基于促进学生认识发展的“物质的量浓度”教学设计研究——“高端备课”化学核心内容教学问题及其解决策略研究之一，本文主要内容关键词为：浓度论文,教学设计论文,促进学生论文,核心内容论文,物质论文，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。
“物质的量浓度”是中学化学教学中的一个基本概念，是表示溶液浓度的物理量之一。“物质的量浓度”的教学通常包括物质的量浓度的基本概念及相关计算和配制一定物质的量浓度的溶液两部分内容，是高中化学教学的重点和难点内容之一。那么，学生在建立和应用物质的量浓度概念时，其认识发展的障碍点是什么？配制一定物质的量浓度的溶液对于学生建立和应用物质的量浓度概念的作用是什么？物质的量浓度及相关内容对于发展学生对溶液组成的认识和定量认识方式的作用是什么？如何进行教学设计与实施才能突破学生认识发展障碍点，实现学生对溶液组成的认识的发展？为了解决上述问题，首先要回归教学内容本身，分析物质的量浓度及相关内容对于促进学生认识发展的功能与价值，进而进行教学设计与实施。
一、已有的研究
已有文献表明，人们主要从教学设计方案和学生学习难点两方面展开物质的量浓度及相关内容的教学研究。
1.物质的量浓度相关内容的教学设计方案研究
在关于物质的量浓度的教学设计方案研究中，探讨的核心问题是“如何引入物质的量浓度概念？”“如何建立物质的量浓度概念并深化学生理解？”“如何开展配制一定物质的量浓度溶液的实验探究活动”。
在引入物质的量浓度概念环节，有的教学设计“以质量分数作为先行组织者”，激活学生对于定量表示溶液组成的原有认识，并在此基础上借助“使用溶液时，称量不如量取方便”“溶液中发生的化学反应，反应物与生成物物质的量的关系比它们之间的质量关系简单得多”等情境设置认知冲突，引入物质的量浓度的概念[1，2]。有的教学设计利用“认识饮料标签或化验单中各种浓度表示方法”这一活动引入物质的量浓度的概念[3]。在建立物质的量浓度概念并深化学生理解的环节，大多数教学设计中的教学流程是“学生阅读教材归纳出基本概念的内涵——进行针对性练习以巩固概念——讨论物质的量浓度与质量分数的关系深化理解概念”。在“配制一定物质的量浓度溶液”实验活动的教学中，大部分将其设计为实验探究活动，但探究活动的开放点的设置不同。有的教师将“仪器的选择与优化”作为探究活动的开放点[4]，有的教师将“配制步骤”作为探究活动的开放点[5]。也有教师在教学设计中突出了“物质的量浓度”概念的建构过程，将溶液配制活动与物质的量浓度概念建构活动进行整合，引导学生在解决“如何表示一定体积的溶液组成？”问题过程中建构物质的量浓度的概念[6]。
在物质的量浓度及其相关内容的教学设计方案的研究中，虽然研究者试图使用各种教学策略进行教学设计的优化，但普遍缺少对本部分内容在发展学生对溶液组成的认识方面的功能与价值的思考，忽略对学生在学习过程中认识发展的障碍点的研究，导致教学思路雷同、缺少突破。此外，由于缺少教学实施后的测查与分析，教学效果无从考证。
2.关于学生学习障碍点的研究
吴菊英[6]在对高一学优生、学中生与学困生在物质的量问题解决过程中的差异的研究中指出，在与物质的量相关的前化学知识中，3类学生都在“有关溶液组成的理解及计算”这一点失分率最高，说明这一知识要点在学生认知结构中普遍比较模糊；而学生“与物质的量相关的前化学知识水平”与“物质的量问题解决测试结果”之间呈较明显的正相关。这一方面说明，“溶液组成的理解与计算”是学生认识溶液的障碍点，影响到学生对物质的量浓度及相关内容的学习；另一方面也说明，在目前物质的量浓度及相关内容的教学中，学生对溶液组成的认识发展障碍点没有得到突破。
虽然已有研究对学生在学习“物质的量浓度”相关内容时的认识发展障碍点进行了分析，并将其确定为“溶液组成的理解与计算”，但仍缺少进一步的具体分析，没有回答“对溶液组成的理解的哪些方面存在障碍？对溶液组成的理解的障碍与物质的量浓度学习的关系是什么？”等问题。
二、本研究的目的和任务
本研究试图以学生在物质的量浓度及相关内容学习过程中认识发展障碍点为切入点，分析物质的量浓度概念在深化学生认识溶液组成、发展学生定量认识方面的功能与价值，分析“配制一定物质的量浓度溶液”实验在学生建立物质的量浓度概念、深化学生认识溶液组成、初步形成定量实验研究的思路和方法等方面的功能与价值，在此基础上进行教学设计与实施，并通过问卷和访谈测查教学效果。
三、从促进学生认识发展的视角分析“物质的量浓度”相关内容
1.学生认识发展障碍点分析
本研究通过在长期教学实践中对学生的观察及研究期间对学生的访谈发现，高一学生在本部分内容学习过程中，对具体溶液组成的认识并不存在困难，即学生能认识到溶液由溶质、溶剂组成，也能分析溶液中溶质、溶剂的含量；其障碍点之一在于通过对具体溶液组成的认识抽象出对溶液浓度的认识，即认识到浓度是溶液组成的定量表征，它可以通过溶质、溶剂、溶液三者中的任意两者的任意物理量（质量、物质的量、体积等）的比例关系来表征；其障碍点之二在于将对浓度的认识用于定量分析其他溶液组成。
2.“物质的量浓度”相关内容对学生定量认识溶液组成的促进作用
对溶液组成的认识包括定性和定量2个水平。对溶液组成的定性认识指的是学生能够认识到溶液由溶质和溶剂组成，以及溶液中溶质所发生的物理变化和化学变化；对溶液组成的定量认识指的是学生能够利用质量、体积、物质的量等物理量定量表征溶液的组成及溶质的变化。
物质的量浓度是以单位体积溶液中所含溶质的物质的量来表示溶液组成的物理量。物质的量浓度概念的建立首先促进学生形成了基于物质的量浓度对溶液浓度的定量认识，进而结合曾经学习过的质量分数、体积分数等发展学生对溶液浓度的定量认识，最终促进学生对溶液组成的定量认识发展。具体来说，物质的量浓度概念的建构过程可以促进学生形成基于物质的量浓度对溶液浓度定量认识的两个角度——溶质与溶液的关系、物质的量与体积的关系。在此过程中，应使学生认识到某一浓度值与具体溶液中溶质的量和溶液体积间的关系，即某一浓度值可能对应多份含有不同物质的量的溶质的不同体积的溶液，含有不同物质的量的溶质的不同体积的溶液可能具有相同的浓度。而在巩固、深化理解概念的过程中，结合质量分数、体积分数等其他表征溶液浓度的方法，促使学生认识到溶液的浓度可以通过表征溶质、溶剂、溶液三者中的任意两者的任意物理量（如质量、物质的量、体积等）的比例关系来表征，发展学生对溶液浓度的定量认识，从而进一步发展学生对溶液组成的定量认识。
“配制一定物质的量浓度的溶液”实验为实现物质的量浓度的认识发展功能提供了问题情境和探究溶液组成的活动平台。学生在完成配制任务的过程中，通过确定溶质的物质的量和溶液的体积等操作活动，认识到溶液的组成由溶质的量和溶液的量共同决定。学生在探究溶液组成的活动中，基于溶液配制实验中涉及的量（溶质的物质的量和溶液体积）认识到溶液的浓度可以利用溶质的物质的量和溶液的体积的比例关系来表征，而不同溶质的物质的量的不同体积的溶液，可能具有相同的浓度；在用其他表征溶液浓度的方法探究溶液组成的活动中，又可以进一步认识到溶液定量组成可以利用溶质、溶剂、溶液三者中的任意两者的量来表征，而溶质、溶剂、溶液的量又可以利用质量、物质的量、体积等不同的物理量来表征。
通过物质的量浓度及相关内容的学习，学生对溶液组成的认识发展层级可表示如图1。
图1 学生对溶液组成的认识发展层级关系图
3.“物质的量浓度”相关内容对发展学生定量认识方式的促进作用
认识方式是指学生在思考和处理化学问题时，所表现出来的倾向于使用某种思维模式或是从一定角度来认识或解决问题的信息处理对策或模式[8]，包括“宏观——微观”“定性——定量”“静态——动态”和“孤立——系统”4种认识方式类别。其中，定量认识方式包括认识各单一物理量和认识各物理量间的关系两个认识角度。
定量认识方式的两个基本认识角度分别为：(1)相关物理量的特征和内涵；(2)各物理量间的关系。例如，学生学过求算溶液密度的公式（ρ=m/V），但对于密度、质量、体积这3个物理量的特征和内涵缺少认识，也没有真正建立起3者间的联系。因此，在解决问题时，有的学生会将不同浓度溶液的体积、甚至是气体体积与溶液体积简单相加；有的学生面对气体溶质的体积、溶剂（水）的体积、溶液的密度等已知条件时，不知该如何求算溶液的体积，进而求算溶质的物质的量浓度。
通过物质的量浓度概念的学习，应该促使学生形成或发展其定量认识方式，即面对一个定量关系时，首先要认识其中各单一物理量的特征和内涵，其次要认识到各物理量间的关系；并通过配制一定物质的量浓度溶液实验活动将上述认识角度和认识思路具体化。例如，通过实验设计与实施，使学生形成“建立各相关物理量间的关系（物质的量浓度与溶质的物质的量和溶液体积的关系）——确定测定值（溶质的物质的量和溶液的体积）——设计获取测定值的实验方案（包括实验仪器、试剂和步骤）——实施实验——数据记录与分析”这一定量实验设计基本思路。在形成对上述具体定量问题的分析思路的基础上，经抽象、概括形成定量认识方式的认识角度和认识思路。
四、以促进学生认识发展为本的教学设计
在关于物质的量浓度教学设计的已有研究中，由于缺少对相关内容在促进学生认识发展中的功能与价值的分析，其教学设计均为“以具体知识剖解为本”的教学。高中化学新课程的教学设计倡导在进行内容分析时关注知识的功能与价值、在进行学生分析时关注学生认识发展的障碍点和发展点，倡导“以促进学生认识发展为本”的教学。“以具体知识剖解为本”的教学与“以促进学生认识发展为本”的教学在新课引入、问题线索设计、教学过程等方面均有所不同，具体如表1所示（王磊，2008）。
表1 “以具体知识剖解为本”的教学与“以促进学生认识发展为本”的教学的比较
本研究在对物质的量浓度及相关内容的功能与价值及学生认识发展的障碍点和发展点分析的基础上，根据“以促进学生认识发展为本”教学的基本理念，进行“物质的量浓度”课时教学设计。为了证明“以促进学生认识发展为本”的教学在概念的形成与应用、发展学生对溶液组成的认识以及形成定量认识方式等方面的教学效果优于“以具体知识剖解为本”的教学，本研究分别采用上述2种不同的教学设计方案进行了实践研究。
本研究选取了北京市重点中学高中一年级两个初始水平相同的教学班级为被试对象，由同一教师授课，在两个教学班分别采取两种不同的教学设计方案进行物质的量浓度教学。在研究中，实验班采取的是“以促进学生认识发展为本”的教学，对比班采取的是“以具体知识剖解为本”的教学。两种教学处理方式的教学设计如表2所示：
表2 “物质的量浓度”案例研究中对比班与实验班的教学设计
五、教学效果的测查与结果分析
1.测查方法
为了调查教学效果，在“物质的量浓度”新授课结束后，采用问卷测查法和访谈法对两个教学班进行了测查。调查问卷为自编测试题，分为两部分。第一部分共有5道小题（2道选择题、2道简答题、1道计算题），主要测查两个方面内容：对“物质的量浓度”概念、一定物质的量浓度溶液配制方法的掌握和对溶液组成的定量认识。访谈内容涉及学生的学习感受、学生对溶液组成的定量认识和学生定量认识方式发展水平等方面的内容。
2.测查结果及分析讨论
测查结果表明：计算（计算配制100 mL 0.1mol/L的NaOH溶液，需要固体NaOH的质量是多少？）测查正确率为74%，溶液配制步骤的正确率为85%。这些指标明显高出教师教学前的估计。从统计结果可以看出，学生对“物质的量浓度”概念的掌握及应用其进行简单计算（第1题）的情况，实验班和对比班的学生没有显著的差别，两个教学班正确百分率都很高，测试题目正确率均在74%以上，说明两个班的学生都达到了教学基本要求。
但是，测查结果（第2题）显现出关于“一定物质的量浓度溶液的配制步骤”的掌握情况，对比班要好于实验班，分析可能受如下因素影响：①对比班学生面临的实验任务与目标要求完全对应，而实验班学生要进行一次思维转化（由“配制含一定量溶质的一定体积的溶液”转化为“配制一定物质的量浓度的溶液”）；②对比班同学经历了“设计方案——讨论方案——阅读教材，按教材提示实施方案——分析、总结”这一核心点多次重复的学习过程，而实验班则缺少了其中“阅读教材，按教材提示实施方案”这一环节。提示我们在今后的教学设计和实施中应针对这两点做进一步的改进。
图2 “物质的量浓度”概念掌握情况测查结果
在学生对溶液组成的定量认识发展方面，从统计结果中可以看出，实验班和对比班同学存在显著的差异。实验班两道题的正确率分别为87%和45%，而对比班两道测试题的正确率均远低于实验班，分别比实验班低40%和24%，说明实验班的学生能够比较清楚地认识到溶质的物质的量和溶液的体积对溶液浓度的影响关系。由此可见，实验班采取的教学处理方式有助于学生从定量角度分析溶液组成，对于学生“定量认识方式”的形成能够起到促进作用。
在访谈过程中，实验班的学生能够清楚地表达出他们对溶液组成的认识：“某一浓度值可能对应多份含有不同物质的量的溶质的不同体积的溶液，含有不同物质的量的溶质的不同体积的溶液可能具有相同的浓度”“配制一定物质的量浓度的溶液时，要分别确定溶质的物质的量和溶液的体积”“溶质的物质的量与溶液浓度成正比关系，溶液的体积与溶液浓度成反比关系”等。同样证明了实验班教学处理方式达到了促进学生认识发展的目的。
而且，教学后我们调查了对比班和实验班的全部97名学生，有72%的学生表示如果让他们选择的话，他们更喜欢实验班采用的“基于促进认识发展”这种教学方式。
图3 对溶液组成的定量认识测查结果
六、研究结论及进一步讨论
通过具体的教学实践研究，表明：
(1)采用“以促进学生认识发展为本的”的教学有助于学生建构“物质的量浓度”概念，促进了学生对溶液组成的定量认识，有助于学生形成定量认识化学问题的角度和思路。
(2)有些教师担心“以促进学生认识发展为本”的教学是否在关注学生认识发展的同时忽视了对基础知识和基本技能的落实？关于“物质的量浓度”的教学实证研究表明，实验班学生在关于物质的量浓度基本概念理解与应用、一定物质的量浓度溶液配制实验所需仪器、操作步骤程序等基础知识和基本技能掌握方面均达到了较高水平。这说明，具体知识对认识发展的促进功能与对其内容本体的理解与掌握并不矛盾，相反，只有在对知识本体深刻理解的基础上，才能发挥其对认识发展的促进作用。当然，教学后，我们认为，如果实验班这堂教学在最后能够增加如下提问：“请用简短的语言说明准确配制100mL0.50mol/L的NaCl溶液的步骤”以及“配制0.1 L NaCl溶液，其中溶质的物质的量为0.05mol，并将其分装到4个试剂瓶中，结果什么变了，什么没有变？”，则更好。
(3)通过课后测查，特别是学生访谈发现，实验班教学设计在促进学生对溶液组成的定量认识发展方面仍有可以进一步完善的空间。例如，在“深化对物质的量浓度理解”环节，可以提出问题“这里有一瓶标签为“0.1 mol/L NaOH”的溶液，你如何定量地理解该溶液的组成？”组织学生交流讨论，以深化学生对基于物质的量浓度的溶液浓度的定量认识；在“总结提升”环节，不仅向学生介绍质量分数、物质的量浓度、体积分数等表示溶液浓度的方法，还可以让学生尝试用不同的方法表示所配制溶液的浓度，以深化学生对溶液浓度的定量认识，从而进一步促进学生对溶液组成的定量认识的发展。
(4)在本研究中，学生对于溶液组成的认识并没有达到高中阶段的认识顶点。在后续的学习中，学生对溶液组成的认识将从宏观水平发展到微观水平。而本研究中涉及的学生定量认识方式的形成与发展更是一个贯穿高中化学学习始终的过程，在后续化学反应速率、化学反应限度等内容的学习中，学生的定量认识方式将得到进一步的发展。
(5)体现核心概念的认识功能与价值，避免孤立地进行概念教学。在“促进学生认识发展为本的”教学中，教师能够有意识地将传统的“配制一定物质的量浓度”实验改为“配制一定体积的溶液”，并组织学生就“如何表达溶液的组成”“这里有一瓶标签为‘0.1 mol/L NaOH’的溶液，你如何定量地理解该溶液的组成”等问题展开讨论，源于教师对于“物质的量浓度”，及相关内容的功能与价值的思考。因此，在进行概念教学设计时，要关注概念原理知识对于学生学习其他化学知识（如元素化合物的性质）、对于学生形成认识、解决化学问题的基本思路等方面的作用。例如，“氧化还原反应”概念的引入一方面丰富了学生看反应的视角，另一方面（更主要）丰富了学生看物质、看物质性质的视角；“离子反应”概念的价值则在于引导学生从微观角度认识物质在水溶液中的存在状态及行为，认识物质在水溶液中的反应实质，建立起研究水溶液系统的思路和方法。