有关化学方程式教学研究的国内外比较与启示，本文主要内容关键词为：化学方程式论文,教学研究论文,启示论文,国内外论文，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。
化学方程式是中学化学课程中最重要的化学用语。学好化学方程式可以帮助学生理解化学反应原理，加深对实验现象的认识，更好地掌握物质的化学性质，提高学生应用化学知识解决实际问题的能力。因此，化学方程式学习与教学的研究受到国内外学者的广泛重视。众多的研究从不同角度和层面揭示了化学方程式教学的规律，不仅为化学教学实践提供了丰富具体的指导建议，也为建立科学的化学学习理论提供了依据。
本文主要介绍国内外化学方程式教学研究的进展情况，并从几个方面对国内外研究进行比较。
一、国内外有关化学方程式的教学研究
国内外有关化学方程式的教学研究文献数量众多，角度不一，为便于比较分析，我们先对这些研究进行分类介绍。
1.指导学生记忆化学方程式
国外探讨单纯记忆化学方程式的方法指导较少，对记忆化学方程式多持慎重态度。如美国南达科他州大学化学系的Crigoriy Sereda认为，随着高中学生认识化合物的数目的增多，他们会被要求写出物质的结构并预测化学反应，而单凭记忆是无法实现这一目标的。学生需要记忆的东西越多，他们就会越讨厌化学。（注：Grigoriy Sereda.A simple and Easy-To-Learn Chart of the Main Classes of lnorganic Compounds and Their Acid-Base Reactions.Journal of Chemical Education,2005(11):1645-1648.）
国内教师重视指导学生如何记忆化学方程式，不少作者根据自己的经验总结了一系列记忆化学方程式的方法，如建议学生根据反应原理和物质性质，联系实验事实，运用推理、图表等手段，抓住规律和内在联系记忆化学方程式等。（注：林洁贞：《识记化学方程式的四种方法》，《广西教育》，2005年第3期。）曾有研究通过考察高二学生记忆有机化学方程式的方式，认为学生的记忆方式可以归纳为由低到高的四种水平：仅识记字符、了解物质名称基础上的记忆、理解反应性质基础上的记忆、理解反应实质及定量实质基础上的融会贯通的记忆。随着记忆水平的发展，记忆的效果越来越好（注：沈旭东：《对高二学生掌握有机化学方程式的编码调查与教学启示》，《化学教育》，2003年第11期。）。
2.配平化学方程式的教与学
配平化学方程式是中学化学学习的基础内容。国外的研究主要考查学生配平化学方程式时的常见错误并提出相应的教学措施。多数研究者认为，要帮助学生正确配平化学方程式，必须首先指导他们理解化学方程式的意义（注：W L Yarroch.Students' Understanding of Chemical Equation Balancing.Journal of Research in Science Teaching,1985,22(5):449-459.）（注：R D.Arasasingham,M Taagepera,F Potter,etc.Using Knowledge Space Theory To Assess Student Understanding of Stoichiometry.Journal of Chemical Education,2004,81(10):1517-1523.）。M.J.Sanger甚至发现学生即使正确配平了化学方程式，他们也不一定理解已平衡的化学方程式所表示的意义（注：Michael J.Sanger.Evaluating Students' Conceptual Understanding of Balanced Equations and Stoichiometric Ratios Using a Paaiculate Drawing Journal of Chemical Education,2005(3):131-134.）。
国内有关配平化学方程式的教学研究主要是总结化学方程式配平的方法，或针对某类特定的化学反应方程式的配平进行具体研究，如“观察法配平化学方程式的技巧”介绍了观察法配平方程式的技巧，在此基础上举例说明了如何用观察法配平氧化还原反应方程式和离子反应方程式等（注：魏省瑜：《观察法配平化学方程式的技巧》，《中学化学教学参考》，1998年第6期。）。也有研究探讨化学方程式配平的教学问题，如“初中化学‘化学方程式’教学设计”针对化学方程式这一初中化学教学的重点和难点提出了相应的教学建议（注：王兴国、李德胜：《初中化学“化学方程式”教学设计》，《化学教学》，2003年第5期。）。
3.考查学习者对化学方程式的理解
化学方程式隐含着丰富的信息，对化学方程式的理解也包含着多重含义：明确化学式、各个数字及箭头的含义，理解化学反应过程中键的断裂和形成，考察化学变化的定量关系等。国内外的研究也多从这几方面进行。
化学方程式作为一种化学语言，其中的每个符号都有其内在的意义。研究发现学生并不理解化学式的真正含义，他们头脑中的符号表征较差。对数字的理解也是学习者的薄弱点。M.J.Sanger让学生根据微粒图书写化学方程式，发现44%的学生对下标和系数的理解有不同程度的混淆（比如将3C书写成
）。学生能够理解下标表示某分子中的原子个数，但却不知道下标可以表示组成物质的元素比例。
国外有些研究还进一步探查了学生对化学方程式所表示的化学反应过程的理解，发现大多数学生不能理解化学方程式的实质是表示化学反应的过程。如R.D.Arasasingham发现部分学生倾向于将
的结构表示为S-O-O，甚至认为是
直接加到S原子上。BenZvi.Eylon和Silberstein(1988)的研究发现不少学生都将化学反应理解为加和而不是相互作用，他们认为是片段的简单相加生成了化合物，而不理解反应过程的实质是旧键断裂和新键生成。
国内研究很少微观考察学习者对化学方程式的理解，大多是强调理解的重要性或归纳理解化学方程式的要点，尤其强调对方程式中数字的理解和对质量守恒定律实质的解释。近年来，国内有人在研究学生宏微符三水平学习化学时，考察了学生对化学方程式中简单符号以及化学变化意义的理解（注：贾杰、梁永平：《中学生宏微符三结合学习化学的调查研究》，《化学教育》，2005年第1期。）（注：毕华林、黄婕等：《化学学习中“宏观—微观—符号”三重表征的研究》，《化学教育》，2005年第5期。），发现学生的这种理解按照宏观、微观、符号的顺序依次降低。对宏微符三水平的研究借鉴了国外化学方程式研究的方法，但研究的重点落在考查学生的表征方式上。
4.化学方程式定量关系的教学研究
化学方程式不仅能定性表示化学反应的过程，还能反映化学变化的定量关系。R.D.Arasasingham考察了美国加利福尼亚州部分中学生对化学反应中反应物及产物质量变化的理解程度。提供的具体问题是硫与一定量的氧气发生反应，要求学生选择能正确表示生成的三氧化硫质量随硫的质量变化的图形。结果发现57%以上的学生难以建立化学反应中量的变化模型并与图形表征相联系。
运用化学方程式解决化学计算问题，是学生深入理解化学方程式定量关系的具体体现。有研究认为，学生对下标和系数的概念理解越深，越能更好地解决与化学方程式有关的计算问题。Nakhleh的研究表明，中学生解决概念性问题的成绩比算法问题的成绩要差，学生并不难掌握化学方程式的计算程序，而是缺乏对基本概念和原理的深入理解。（注：Nakhleh,M.B.Are our students conceptual thinkers or algorithmic problem solvers? Journan of Chemical Education,1993(70),1:52-55.）
国内有关化学方程式计算问题的研究文献数量繁多，分析比较透彻，充分体现了国内学者对化学计算问题的高度关注。研究的重点是总结与化学方程式有关的计算类型，并据此提出相应的解题步骤和基本方法；对中高考计算问题归类分析，包括错因分析和趋势预测等；也有从化学方程式计算的某一细节入手，如化学方程式计算的数据陷阱等，提醒学生审题时注意避开有关陷阱等，从而正确分析问题中复杂的数量关系。
二、国内外化学方程式教学研究的差异
综上分析，我们发现有关化学方程式的教学研究基本上都从化学方程式的记忆、配平、理解和应用等方面展开，而且都涉及了定性和定量两方面，研究结论重在为化学教师教学提供积极的建议。但国内外的研究在研究对象、素材、方法、重点和结果等方面有较大不同。
1.研究对象不同
国外化学方程式的教学研究，研究对象以人为主，涉及中学生、大学生和即将走上工作岗位的教师等，探索他们学习化学方程式的心理机制和教学策略。如A.J.Wolfer和N.J.Lederman曾通过对小样本被试的研究，考查学生配平化学方程式时所犯的错误，他们所选的被试是美国西北太平洋综合大学参加普通化学课程的六名学生，其中四名女生两名男生。这六名被试中有三名没有学过化学课程；两名学过化学，但学得很吃力，在学到四分之一时就放弃了；只有一名学生学完了高中化学课程。从专业背景来看，有五名正在攻读社会科学学位，其中大多数都参加过生物学或应用生物学课程，四名学生修过物理课程，只有一名被试修过代数课程，每名被试都有其独特的专业背景。（注：A J.Wolfer,N G.Lederman.Introductory College Chemistry Students' Understanding of Stoichiometry:Connections Between Conceptual and Computational Understandings and Instruction.Paper presented at the Annual Meeting of the National Association for Research in Science Teaching,2000(4).）
而国内的研究对象以化学知识或问题为主，大多是总结中学阶段的知识规律或问题解决的方法。如“有机物燃烧方程式的配平”其研究对象是有机物燃烧的化学方程式，特别是分子量很大的有机物燃烧的化学方程式，通过剖析这类化学方程式的特征归纳其配平方法（注：郭奎廷：《有机物燃烧化学方程式的配平方法》，《临沂师专学报》，1994年第5期。）；“化学方程式配平的教学及其度”研究对象则是化学方程式配平的教学，探讨用什么方法更好地教学生配平化学方程式，以及解释配平时应注意的问题（注：杨水莲：《化学方程式配平的教学及其度》，《中学化学教学参考》，2000年第12期。）。
2.研究素材不同
化学方程式是有关化学方程式教学研究的主要研究素材。通过比较可以发现，国外所使用化学方程式都较为简单，如
等方程式在国外多项研究中都用作测试素材，甚至有些以大学无机化学课程为背景的化学方程式的教学研究，也选用
等简单的酸碱反应。国外有关化学方程式的教学研究还经常结合微粒图加以阐释。
Nurrenbern,Pickering和R.D.Arasasingham先后研究了学生对化学反应过程的理解。（注：Nurrenbem S C,Picketing M.Concept Learning versus Problem Solving:Is There a Difference? Journal of Chemical Education.1987,64,(6):508-510.）他们共同使用了下列问题作为研究素材。
问题：图1分别表示X（□）和Y（○）反应的反应物混合物和产物混合物，写出能表示反应过程的化学方程式。
图1
结果只有21%的学生给出了正确答案（
），多数被试给出的答案是
。分析认为，出错的学生将化学方程式中的箭头理解为等号，因此只考虑到方程式两边的原子个数应当相等，只注意了微粒图和方程式的表面特征，而没有理解化学方程式的实质过程。
国内研究所使用的素材较为单一，基本只使用化学方程式，涉及的化学方程式范围较广，类型较多。
3.研究方法不同
国外化学方程式教学的研究侧重于通过团体测试、个别访谈、出声思维等方法，从研究对象中获得充分的数据，通过分析数据了解被试的思维方式和心理过程。如，依据微粒图书写化学方程式或者根据自己的理解画出某化学方程式的微粒图，是国外研究化学方程式最常用的方法。其次，国外研究多从化学、心理学、教育学多个维度探讨化学方程式教学中的问题，重点不是分析计算问题怎么解，而是试图发现问题解决的规律并分析相关的原因。
某研究者在让学生画微粒图并解释之后，对学生做了访谈。对该被试的访谈记录如下：“这是我第一次参加化学课程。我学会了许多东西，比如我可以画一些小东西，但是如果在真实世界中要我解释其中的化学过程，我还是难以做到。我在上其他课的时候，比如健康课，老师会要求我们写论文，也许我并不确切知道每个词汇，但是因为理解大意所以我仍然可以顺利完成。学这些课时，我能理解问题中发生了什么事情和为什么，而在学习化学和数学的时候我不理解为什么，他们对我是没有意义的。”访谈揭示出学习化学方程式的关键在于理解，只进行机械的操练是没有意义的（注：A J.Wolfer,N G.Lederman.Introductory College Chemistry Students' Understanding of Stoichiometry:Connections Between Conceptual and Computational Understandings and Instruction.Paper presented at the Annual Meeting of the National Association for Research in Science Teaching,2000(4).）。
而国内研究化学方程式的文章往往是由教学经验丰富的教师通过对学生的观察和经验的总结给出学习建议和问题解决方法，一般不分析原因，研究以归纳为主，偶尔结合教育学原理，从心理学方面探究学生理解化学方程式和问题解决的机制者更少。
4.研究重点和结果不同
国外化学方程式的教学研究重视学生对化学方程式及其相关要素的理解，强调所学知识的意义，反对机械记忆和盲目计算。甚至Journal of Chemical Education的编辑禁止发表有关方程式配平的技巧或程序（包括计算机程序）类的文章。（注：Michael J.Sanger.Evaluating Students' Conceptual Understanding of Balanced Equations and Stoichiometric Ratios Using a Paaiculate Drawing Journal of Chemical Education,2005(3):131-134.）如A.H.Haidai对美国预备教师的研究发现，只有2.31%的被试能深入理解质量守恒定律并应用该定律解决方程式计算问题，可见大多数被试都没有真正透彻理解质量守恒定律。作者认为对原理定律的理解不等于对概念的记忆性陈述和盲目的机械计算，教师需要思考更有效的教学方法来促进学生对定律的深入理解。
国内在实践中非常重视化学方程式的计算，研究多围绕化学方程式计算的方法展开，发表的文章也相当多，这与我国中学化学教学的传统有关。国内“解析质量守恒定律”一文作者通过经验分析，提出学生理解质量守恒定律可从明确适用范围、强调质量守恒、理解关键词（参加反应）、牢记“质量总和”、抓住实质、总结归纳等六个方面来进行（注：陈宝玺：《解析质量守恒定律》，《教育实践与研究》，2005年第5期。）。
国内外的研究同是探讨有关化学方程式理解的问题，前者通过实验，从学生学习和教师教学的角度揭示结论，有理有据；后者的结论则直接指向学生的理解和问题解决，表述角度和分析层面有明显差别。
三、研究启示
国内外有关化学方程式的教学研究各有千秋，国内的研究更多地联系了我国教学和教育的实际现状，但在研究方法和侧重点上仍有待进一步探讨。通过对国内外化学方程式教学研究的比较分析，可以获得指导我国化学教学研究和教学实践的积极启示，从而有助于我们更好地借鉴国外研究的经验，取长补短。
1.研究方法论方面的启示
(1)从多个角度研究化学方程式的教学
研究角度单一反映了我国化学方程式教学研究的不足，应进一步开拓研究视角。从化学学科角度探讨教学问题，可以为教学提供直接的建议，提升学科知识的科学价值；从心理学和教育学的视角考查化学学习过程，关注学生的主体参与，揭示学生的学习心理规律，有助于指导教师解决学生在学习中遇到的困难，有效提高教学质量。为此，我们应当重视从化学、心理学、教育学等多个角度探究学生学习化学方程式的心理机制。
(2)引入实证、定量的研究方法
国内的研究从实践和经验出发，注重归纳特定的知识点，分析有关的教学策略，忽略不同层次、不同认知方式的学生化学学习的差异，也未结合教学策略的有效性进行实证研究。引入实证、定量的研究方法，通过对特定被试的研究有助于得出更具针对性的结论。
(3)宏观讨论和微观分析相结合
国内研究通过对教学的观察与经验总结，通常提出一些概括性的教学建议，这些建议大都在宏观层面上讨论“应该怎样做”，而没有解释“为什么这样做”的原因，从而导致研究者难以深入地探讨教与学的规律。我们应在立足经验的基础上，结合微观方法（如跟踪调查、实验、分析等），逐步提高研究的力度。
2.化学方程式教学方面的启示
(1)引导学生理解化学方程式的内涵
国内外的研究结果表明：大多数情况下，学生只是把方程式当作纯粹的知识点来学习，而没有内化为自己的一种固有观念，没有形成学习化学后应该具备的基本科学素养；教师教学也习惯于花费大量时间去训练学生的技能技巧，而没有将化学方程式所承载的丰富信息揭示出来。这可能与平时教学中只重视具体知识的学习而忽视基本观念的培养有很大关系。因此教师不仅要教给学生有关化学方程式的知识，而且要引导他们挖掘知识背后的内涵，深入理解化学方程式的内在含义。
(2)培养学生符号表征的能力
化学方程式作为最典型的一种化学符号，简明地表达了宏观物质及其变化规律，成为联结宏观现象与微观机理的有效中介。从宏观、微观和符号三种表征水平上认识和理解化学知识，是化学学习特有的思维方式。国内外有关化学方程式教学的研究表明，学生使用符号表征的能力非常薄弱。究其原因，我们认为主要是学生难以理解符号所表示的信息，这与教师在教学中有意无意地机械训练学生记忆化学方程式有关。实践表明，三重表征思维方式不能完全依靠学生自己形成，需要教师恰当的引导。
(3)把握好化学计算问题的“度”
重视化学计算是国内化学方程式教学研究的显著特点，但过分强调化学方程式的计算也带来了一些弊端：如有的问题“数学化”倾向严重，背离了化学问题的初衷；有的问题数量关系过于复杂，超出了中学生的思维水平；有的问题关注计算的程式，在多次操练之后已演变为机械重复，对化学原理加深理解无太大作用；有的计算问题重视理论推演，忽视了化学情景的真实性。总之，教师应当认识：化学计算的目的是通过训练使学生从量的角度进一步认识物质的组成及其变化规律，帮助学生掌握化学的核心观念和基础原理。化学教学要把握好化学计算问题的“度”，在化学原理和数学运算技能之间找到恰当的平衡点，既切实提高学生的问题解决能力，又避免加重学生负担。