矯正“相異構(gòu)想”，建立科學(xué)概念

摘要：化學(xué)是一門與實際生活聯(lián)系非常密切的學(xué)科，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)系統(tǒng)的化學(xué)學(xué)科知識前，已經(jīng)形成了極其豐富的化學(xué)“前概念”，其中屬于“相異構(gòu)想”的居多。在教學(xué)中，教師應(yīng)利用好學(xué)生“前概念”中與科學(xué)概念相一致的部分，使之成為構(gòu)建科學(xué)概念的基礎(chǔ)及“腳手架”;矯正和轉(zhuǎn)變與科學(xué)概念有偏差的“相異構(gòu)想”。教學(xué)《奇妙的二氧化碳》一課，通過前測了解學(xué)生的“前概念”及“相異構(gòu)想”，并針對性地設(shè)計與實施教學(xué)，矯正“相異構(gòu)想”，而后通過后測了解教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：前概念相異構(gòu)想科學(xué)概念《奇妙的二氧化碳》

人從出生就開始踏上探索世界的旅程。隨著對物質(zhì)世界及各種現(xiàn)象的認識，會慢慢地在頭腦中形成一些對相關(guān)問題的個人觀點，這就是日常經(jīng)驗，在心理學(xué)上被稱為“前科學(xué)概念”，簡稱“前概念”。初中生生活經(jīng)歷簡單、思維能力不成熟，因此，他們形成的“前概念”有可能與科學(xué)觀念不一致，有一定的偏差，甚至是完全相悖的。這就給科學(xué)概念的形成造成了很大的困難。在心理學(xué)上，把這些與科學(xué)概念有偏差的、甚至完全相悖的“前概念”稱為“相異構(gòu)想”或“迷思概念”。

化學(xué)是一門與實際生活聯(lián)系非常密切的學(xué)科，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)系統(tǒng)的化學(xué)學(xué)科知識前，已經(jīng)形成了極其豐富的化學(xué)“前概念”，其中屬于“相異構(gòu)想”的居多。在教學(xué)中，教師應(yīng)利用好學(xué)生“前概念”中與科學(xué)概念相一致的部分，使之成為構(gòu)建科學(xué)概念的基礎(chǔ)及“腳手架”;矯正和轉(zhuǎn)變與科學(xué)概念有偏差的“相異構(gòu)想”。這既是教學(xué)的重點，更是難點。教學(xué)滬教版初中化學(xué)九年級上冊《奇妙的二氧化碳》一課，筆者通過前測了解學(xué)生的“前概念”及“相異構(gòu)想”，并針對性地設(shè)計與實施教學(xué)，矯正“相異構(gòu)想”，繼而通過后測了解教學(xué)效果。

一、教學(xué)前測及分析

二氧化碳是學(xué)生生活中較為熟悉的物質(zhì)，在小學(xué)科學(xué)等課程中已有所涉及，這為學(xué)生進一步學(xué)習(xí)二氧化碳的性質(zhì)、用途及制法等知識奠定了基礎(chǔ)。然而，學(xué)生的這些“前概念”是否都是構(gòu)建科學(xué)概念的“腳手架”呢？是否存在著較為隱蔽且頑固的“相異構(gòu)想”呢？這是教師教學(xué)本部分內(nèi)容前必須掌握的信息。

筆者設(shè)計了如下的前測題來了解學(xué)生學(xué)習(xí)《奇妙的二氧化碳》前的“前概念”及“相異構(gòu)想”：

請根據(jù)實際情況選擇;若選擇“知道”，請在橫線上寫出具體內(nèi)容。

1.打開汽水瓶或啤酒瓶時，常常會有氣泡冒出，冒出氣體的主要成分是什么？（）

A. 知道：

B. 不大清楚

C. 不知道

2.我們都知道，人類呼吸時吸入氧氣，呼出二氧化碳。你認為，我們呼出的氣體中二氧化碳的含量大概有多少？（）

A. 知道：

B. 不大清楚

C. 不知道

3.某品牌的雪月餅中會填充一種“冰”，保證其不會融化。你知道這種“冰”是什么物質(zhì)嗎？（）

A. 知道：

B. 不大清楚

C. 不知道

4.你知道綠色植物在進行光合作用時，反應(yīng)物和生成物分別是什么嗎？（）

A. 知道：

B. 不大清楚

C. 不知道

5.在機場、大型商場、隧道等場所，常設(shè)有通風(fēng)設(shè)施，你知道其中的原因嗎？（）

A. 知道：

B. 不大清楚

C. 不知道

6.你知道用什么方法檢驗?zāi)硽怏w是不是二氧化碳嗎？（）

A. 知道：

B. 不大清楚

C. 不知道

7.如果圖書館著火，最好用什么方法滅火？（）

A. 知道：

B. 不大清楚

C. 不知道

8.在火災(zāi)現(xiàn)場逃生時，應(yīng)該蹲下匍匐還是站著前行？（）

A. 知道：

B. 不大清楚

C. 不知道

由于學(xué)生較為熟悉二氧化碳這種物質(zhì)，所以對于以上問題的回答很快，但結(jié)果卻不盡如人意，表現(xiàn)出較多的“相異構(gòu)想”。第1題，學(xué)生大多回答是“二氧化碳”，但也有學(xué)生填了“氧氣”;第2題，很多學(xué)生都選了“知道”，但答案五花八門，填得最多的是“二氧化碳的含量為100%”;第3題，有學(xué)生回答是“冰”;第4題，學(xué)生大多回答是“氧氣”;第5題，學(xué)生基本回答是“二氧化碳”，但也有學(xué)生填了“一氧化碳”;第6題，大部分學(xué)生回答“石灰水”;第7題答案也較多，其中有接近60%的學(xué)生回答是“水”，超過30%的學(xué)生回答是“干冰”;第8題，回答“站著前行”的學(xué)生占了一半以上。

這些對二氧化碳的“相異構(gòu)想”，有的是學(xué)生在生活中觀察并自發(fā)總結(jié)出來的，如：某品牌雪月餅中填充的“冰”，外表看起來跟一般的冰差不多，用作制冷劑，所以就被認為是冰了;第7題，學(xué)生之所以回答“用水來滅火”，因為他們在生活中或電視等媒體中觀察到的滅火方式幾乎全部是用水。有的是受到生活中一些“常識”的影響，如：第2題，學(xué)生之所以認為呼出的氣體全部是二氧化碳，主要是受“吸進去的是氧氣，呼出來的是二氧化碳”這句話的“誤導(dǎo)”。有的是已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識，且印象較深，如：檢驗二氧化碳氣體用澄清石灰水，大部分學(xué)生已經(jīng)掌握。但已學(xué)知識有時也會產(chǎn)生干擾，如：第8題，學(xué)生之所以回答“站著前行逃生”，一是覺得站著前行逃生速度快，二是知道二氧化碳的密度比空氣大，所以不考慮場合，就認為靠近地面的地方二氧化碳的濃度高。

二、教學(xué)過程

要想有效地矯正學(xué)生的這些“相異構(gòu)想”，在教學(xué)設(shè)計時就要采取合適的方法與策略。而讓學(xué)生產(chǎn)生認知沖突，然后用實驗現(xiàn)象作為證據(jù)，是有效的方法之一。

（一）二氧化碳的密度研究

師在相同情況下，二氧化碳的密度比空氣大還是??？舉例說明。

生大。比如，往氣球里吹氣，在沒有風(fēng)的房間里，氣球往下沉，飄不起來。

師觀察得很仔細！請同學(xué)們觀看一段視頻，分析原因。

（教師播放視頻《屠狗洞》：某地有個奇怪的山洞，人走進山洞安然無恙，而狗走進洞里往往會一命嗚呼，因此，當?shù)鼐用穹Q之為“屠狗洞”。學(xué)生觀看后討論。）

生二氧化碳的密度比空氣大，貼近地面的地方二氧化碳的濃度更高，狗比較矮小，吸進去的氣體中二氧化碳的含量比人吸進去的高。由于二氧化碳不能供給呼吸，所以人和狗一起進洞，人沒事，但狗往往容易死亡。

（教師演示實驗：如圖1所示，點燃兩支高度不一的蠟燭，將一個大燒杯罩在上面;一段時間后，高的蠟燭先熄滅。）

師通常情況下，二氧化碳的密度大于空氣。但這個實驗告訴我們，火災(zāi)現(xiàn)場溫度高，剛產(chǎn)生的二氧化碳與其他有害氣體受熱膨脹，密度反而小，漂浮在上方。所以，在火災(zāi)現(xiàn)場逃生時，人應(yīng)該蹲下匍匐前行，同時，最好用濕的毛巾堵住口鼻。

（二）二氧化碳滅火研究

（教師演示實驗：如圖2所示，點燃兩支高度不一的蠟燭，放在一個大燒杯里，然后將集氣瓶中已經(jīng)收集的二氧化碳氣體沿燒杯壁慢慢傾倒;可觀察到，下面的蠟燭先熄滅。）

師實驗的這一現(xiàn)象能說明二氧化碳的哪些性質(zhì)？

生二氧化碳的密度大于空氣，所以能像倒水一樣倒入燒杯中;同時，二氧化碳不能燃燒，也不能支持燃燒，所以，常常用于滅火。

師所有燃燒的物質(zhì)都可以用二氧化碳來熄滅嗎？

（學(xué)生交流、討論。教師演示實驗：如下頁圖3所示，將點燃的鎂條伸入集滿二氧化碳的集氣瓶中。學(xué)生觀察現(xiàn)象。）

生鎂條在二氧化碳中劇烈燃燒，發(fā)出白光，瓶壁上有小黑點出現(xiàn)。

師鎂條可以在二氧化碳中燃燒。所以，二氧化碳是常用的滅火劑，但并不是所有物質(zhì)燃燒時都可以用二氧化碳來滅火。

（三）二氧化碳與水的反應(yīng)研究

師二氧化碳能與水反應(yīng)嗎？

生二氧化碳與水能發(fā)生光合作用，產(chǎn)生氧氣。

師非常好！二氧化碳和水在有葉綠素和太陽光照的條件下發(fā)生光合作用，生成氧氣，這是自然界中氧循環(huán)重要的一部分。接下來，請大家注意觀察實驗現(xiàn)象。

（教師演示實驗：如圖4所示，在集滿二氧化碳氣體的塑料瓶中，加入約13塑料瓶容積的水，立即旋緊瓶蓋，振蕩。）

生塑料瓶變癟，說明二氧化碳氣體能溶解于水，使瓶內(nèi)壓力減小。

師很好！二氧化碳氣體能溶于水，1體積的水約能溶解1體積的二氧化碳氣體;增大壓強，還能溶解得更多。生產(chǎn)汽水等飲料就是利用了這一性質(zhì)。

師石蕊是一種從植物中提取出來的色素，遇酸性溶液變成紅色。（演示實驗：將塑料瓶中的溶液倒入試管中，滴入紫色石蕊試液。實驗現(xiàn)象：溶液顏色從紫色變成紅色）這一現(xiàn)象說明了什么？

生說明溶液中有酸性物質(zhì)。

師對。二氧化碳與水反應(yīng)能生成一種叫作碳酸的酸，（同步板書：H2O+CO2→H2CO3）碳酸使紫色石蕊試液變成了紅色。

師在不同的條件下，相同的物質(zhì)間發(fā)生的反應(yīng)可能有所不同。同樣是二氧化碳與水，如果在葉綠素和光照的條件下，會發(fā)生光合作用;如果在常態(tài)環(huán)境下，就會生成碳酸。所以，反應(yīng)的條件是同學(xué)們認識化學(xué)反應(yīng)時必須關(guān)注的重要內(nèi)容。

（四）二氧化碳與澄清石灰水的反應(yīng)研究

師同學(xué)們知道如何檢驗二氧化碳氣體嗎？

生二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁。所以要檢驗一種氣體是不是二氧化碳，可將其通入澄清石灰水中，如果澄清石灰水變渾濁了，則氣體為二氧化碳。

師掌握得非常好！這一知識我們在小學(xué)科學(xué)課上學(xué)過。

（指名一名學(xué)生上臺通過一支吸管向澄清石灰水中吹氣。實驗現(xiàn)象：澄清溶液中有白色渾濁出現(xiàn)。）

師看到這位同學(xué)吹得很累。其實，人類呼出的氣體中二氧化碳的含量僅占4%左右，[同步板書：CO2 + Ca（OH）2→ CaCO3 ↓+ H2O]可見，用澄清石灰水來檢驗二氧化碳這一反應(yīng)是很靈敏的。

（教師演示實驗：按下頁圖5所示連接好剛打開的汽水瓶和橡皮塞，將導(dǎo)管通入剛才變渾濁的石灰水中，輕輕搖晃。實驗現(xiàn)象：渾濁的石灰水重新變澄清。）

師過量的二氧化碳氣體通入渾濁的石灰水中，[同步板書：CO2+CaCO3+H2O→Ca（HCO3）2]會繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，生成的物質(zhì)叫作碳酸氫鈣，是一種易溶于水的物質(zhì)，所以溶液又變澄清了。這說明物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)變化時，不僅跟反應(yīng)的條件有關(guān)，跟物質(zhì)的濃度、數(shù)量也都有關(guān)系。比如，碳在氧氣充足的情況下燃燒，生成的是二氧化碳氣體，而在氧氣不足的情況下燃燒，則會生成一氧化碳氣體。在剛才的實驗中，如果是適量的二氧化碳氣體通入澄清石灰水中，則石灰水變渾濁，因為生成了難溶于水的碳酸鈣;而在二氧化碳氣體過量的情況下，則會繼續(xù)反應(yīng)，生成可溶于水的碳酸氫鈣，所以溶液又變澄清了。

三、教學(xué)后測及分析

教學(xué)結(jié)束后，我們還應(yīng)設(shè)計后測題，通過學(xué)生的反饋了解這堂課的教學(xué)效果，即學(xué)生“相異構(gòu)想”的矯正情況。

《奇妙的二氧化碳》一課，筆者設(shè)計了如下的后測題：

1.二氧化碳與水發(fā)生的反應(yīng)，你目前已經(jīng)知道了幾種？

2.二氧化碳能夠滅火，是否適用于所有的火災(zāi)場合？常用的滅火器分為幾類，分別適合在哪些場合滅火？

3.收集二氧化碳氣體常用什么方法？主要是利用二氧化碳的什么性質(zhì)？

4.二氧化碳氣體一定能使澄清的石灰水變渾濁嗎？用久了的熱水瓶內(nèi)膽壁上是怎么形成水垢的？

大部分學(xué)生對于以上后測題均能順利解答，說明本節(jié)課的設(shè)計與實施符合學(xué)生的生活經(jīng)驗與認知水平，較好地達成了預(yù)設(shè)的教學(xué)目標，有效矯正了學(xué)生的“相異構(gòu)想”。

學(xué)生的“前概念”是教師在教學(xué)過程中必須面對的現(xiàn)實問題，矯正其中的“相異構(gòu)想”是一項重要的教學(xué)任務(wù)。根據(jù)學(xué)生的“前概念”，有效利用學(xué)生生活經(jīng)驗中與科學(xué)概念相一致的部分，順勢同化;設(shè)計合理的教學(xué)內(nèi)容，使用恰當?shù)慕虒W(xué)策略，有針對性地矯正與科學(xué)概念有偏差的“相異構(gòu)想”，建立結(jié)構(gòu)良好的科學(xué)概念。

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