促进科学概念建构的“化学反应的限度”教学实践
杨发丽 张军
摘要：基于建构主义理论，对必修阶段“化学反应的限度”实施概念转变教学。教学实践中，在充分了解学生已有认识的基础之上，选择和设计合适的教学情境，通过引发认知冲突、关注和恰当处理学生已有认识、归纳推理等教学策略，完成“化学反应的限度”相关概念的建构教学，并在实践基础上针对教学进行访谈和分析，从学生反馈中进一步得出启示。
关键词：概念建构；概念转变；教学实践
文章编号：1008-0546（2018）11-0010-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.003
化学反应是学生学习化学的重要内容，化学反应的限度则是学生认识化学反应的重要角度。在高中化学中，“化学反应的限度”相关概念至关重要。在必修阶段，学生必须建构好可逆反应和化学平衡状态这两个概念，才能为后续学习化学平衡移动原理、解决复杂平衡体系问题打好基础。但在实际教学中过多关注學生对具体知识的获得与解题能力的提升，而忽略了科学概念的建构，导致学生并不能真正理解相关概念的含义。许多有关科学概念建构的研究表明 [1]，学生在接受科学概念前，就已经存在能解释自然世界的概念（前概念、朴素概念或迷思概念）。科学概念的建构，本质上是将已有概念转化为科学概念的过程。而学生已有的概念，存在着很多不完善、甚至错误的地方，因此，如何在了解学生已有认识的基础之上，促进学生建构正确的科学概念是化学教学中的重要问题和方法。笔者基于建构主义理论，对必修阶段“化学反应的限度”实施概念转变教学，以帮助学生建构科学概念。
一、引发认知冲突，促进概念转变
认知冲突是个体已有观点与新的问题情境相互矛盾而产生的一种心理不平衡，是学习者已建立的认知结构与当前面临的情境之间暂时的矛盾与冲突，是已有的知识和经验与新知识之间存在某种差距而导致心理失衡的一种认知状态。认知冲突过程要发生，必须具备：（1）意识到反常情境。（2）对要解决的认知冲突表现出兴趣或焦虑。（3）积极进行认知再评价 [2]。要有效落实概念转变，建构科学概念，首先要让学生对自己的已有认识产生疑问，引发认知冲突 [3]。而化学实验由于具有明显的现象和事实性的说服力，是利用认知冲突心理原理进行教学的有效手段。
在学习“化学反应的限度”之前，学生已经知道较多化学反应，并且在他们的心中，只要反应物充足，反应就可以进行到底，一直进行到反应完全或者是较少量的物质反应完全。本节课借助演示实验 [4]引发认知冲突，让学生直观地认识到，某些化学反应存在限度，该环节的教学片段见表1。
二、关注和恰当处理学生已有认识，逐步构建科学概念
在学习本节课之前，学生已经了解可逆反应，能说出可逆反应的定义，在化学方程式中用可逆符号表示化学反应可逆，但并未真正形成完善的可逆反应概念。通过了解发现，学生不能正确地说出，在可逆反应进行过程中，正、逆反应何时开始，是否会停止；不能全面认识可逆反应与非可逆反应在表现上的差异（一定条件下，反应物不能完全转化为生成物，即反应存在限度；反应物、生成物能共存于同一反应体系等）。同时经过课堂提问和学生访谈，发现可逆符号的特殊形式让学生产生一些迷思概念。例如，让学生描述：“可逆反应是如何达到‘停止状态的？”有的学生会说，可逆反应先正向进行，到一定程度后，再逆向进行；逆向与正向反应抵消一部分后，达到一种特殊状态。不难发现，学生具有的前概念，对科学概念的建构有积极成分，也有错误成分。因此，在教学中应注意充分利用前者而努力根除后者 [3]。
本节课先采取提问的方式，诱导学生暴露错误概念。再提供实验数据，让学生否定、并放弃错误概念，转而与教师一同寻求正确、合理的解释。在建构正确概念的过程中，从学生的已有认识——可逆反应的定义出发，借助动画模拟实验过程提供证据；开展画示意图、画图像的学生活动，促进学生深度思维；利用问题和任务的引领，在质疑和讨论中不断完善概念，让学生逐步构建可逆反应和化学平衡状态两个概念。该环节的教学片段见表2。
三、利用归纳推理，进一步完善科学概念
概念形成的本质就是从大量的事物中归纳出共同特征，因此归纳推理是科学概念教学的有效策略之一 [2]。本节课的情境素材中共涉及两个可逆反应，中间以实验现象、表格数据、图像等多种形式，“描述”了可逆反应达到化学平衡状态时具有的特点。最后环节，充分发挥学生的主体性，让学生通过归纳推理，得出化学平衡状态的特征（本质特征和宏观现象特征）；并引导学生把宏观现象特征从各成分的浓度保持不变，扩展到各成分的质量、物质的量保持不变，或者体系的压强（恒容、恒温封闭体系）、温度（恒容、绝热体系）保持不变等。
在学生认识清楚化学平衡状态的本质是一定条件下，正、逆反应速率相等后，再设计3个思考：①条件改变时，化学平衡状态是否会改变？②哪些条件改变可能会破坏化学平衡状态？③改变化学平衡状态有何实际意义？让学生将化学平衡状态的概念应用于其中，进一步强化概念的构建，并体会控制反应条件改变化学平衡状态对生产生活的重要意义。
四、教学效果和启示
在教学中，通过观察学生活动的情况、对问题的回答，发现学生能够在教师的引导下，从宏观现象和微观变化等不同角度分析可逆反应，并应用可逆反应的特点解释反应存在限度的原因，建立化学平衡状态概念，同时从多个角度描述化学平衡状态的特征，初步了解化学平衡状态的影响因素。
为进一步了解教学效果，课后随机抽取4名学生进行访谈，以下为几个核心访谈问题及学生回答情况。
【问题1】这节课的最大收获是什么？
学生1：我对可逆反应有了新认识，它在相同条件下可以向两个方向进行，因此不能进行完全，存在限度；我获得了认识化学反应的新角度。
学生2：以前，我以为可逆反应是先从左边向右边反应，到中间某一节点，又从右边向左边反应。这节课让我认识到，其实逆向反应是有生成物产生之后就开始了。
[追问]（对学生2）这个收获是怎样产生的？
学生2：老师给出的SO2催化氧化反应中，各成分浓度随时间变化的数据，同位素示踪法观察微观变化，以及画反应过程的示意图。
学生3：我认识到化学平衡状态的本质是正、逆反应速率相等。
【问题2】你认为化学平衡状态是有一种还是会有很多？
学生3：某一温度，某一浓度下是一种，应该会有很多种。
【问题3】想去了解那些不同的平衡状态之间到底有什么規律吗？
学生3：我觉得是不是应该有那么一个等式，就像物理学科中导体的电阻跟材料等因素之间关系那样的等式。
[追问]你能初步想想，这个等式可能与哪些量相关？
学生3：我觉得有物质的量浓度、压强、温度。
[追问]你是不是从影响速率的因素得到启发？
学生3：是的。
通过本节课的学习，有的学生因进一步丰富了认识化学反应的角度——限度而感到欣喜；有的学生对可逆反应的认识实现了由迷思概念到正确概念的成功转变；有的学生还对化学平衡常数提出了初步猜想。从学生访谈可看出，本节课较好地实现了可逆反应、化学平衡状态这两个概念的初步建构。
基于本节课的教学实践和效果反馈，有以下两点启示：
（1）基于科学证据，促进概念的形成
本节课上，每一个问题的讨论，都留给学生充分的思考和讨论的空间。在出现争议或用已有知识不能解决的问题时，通过演示实验、查找资料、动画模拟实验等方式为学生提供证据，得出正确结论，进而建构科学概念。这样可以让科学概念的得出更加自然且合理，让学生易于理解并接受概念。且这样基于科学证据的教学，可以有效帮助学生建立观点、结论和证据之间的逻辑关系 [5]，逐步培养学生的证据意识。
（2）重视关键概念的建构
本节课需要建构可逆反应、化学平衡状态这两个概念。其中可逆反应是承上启下的关键概念，学生只有真正理解了可逆反应，才能解释为何可逆反应存在限度，才能真正理解化学平衡状态的本质和表象。因此，本节课在建构可逆反应这一概念的环节，用了较大的篇幅，而建构化学平衡概念则水到渠成、事半功倍，让学生在很短时间内就对化学平衡状态的认识达到预期。
参考文献
[1] 涂志铭，林秀玉，张赖妙理，郑湧泾.符合建构论理念的教学策略对植物的养分与能量概念学习的成效[J].科学教育学刊，2008，16（1）：75-103
[2] 罗美玲.认知冲突策略在概念转变教学中的应用[J].化学教育，2013，34（5）：23-26
[3] 朱玉军，刘东方.概念转变教学的基本理论依据和有效策略，[J].课程·教材·教法，2013（6）：98-102
[4] 王祖浩.普通高中课程标准实验教科书·化学2[M].南京：江苏教育出版社，2009：32
[5] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017：4
摘要：基于建构主义理论，对必修阶段“化学反应的限度”实施概念转变教学。教学实践中，在充分了解学生已有认识的基础之上，选择和设计合适的教学情境，通过引发认知冲突、关注和恰当处理学生已有认识、归纳推理等教学策略，完成“化学反应的限度”相关概念的建构教学，并在实践基础上针对教学进行访谈和分析，从学生反馈中进一步得出启示。
关键词：概念建构；概念转变；教学实践
文章编号：1008-0546（2018）11-0010-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.003
化学反应是学生学习化学的重要内容，化学反应的限度则是学生认识化学反应的重要角度。在高中化学中，“化学反应的限度”相关概念至关重要。在必修阶段，学生必须建构好可逆反应和化学平衡状态这两个概念，才能为后续学习化学平衡移动原理、解决复杂平衡体系问题打好基础。但在实际教学中过多关注學生对具体知识的获得与解题能力的提升，而忽略了科学概念的建构，导致学生并不能真正理解相关概念的含义。许多有关科学概念建构的研究表明 [1]，学生在接受科学概念前，就已经存在能解释自然世界的概念（前概念、朴素概念或迷思概念）。科学概念的建构，本质上是将已有概念转化为科学概念的过程。而学生已有的概念，存在着很多不完善、甚至错误的地方，因此，如何在了解学生已有认识的基础之上，促进学生建构正确的科学概念是化学教学中的重要问题和方法。笔者基于建构主义理论，对必修阶段“化学反应的限度”实施概念转变教学，以帮助学生建构科学概念。
一、引发认知冲突，促进概念转变
认知冲突是个体已有观点与新的问题情境相互矛盾而产生的一种心理不平衡，是学习者已建立的认知结构与当前面临的情境之间暂时的矛盾与冲突，是已有的知识和经验与新知识之间存在某种差距而导致心理失衡的一种认知状态。认知冲突过程要发生，必须具备：（1）意识到反常情境。（2）对要解决的认知冲突表现出兴趣或焦虑。（3）积极进行认知再评价 [2]。要有效落实概念转变，建构科学概念，首先要让学生对自己的已有认识产生疑问，引发认知冲突 [3]。而化学实验由于具有明显的现象和事实性的说服力，是利用认知冲突心理原理进行教学的有效手段。
在学习“化学反应的限度”之前，学生已经知道较多化学反应，并且在他们的心中，只要反应物充足，反应就可以进行到底，一直进行到反应完全或者是较少量的物质反应完全。本节课借助演示实验 [4]引发认知冲突，让学生直观地认识到，某些化学反应存在限度，该环节的教学片段见表1。
二、关注和恰当处理学生已有认识，逐步构建科学概念
在学习本节课之前，学生已经了解可逆反应，能说出可逆反应的定义，在化学方程式中用可逆符号表示化学反应可逆，但并未真正形成完善的可逆反应概念。通过了解发现，学生不能正确地说出，在可逆反应进行过程中，正、逆反应何时开始，是否会停止；不能全面认识可逆反应与非可逆反应在表现上的差异（一定条件下，反应物不能完全转化为生成物，即反应存在限度；反应物、生成物能共存于同一反应体系等）。同时经过课堂提问和学生访谈，发现可逆符号的特殊形式让学生产生一些迷思概念。例如，让学生描述：“可逆反应是如何达到‘停止状态的？”有的学生会说，可逆反应先正向进行，到一定程度后，再逆向进行；逆向与正向反应抵消一部分后，达到一种特殊状态。不难发现，学生具有的前概念，对科学概念的建构有积极成分，也有错误成分。因此，在教学中应注意充分利用前者而努力根除后者 [3]。
本节课先采取提问的方式，诱导学生暴露错误概念。再提供实验数据，让学生否定、并放弃错误概念，转而与教师一同寻求正确、合理的解释。在建构正确概念的过程中，从学生的已有认识——可逆反应的定义出发，借助动画模拟实验过程提供证据；开展画示意图、画图像的学生活动，促进学生深度思维；利用问题和任务的引领，在质疑和讨论中不断完善概念，让学生逐步构建可逆反应和化学平衡状态两个概念。该环节的教学片段见表2。
三、利用归纳推理，进一步完善科学概念
概念形成的本质就是从大量的事物中归纳出共同特征，因此归纳推理是科学概念教学的有效策略之一 [2]。本节课的情境素材中共涉及两个可逆反应，中间以实验现象、表格数据、图像等多种形式，“描述”了可逆反应达到化学平衡状态时具有的特点。最后环节，充分发挥学生的主体性，让学生通过归纳推理，得出化学平衡状态的特征（本质特征和宏观现象特征）；并引导学生把宏观现象特征从各成分的浓度保持不变，扩展到各成分的质量、物质的量保持不变，或者体系的压强（恒容、恒温封闭体系）、温度（恒容、绝热体系）保持不变等。
在学生认识清楚化学平衡状态的本质是一定条件下，正、逆反应速率相等后，再设计3个思考：①条件改变时，化学平衡状态是否会改变？②哪些条件改变可能会破坏化学平衡状态？③改变化学平衡状态有何实际意义？让学生将化学平衡状态的概念应用于其中，进一步强化概念的构建，并体会控制反应条件改变化学平衡状态对生产生活的重要意义。
四、教学效果和启示
在教学中，通过观察学生活动的情况、对问题的回答，发现学生能够在教师的引导下，从宏观现象和微观变化等不同角度分析可逆反应，并应用可逆反应的特点解释反应存在限度的原因，建立化学平衡状态概念，同时从多个角度描述化学平衡状态的特征，初步了解化学平衡状态的影响因素。
为进一步了解教学效果，课后随机抽取4名学生进行访谈，以下为几个核心访谈问题及学生回答情况。
【问题1】这节课的最大收获是什么？
学生1：我对可逆反应有了新认识，它在相同条件下可以向两个方向进行，因此不能进行完全，存在限度；我获得了认识化学反应的新角度。
学生2：以前，我以为可逆反应是先从左边向右边反应，到中间某一节点，又从右边向左边反应。这节课让我认识到，其实逆向反应是有生成物产生之后就开始了。
[追问]（对学生2）这个收获是怎样产生的？
学生2：老师给出的SO2催化氧化反应中，各成分浓度随时间变化的数据，同位素示踪法观察微观变化，以及画反应过程的示意图。
学生3：我认识到化学平衡状态的本质是正、逆反应速率相等。
【问题2】你认为化学平衡状态是有一种还是会有很多？
学生3：某一温度，某一浓度下是一种，应该会有很多种。
【问题3】想去了解那些不同的平衡状态之间到底有什么規律吗？
学生3：我觉得是不是应该有那么一个等式，就像物理学科中导体的电阻跟材料等因素之间关系那样的等式。
[追问]你能初步想想，这个等式可能与哪些量相关？
学生3：我觉得有物质的量浓度、压强、温度。
[追问]你是不是从影响速率的因素得到启发？
学生3：是的。
通过本节课的学习，有的学生因进一步丰富了认识化学反应的角度——限度而感到欣喜；有的学生对可逆反应的认识实现了由迷思概念到正确概念的成功转变；有的学生还对化学平衡常数提出了初步猜想。从学生访谈可看出，本节课较好地实现了可逆反应、化学平衡状态这两个概念的初步建构。
基于本节课的教学实践和效果反馈，有以下两点启示：
（1）基于科学证据，促进概念的形成
本节课上，每一个问题的讨论，都留给学生充分的思考和讨论的空间。在出现争议或用已有知识不能解决的问题时，通过演示实验、查找资料、动画模拟实验等方式为学生提供证据，得出正确结论，进而建构科学概念。这样可以让科学概念的得出更加自然且合理，让学生易于理解并接受概念。且这样基于科学证据的教学，可以有效帮助学生建立观点、结论和证据之间的逻辑关系 [5]，逐步培养学生的证据意识。
（2）重视关键概念的建构
本节课需要建构可逆反应、化学平衡状态这两个概念。其中可逆反应是承上启下的关键概念，学生只有真正理解了可逆反应，才能解释为何可逆反应存在限度，才能真正理解化学平衡状态的本质和表象。因此，本节课在建构可逆反应这一概念的环节，用了较大的篇幅，而建构化学平衡概念则水到渠成、事半功倍，让学生在很短时间内就对化学平衡状态的认识达到预期。
参考文献
[1] 涂志铭，林秀玉，张赖妙理，郑湧泾.符合建构论理念的教学策略对植物的养分与能量概念学习的成效[J].科学教育学刊，2008，16（1）：75-103
[2] 罗美玲.认知冲突策略在概念转变教学中的应用[J].化学教育，2013，34（5）：23-26
[3] 朱玉军，刘东方.概念转变教学的基本理论依据和有效策略，[J].课程·教材·教法，2013（6）：98-102
[4] 王祖浩.普通高中课程标准实验教科书·化学2[M].南京：江苏教育出版社，2009：32
[5] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017：4
