论化学方程式教学中高级知识的形成及教学策略，本文主要内容关键词为：化学方程式论文,教学策略论文,知识论文，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。
传统的化学方程式教学主要是重知识轻能力；重结果轻过程；重传承轻创新。这导致学生机械学习和记忆，学生所学习的主要是初级知识，不利于学生素质的提高和获取高级知识能力的培养。我们知道，符号（语言）与概念和客观事物之间存在着一个三角形关系，也就是说符号与概念、概念与客观事物之间都是直接关系，而符号与客观事物之间是一种间接关系，需要以概念为中介。化学方程式的每一个符号都存在着这种关系，学习时必须认识到它的实际意义，结合具体物质、基本概念、具体反应与实验现象去理解记忆，也就是说要注意化学方程式与化学物质之间“名”与“实”的关系。本文主要就在化学方程式教学中，基础知识（初级知识）怎样转化成高级知识，怎样培养学生获得高级知识的能力进行探讨。
一、获取的知识为何有层级
教科书中或教师课堂教学中设计的“知识结构”所依从的构建方式是学科逻辑。其表达方式主要是文字符号和图表，一般说来，其系统性是相当完备的；而学生在学习过程中构建的“认识结构”则是学生个人的知识经验与智力活动 （智力因素与非智力因素协同运作的过程）相融合的结果，即认知结构是由教材（学科）的知识结构通过主体积极的思维内化而逐渐形成的。相同的化学教学内容，采用不同的教学模式，其教学效果的差异是显著的。对学生而言，获取知识的方式不同，知识的层级高低有别。
例如，学生对铜与浓、稀硝酸反应的化学方程式等知识的学习，就掌握知识的质量可分为4个层次：
(1)“注入式”教学，学习为低层次的机械记忆
附图
(2)由类比（同化）经验基础上的理解记忆
由熟知
类推出金属与氧化性酸的反应规律：金属＋氧化性酸→高价金属盐＋低价氧化物＋水。
(3)结合平衡移动知识对生成氮的氧化物的理解：根据平衡
，增大 
，平衡向着生成
的方向移动，减少，平衡向着生成NO的方向移动。故铜与浓
反应生成，铜与稀反应生成NO。（复杂的问题从宏观的、简单的平衡移动规律给予诠释。）
(4)在实验基础上的探究中学习获取的知识
引导学生做铜与浓反应的实验，学生观察到：开始液体内变黑，反应速率缓慢，然后突然加快，试管液体上方有红棕色气体，最终溶液变成蓝色。思维加工过程见表1：
表1
附图
上述4种获取知识的方式反映了从初级知识发展到高级知识的实现途径。根据高级知识的意义决定了学习过程应采用从问题入手获取知识，并应用所学知识来解决问题，如此反复循环，不断深化对知识的理解并提高对知识的灵活应用。所以，整个教育教学活动的中心是发挥学生的主体作用，也就是学生个人的“意义构造”，而“意义构造”的本质是“学会学习”，即高级知识的学习。
二、高级知识的含义及形成
建构主义学习理论认为，学生的学习可以分为初级知识学习和高级知识学习两个水平。初级知识学习又称入门性学习，其方式主要是接受、理解和记忆，其内容是结构良好的学科知识，由事实、概念、原理或定律组成，彼此之间存在着严密的逻辑关系和层次结构。但是这些知识与复杂的外在世界现实相比，是过分简化的产物，具有一定的机械性、静止性和孤立性。学生仅仅学了这些基本知识（初级知识）还不能灵活地、综合地应用它们解决实际问题。而高级知识的学习就是通过分析和解决大量的实际问题，来把握在同一问题中各知识点之间关系的复杂性与不同问题中同一知识的意义和用法的差异性，从而达到灵活应用知识、推断新知、广泛迁移知识的目的。
美国著名的认知心理学家奥苏博尔在大量的实验基础上得出结论：“认为接受学习必然是机械学习的，发现学习必然是有意义的是毫无根据的。无论是接受学习还是发现学习都可能是机械的，也可能是有意义的。如果讲授得法，并不一定导致学生机械学习。”奥苏博尔的有意义学习指的是学生不仅记忆教科书上的符号和词句，而且能够理解这些符号和词句的实质内容（包括事实、概念、原理和规则），并会运用它们。奥苏博尔的有意义学习理论清楚地表明，意义学习的心理机制是同化，学生能否习得新信息，主要取决于他们认知结构中是否有有关概念和新概念之间的相互作用。要促使学生知识水平和能力提高的最佳途径就是采用有意义的发现学习。实施有指导的发现式学习，无疑是提高高级知识含量，促
进学生创造能力发展的一条有效途径。
一些学者认为，知识的意义存在于知识的应用之中。知识是为问题解决服务的，也是解决问题的前提，它是“活”的，因不同问题而有所差异，所以知识不是确定无疑的，是随着探索的加深、证据的增多而不断被修正或被推翻的。要应用知识，必须通过一个个实际问题或案例的解决活动及其反思活动而逐渐掌握。应用知识解决问题的能力也是在问题解决活动中不断形成和发展起来的。所以，学生只有在解决实际问题过程中建构起来的知识体系才属于高级知识，是灵活迁移的知识。因为：(1)学生建构知识体系是出于实际问题的需要，是根据对问题的分析思维而产生学习议题后而学习的。这样，知识与一定的实际情境联系起来，既有一定的价值和现实性，也有一定的缘由起因，是通过自己的亲身体验而形成的知识。(2)学生为解决实际问题而研究有关的学习议题，他们会查找大量的信息和资料，并从中去粗取精、去伪存真，并组织整理，这样通过自己的研究和探讨建构起了知识的最终产品形式。因此，知识的意义是出自个人化的深层理解，是学生自己的知识。(3)当学生完成学习议题后，他们最终还要用从学习议题研究中所获得的知识来解决实际问题，这意味着学生不仅通过自己的查找和思维等过程获得了知识的内容，而且还亲自经历了知识是如何被应用的。这样获得的高级知识才是最灵活和最有价值的，在获得高级知识的过程中形成的能力可使学生终身受益。
三、促进学生形成高级知识的策略
1.有效运用先行组织者
所谓“先行组织者”指对后学的知识起组织和核心作用的已有知识。教学中，当学生对新的化学方程式难以理解时，在正式学习新知识之前，教师可向学生介绍一些他们比较熟悉的材料，这些材料同时又高度概括地包含了正式学习材料的关键内容。这些材料的内容介于新旧知识之间，在学生对新知识的理解中充当桥梁作用，使学生易于同化新材料。先行组织者一般有两种形式：一种是说明性组织者，另一种是比较性组织者。
例如在学习氯、溴、碘有关置换反应时，可在学习前复习初中阶段学习的金属活动顺序及金属间的置换规律，作为先行组织者，通过已熟悉的反应（性质）进行比较，有利于对新知识的同化。
金属置换规律：活泼的金属（还原性强）置换出不活泼的金属。
非金属置换规律：活泼的非金属（氧化性强）置换出不活泼的非金属。
已知氧化性：
，可推知下列反应：
附图
2.使学习材料尽可能变得有意义
化学知识同其他科学知识一样，也有极强的逻辑牲。中学化学教材编排更是注重这种逻辑性，这种逻辑性体现在知识的前后联系，体现在以理论为主线，以元素、化合物为骨架，循着从实验上升到理论，再由理论来指导认识，以及从结构推性质，从性质定用途这一系列逻辑过程。因此，化学教学中一要充分领会教材编写意图，体现其逻辑意义。此外要注意到教材虽然从整体上具有逻辑意义，但在具体的某一节或某一部分往往有一定的跨度，缺乏逻辑意义，需要根据教材要求和教学中学生的认知特点以及教学的实际情况，合理地组织编排，形成有逻辑意义的教学；再者要力求把无意义的材料有意义化。如加强学习知识与生产、生活和社会的紧密联系，通过学以致用，引导学生倾向于学习化学方程式的高级知识。如初中年级大理石与盐酸反应的化学方程式的学习，应当把重点更多地集中在知识的灵活应用上，让学生为解决问题而获取知识，反过来又应用知识来解决问题，这样知识与学习能力相互促进，都能得到充分发展。
附图
(1)反应类型：复分解反应。
(2)发生原因：生成气体和水（或由强酸制弱酸）。
(3)反应用途：①实验室制取
；②检验碳酸盐；③在大理石上雕刻字画等。
(4)实验思考：设计实验制取纯净的。
(5)创新联想：若将盐酸换成硫酸如何？为什么？
(6)应用探究：调查本地大理石雕像（文物）被腐蚀的原因，并提供保护文物的建议。
3.合理运用同化学习模式
新概念的获得依赖原有认知结构中的适当概念，通过新旧知识相互作用，即新旧意义的同化，使新概念的获得得以实现。同化学习有3种基本模式：上位学习、下位学习和并列结合学习。教学中合理地选择同化学习模式，有利于提高化学方程式教学效果。
(1)上位学习。当学生学习一种包摄性较广、可以把一系列原有概念从属于其下的新命题时，新学习的内容便与学生认知结构中已有概念产生了一种上位关系。上位概念一般概括性高，也较抽象，教学中如直接切入则不利于学生的理解和掌握。如学习“由较强的酸能制得较弱的酸”这一化学反应规律可先由下位具体反应实例入手。
上位概念：（规律）较强的酸能制得较弱的酸
附图
(2)下位学习。新学内容从属于认知结构中已有的包摄性较广的概念被称为下位学习。这是新概念与学生已有概念之间最普遍的一种关系。当学生要学习的概念是已掌握的某个概念的下位概念时，可采取这种模式，找出新概念和已有概念相关的部分，借助已有概念的固定作用，把新概念纳入认知结构的相应体系。下位学习分派生类属同化和相关类属同化两种。
①派生类属同化。派生类属同化指新学习的内容仅仅是学生已有的、包摄较广的命题的一个例证，是对原先概念进行量变，其自身外延扩大，但内涵不变。即要学习的概念可从上位概念派生而推出。当新材料作为原上位概念的特例，便产生了派生类属学习。如从上述反应规律可派生出下列反应都能发生，这些化学反应知识都属于教材之外拓展、延伸的高级知识。
附图
②相关类属同化。当新内容扩展、修正或限定学生已有的命题，并使其精确化时，表现出来就是相关类属同化。例如金属氧化物与酸反应知识，学生通过下列修正、限定获得了一种新的认识。
附图
结论：金属氧化物和酸反应生成盐和水
附图
（修正）碱性氧化物和酸反应生成盐和水
(3)并列结合（组合）学习。当学习的新概念与认知结构中原有的概念不产生上下位的关系，而存在某些本质的区别，但彼此间有着共同的关键特征，这时的学习称为并列结合学习。许多新命题和新概念的学习都具有这类意义。如学习氯、硫、氮元素化合物的一类“归中”反应，它们虽是本质不同的概念，无上下位的关系。但它们呈并列关系且相互作用，可产生联合的意义，即它们都是由高低价态的化合物转化为中间价态的物质。抓住各自属性进行并列教学，异中求同（思维“相似块”），同中求异（“相似剩余”），对高级知识的学习能取得较好的效果。
附图
联合意义：同一元素的相邻价态间不反应，相间隔的价态间可能反应。
4.运用化学反应剖析方法
化学反应是有规律可循的，我们可以把所有复杂的化学方应都看做是由数种简单反应 （①化合反应，②分解反应，③置换反应，④复分解反应）构成的反应，由此我们可以由反应物预测其生成物，或由生成物反推其反应物，这种方法我们称之为化学反应剖析方法。
在化学方程式教学中，借已学知识正确推断出新的未学过的化学方程式，一般采用顺向剖析法。
例如引导学生写出
反应的方程式，可做如下顺向剖析。
第一步：
中的硫元素显负价，O的非金属性比S强，根据置换反应规律，发生置换反应：
附图
生成的
不能继续氧化生成
（在燃烧条件下），因为受热不稳定很容易分解；
也不可能被氧化成更高价的氧化物，因为+3价铁元素已处于相当稳定的状态；和也不能化合生成
，因为这是弱酸弱碱盐，在受热状态下都不稳定易分解。故在此燃烧反应（放出大量的热）中不可能生成，因此，反应到此终止。这样①×2＋②×8＋③×2整理得总反应方程式：
5.在实验探究中形成有意义学习心向
要使学生形成有意义学习心向，重要的前提是让学生把学习的任务与适当的目标联系起来，追求某种价值，并把学习内容与以前学过的知识联系起来，运用新的知识与技能去探究问题等等。学生在学习中对设定目标的追求和尝试才能使学生的学习变成有意义学习，否则就只能是机械学习。也就是说，学生学习必须积极建构他们自己头脑里的知识。教师在教学中要采取各种方法调动学生学习的求知欲，激发他们建构新旧知识之间的联系。而较为有效的做法就是精心设计以实验为基础的教学情境，造成认知冲突和探究欲望，促成化学方程式知识的形成。
例如，在“钠的化合物”教学中，教材中只有过氧化钠与二氧化碳反应的知识点，而没有相关的实验，为了使学生获得高级知识，激发他们的探究意识，打破思维定势，经过多次探索和实践，特设计如下实验装置（如图1）。
附图
图1
(1)实验步骤及现象：①用疏松的棉花将约 0.2g
粉末包住，放在石棉网上；②把玻璃管的一端直接与棉花团接触，用口对着长玻璃管另一端慢慢地吹气，片刻可观察到棉花团剧烈燃烧，最后留在石棉网上为白色粉末（进一步实验检验为碳酸盐）。
(2)实验原理：人呼出的气体中含较高浓度的二氧化碳，该气体通过长玻璃管与棉花中的 接触时，便迅速反应产生高纯度的
。依靠反应放出的热量使疏松的棉花温度升高，当达到棉花的着火点时，在氧气的助燃下，棉花剧烈燃烧。
(3)实验结论：
为使学生获得的知识向更高一级知识转化，我们又提出了下列研究性课题：与的反应是否和水存在有关。要求学生自己设计实验、自己得出结论和解释，让学生体验科学探究的过程，在研究中学习化学知识。学生在讨论基础上优化设计出多种方案，现举一例说明（如图2）。
附图
图2
(1)学生的实验步骤和现象是：①在干燥的试管Ⅲ中装入后，在通入之前，应事先用弹簧夹（
）夹持好（防止水蒸气进入）；②打开弹簧夹，加热试管Ⅲ约5mm后，将带火星的木条插入试管Ⅱ的液面上，可观察到带火星的木条不能燃烧，且试管Ⅲ内淡黄色粉末没发生变化。(3)当试管Ⅰ内试剂为饱和水溶液时，其他操作同②，可观察带火星的木条燃烧，试管Ⅲ内淡黄色粉末变为白色。
(2)学生得出的结论是：只有在水存在时才能与反应生成
和。
(3)学生对反应机理的解释是：
附图
(4)进一步类比、同化、拓展得出超氧化物、臭氧化物与二氧化碳反应的方程式，例如：
附图
在这样一个知识爆炸的社会里，学生的被动学习及死记硬背的学习方法制约着他们掌握知识，特别是高级知识的学习。而“学会学习”的方法对高级知识的学习及其能力的提高特别有利。“学会学习”最主要的观点是意义学习，即个体必须把他们的新知识同已掌握的知识结构和命题联系起来的学习，它同“机械学习”是针锋相对的。从知识获得途径看，学生不是直接从教师讲授和课本中获得知识，而是在解决问题过程中通过查询资料、分析研究、相互讨论、科学思维以及自我反思而获得和理解知识。教学生“学会学习”的实质，就是教学中要切实发挥学生的自主性和教师的促进作用。例如讲氯气与熟石灰的反应，教师不要急于拿出教材中的化学方程式，而是有意识地留出思维“空白”，运用布白艺术引起学生的联想，激发学生求知欲，提高知觉的兴奋程度，从而引起一种进取、追求的充满紧张感的“内驱力”，这是化学方程式教学中一种较高的境界。
在化学方程式教学中，教师的下列两种角色显得特别关键：一是教师是一名专家型的学习者，能示范好的学习策略和问题解决过程中的思维策略，而非作为一名内容本身的专家。通过教师的指导，学生不但学会了解决问题的思维方法，而且也学会了如何向自己提出疑问（如这种方法可行吗？还有更好的方案吗？等等）。二是认知支架。在解决问题的活动中教师主要是以监控、质疑以及鼓励等活动来促进学生学习。这样教师发挥了指导和帮助的作用，并只给学生提供了—个自主学习的支架而已。因此，教学的所有途径、方式和内容都必须满足学生认知结构的发展和完善、知识的灵活应用和迁移的需要，教师要充分发挥主导及促进作用，为学生创设良好的学习氛围及学习情境，使学生无拘无束地发挥想像力和创造力。这是教学生“学会学习”和学习“高级知识”的真谛所在。