基于“變易圖式”理論的化學(xué)啟蒙深度學(xué)習(xí)探索

●陳懋

初中化學(xué)是化學(xué)基礎(chǔ)教育的啟蒙階段，對(duì)剛接觸化學(xué)的初中學(xué)生而言，許多化學(xué)概念和規(guī)律知識(shí)比較抽象，“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征比較難適應(yīng)，對(duì)學(xué)習(xí)和理解造成一定的難度?！白円桌碚摗笔侨鸬浣逃龑W(xué)者馬飛龍等人在現(xiàn)象圖式學(xué)基礎(chǔ)上提出的一套學(xué)習(xí)理論，注重學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程中讓思維的某些方面同時(shí)保持“變”與“不變”，使其關(guān)鍵特征凸顯出來并被學(xué)習(xí)者審辨到，即學(xué)習(xí)的關(guān)鍵是找出事物最顯著的差別[1]16。變易圖式理論包含四種變易圖式：對(duì)比、類合、區(qū)分、融合。將變易圖式恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用于化學(xué)啟蒙教學(xué)（如圖1），可以幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的困惑，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。下面結(jié)合化學(xué)啟蒙教學(xué)實(shí)踐，從變易理論的四個(gè)圖式進(jìn)行探討與總結(jié)。

圖1

一、優(yōu)化變易的對(duì)照?qǐng)D式，引發(fā)深度學(xué)習(xí)

對(duì)照是為了獲得對(duì)事物的經(jīng)驗(yàn)，使用其他事物和它形成對(duì)比。對(duì)比有助于識(shí)別事物的關(guān)鍵特征，學(xué)生能直觀地意識(shí)到事物之間的不同[1]16。利用變易對(duì)照?qǐng)D式，抓住主要特征創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，能幫助學(xué)生審辨到被忽視的變與不變。在化學(xué)啟蒙教學(xué)中，教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對(duì)照，審辨到關(guān)鍵特征，既激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也引發(fā)學(xué)生參與深度學(xué)習(xí)。

例如，在二氧化碳的性質(zhì)教學(xué)中，教師講述：可樂、雪碧等飲料中都含有二氧化碳，但卻叫碳酸飲料，為什么不叫二氧化碳飲料？打開瓶蓋看到飲料冒泡，這些氣體是溶解在水中的二氧化碳因氣壓減小而生成，還是因?yàn)槎趸寂c水反應(yīng)生成碳酸，而碳酸分解生成二氧化碳？ 教師往往忽視學(xué)生的這個(gè)前概念，產(chǎn)生認(rèn)知上的困難。怎樣幫助學(xué)生轉(zhuǎn)化前概念，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)呢？ 教學(xué)設(shè)計(jì)如下：

教師演示：在一個(gè)充滿二氧化碳的軟塑料瓶里，迅速倒入少量水，立即將瓶蓋擰緊振蕩，觀察有什么現(xiàn)象？ （如圖2所示）

圖2

思考與討論：CO2溶于水的過程中，有沒有發(fā)生化學(xué)變化呢？ 如何檢驗(yàn)？

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：取兩支試管，分別加入少量蒸餾水及圖2中變扁的瓶中液體。然后分別滴加少量紫色石蕊試液，觀察兩支試管中液體顏色的變化，如圖3所示。

圖3

質(zhì)疑問難：二氧化碳能溶于水，通常1 體積水中能溶解1 體積的二氧化碳。那么，二氧化碳是酸性氧化物是否也能使紫色石蕊試液變成紅色？ 人感知客觀現(xiàn)象的能力是有限的，懂科學(xué)的人并非只用眼睛看世界。我們需要有懷疑的態(tài)度，在行進(jìn)的過程中暫時(shí)停下來想一想：是這樣的嗎？ 我們有沒有搞錯(cuò)？ 課堂開始躁動(dòng)，學(xué)生紛紛提出自己的猜想。

假設(shè)1：二氧化碳溶于水，但不與水反應(yīng)，二氧化碳引起石蕊試液變色。

假設(shè)2：二氧化碳溶于水，與水反應(yīng)，生成碳酸，碳酸使石蕊試液變色。

學(xué)生自選實(shí)驗(yàn)器材：水、石蕊試液浸泡過的干花、石蕊試紙、二氧化碳等。設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明是二氧化碳還是二氧化碳與水反應(yīng)生成的碳酸使石蕊變紅，實(shí)驗(yàn)方案如圖4所示。通過三個(gè)對(duì)照?qǐng)D式，學(xué)生知道水與二氧化碳發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。這樣步步為營(yíng)的課堂教學(xué)自然能激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，提高接受新事物的速度，對(duì)概念的理解更為透徹，引發(fā)其深度學(xué)習(xí)。

圖4

本案例中，教師運(yùn)用變易對(duì)照?qǐng)D式凸顯關(guān)鍵特征，也讓學(xué)生設(shè)計(jì)對(duì)照?qǐng)D式，使教師預(yù)設(shè)的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學(xué)生體驗(yàn)到的教學(xué)內(nèi)容，幫助解決學(xué)習(xí)中的困惑，在證據(jù)推理中引發(fā)其深度學(xué)習(xí)。

二、優(yōu)化變易的類合圖式，推進(jìn)深度學(xué)習(xí)

類合指的是如果不同的事物或情況都出現(xiàn)某種類似或相同的特征(即不變的部分)，那么這一特征便會(huì)成為所觀察事物的一個(gè)具有普遍性的維度，這個(gè)具有普遍性維度的概念就會(huì)從其他無關(guān)的特征中被審辨出來，成為這幾類事物的共同特征[2]124。變易理論關(guān)注對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵屬性的審辨。在化學(xué)啟蒙教學(xué)時(shí)，教師采用類合圖式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生類合找出化學(xué)概念的關(guān)鍵特征，使概念學(xué)習(xí)由難變易，推進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

例如，酸的概念教學(xué)中，許多學(xué)生認(rèn)為含有氫離子的物質(zhì)就是酸，有酸味的就是酸。為了讓學(xué)生便于理解，教師講述：食醋是一種酸溶液，它有酸味，具有酸性。接著展示（圖5）柑橘、獼猴桃、葡萄等，也都含有酸味，具有一定的酸性，學(xué)生開始咽口水。

“好萊塢”如今往往指的是美國(guó)先進(jìn)的影視音樂工業(yè)，在品牌運(yùn)營(yíng)上更為成熟、高效。電影工業(yè)化的最終目的是打造全產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，而好萊塢擁有高技術(shù)人才、調(diào)節(jié)資本與產(chǎn)品質(zhì)量的良性循環(huán)、建立專業(yè)化影視基地和建立國(guó)際高水準(zhǔn)的攝影棚等方面，展現(xiàn)了如何打造國(guó)際品牌。

圖5

教師設(shè)問：醋、胃液、檸檬、柑橘等是不同的物質(zhì)，為什么都呈酸性？ 學(xué)生認(rèn)為，這些物質(zhì)中都有酸味，所以呈酸性。教師提示，我們認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)是從它的組成入手，科學(xué)家研究證明，這些溶液會(huì)呈酸性是由于其中含有一類特殊的物質(zhì)——酸，食醋里含有醋酸，人的胃液里含有鹽酸，檸檬、柑橘等水果中含有檸檬酸。

教師設(shè)問：鹽酸、硫酸和硝酸等也都是酸，HC1,H2SO4和HNO3的電離方程式如圖6所示，這三種酸電離的產(chǎn)物有什么相同點(diǎn)?還有什么不同點(diǎn)？學(xué)生討論后得出，這些酸在水中電離時(shí)，生成的陽離子都是相同的一種粒子，這種粒子就是氫離子（H+），電離產(chǎn)生的陰離子不同。

圖6

教師設(shè)問：酸電離都能產(chǎn)生氫離子，能電離出H+的化合物就一定是酸嗎？NaHSO4是不是酸？ 學(xué)生認(rèn)為NaHSO4不是酸。因?yàn)镹aHSO4電離產(chǎn)生的陽離子除氫離子外，還有鈉離子。教師追問：酸電離有什么共同特征？ 如何從電離角度給酸下一個(gè)操作性定義？ 學(xué)生通過類合，歸納這些正反事例中的變與不變，從而概括出酸的定義：電離生成的陽離子全部是氫離子。

本案例中，教師結(jié)合學(xué)生已經(jīng)掌握的知識(shí)，為新知識(shí)提供證據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生從不同視角，通過不同方法推理，分析其中的變與不變，歸納出在變化中保持穩(wěn)定的部分，把握事物的共同特征，推進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

三、優(yōu)化變易的區(qū)分圖式，深化深度學(xué)習(xí)

區(qū)分與類合相反，區(qū)分是指讓學(xué)生關(guān)注變的方面，從整體中把握事物的關(guān)鍵屬性和關(guān)鍵特征，從而加深學(xué)生對(duì)事物的深刻認(rèn)識(shí)[1]17。在化學(xué)啟蒙學(xué)習(xí)中，針對(duì)學(xué)生的迷思概念，教師引導(dǎo)學(xué)生利用變易理論的區(qū)分圖式找到相關(guān)化學(xué)概念的差別，再進(jìn)行主動(dòng)建構(gòu)，如酸、堿和鹽的區(qū)分，單質(zhì)和化合物的區(qū)分，化合反應(yīng)和分解反應(yīng)的區(qū)分等，可以深化學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

例如，在物質(zhì)的構(gòu)成教學(xué)中，分子和原子都是構(gòu)成物質(zhì)的微粒，屬于微觀層面，它們有許多相同之處，但又有本質(zhì)的區(qū)別。在教學(xué)中，筆者引導(dǎo)學(xué)生觀察電解水的模型（如圖7），認(rèn)識(shí)分子和原子，教師設(shè)問：水、氧氣、氫氣由什么構(gòu)成？ 水分子由什么構(gòu)成？學(xué)生討論得出，水由水分子構(gòu)成，氧氣由氧分子構(gòu)成，氫氣由氫分子構(gòu)成。水分子由氫原子和氧原子構(gòu)成。教師設(shè)問：從微觀結(jié)構(gòu)看，水通直流電，水分子如何變化？ 學(xué)生看著模型認(rèn)為，水通直流電，水分子分解成氫原子和氧原子，氫原子和氧原子不再分解，氫原子和氫原子結(jié)合形成氫分子，氧原子和氧原子結(jié)合形成氧分子，水分子變成了氫分子和氧分子，原子是化學(xué)變化中最小的微粒，在化學(xué)變化中，分子可以再分。

圖7

教師設(shè)問：從微觀角度分析，為什么氫氣、氧氣與水的化學(xué)性質(zhì)不同？ 學(xué)生認(rèn)為，電解水過程中，水分子變成了氫分子和氧分子，分子的種類發(fā)生了改變，它們不再保持水的化學(xué)性質(zhì)。可見，在由分子構(gòu)成的物質(zhì)中，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子。

教師設(shè)問：分子和原子之間有什么聯(lián)系和區(qū)別？學(xué)生認(rèn)為，分子與原子的區(qū)別為：分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子，原子是化學(xué)變化中的最小粒子；聯(lián)系為：（1）在化學(xué)變化中，分子可以分解成原子，原子可以重新組合新的分子。（2）化學(xué)反應(yīng)前后分子種類改變，原子種類不變。學(xué)生通過對(duì)原子和分子的關(guān)鍵特征進(jìn)行分析，找到知識(shí)之間的差別再進(jìn)行區(qū)分，學(xué)生就容易掌握，走出理解上的誤區(qū)。

四、優(yōu)化變易的融合圖式，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)

融合是指“當(dāng)學(xué)習(xí)者需要同時(shí)理解事物的幾個(gè)關(guān)鍵特征時(shí)，那么他們就應(yīng)該同時(shí)經(jīng)歷到這幾個(gè)關(guān)鍵特征的變化”。通過變易的融合圖式，學(xué)生能夠意識(shí)到“變化的這幾個(gè)方面之間的關(guān)系，以及這些方面與作為整體的學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的關(guān)系”[1]18。在化學(xué)啟蒙學(xué)習(xí)中，許多知識(shí)的應(yīng)用綜合性強(qiáng)，教師引導(dǎo)學(xué)生利用融合圖式，在真實(shí)情境中辨析幾個(gè)關(guān)鍵特征之間的關(guān)系，以及關(guān)鍵特征與整體之間的關(guān)系，可以落實(shí)真正深度學(xué)習(xí)。

例如，在鹽的性質(zhì)教學(xué)中，物質(zhì)鑒別是綜合性較強(qiáng)的內(nèi)容，要求學(xué)生能夠?qū)λ婕暗奈镔|(zhì)相關(guān)知識(shí)熟練掌握，只有同時(shí)體驗(yàn)到物質(zhì)性質(zhì)的差異和物質(zhì)鑒別方法上同步變易，才能獲得物質(zhì)鑒別的整體認(rèn)識(shí)。

教師設(shè)問： 小紅在廚房中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)裝白色固體無標(biāo)簽的瓶子，一瓶是食鹽，一瓶是純堿。你能幫助小紅對(duì)它進(jìn)行鑒別嗎？為了解決問題，首先我們可以把任務(wù)分解為幾個(gè)簡(jiǎn)單的小任務(wù)：（1）食鹽和純堿的性質(zhì)；(2)食鹽和純堿的性質(zhì)對(duì)比；(3)食鹽和純堿的鑒別。

學(xué)生先學(xué)習(xí)食鹽和純堿的性質(zhì)，包含化學(xué)式以及組成，食鹽的化學(xué)式是NaCl，根據(jù)化學(xué)式學(xué)生知道食鹽中含有鈉離子和氯離子，純堿的化學(xué)式是Na2CO3，根據(jù)化學(xué)式，純堿中含有鈉離子和碳酸根離子，教師將食鹽和純堿固體配成溶液，將適量溶液倒入試管，分別滴入硝酸銀和稀硝酸，學(xué)生發(fā)現(xiàn)食鹽溶液能和硝酸銀反應(yīng)，生成白色沉淀，白色沉淀不溶于稀硝酸；再分別取適量溶液于試管，分別滴入酚酞，學(xué)生發(fā)現(xiàn)純堿溶液變紅色，說明純堿溶液呈堿性，而食鹽溶液顏色不變，溶液呈中性；最后，分別取適量溶液于試管，分別滴入稀鹽酸，學(xué)生觀察到食鹽溶液無現(xiàn)象，而純堿溶液出現(xiàn)氣泡，說明食鹽與鹽酸不反應(yīng)，純堿與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體。

教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)食鹽、純堿的性質(zhì)和組成進(jìn)行比較，食鹽和純堿中都有鈉離子，食鹽中有氯離子，純堿中有碳酸根離子；食鹽溶液呈中性，純堿溶液呈堿性；食鹽溶液能和硝酸銀反應(yīng)生成不溶于稀硝酸的白色沉淀；食鹽不能與稀鹽酸反應(yīng)，而純堿能與稀鹽酸反應(yīng)，生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體。

最后學(xué)生分小組提出鑒別的方案：分別取少量固體于試管，滴加適量蒸餾水配成溶液，用石蕊、酚酞試劑測(cè)定其水溶液的酸堿性，滴入酚酞溶液，呈紅色的是純堿，無顏色變化的是食鹽；用PH 試紙測(cè)定其水溶液的酸堿度，PH 等于7 的是食鹽，大于7 的是純堿；滴加稀鹽酸，觀察是否有氣泡，產(chǎn)生氣泡的是純堿，不產(chǎn)生氣泡的是食鹽；滴加澄清石灰水，觀察是否有沉淀，有白色沉淀生成的是純堿，沒有現(xiàn)象的是食鹽；甚至還有學(xué)生提出，廚房的食品添加劑可以品嘗，有咸味的是食鹽，無咸味的是純堿；純堿溶液呈堿性，其水溶液可以作為洗滌劑，具有滑膩感。

本案例中，教師基于學(xué)生的認(rèn)知，根據(jù)變易圖式理論，按照“分離—對(duì)比—融合”的變易策略，引導(dǎo)學(xué)生審辨出物質(zhì)鑒別的關(guān)鍵屬性，讓學(xué)生體驗(yàn)到化學(xué)在身邊，促進(jìn)了學(xué)生深度學(xué)習(xí)的真正發(fā)生。

五、結(jié)語

我們要讓學(xué)生學(xué)到某種東西，必須審辨到即將被學(xué)習(xí)到的內(nèi)容，這就意味著學(xué)生要辨識(shí)到學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵特征。教師在課堂上要做的，就是幫助學(xué)生審辨到被忽視的或者未被注意到的關(guān)鍵特征(即學(xué)習(xí)內(nèi)容關(guān)注的重點(diǎn))，把“變易”帶入到他們認(rèn)為理所當(dāng)然的地方[2]122。因此，在確定學(xué)習(xí)內(nèi)容時(shí)，教師要審視和分析課程和教材對(duì)化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)的要求，然后根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知邏輯確定課堂的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在設(shè)計(jì)和實(shí)施課堂教學(xué)時(shí)，使用適宜的變易圖式，抓準(zhǔn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵屬性、屬性之間的關(guān)系和屬性與整節(jié)內(nèi)容之間的關(guān)系，幫助學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上能夠批判性地學(xué)習(xí)新的知識(shí)和方法，實(shí)現(xiàn)真正的深度學(xué)習(xí)。