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新课程化学相异构想转变策略探微(一)
摘要：中学生对化学概念的相异构想是客观存在的。建构主义学习理论认为，学生在学习某一化学概念之前，头脑里对此并非一片空白，他们已经有了先入为主的观念，而在传统的化学概念教学中，教师往往无视学生头脑中的相异构想。本文着重从学生相异构想的成因、特点以及对化学学习的影响出发，对中学化学概念教学中的“概念转变”策略作了初步地探讨。
关键词：相异构想 概念转变 随即通达教学
⒈问题的提出
化学概念是有关物质组成、结构、性质、变化的本质属性及其规律在人们头脑中的能动反映。化学基本概念是化学概念体系的基础，也是整个化学学科知识的基础，长期以来化学教学论界多是从认识论角度进行研究，概括形成了化学概念教学的“感知—理解—巩固—应用”学习模式和“提出问题—提供实验事实—分析总结下定义—应用巩固练习”的教学模式。这种做法事实上有意无意地将学生的头脑当成了一块“白板”，我们教师可以在上面构画出各种各样的化学知识图景。化学演示实验一直作为教学手段而起着配合化学知识讲授的作用，考虑的重点自然是如何通过实验把一个抽象的问题具体化、形象化。我们认为，在新课程理念下，从建构主义理论出发，依据学生原有的生活经历、日常生活经验等原有知识及原有认知，正确认识学生相异构想在中学化学教学和学习中的特殊地位及作用，对进一步探讨中学化学概念教学策略具有重要意义。
2.化学相异构想概述
2.1化学前科学概念及其特点
有关相异构想的研究早已有之，现代系统研究相异构想的要算是美国的霍尔（Stanly Hall），他早在1903年曾启动一个计划，调查儿童对于自然现象如热、霜和火的观念。在这方面的大规模的研究开始于本世纪70年代中期，在80年代迅速扩展。
什么是相异构想？关于“相异构想”的含义，在长期的研究中，学者们针对学生概念学习中产生的问题或观察到的现象使用了各种不同的术语：错误概念（misconception）、朴素概念（naive conception）、教学前概念（instructional preconception）、前概念（preconception）、幼稚概念（naive conceptions）、直觉概念（intuitive conception）以及相异概念（alternative conception）、迷思概念（misconception）等。笔者主要采用杜伊特（R.Duit，1994）和北京师范大学王磊关于“相异构想”界定的观点，并在此基础上结合化学学科的特点，对该观点作了一些必要的修正。本文的“相异构想”包括学生在教学前由于前教学所形成的“相异概念”和源于日常生活中的非正式经验的日常概念。学生头脑中的化学前概念具有广泛性、隐蔽性、肤浅性和顽固性等特点。
2.2相异构想对化学学习的影响
由于学生在接受正确的化学概念以前的相当长的时间里，头脑里并非一片空白，而是已经积累了形形色色的生活经验、常识和直觉知识。他们的本源不是用确切定义的化学术语和概念，而是以强烈的情感色彩去建构世界的图象，对知识形成了模糊的化学图象，即前概念。这些相异构想因先入为主在学生头脑里根深蒂固，对学生形成正确的科学化学概念产生明显的影响，严重干扰加工器对信息加工的正确监控，其表现形式大致有以下几种：
（1）先入之见
学生的相异构想有时是将生活中的概念与科学上的概念混淆的结果。如学生对“溶液”与“液体”这两概念的认识，他们往往把它们混为一谈，又如，又如学生对“烟”、“雾”、“气”的理解，尽管老师已讲了物态变化的有关知识，若不直接对这一现象进行解释，生活经验的根深蒂固，导致大部分学生错误地认为我们日常天气预报中的“某某地区有雾，能见度是30米，某某高速公路暂停关闭”中的“雾”。这里的“雾”与化学科学中的“雾”是不同的。针对这种相异构想造成的思维障碍，用通常的教学方法，这些相异构想会显得格外地顽固不化。
（2）一叶障目
化学概念的本质特征未必是以强烈的刺激形式出现的，而以强烈的刺激形式出现的，未必是现象的本质。常常使学生忽视隐蔽但又是本质的因素，“一叶障目”，造成对概念的错误理解。如：学习“物理变化”和“化学变化”（化学反应）的概念时，学生往往会认为“物理变化”就是物质在变化前后没有发生明显的现象变化；而“化学变化”就是物质在变化前后有明显的现象变化。并且最终会得出这样的结论：有明显的现象变化的是“化学变化”；没有明显现象变化的变化就不是“化学变化”，而不会考虑其他更多的条件。
（3）机械替代
用数学或物理知识理解“机械代替”化学本质的现象是相异构想对概念掌握产生影响的另一种形式。如物质的质量和物质的量的关系式n=m/M，有的学生因而认为，物质的量（n）与微粒的摩尔质量（M）是成反比的，当n=0时，M是无穷大的。完全背离了化学实质，得出荒谬的结论
3.基于相异构想的“概念转变”策略
关于概念转变的研究，很早以前就被人们所重视。最早被理论化的可能要算皮亚杰。他将儿童概念的转变分成：①前运算阶段。②具体运算阶段。③抽象逻辑运算阶段。波斯纳（Posner，1982）提出的“概念转变模型”（conceptual change model）是解释学习概念转变最有影响的理论之一，其理论要点是：要使学习得以发生，必须使正式受教育前学生头脑中存在的概念的地位降低而代之以科学概念地位的提升。
学生前科学概念与化学概念之间的不一致性或差异从总体上看可以分为所谓的类别内和类别间的差异（研究表明，化学学科中更多的是存在类别间的差异）。研究和实践表明,如果个人概念与科学概念之间的差异属于类别内的性质,也就是说当既有的知识与待学的知识之间有共享的属性时,概念的改变是比较容易发生的。因为这种改变主要是通过增加或减少一些属性的方式来改变概念结构,经过常规的科学教育就比较容易转化和改变。比如在化学学科里“纯净”的概念,在初三学生的相异构想体系里它通常是与“洁净”、“干净”相一致的。它们之间就存在一些共享的属性,学生在化学学科的学习过程中,在教师的指导下,只需要从生活中习惯的“洁净””、“干净”经过简单调整,就可以得到“纯净”的概念了。如果个人概念与科学概念之间的差异涉及到类别之间的性质,也就是说当既有的知识与待学的知识之间没有可共享的属性,单纯的依靠一般的科学教育是很难转变的。实践表明，采用概念转变策略能有效的使学生获得新的概念，其步骤简述为：
3.1诱导学生暴露其原有的概念
布卢姆《人的特性和学校学习》一书中，证明了认知前行为（相异构想）是影响学习效果的一个重要变量，因而教师在进行设计教学时应调查、诱导学生暴露其原有的概念。一般可以采用谈话、书面表达、墙报、分类卡片、大脑实验、设计与制度、调查问卷、预测和解释等方法。谈话法：老师通过和学生个别谈话或集体谈话来了解学生头脑中的原有认知结构；书面表达：学生根据教师的要求，写出对于即将学习的概念的认识；墙报：学生制作一些墙报，突出他们对某一概念的认识；分类卡片：教师在卡片上写下某一概念或理论的应用事例，要求学生把那些事例分类并说出其分类的依据；大脑实验：给学生描述一个假定性的问题情形，要求学生想象可能的结果，并解释他们的思维；设计与制作：提供学生所需要的材料，要求学生围绕着某一个概念设计和制作出一件有用的东西；调查问卷：设计一个调查问卷，其问题包含各种各样的可能的学生头脑原有的认知结构，让学生回答哪些是对的，哪些是不对的；预测和解释：给学生展示一个实验情形，要求学生预测将会发生什么现象，并解释为什么会发生哪些现象，教师也可通过提问或学生练习等方法诊断出学生的旧认知结构。例如在讲授“分子、原子”内容的第一节课时，我们通过访谈了解到学生头脑中早已有了自身“原子”概念（原子的相异构想）：“原子是很小的”、“原子是圆的”、“物质是由原子组成的”、“原子像面粉颗粒一样”等等。
3.2概念转变的同化形式
教师在已了解学生相异构想的基础上，首先要认真分析、辨别学生头脑中已有概念对新概念学习的作用——是消极的还是积极的；其次选择适当的教学策略针对学生的心理结构进行教学，即要善于同化和重组学生的观念，要把培养思路教学作为知识体系教学的前提，帮助学生把已学得的内容不断纳入新学得的内容体系中去，使学生认知结构中原有的观念和新知识建立起实质性的联系，即不断地进行知识点的联结、构建、组块和结构化，以发展认知网络，这里涉及到多种因素：知识的组合方式、学生的认知方式、心理状态、学习态度……教师在进行具体教学时就得妥善处理各因素间的关系：或学生自学式、启发式、探索式、学生讨论式……这就得根据具体内容选取具体的方式。
奥苏伯尔倡导的有意义学习理论认为：在有意义学习中，新知识与原有知识网络中可以利用的适当观念构成三种关系，第一种，原有观念为上位的，新的知识是下位的；第二种，原有的原有观念为下位的，新的知识是上位的；第三种，原有观念和新知识是并列的（见下表）。这种新观念需要与认知结构中原有观念发生非人为的和实质性的联系，新旧观念发生相互作用，其结果是新概念获得意义，原有认知结构发生改组。
⒈类属学习（下位学习）
A。派生类属
B。相关学习
原有的观念
A
新的内容 a5 a1 a2 a3 a4
原有的观念
X
新的内容 Y U V W
⒉总括学习(上位学习) 新学习的观念A A
原有的观念 a1 a2 a3
⒊并列结合学习
新学习的观念A B C D
原有的观念
3.3 随即通达教学———强化、巩固科学概念的方法
建立起来的化学概念如何能全面、深刻地印留在学生头脑中，从长远观点来看，是关键之关键。结构主义的随即通达教学就为我们提供了这一方法。结构主义理论认为，在学习过程中，由于对意义的建构可从不同角度入手，从而获得不同侧面的理解。同时，在运用已有知识解决实际问题时，又存在着概念的复杂性和实例间的差异性，任何对事物简单的理解都会漏掉事物的某些方面，而这些方面在另外情境中，从另一角度看时可能是非常重要的。看来，由于事物的复杂性和问题的多面性，要做到对事物的内在性质和事物间相互联系的全面了解和掌握，即全面而深刻的意义建构是很困难的。为克服这方面的弊端，斯皮罗等人根据对高中阶段学习的基本认识提出了“随即通达教学”。
随即通达教学认为，对同一内容的学习要在不同时间多次进行，每次的情境都是经过改组的，而且目的不同，分别着眼于问题的不同侧面。 学习者可随意通过不同途径、不同方式进入同样内容的学习，从而获得对同一事物或同一问题的多方面的认识和理解。显然，学习者通过多次“进入”同一教学内容，将能达到对该内容所涵盖的知识比较全面而深入的掌握。 这种多次“通达”，绝不是像传统教学中那样，只是为巩固一般知识、技能而进行的简单的重复，即所谓的复习。这里的每次“通达”都有不同学习目的，都有不同的问题侧重点。在这种学习中，学习者可形成对概念的多角度理解，并与具体情境联系起来，形成背景性经验。因此，多次“通达”的结果，绝不仅仅是对同一内容的简单重复和巩固，而是使学习者获得对事物全貌的理解和认识上的飞跃。
教学实践证明，建构主义的随即通达教学能强化、巩固科学概念，它对学生起积极作用的过程可这样表述:进一步让学生信服化学概念更正确，适用范围更广，先是在定性问题上，然后在定量问题上也是更加符合事实；让他们再一次把自己的相异构想与化学概念对照比较，让他们发表看法，因为只有通过讨论，才可知道他们是否真正明确了课堂上所讲的内容；让他们意识到自己的脑子里发生的转变，同时认识到这种戏剧性的变化是智力发展中不可缺少的过程；让他们把所学的知识运用到有意义的日常生活中去。最后，还要提醒化学教师要注意:相异构想；心理冲突；耐心、细致地把相异构想转变为化学概念。
3.4化学概念转变的实例分析
在化学平衡、化学反应速率的体系中，化学反应速率是最基本的化学概念，对“反应速率”的概念有一个比较清晰的认识，对于学生建构整个化学平衡体系具有十分重要的意义。
在学习“化学反应速率”前，由于在这之前学生已经学习了物理学中的宏观物体运动的速率，并且刚刚从日常生活中的速度（矢量）转变为速率（标量），在学生头脑中往往已有了关于“位移”、“距离”、“时间”、“加速度”等概念的存在，这就是所谓的“速度”的概念存于意识中的图式。当教师引入“化学反应速率”的概念时，首先必须非常清楚的认识到学生头脑中这些原有的认知与知识；其次，通过对比实验直观的（反应过程中溶液颜色的变化等）展现化学反应过程是有慢有快，然后可以借用现代多媒体技术，制作、模拟微观粒子在化学反应过程的微观过程（碰撞原理），这时的微观粒子的运动参数（速率、位移等）将被原有宏观的图式同化。最后可以通过学生再一次把自己的迷思概念（宏观的速率）与新概念（化学反应速率）对照比较，让他们发表看法，相互讨论。这样经过多次的“通达”，就有了原有的“速率”过渡到“化学反应速率”的进步，形成了正确的“化学反应速率”的概念。
总而言之，我们认为，关于化学概念转变学习的研究，是当前化学教学改革的需要，是运用建构主义学习理论指导化学教学的需要，是新课程理念下化学教学改革的一种新动向。如何发现学习头脑中那些朴素的、不全面的、甚至是错误的概念，采用何种教学策略更好的帮助学习将这些迷思概念转变为科学概念，仍然是摆在我们中学化学教师面前需要深入探讨的重大课题。
参考文献：
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[2] 刘瑞东．结构主义教学模式初探．中学化学教学参考，2001（1-2）：77-79
[3]钟启泉，崔允漷，张华．<基础教育课程改革纲要（试行）>解读．上海华东师范大学出版社，2001
[4]【美】H．Lynn Erickson．概念为本的课程与教学．中国轻工业出版社，2003
[5] 王 屹．化学概念教学的理论构想及实践模式．广西师范学报（自然科学版），Mar．2000，Vol．17，NO．1
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