中学生化学反应三重表征的困难及原因分析.doc

中学生化学反应三重表征的困难及原因分析.doc中学生化学反应三重表征的困难及原因分析
正如化学诺贝尔奖获得者霍夫曼RoaldHoff?man所说,化学即表征。从某种意义上讲,化学就是一门表征的学科,表征是化学学****的一种必需工具。从认知心理的角度分析,学生对化学概念的理解就是学生对化学概念形成了怡当的心理表征。而化学学****有三大领域:可观察现象的宏观世界;分子、原子和亚原子微粒构成的微观世界;化学式、方程式和符号等构成的符号与数学世界。化学学科的内容特点决定了化学学****中存在着三重表征:宏观表征、微观表征和符号表征。以往的研究表明,对于化学三重表征,中学生存在许多困难。本文以化学反应学****为例,探讨中学生三重表征的困难,并分析其形成的原因。
一、中学生化学反应三重表征的困难
1不能从微观水平上理解化学反应
相关文献综述表明,很多研究者对学生是否在分子水平上理解了化学反应进行了探查。研究发现,学生即使能正确配平化学方程式,也不能在微观上理解化学反应,这可能与用数学化的方式配平化学方程式有很大关系。国外对这个问题的探查多是结合画微粒图和访谈等方法进行的。例如,盖贝尔(Gabel等设计了14个题目来考查大学生对事物微观本质的理解情况。题目用不同大小和形状的圆圈来描述分子、原子,要求学生在物质发生物理或化学变化后再画一幅新的图画。分析结果令人吃惊:第一,有50%的学生忽视了微粒守恒和微粒的排列次序;第二,尽管学过化学的学生比没学过化学的学生回答得要好,但这种差别并不显著。这表明,尽管化学课程在一定程度上涉及物质的微观本质,但通过微观本质的学****并没有使学生较好地理解化学。另外,学生的回答中普遍出现的错误有:(1当液体变成气体时,原子被画大,而不是原子间的距离变大;(2用线条表示液体的水平面,而不是用顶层的微粒来暗示表面;(3气体分子排列有序;(4在分子分解之后,仍用完整的单位来描述微粒,而不是用更小的原子等单元表示。这表明,尽管化学课程在一定程度上涉及物质的微观本质,但通过微观本质的学****学生并没有较好地理解化学。再如,亚洛克Yarroch要求成绩中等以上的高二学生配平给出的化学方程式,并根据方程式画出微观图像,以探查学生对化学方程式的理解。结果显示,60%的学生能够配平化学方程式却不能解释方程式的意义。这说明学生没有从微观水平上理解化学反应。
可以看出,学生不能像化学家那样进行微观表征,对学生而言,微观表征复杂而抽象,这可以从学生对原子结构、化学反应、溶液等特定内容存有_定的相异构想中窥见_二。在过去的三十年里,文献中关于化学相异构想的研究可谓数不胜数,其中相当部分的内容就集中在微观表征上,这就反映出学生在微观表征方面的困难。对于化学反应,学生也存在这样的困难。
(二不理解化学方程式的符号含义
化学方程式既可以表征宏观水平的物质变化,也可以表征微观水平上的粒子行为,符号表征指向的这种模糊性提供了_种思维转换的流动性,即借助于符号表征,思维可以很方便地在宏观表征和微观表征间转换,这为交流和传播解释提供了强有力的工具。符号表征在任何时刻都具有特定的含义,这在专家看来是非常明确的,但对于学生而言,怡怡是符号表征指向的模糊性增加了学生的认知负担,学生必须能利用上下文和背景知识来明确符号表征的指向。
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:明确化学式和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。研究发现,学生对化学方程式的理解存在困难。如,)让学生根据微粒图书写化学方程式,他发现44%的学生对下标和系数的理解有不同程度的混淆,有的学生将C3书写成3C,学生只知道下标表示某分子中的原子个数,却不知道下标可以表示组成物质的元素比例;约翰斯顿Johnstone等人研究发现,离子方程式中没有参与反应的离子、氧化数和离子电荷给学生造成了最大的障碍;巴克(Bark〗探查德国学生对镁条燃烧的理解,他对八、九、十年级的272名学生进行了测验,结果显示,30%的学生能正确写出反应方程式,并能正确进行微观表征,70%的学生只能记住方程式而不能正确理解其微观含义,巴克由此得出结论,单纯使用化学符号不能帮助学生理解化学反应。
三难以在不同表征水平间进行转换
化学概念在本质上是多重表征的,成功的化学学****应该建构三重表征的整体模型,在三重表征之间实现思维的自由转换。现已公认化学教学经常包含宏观表征和微观表征间的转换,用微观表征解释可观察的宏观现象,然而对学生而言,这种不同表征间的转换是困难的,这不仅因为微观世界的抽象本质,还因为对学生来说转换本身可能就是挑战。教师与学生在知识和经验背景方面存在鸿沟,教师已经能很流畅、很容易地实现不同表征间的思维转换,而学生对物质不是很熟悉,当这种转换发生时,学生可能会经历