基于學(xué)科理解的化學(xué)概念形成的教學(xué)策略研究

摘 要：文章基于對元素這一概念的深入理解，遵循前概念向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變的一般規(guī)律，從教材定位、學(xué)情分析、思路建構(gòu)、情境創(chuàng)設(shè)、例證分析、內(nèi)涵提煉、形成系統(tǒng)、遷移應(yīng)用等方面對元素概念的形成進(jìn)行研究，闡述初中化學(xué)概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的常見策略。

關(guān)鍵詞：學(xué)科理解；初中化學(xué)；概念轉(zhuǎn)變；元素概念；教學(xué)策略

基金項目：文章系江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十三期課題“基于學(xué)科理解的初中化學(xué)核心概念教學(xué)案例研究”（項目編號：2019JK13-L274）研究成果。

作者簡介：王華（1976—），男，江蘇省鹽城市鹽都區(qū)實驗初中。

在初中化學(xué)中，學(xué)科理解不僅是對化學(xué)知識的理解，還包括對具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思維方式和方法的理解［1］?；瘜W(xué)概念是課程內(nèi)容的“骨架”，在化學(xué)學(xué)習(xí)過程中有著重要作用。初中階段是學(xué)生形成概念意識、掌握概念學(xué)習(xí)方法、形成學(xué)科觀念的關(guān)鍵時期，九年級是學(xué)習(xí)化學(xué)的起始年級，部分學(xué)生對如何理解、分析、應(yīng)用化學(xué)概念抓不到要領(lǐng)。由于很多化學(xué)概念的表述學(xué)科性較強(qiáng)，需要具備扎實的知識基礎(chǔ)才能理解，因此部分學(xué)生較難從化學(xué)學(xué)科思維的角度形成科學(xué)的理解。所以，基于學(xué)科理解的概念教學(xué)研究就顯得尤為重要。元素是初中化學(xué)教學(xué)中的核心概念，概念本身具有抽象性，學(xué)生很容易產(chǎn)生“迷思概念”“錯誤概念”?，F(xiàn)筆者以人教版化學(xué)九上第三單元“元素”概念為例，談一談學(xué)科理解基礎(chǔ)上的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的基本策略和方法。

一、教材定位與學(xué)情分析

“元素”屬于2022年版新課標(biāo)“物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)”這一主題的內(nèi)容。學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)零星接觸了一些“元素”，比如門捷列夫的元素周期表，氧化反應(yīng)的定義中提到的“物質(zhì)與氧發(fā)生的反應(yīng)”，有些教師在氧氣的實驗室制法中也有可能提到“含氧化合物分解”等內(nèi)容，更有些教師要求學(xué)生提前背誦元素名稱和符號，所以，學(xué)生對元素已經(jīng)有了一定的認(rèn)識。

學(xué)生在學(xué)習(xí)元素這一內(nèi)容前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了分子、原子、離子、相對原子質(zhì)量等內(nèi)容，也初步學(xué)會了從宏觀和微觀視角認(rèn)識物質(zhì)，為元素概念的形成奠定了基礎(chǔ)，屬于學(xué)習(xí)的“前概念”。元素是一個抽象的概念，如何將淺層化、碎片化的“日常概念”轉(zhuǎn)化為“科學(xué)概念”，教師既要以學(xué)生的已有知識和認(rèn)識為基礎(chǔ)，又要從元素概念本身的特征出發(fā)，應(yīng)用必要的概念形成的策略，幫助學(xué)生樹立科學(xué)的認(rèn)識，實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變。學(xué)生識記元素的概念并不難，難的是掌握概念的應(yīng)用以及元素和原子兩者之間的區(qū)別和聯(lián)系，只有掌握了這些內(nèi)容，才更有利于加深學(xué)生對元素概念的理解。

二、概念解構(gòu)與思路建構(gòu)

教師對化學(xué)學(xué)科知識和思維方式方法的本原性、結(jié)構(gòu)化的理解決定了學(xué)生對化學(xué)概念的理解層次，決定了他們對化學(xué)學(xué)科的認(rèn)知水平。從對概念本原性理解的角度來說，每一個概念都包括四個方面：概念名稱、概念定義、概念實例和概念屬性。對概念名稱、概念定義、概念實例和概念屬性四個方面的解構(gòu)剖析有利于對概念形成進(jìn)行研究。準(zhǔn)確把握化學(xué)概念的內(nèi)涵和外延，厘清概念之間的關(guān)系，并結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)實際，優(yōu)化概念教學(xué)的過程，形成符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律和教學(xué)邏輯的元素概念轉(zhuǎn)變策略，既能提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)業(yè)水平，有效發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，也能增進(jìn)教師對學(xué)科的理解，提升教師的專業(yè)水平。

教學(xué)應(yīng)當(dāng)始終走在學(xué)生發(fā)展的前面，而不要落在學(xué)生發(fā)展的后面［2］。“教師先于學(xué)生”的主導(dǎo)作用（“腳手架”作用），與心理學(xué)家維果茨基的觀點相符。概念的形成過程實際上就是將原有的前概念轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念的過程?；瘜W(xué)概念學(xué)習(xí)實質(zhì)上是學(xué)生掌握同類化學(xué)物質(zhì)及其變化的共同的關(guān)鍵特征的過程。學(xué)生可以在不同例證中通過觀察、分析與歸納等方式發(fā)現(xiàn)多個事物或現(xiàn)象的共同屬性，然后應(yīng)用關(guān)鍵詞來進(jìn)行定義。學(xué)生通過學(xué)習(xí)定義，對原有的相關(guān)概念進(jìn)行同化或順應(yīng)，從而形成科學(xué)概念。

依據(jù)對概念特征的研究和元素概念的特點，可形成元素概念教學(xué)的一般思路與流程。從概念形成結(jié)構(gòu)化角度來說，結(jié)構(gòu)化的過程就是一個認(rèn)知不斷發(fā)展、進(jìn)階的過程，是一個概括、提煉、建模的過程，而依據(jù)一定概念轉(zhuǎn)化模型形成概念的過程就是結(jié)構(gòu)化應(yīng)用的過程。對于學(xué)生來說，在教師的主導(dǎo)作用下，概念形成的結(jié)構(gòu)化大體經(jīng)歷以下幾個階段：原有知識儲備（日常概念）→比較分析事物主要特征→類比、概括本質(zhì)特征→形成科學(xué)概念→概念應(yīng)用→形成概念系統(tǒng)→反視前概念。

而教師的“腳手架”作用主要是以語言描述、提供事例、多媒體呈現(xiàn)素材等方式引起認(rèn)知沖突→利用定義概念的關(guān)鍵詞匯進(jìn)行引導(dǎo)→促使概念符號化（概念內(nèi)涵）→舉例、辨析、應(yīng)用（概念外延）→引導(dǎo)學(xué)生形成知識樹、概念圖（概念系統(tǒng)）。

三、教學(xué)設(shè)計與實施流程

（一）激趣引入，情境創(chuàng)設(shè)——引發(fā)認(rèn)知沖突

核心概念教學(xué)需在真實的問題情境、具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)中借助探究活動依步實施。當(dāng)學(xué)生不能通過同化的方式處理問題時，就形成了認(rèn)知沖突。教師應(yīng)設(shè)法營造認(rèn)知沖突情境，呈現(xiàn)認(rèn)知素材，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)知識的轉(zhuǎn)化和發(fā)展。元素概念教學(xué)的情境可以從以下幾個方面創(chuàng)設(shè)，以產(chǎn)生認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。

歷史情境：中國的五行學(xué)說、西方的四元素說等。

化學(xué)情境：門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律的過程。什么是元素？元素周期表的元素是按照什么來排序的？

生活情境：出示高鈣牛奶、加碘食鹽、加鐵醬油、葡萄糖酸鋅口服液的圖片。生活當(dāng)中所謂的補(bǔ)鈣、補(bǔ)碘、補(bǔ)鐵、補(bǔ)鋅，補(bǔ)的是什么？

知識情境：分子、原子、離子等是構(gòu)成物質(zhì)的三種粒子，那從宏觀來看，物質(zhì)是由什么組成的呢？各物質(zhì)中有沒有相同的“成分”？

實物情境：出示并分析氧分子、二氧化碳分子、水分子、氫分子、甲烷分子的模型，將模型拆開，按原子種類重新擺放，說出分類的標(biāo)準(zhǔn)。為什么實驗室制氧氣的反應(yīng)物中一定要含氧元素呢？

認(rèn)知情境：用0—9這幾個數(shù)字，能自由組合成多少個自然數(shù)？26個字母能組合成多少個單詞？改變數(shù)字或字母的順序后有什么不同？

（二）多樣呈現(xiàn)，統(tǒng)合分離——正反例證對比

聚焦概念的外延，即通過正反例證來比較，找出符合概念共同本質(zhì)特征的正例，分離不符合概念特征的反例，在此過程中讓學(xué)生逐步建立起對概念的正確認(rèn)識。例證的呈現(xiàn)形式要多樣，在教學(xué)中，教師要提供充分和準(zhǔn)確的變式，再通過對比、歸納，構(gòu)建科學(xué)概念，這樣更有利于學(xué)生對概念的深入理解，有利于學(xué)生科學(xué)概念的形成。當(dāng)然，例證也不要過多、過雜，這樣不便于學(xué)生分析歸納。

在元素概念的教學(xué)中，筆者設(shè)計了如下幾個例證進(jìn)行分析。一是氧元素中16O、17O、18O三種原子的質(zhì)子數(shù)或核電荷數(shù)相同（都為8）而中子數(shù)（分別為8、9、10）和相對原子質(zhì)量（分別為16、17、18）不同的比較，說明決定元素種類的不是中子數(shù)和相對原子質(zhì)量。二是氧元素中O、O2-兩種粒子的質(zhì)子數(shù)或核電荷數(shù)相同（都為8）而電子數(shù)（分別為8、10）不同的比較，說明決定元素種類的不是電子數(shù)。三是用一個氟原子做反證，由于質(zhì)子數(shù)或核電荷數(shù)不一樣，因此元素種類不一樣。

在此基礎(chǔ)上，還可以從分析具體分子的結(jié)構(gòu)出發(fā)：過氧化氫分子中含有氧原子，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質(zhì)子數(shù)（即核電荷數(shù)）都是一樣的，均為8。所以，這些原子都?xì)w為同一類，統(tǒng)稱為氧元素。而含有其他不同的質(zhì)子數(shù)（即核電荷數(shù)）的原子則歸為其他元素。這樣，將視角從微觀引導(dǎo)到宏觀，再引導(dǎo)到微觀，再引導(dǎo)到元素符號。通過類比法，深化學(xué)生對元素概念的理解，從“宏—微—符”三重表征的視角增進(jìn)學(xué)科理解。

（三）定義固化，整合遷移——進(jìn)行符號定位

在分析概念例證的基礎(chǔ)上，進(jìn)行概念內(nèi)涵的分析與概括，把概念的內(nèi)涵固定化，這就是下定義。定義概念的符號（關(guān)鍵詞）要簡潔、明確、科學(xué)，從而有助于學(xué)生理解概念的實質(zhì)。借助關(guān)鍵詞可以對例證進(jìn)行抽象與概括，揭露事物的本質(zhì)屬性與共同特征，利用定義概念的關(guān)鍵詞進(jìn)行引導(dǎo)，促使科學(xué)概念的形成。

分析元素的概念，找出三個關(guān)鍵詞：質(zhì)子數(shù)（即核電荷數(shù)）、一類原子、總稱。質(zhì)子數(shù)（即核電荷數(shù)）相同的問題已經(jīng)在例證中分析。對一類原子的理解可以從元素與原子的比較中建立概念：原子是微觀概念，而元素是宏觀概念；原子既講種類又講個數(shù)，元素只講種類不講個數(shù)；原子構(gòu)成物質(zhì)，元素組成物質(zhì)。對于總稱的理解，可以形象化地以“一個水”“兩個錢”等錯誤說法為例，來說明元素概念的宏觀屬性。

在此基礎(chǔ)上進(jìn)行概念的遷移與應(yīng)用，可利用判斷題、填空題、選擇題等題型，在概念應(yīng)用的基礎(chǔ)上通過舉例、對比、歸納、反饋等方式，使學(xué)生達(dá)成對概念更加深入的理解。如：

二氧化碳是由 組成的，二氧化碳是由 ? ? ? 構(gòu)成的；

鐵是由 組成的，鐵是由 構(gòu)成的；

氯化鈉是由 組成的，氯化鈉是由 構(gòu)成的。

學(xué)生在填空的基礎(chǔ)上，再通過前后和上下的比較，就能理解物質(zhì)的組成與構(gòu)成了。在此基礎(chǔ)上，教師還可以羅列一些常見的說法，讓學(xué)生去判斷并說出理由，如以水、水分子為例可以設(shè)計以下判斷題：

（1）1個水分子是由1個氫分子和1個氧原子構(gòu)成的。

（2）水是由氫元素和氧元素組成的。

（3）水分子是由氧元素和氫元素構(gòu)成的。

（4）水分子是由氧原子和氫原子構(gòu)成的。

（5）1個水分子是由2個氫原子和1個氧原子構(gòu)成的。

（6）1個水分子中含有3個原子。

（7）水是由2個氫原子和1個氧原子構(gòu)成的。

（四）強(qiáng)化運(yùn)用，概念關(guān)聯(lián)——形成概念系統(tǒng)

初步形成化學(xué)概念后，就需要通過鞏固應(yīng)用對建立起來的科學(xué)概念進(jìn)行強(qiáng)化，從最新的科學(xué)概念的視角重新去審視前概念?？梢酝ㄟ^師生共同繪制概念圖，讓學(xué)生將知識進(jìn)行關(guān)聯(lián)，促使知識結(jié)構(gòu)化、概念系統(tǒng)化，使教材呈現(xiàn)、目標(biāo)達(dá)成、重點把握、學(xué)情掌控更加到位，從而有助于教師選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略［3］。教師還可以設(shè)計有一定挑戰(zhàn)性的問題情境，通過概念應(yīng)用的練習(xí)，在教師啟發(fā)和合作學(xué)習(xí)下，使學(xué)生實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)化和深度學(xué)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)概念時，既要進(jìn)行概念轉(zhuǎn)換以改變頭腦中的錯誤概念，又要利用概念的抽象辨別，將新概念納入已有的概念系統(tǒng)，逐漸形成更為合理的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)與概念系統(tǒng)。如從元素的視角去認(rèn)識形形色色的物質(zhì)世界，去理解人體為什么要補(bǔ)鈣、補(bǔ)鐵、補(bǔ)碘、補(bǔ)鋅，去體會元素周期律的發(fā)現(xiàn)，去了解地殼中元素的含量，學(xué)生就會有更深層次的理解和認(rèn)識。

每一個概念都存在于特定的概念系統(tǒng)中，元素的概念總是和物質(zhì)、分子、原子、離子等概念有著必然的、特定的關(guān)聯(lián)。把元素概念融入相關(guān)概念系統(tǒng)中，有助于概念的鞏固和應(yīng)用。如圍繞元素概念可以概括出關(guān)系：分子、原子、離子都能構(gòu)成物質(zhì)，離子和原子能夠相互轉(zhuǎn)化，分子是由原子構(gòu)成的。分子、原子、離子是微觀概念，既講種類，又講個數(shù)。質(zhì)子數(shù)（即核電荷數(shù)）相同的一類原子的總稱為元素，元素能夠組成物質(zhì)。元素和物質(zhì)是宏觀概念，只講種類，不講個數(shù)。

教師的教學(xué)起點應(yīng)當(dāng)建立在自身的學(xué)科理解和學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)之上，通過以上的宏觀辨識與微觀探析，通過粒子間相互轉(zhuǎn)化的探討、各概念關(guān)聯(lián)的分析，學(xué)生能夠建立概念系統(tǒng)，建構(gòu)知識框架，促使知識結(jié)構(gòu)化，從而從化學(xué)學(xué)科視角增進(jìn)對化學(xué)知識和思維方式方法的本原性、結(jié)構(gòu)化的理解。

四、教學(xué)總結(jié)與反思

元素概念的形成受到多方面因素的綜合作用，其遵循基本的概念形成規(guī)律，即從典型的例證中，用比較、辨別、抽象、歸納等形式概括出概念關(guān)鍵特征。在學(xué)習(xí)分子、原子、離子知識的基礎(chǔ)上，利用原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中有聯(lián)系的知識經(jīng)驗來開展學(xué)習(xí)，即概念同化策略。

將“五行學(xué)說”“四元素說”與人類對物質(zhì)的認(rèn)知相結(jié)合創(chuàng)設(shè)問題情境，目的是增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)。引用生活中的加碘食鹽、加鐵醬油、高鈣牛奶、葡萄糖酸鋅口服液等，將化學(xué)與食品安全和人類健康問題相聯(lián)系，是為了凸顯元素概念在生活中的應(yīng)用。介紹門捷列夫?qū)υ刂芷诼傻难芯?，則是利用化學(xué)史料、化學(xué)事實創(chuàng)設(shè)史實情境。利用分子模型，指導(dǎo)拆分的實踐方式，目的是使學(xué)生獲得豐富的實踐認(rèn)知，引導(dǎo)學(xué)生體驗概念的形成過程，揭示事物的本質(zhì)屬性，學(xué)會用科學(xué)的思維發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。以上這些都是概念形成上的感性情境優(yōu)化策略，而通過對概念關(guān)鍵詞的分析、抽象、歸納等思維活動，提煉出元素的共同特征及本質(zhì)屬性，從而自然形成概念，則是概念形成上的理性情境優(yōu)化策略。

在形成概念系統(tǒng)階段，主要可利用化學(xué)概念圖的教學(xué)策略，即讓學(xué)生按照自己對概念本原性的理解，用結(jié)構(gòu)化的形式將不同概念進(jìn)行聯(lián)系整合。這樣既有助于學(xué)生自我消化和鞏固知識，又有利于形成概念間的聯(lián)系應(yīng)用，從而促進(jìn)概念的轉(zhuǎn)化。

教師自身的理解與所采取的教學(xué)方式之間存在緊密的聯(lián)系，教師和學(xué)生對概念的理解層次，決定了他們對化學(xué)學(xué)科的認(rèn)知水平。對于化學(xué)核心概念的教學(xué)，教師應(yīng)根據(jù)概念的特點，根據(jù)具體的教情學(xué)情，采用合理的概念教學(xué)策略，既要有利于學(xué)生更好地形成概念意識，又要有利于學(xué)生有效地理解、應(yīng)用概念。以教師的深入理解促進(jìn)學(xué)生的深入理解，讓學(xué)生像專家一樣思考，能夠有效促進(jìn)教育教學(xué)質(zhì)量的提升。

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