国内外关于“物质的量”概念的研究及启示，本文主要内容关键词为：启示论文,物质论文,国内外论文,概念论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
化学概念在化学知识体系中具有重要的地位，它充当着知识网络中的“节点”。学习者的认知结构中如果没有形成清晰的化学概念，则谈不上真正掌握化学变化的内在联系及其规律。“物质的量”作为一个非常重要的“节点”，它是连接微观和宏观、定性和定量的桥梁，贯穿于高中化学知识学习的始终。掌握这一化学概念，有助于学生定量表征化学反应，促进相关化学知识的系统化。
但是，由于“物质的量”概念比较抽象，学生在学习中容易形成误概念，这使教师教学的难度加大。因此，有关“物质的量”概念学习与教学实践的研究一直受到广泛的关注。很多相关研究从不同侧面和层面揭示了“物质的量”概念学习与教学的规律，总结这些理论与实践的研究成果有利于我们形成符合化学学科实际的概念学习理论，并为“物质的量”概念教学研究的深化提供理论指导。
本文以美国《化学教育》（Journal of Chemical Education，简称JCE）杂志发表的有关论文为主要依据，对国外“物质的量”概念研究的现状进行分析和阐述；以中国期刊网中的文献成果为分析对象，总结国内“物质的量”概念研究的特点，最后提出研究启示，以示借鉴。
一、国外的研究现状
从美国《化学教育》杂志中的相关文献来看，近年来，国外“物质的量”概念研究的成果颇丰。根据研究的侧重点不同，本文从以下几个方面进行探讨。
1.学生理解“物质的量”及其相异概念的心理机制化学概念总是与其他概念相互联系，并以一定的形式存储在学生的记忆中，因此帮助学生理清概念间的关系，对于他们理解概念的内涵与外延，消除误概念，并形成正确的概念网络和解决相关问题都具有重要的意义。
(1)“物质的量”相关概念的研究
Stephen DeMeo提出将摩尔质量、原子量以及质量数这些基本概念组织化、整体化以及顺序化有助于学生对“物质的量”的理解[1]；从宏观的角度将这些概念与质量之间的关系作了深刻剖析，阐明了这3个概念的本质、应用以及相互联系；编制了一系列问题进行测试，如“原子的平均质量是建立在同位素的平均质量上吗”“与摩尔质量、平均原子质量密切相关的数值是什么”等。让学生通过这些问题的解决学习“物质的量”，使他们认识到“物质的量”概念是与其他概念紧密联系的，并非孤立。并且还通过测验检验了学生“物质的量”概念的组织化程度，对学生建立良好的概念图具有一定的促进作用。
(2)学生认知水平与“物质的量”概念学习的相关研究
在国外教学研究中，“物质的量”概念被认为是难教且难学的知识点之一，从认知水平上研究学生对“物质的量”概念的理解也一度成为国外学者关注的课题。S.Novick和J.Menis采用设计题目→做题→访谈→分析的模式，对学生“物质的量”概念的理解进行了研究[2]。他们设计了23道题，分为6大主题见表1。
表1
主题 数目
(1)摩尔的定义9题
(2)计算不同种类微粒的物质的量4题
(3)阿伏加德罗常数个微粒作为1摩尔 4题
(4)如何配制含0.1mol溶质的溶液3题
(5)利用已有的溶液配制给定物质的量浓度的 2题
(6)用摩尔的观念解释化学方程式1题
测验过程中，可根据学生的实际情况，对于学生不懂的某个问题进行重新设计后再考察。若学生因未理解问题而误答，研究者将重新叙述问题，直到学生理解问题的意图。研究结果表明，几乎所有的学生对“物质的量”概念理解存在一定的障碍，这些障碍主要源于学生会在学习过程中产生很多错误的概念。研究者对学生的回答及访谈中所涉及的错误概念作了深刻分析，并将学生的回答分成16类认知技能，由此分析这些错误概念产生的原因。最后得出结论：印度15岁的学生还未具备理解“物质的量”概念的认知水平，也不具备利用“物质的量”解决有关问题的能力。
(3)有关“物质的量”误概念的产生及其改变教学的研究
这里的错误概念指学习“物质的量”的过程中产生的错误概念，也叫误概念。S.Novick和J.Menis先通过问卷调查，对访谈结果进行分析，找出学生头脑中所存在的错误概念。如“摩尔是表示一定量的质量而不是一定量的数目”“摩尔是表示一定量的气体中的微粒”“摩尔是分子的性质”[2]。他们对这些错误概念的来源做了分析，如“摩尔是表示一定量的质量而不是一定量的数目”的错误认识是来源于摩尔计算很多是建立在质量上的定量计算。
学生学习“物质的量”过程中所产生的误概念并不一定都是“物质的量”概念本身引起的，有些是由于与“物质的量”相关的概念所引起的。Crystal Wood和Bryan Breyfogle就讨论了有关“摩尔比”在化学计算中所产生的一些“物质的量”的错误概念[3]。他们通过“观念改变”的方法，运用互动实例教学（Interactive Lecture Demonstrations，简称ILD，其模式如图1）模式，通过在化学实例中帮助学生描述概念，通过互动和交流去修正自己的理解。
图1 ILD课堂结构图解
其实，有关“观念改变”模型的理论大多源于建构主义思想，建构主义非常重视对学生错误概念的研究[4]。该模式首先呈现一个话题，让学生预测并写出自己的理解，通过合作学习与讨论，引发认知冲突。当学生发现自己所持有的概念与其他人不同，并且他人的理解比自己的更合理，能更好地解决问题时，他们往往会对自己先前所持有的概念提出质疑。在这样的认知冲突中，学生易于接受新的、正确的科学概念。
2.学生“物质的量”问题解决的学习方式
在问题解决过程中，理清问题解决时所运用的基本概念是促进概念理解的重要手段之一。Willianm R认为许多学生往往运用计算法则来解决计算问题，却不去考虑这些计算法则所包含的科学定义。教师在课堂上也只是提供解决问题的计算公式，而没有要求学生在解决这些问题的基础上，重新去认识这些问题所包含的基本概念[5]。因此，他们认为研究相关问题解决的方式来促进“物质的量”概念学习是很有价值的。研究主要分2个方面来介绍：①有关化学计算的问题解决；②设计有关化学软件对问题进行解决。(1)概念图促进“物质的量”问题解决的研究
有关“物质的量”概念的问题一般都涉及化学计算。在学习“物质的量”概念以后，学生对解决有关化学计算问题仍然感到很困难。国外许多学者都在研究“物质的量”与化学计算的规律。其中利用概念图来解决有关“物质的量”的计算问题已成为国外学者关注的热点。2001年，Addison Ault设计一个概念图来帮助学生解决“物质的量”的计算问题，取得了良好的效果，从而也促进了学生对“物质的量”概念的理解[6]，见图2。
图2 有关“物质的量”计算的相互转换
学生可以通过此图解决摩尔之间(mole-to-mole)、质量（克）之间(gram-to-gram)、产率问题(percent yield problems)、反应极限问题(limiting reagent problems)、有关气体的体积问题等。从文献中看出他们所选择的题目一般比较简单，学生能运用自己学过的有关概念，有效地解决具体问题，促进对“物质的量”概念的理解，同时也达到训练思维的目的。
(2)化学软件与“物质的量”概念的问题解决
随着计算机的日益普及，将计算机应用于课堂教学也倍受关注。国外研究者开发了一个叫“物质的量环境”的学习软件，该软件是基于问题解决的方式进行运行的[4]。此软件包含了问题解决能力的不同水平之间的转换，学生可以根据自己的情况来选择。例如，学生在完全掌握第二水平化学符号与宏观的问题后，才会解决包含有物质的量、摩尔质量的概念的有关问题。在完全掌握第三水平化学符号与宏观的问题后，学生才会解决一些未提供化学方程式，但提供了反应物质量的有关问题。该软件中的问题相对简单，并能及时提供反馈，学生可以根据个人的情况进行选择[7]。在这种问题解决过程中，学生可以及时改善解决问题的方法，并能更准确的理解问题所涉及的概念。
3.学生对摩尔的直观认识的培养研究
看不见的微粒和复杂的计算给学生理解“物质的量”概念造成了较大的障碍。学生直观认识“摩尔”概念有助于其对“物质的量”概念的理解。
Dawn M.Wakeley和Hans de Grys的研究认为培养学生对“摩尔”的直观认识将有利于学生获得对“物质的量”概念的深刻理解[8]。
［案例］给每组学生呈现用烧杯装的58.44gNaCl（之前学生并不知道这就是1mol NaCl），并问学生与这杯NaCl有相同分子数的水、蔗糖和碳酸钠的质量分别是多少克。学生们会在制作表格时标记这杯NaCl数量是特殊的。有趣的是学生认为这个问题太简单，因为没有包含计算。只需在元素周期表中准确读出其他3种物质各自所含原子的式量之和就可以了。他们意识到可以用同样的方法获得与这杯NaCl所含的相同数目的任何化合物的质量。此时，学生根据实例和他们的逻辑推理，就可得出结论了，只要告诉他们这就是1mol。为了进一步强化这个直观观念，他们还提供了一些应用的例子，如数1mol水分子所花的时间（天、小时及分钟）；测量并计算教室里空气的体积，问教室含有多少个分子。
另外，通过介绍“摩尔”概念的发展史让学生获得感性认识[9]。文章介绍了“摩尔”概念最初是由霍夫曼于1865年引入到化学中的，而且最初是打算用来表示宏观质量，经过一系列发展过程，才有了今天的“摩尔”概念。文章最后从语言的角度，介绍了“摩尔”曾经被罗马人用来表示用来作浪板的很重的石头。这样从直观入手，通过观察、感受、分析、抽象概括而引出概念，让学生感受到“摩尔”概念也是从我们日常生活中提取的，这样有助于学生对“物质的量”的直观全面的理解。
二、国内“物质的量”概念的研究状况
据文献显示，近几年“物质的量”概念的研究也受到国内学者的高度关注。国内学者研究的主题主要是“物质的量”概念的教学，也有一些“物质的量”相关概念的研究。他们提出各种教学设计，如“有意义的接受学习”进行教学，这些教学设计大多是根据各种理论结合自身的教学经验提出来的。在研究“物质的量”相关概念时，主要关注“摩尔质量”和“阿伏加德罗常数”。国内所做的研究大多属于理论研究，主要采用文献研究法和实验性研究。研究者大多是中学老师，他们研究的重点侧重于怎样去教“物质的量”概念，而很少关注学生是如何去学习的。
三、国内外“物质的量”概念研究比较
综合以上分析，国内外学者在研究“物质的量”概念方面存在很大的差异：(1)关注对象不同。国内关注教师，而国外更关注学生。表现在：国内学者往往关注怎么教“物质的量”概念，国外学者更多地关注学生学习的心理机制，产生误概念的原因和“为什么这么教”。另一方面，国内教材和教学反复讲“物质的量”概念，而国外教材是根据不同需要使用“mole”“molar solution”“molarity”“equimolar”等术语，强调通过运用相关概念促进学生对“物质的量”的理解。(2)研究视角不同。国内往往仅从知识层面阐述“物质的量”，而国外的研究视角很广。表现在：一方面，国外单独研究“物质的量”概念教学的文章极少，而倾向于从侧面或整体角度、相关概念的联系中看“物质的量”概念。另一方面，他们重视“物质的量”概念的运用，运用概念解决问题来促进学生对它的理解，而国内过多地关注“物质的量”概念的记忆和有关计算。(3)研究方法不同。表现在：国内对“物质的量”概念教学的研究大多是建立在文献分析和自身教学经验的基础上，属于定性研究。国外以设计问题—访谈—做题—分析的模式为主要手段，属于定量研究。通过设计问题，对学生进行测试，结合访谈等研究方法，最后分析得出结论。(4)研究者不同。国外研究者大多是大学老师，他们倾向于站在一个更高的角度，看待“物质的量”概念；国内的研究者大多是中学老师，他们往往局限在教学的角度来研究“物质的量”概念。
四、国内外“物质的量”概念研究的启示
尽管关于“物质的量”概念学习的研究工作取得了一些成果，但许多研究仍待进一步拓展。通过比较，笔者认为可以得到以下启示：(1)拓宽研究视野。“物质的量”概念很丰富，又是难点。因此，从多角度多层次进行剖析将有利于学生成功地把握“物质的量”概念的内涵与外延，在学习中自我建构“物质的量”概念图。(2)丰富研究方法。国内有关“物质的量”的研究方法过于单一，理论的研究多于实证研究。因此，注重运用教育心理学和认知心理学的研究成果进行“物质的量”概念的研究应当受到充分重视。(3)应用研究成果。敢于用教学实践检验研究成果，在此基础上对理论进行修正，有利于提高我们的研究水平和教学水平。用认知和发展的观点去考察教学、审视教学，在教学情景中研究学生学习“物质的量”的一般规律。
总之，对“物质的量”概念学习的过程作细致的观察、跟踪、调查、实验、分析，揭示其中的特殊规律，并建立符合化学学科特点的概念学习的一般理论，具有较高的科学价值与实践指导意义。