初中化學前概念的教學干預

江蘇無錫市鳳翔實驗學校（214045） 蘇麗花

江蘇無錫市南長實驗中學（214000） 耿雁冰

前概念是指學習者在學習科學概念前對各種事物及其現象的看法和觀念，其受學習者的生活經驗、生活環境、智力因素、學習經驗、知識儲備等諸多因素的影響。前概念在不同的個體中表現出較大的差異性且大多缺乏嚴謹的推理和演繹，絕大多數是不全面的，甚至是錯誤的。教師在化學教學時不能以“這是錯誤的”這一結論草率地處理學生的錯誤前概念，而是要理性認知學生前概念的存在，分析其產生的原因及對學生后續學科知識學習的影響，合理創設教學情境，引發學生認知沖突，促進學生前概念的正向遷移轉化，幫助學生正確認知化學概念及原理。在教學實踐中，筆者對前概念的類型進行了粗略分類并采取相應的干預措施，取得了較好的教學效果，使得“一聽講就懂，一看書就會，一做題就錯”的現象大大減少。

一、模糊前概念：梳理中建構

前概念的獲得方式多種多樣，即便學生之前獲得的是正確的概念，但因為沒有將其系統化梳理建構，所以留在他們腦海中的往往是模糊的前概念。為了有效梳理學生模糊的前概念，教師要在了解學生認知水平的基礎上想辦法將相對獨立的隱性知識顯性化、可視化。圖示、實驗等直觀的教學方式有助于實現這一目標，也更便于學生思考、交流和表達，促進學生知識體系的構建。

以“金屬的化學性質”為例，該課題主要涉及金屬的化學性質、置換反應概念和金屬活動性順序等內容，這些是初中化學的重點內容。該課題是培養學生的科學探究精神和自主學習能力以及分類研究、對比分析、系統總結等能力的一個非常好的教學素材。仔細分析教材，我們會發現對于金屬的化學性質學生已經接觸過多次，只是沒有進行系統化、結構化的學習，因此存在一些模糊的前概念。那么如何把這些模糊的前概念有效利用起來呢？下面以具體的教學案例進行說明。

【案例1】教師先利用PPT 直接展示教材的目錄，再提出問題：“我們已經學過金屬的一些知識，甚至做過一些跟金屬有關的實驗，你們能不能回憶起其中的一些呢？如果記不清的話，可以參考PTT上的目錄索引來回顧?！庇行W生直接回憶起某個與金屬有關的實驗，有些學生則是根據目錄搜尋相關內容。教師將學生的回答一一記錄在黑板上，同時還注意區分不同的性質并留下足夠的空白供后續補充。另外，教師在對應的課題中做好了超鏈接，譬如學生回答有關鐵絲在氧氣中燃燒的內容時，教師點擊“第二單元課題2 氧氣”的鏈接，即顯示出該實驗的圖片或視頻、操作的注意事項、實驗現象等，進一步調動學生的記憶，重現當時的課堂。學生陸續找到跟金屬有關的實驗后發現，原來已經學過這么多與金屬的化學性質有關的知識，原來物質之間有著千絲萬縷的聯系，各部分知識并不是孤立的、割裂的。于是，學生在教師的帶領下，逐漸進入新課，梳理建構了金屬的化學性質的知識體系。

通過復習舊知引出新知是一種常見的課堂引入形式，這種引入形式大多是進一步介紹新課的學習內容或學習任務，很少起到貫穿、指引整個課堂教學的作用。本課的引入從形式上看屬于“溫故知新”型，但在具體操作上與一般的復習引入有較大差別。如為了回答教師的提問，學生需要從課本的第一單元回顧到第七單元，記憶的空間和時間跨度較大；學生在探究金屬化學性質的差別時，既要注意實驗現象的共同點，又要關注實驗現象的差異性?？梢?，新知識需要在舊知識的基礎上進行發展和深化。這種情況下的引入變成貫穿全課的生長點，新知識在這些點周圍鏈接建構。而這一引入過程用了將近半節課的時間，遠遠超出引入的功能和價值［1］。

為什么要這么設計呢？因為人的日常經驗并不像科學概念那樣與某些基本原理緊密地聯系在一起，而是以分散的、初級的圖示形式存在，它們是對現象的表面解釋。DiSessa 在進行了大量訪談研究的基礎上提出在教學中應該利用直覺概念，而不是想辦法取代它們［2］，在他的理論中，直接利用概念是重要的教學策略。

學生在學習此內容前，已經不止一次地接觸到金屬的化學性質，已經具備了較多的前概念，只不過沒有形成較為清晰的知識網絡。首先，教師要明了學生的知識水平。從知識在教材中的分布來看，它們分散在各章節中，但從學生的記憶來看，概念儲存于他們大腦海的各個角落，等待著被喚醒。教學實踐表明，上述引入方式一開始就激發了學生的學習熱情，學生像在書中挖掘寶藏一樣，迅速回憶，積極思考。其次，教師要根據學生的認知規律，提高學生的參與度。上述教學中，教師講得少卻引導到位，且留足了探究時間，使不同層次的學生的能力都得到了相應的提升。這樣，在教師的引領下，學生在梳理建構概念的過程中逐步實現了知識的結構化。

二、缺陷前概念：暴露后完善

教學干預要基于精確診斷。先入為主的經驗往往會阻斷知識間的內在聯系，在知識運用過程中形成干擾，造成認知與運用的脫節。具體教學實踐中，教師可通過直接提問、訪談等方式，了解學生前概念產生的原因，在此基礎上采用蘇格拉底法進行追問，按學生的想法或思路歸納出與事實相矛盾或與已知定律原理相悖的結論，進而引發學生的認知沖突，暴露學生在概念理解上的缺陷，引導學生在修正中形成正確概念，在糾正中完善概念［3］。

【案例2】實驗復習課上，教師講解U 形管（如圖1）的用途并讓學生完成反饋練習后，有了如下對話。

圖1

師：同學們，你們還有什么疑問嗎？

生1：為什么氫氣不會把水壓出U形管？

（教師很意外，原本覺得這不應該成為問題，但現場調查結果顯示，有超過十位學生有此疑問，看來這是學生的共性問題，需要重視。）

師（追問）：是什么原因讓你覺得氫氣會把水壓出U 形管？可以根據你的經驗或者用你曾經觀察到的現象進行說明。

生1：在醫院輸液時，我看到過護士在趕輸液管中的氣泡時，管里的藥水就會被氣泡趕著跑，所以我覺得氫氣是有可能把水壓出U形管的。

師：這位同學善于從生活中總結經驗，很有探究意識。那我們想象一下，如果輸液管的直徑變得很大，氣泡還會不會把藥水趕上去？還是會出現另一種現象？

生2：不會。氣泡會穿過液體，即冒泡。

師：平時的實驗中，有沒有此類現象？

生3：我們在用排水法收集氣體時，集氣瓶倒扣在水里，氣泡就會穿過瓶里的水，到達瓶底，不斷把集氣瓶里的水壓出去。

師：這位同學的詳細敘述支持了圖1 實驗的現象。上述兩種現象我們都很熟悉，請大家繼續思考，氫氣到底能否把U 形管中的水壓出？如果能將水壓出，可能與哪些因素有關？

生4：可能與管子的粗細程度有關，因為輸液管很細，集氣瓶很粗。

師：我們可以設計實驗來驗證。

課后教師和學生一起用大號的注射器和尺寸不同的U 形管進行了多次實驗，發現出現了不同的現象。細的U 形管中，氣體直接把水壓了出去，而粗的U 形管中氣體到達最底部之后，氣泡接連不斷地冒出。實驗中學生還提出：如果U 形管較粗，最好套一個尖嘴的導氣管，以便在管口點燃氣體。

奧蘇伯爾認為，影響學習的唯一最重要的因素，就是學習者已經知道了什么，教師要探明這一點并據此進行教學。真正的基于理解的學習，是對前概念的更新、完善，乃至顛覆。案例中學生的前概念是正確的，但因為它來自生活的直接經驗，沒有上升到認知模型，沒有建構起解決問題的核心概念，所以還不夠完善。學生如果僅以前概念來解決問題，就會阻礙新概念的吸收，此時通過大量的練習雖然會有一些效果，但學生只是習得表面特征并以此來判斷，并沒有真正理解題目的形式和結構，或者說練習嚴重依賴于經驗而不是理解，所以在遇到新的問題情境時，學生依然不會分析遷移。

在實際教學過程中，教師要保持敏銳的捕捉學生前概念信息的能力，并及時追問。學生除了生活經驗，還有學習經驗，只不過因為沒有經過梳理整合，所以不能建立起科學模型，導致前概念存在缺陷。教師的追問，既可以問出學生前概念的源頭，也可以暴露出前概念的缺陷。對此，教師要引導學生通過推理以及實驗進一步驗證并完善概念，使學生的思維不斷進階。

三、錯誤前概念：澄清后轉化

著名心理學家波斯納指出，新觀念必須可理解、富有成效，才有可能改變舊觀念。因此，教學中教師要厘清學生模糊的認知，引發學生認知沖突，借助批判性思維，驗證科學結論，糾正學生的錯誤前概念，培養學生思維的靈活性和深刻性，幫助學生轉變頭腦中固有的認知模式，使學生在糾正錯誤中實現概念的轉化［3］。

【案例3】某試題講評片段。

探究氨氣（NH3）與氧化銅的反應。

①實驗室常用濃氨水和生石灰混合的方法制取氨氣：CaO+NH3·H2O＝Ca（OH）2+NH3↑。

②堿石灰和濃硫酸是常用的干燥劑，濃硫酸能與氨氣反應。

③Cu2O 是一種紅色固體，能與稀硫酸反應：Cu2O+H2SO4＝Cu+CuSO4+H2O。

（1）小組同學按圖2 設計組裝好儀器，裝入藥品前應進行的實驗操作是___________。

圖2

（2）A 中燒瓶內發生的反應為___________（填“放熱”或“吸熱”）反應。

筆者在閱卷中發現，對于第（2）問，全班43 位學生中有17 位填“吸熱”。為什么會有這么多學生做錯呢？他們到底是怎么想的呢？

為了澄清相關概念，筆者與學生展開如下對話。

師：我詢問了幾位填“吸熱”的同學，他們的理由是，溫度升高是因為從外界吸收了熱量。我們重新來看教材中溶解時的吸熱或放熱現象這一部分內容。我們當初設計了怎樣的實驗來證明物質溶解時的吸熱與放熱？這個實驗會不會對我們理解這道題有幫助？

生1：我們用溫度計測量了溶解前的水溫和溶解后溶液的溫度。固體氫氧化鈉溶解時，溫度升高，說明氫氧化鈉溶解時放熱。

師：從17 位同學出錯的情況來看，同學們并沒有真正理解溫度升高與放熱之間的關系，同學們的思路是，溫度升高是因為從外界吸收了熱量。之所以會有這樣的想法或許是因為當時的實驗方案設計得不夠完善，那么我們能否想出更完善的實驗方案來證明溶解放熱呢？

經過一番討論，學生提出如果是從外界吸收熱量，可以通過降低外界溫度來體現。由此學生設計出了新的實驗方案：在一個大燒杯中加水，里面放一個裝有20 mL 水的小燒杯，將氫氧化鈉固體放在小燒杯中溶解，用溫度計測量大燒杯中水的溫度。

師：你發現了什么？

生2：大燒杯中水的溫度升高了。

師：這說明了什么？

生3：說明大燒杯中的水吸收了熱量，這個熱量來自氫氧化鈉固體溶解時放出的熱量，進而說明氫氧化鈉固體溶解放熱。

師：對于生石灰與水的反應，我們也可以參考這樣的思路。教材中生石灰與水反應的實驗中，提到用手輕輕觸碰試管外壁［4］，感受到試管發燙，就說明此反應放熱了。經過同學們的深刻思考，我們對這一問題算是徹底理解了。

概念是對客觀事物本質屬性的概括和反映，要使學生正確理解某一概念，教師就必須引導學生全力找出概念的本質，將本質屬性給學生講清楚，引導學生研究和發掘每一個概念的形成條件和過程，切忌死記硬背。教師在進行概念轉變教學時，不但要關注學生前概念與科學概念之間字面解釋的差異，更要仔細分析學生前概念與科學概念相關本體的差異。如果這樣的差異確實存在，那么就需要在轉變具體的前概念之前設法改變學生對相關概念本體的認識，從而保證概念轉變順利進行。在教學過程中，教師不但要重視概念教學，而且要注意學生對概念學習本身的認識，這樣才能保證學生積極參與到概念轉變過程的認知重組活動；不但要讓學生意識自己存在的前概念，而且要讓學生意識到與前概念相關的經驗和相關概念的生態圈；不但要注重引入新概念的過程，而且要注意新概念和原有認知系統的互動過程。

綜上所述，教師應認識到學生錯誤的價值，允許學生犯錯，然后在教學中創造性地把握、利用學生的錯誤，多角度引導點撥，最終點燃學生智慧的火花。學習，是一個不斷探索的過程，學生在探索中會不斷犯錯、糾錯，教師應該抓住時機，及時發現、解決問題，把錯誤轉化為一次新的學習，轉變學生的前概念，深化學生對知識的理解和掌握，讓他們在錯誤中走向成功［5］。作為教師，應當積極地創設情境，讓學生暴露前概念、批判前概念、轉變前概念，從而建構科學概念?？茖W概念既是一種形態，也是一種產物。作為形態，科學概念是學生科學判斷的基礎；作為產物，科學概念是學生科學認識的結晶?？茖W概念的建立助推了學生學科核心素養的形成。雖然概念的轉變是一個認知改變的過程，但是這一過程的進行會受到個人動機系統的調控。因此，教師在傳授學生概念知識的同時，也需要關注學生學習動機的發展，從而為學生的概念學習創造良好的心理環境。