多做例题示范。讲解过程中,需要在教师指导下,增加由师生、学生间交流讨论的机会与情景,有利于概念的接受和掌握。

 

二、对高二学生的“化学平衡”概念的理解的调查

(一)调查测试问卷与调查对象

根据文献和访谈的结果,设计了对学生化学相异概念状况中的总结和课程标准要求下教师讲授的内容编排,问卷调查的内容分为四个部分:化学平衡的状态、勒夏特列原理的应用、化学平衡常数和等效平衡。测试的题型均为选择题,题目共12道,其中2道选自外文文献,7道选自历年各地的高考题,3道选自各地选修4的综合测试题。测试题在问卷中的分布如表1

1 “化学平衡”单元相异概念测试调查中的内容分布

 

 

调查内容

所占题

1

化学平衡的状态

14

2

勒夏特列原理的应用

579

3

化学平衡常数

2611

4

等效平衡

381012

 

问卷调查的对象为高二年级、已经学习过选修4“化学平衡”单元的同学。

    (二)问卷调查的实施

    测试调查于2011年6月初进行,在三所中学的三个班级进行,共发放问卷147份,回收的有效问卷145份。回收率为98.6%。

(三)测试调查的结果及分析

对调查问卷进行统计,回答的正确率如图1所示。

    

 

 

 

    

     

   

1 学生回答“化学平衡”概念问卷的正确率(%

 

1 学生回答“化学平衡”概念问卷的正确率(%

12道题目化学平衡的方式、勒夏特列原理的应用、化学平衡常数和等效平衡4个知识点中去,学生回答的正确率如图2所示。

        

  

 

 

 

 

 

2 学生回答“化学平衡”概念问卷四个部分的正确率(%

 

由图2可以看出,学生回答选择题时的正确率基本集中在50%78%之间。较低的正确率说明在学生中存在着明显的概念理解差异。正确率最高的是平衡状态的方式,最低的是勒夏特列原理的应用。在访谈中师生均认为等效平衡的题目难度最大,其次是勒夏特列原理、平衡常数,最简单的是平衡状态的方式。但在做题过程中,因为题目的难易程度、出题方式、学生做题时的心理状态等因素导致答题的正确率与概念的难易程度并不完全对应。总的来说,在“化学平衡”单元的学习中,学生产生相异概念的现象是存在的,而且是较为普遍的存在着。

 

三、 “化学平衡”相异概念的成因分析

访谈和测试调查的结果显示,学生在“化学平衡”单元存在着明显的相异概念,导致错误理解和不能正确地运用知识来解决问题,或者出现解答书面问题时答案正确,可能换种方式和解决实际问题时,仍会沿用相异概念的“双重理解”状态,成为学习的难点。高中学生出现相异概念的原因有:

(一)学科因素

化学是在微观和符号水平上来研究与解释宏观的现象,在微观和符号水平上阐述和应用知识的复杂过程,在学习过程中,需要学生运用思维、空间想象和逻辑推理等能力。例如在研究影响化学平衡的各种外界因素时,需要借助各种模型进行阐述,此时学生应当能够在微观与宏观之间、模型与实际之间自由的转换,才能达到真正的理解。

(二) 学生因素

在学习过程中,学生由于自身的原因也易产生相异概念:

1.学生的直观感觉与日常生活经验

学生在进入化学学科学习之前,已经积攒了一定量的生活经验,对生活和自然中的某些现象都有自己的见解和解答,形成了“前概念”。在化学科学研究的日常生活现象中,学生会潜意识地带着“前概念”进行学习,从而干扰和影响他们对后续科学知识的正确理解。例如,温度和压强对气体的体积影响,学生用自己的“前概念”去理解,会认为温度升高分子的体积变大,所以气体所占的体积增大;而压强增大,气体分子的体积减小,所以气体所占的体积减小。而实际上物质分子的大小是恒定不变的,外界条件(温度、压强等因素)的改变,只能改变分子之间的距离而不能改变分子自身的大小。

2.学生的逻辑思维能力和空间想象能力

学生对于直接感受到的化学反应现象,都能够较快地接受和理解,但解释这些宏观现象的概念和理论却必须在微观层次和符号水平上进行,学生难以在这三个水平之间自由的理解、迁移和转换。如果缺乏逻辑思维、推理和演绎能力以及空间想象能力,则很难运用符号和专业语言来进行准确的表征,去解决问题。在化学平衡的学习中,经常借助各种平衡图像来解决问题,学生必须对各种图像准确把握,能够读懂图像中曲线的起点、拐点、终点以及走势,从而顺利解决问题。

(三)教师因素

教师在教学的过程中,承担着将教科书中的平面知识形象生动地传授到学生的大脑中去的任务。由于化学学科知识的特点和学生学习的心理与认知特征,教师必须用准确的和形象的语言向学生传递这些复杂、抽象的知识。教师导致学生的相异概念的产生主要有以下两个方面的因素:

1. 教师的语言表达能力和思维能力

教师除所教的化学科学专业知识外,还要有精确、生动的语言表达能力和对书面知识的传授与转换能力。在教学过程中,需要用形象、生动的语言将课本中的微观的、符号的信息传授给学生。同时要适当地借助实验、教学用具或采用各种表达方法来促进学生的感受和理解。如果教学设计中思维推理与演绎过程方法选择不当,会造成学生的理解出现偏差,进而产生相异概念。教师应当从学生的心理思维方式出发,准确地估计学生的接受能力。

2. 教师没有考虑到学生个体情况

由于同学生之间经历、心理和智力存在着一定的差异。这体现在学生以往的知识经验水平和思维能力不同,就要求教师在教学中不仅要照顾到整体,还要照顾到落后的学生。而这些学生因为自身的智力和非智力因素,更加容易产生相异概念。教师要给以更多的关注,利用讨论交流、激励发言、布置针对性习题、课后辅导等方式,减少分化程度。

 

对于学生已经产生的相异概念,要探究产生的原因。如对于较抽象、难理解的知识,将其细分化,用简明、易懂的语言进行阐述,在教学过程中应利用模型、图像、动画模拟等直观教学帮助学生加深理解。根据相异概念产生的原因选择正确的概念转变途径,设计相应的概念转变文本。有效地帮助学生真正地理解和接受概念,构建起正确的化学平衡概念体系。

 

参考文献

[1]丁伟,王祖浩.高中化学概念学习的认知研究[J].上海教育科研,20074):88-90, 69

[2]宗华.中美化学教科书对“促进学生概念转变”的差异分析[J]化学教育,20114):7-9

[3]袁维新.概念转变理论及其对当代科学教育的启示[J].外国教育研究,200911):11-16

[4] Haluk ?zmenDetermination of students’ alternative conceptions about chemical equilibrium: a review of research and the case of Turkey[J]Chemistry Education Research and Practice,2008(9)225-233

[5] Hans-Dieter Barke, Al Hazari, Sileshi Yitbarek. Misconception in Chemistry [M]. Springer-Verlag  Berlin Heidelberg  2009145-171

 

 

Investigation and research on the procreant of alternative conception about chemical equilibrium instruction

 

 

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