張 軍 文 麗

（1重慶南開中學(xué) 重慶 400030；2重慶市酉陽縣第一中學(xué) 重慶 409800）

“首因效應(yīng)”認(rèn)知困境的教學(xué)對(duì)策
——以守恒關(guān)系的教學(xué)為例

張 軍1文 麗2

（1重慶南開中學(xué) 重慶 400030；2重慶市酉陽縣第一中學(xué) 重慶 409800）

由于受到首因效應(yīng)的影響，不少學(xué)生在分析化學(xué)反應(yīng)時(shí)，將元素守恒作為首要甚至唯一的關(guān)系，忽略電子守恒和電荷守恒等重要的反應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)致在分析氧化還原反應(yīng)及離子反應(yīng)時(shí)出現(xiàn)認(rèn)知障礙。文章在分析該現(xiàn)象的基礎(chǔ)之上，探析消除首因效應(yīng)，促進(jìn)新知建構(gòu)的對(duì)策。

首因效應(yīng)；元素守恒；認(rèn)識(shí)沖突

一、化學(xué)反應(yīng)中守恒關(guān)系的認(rèn)知困境分析

1．化學(xué)反應(yīng)中守恒關(guān)系的階段性要求

化學(xué)作為一門在原子、分子水平上研究物質(zhì)變化及其應(yīng)用的基礎(chǔ)自然科學(xué)，從宏觀層面上研究物質(zhì)的性質(zhì)和變化，從微觀層面上揭示物質(zhì)的構(gòu)成和反應(yīng)機(jī)制，而化學(xué)方程式作為一種重要的化學(xué)用語，以符號(hào)的形式科學(xué)、簡(jiǎn)明地表達(dá)了物質(zhì)間的變化規(guī)律，成為聯(lián)結(jié)宏觀與微觀的橋梁［1］?；瘜W(xué)方程式是化學(xué)特有的語言，表現(xiàn)了物質(zhì)在化學(xué)變化中存在的“質(zhì)”和“量”的關(guān)系［2］。這里的量，具體體現(xiàn)在方程式的守恒關(guān)系。在從初中三年級(jí)開始一直到整個(gè)高中的化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)方程式的守恒關(guān)系包括元素守恒、電荷守恒和電子守恒三個(gè)方面。而隨著學(xué)習(xí)的過程，分為四個(gè)階段掌握，如表1：

表1 化學(xué)反應(yīng)方程式中的守恒關(guān)系認(rèn)知階段分析

2．學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)中守恒關(guān)系的認(rèn)知障礙分析

在教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)不少學(xué)生認(rèn)識(shí)完成化學(xué)方程式時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些典型的問題。比如H2O2與酸性KMnO4溶液的反應(yīng)，不少學(xué)生認(rèn)為方程式：3H2O2+ 2KMnO4+3H2SO4=4O2↑ +K2SO4+2MnSO4+ 6H2O或者K2SO4+2MnSO4+4H2O等都正確，因?yàn)檫@些方程式都滿足元素守恒。同樣，在完成離子反應(yīng)方程式：“SO2通入稀硝酸溶液生成NO”的問題時(shí)，相當(dāng)一部分學(xué)生根據(jù)元素守恒的關(guān)系，構(gòu)造出基本的轉(zhuǎn)化關(guān)系：SO2+這個(gè)轉(zhuǎn)化中，SO2轉(zhuǎn)化為SO42-，硝酸中的NO3-變成NO，H+形成水，符合元素守恒的觀點(diǎn)，但是繼續(xù)分析并配平方程式，卻發(fā)現(xiàn)氫元素和氧元素不能配平。同學(xué)們非常無助：嚴(yán)格按照元素守恒的原理，怎么就不能完成化學(xué)方程式呢？分析原因，該反應(yīng)不能確定溶劑水的反應(yīng)情況，無法從元素守恒進(jìn)行分析，正確的方式應(yīng)該是先考慮電子守恒，再考慮元素守恒。

二、“首因效應(yīng)”對(duì)守恒關(guān)系認(rèn)知困境的影響

學(xué)生為何對(duì)元素守恒情有獨(dú)鐘，而對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)中的電子守恒及電荷守恒視而不見呢？造成這種現(xiàn)象的重要原因是“首因效應(yīng)”。

首因效應(yīng)是教育心理學(xué)最為古老的發(fā)現(xiàn)之一，當(dāng)我們學(xué)完一系列詞匯后馬上加以測(cè)驗(yàn)，我們記住開始的幾個(gè)詞一般要比記中間的詞效果要好得多。人們傾向于記住最開始的事情，其原因可能是，由于我們對(duì)首先（開始）呈現(xiàn)的項(xiàng)目?jī)A注了更多的注意和心理努力［3］（在腦海里刻下了一個(gè)較深的痕跡）。德國(guó)心理學(xué)家哈爾門·艾賓浩斯在《論記憶》一書中談到：“保持和復(fù)現(xiàn)，在很大程度上依賴于有關(guān)的心理活動(dòng)第一次出現(xiàn)時(shí)注意和興趣的強(qiáng)度。在第一次生動(dòng)鮮明的經(jīng)驗(yàn)之后，被燙傷過的孩子就知道避火，挨了鞭打的狗見了鞭子就會(huì)逃?！痹谖覈?guó)，“先入為主”的說法流傳已久，如對(duì)一個(gè)人的最初印象，往往很難改變；以及對(duì)于一些開始學(xué)習(xí)時(shí)就寫錯(cuò)或念錯(cuò)的字，以后也會(huì)較為容易寫錯(cuò)或念錯(cuò)。這些都是“首因效應(yīng)”的具體體現(xiàn)。

學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)的過程中，對(duì)守恒關(guān)系的認(rèn)知停留在第一階段，形成了比較明顯的認(rèn)知困境，這正是由于首因效應(yīng)的影響。對(duì)于神奇的化學(xué)反應(yīng)，學(xué)生在初三化學(xué)學(xué)習(xí)中第一次運(yùn)用反應(yīng)原理進(jìn)行判斷和預(yù)測(cè)，這對(duì)于認(rèn)識(shí)抽象化學(xué)反應(yīng)，無疑是一個(gè)非常偉大的開始，在學(xué)生心目中形成了深刻的第一印象，并且通過大量強(qiáng)化，學(xué)生對(duì)元素守恒的關(guān)系形成了深刻的認(rèn)識(shí)，這便順理成章地成為學(xué)生判斷反應(yīng)方程式是否正確的金標(biāo)準(zhǔn)，在化學(xué)問題解決中屢屢成功，以致他們認(rèn)為這就是化學(xué)反應(yīng)關(guān)系的本質(zhì)。

三、正確對(duì)待首因效應(yīng)，促進(jìn)新知識(shí)的建構(gòu)

按照建構(gòu)主義的觀點(diǎn)，學(xué)習(xí)是一個(gè)連續(xù)的過程，任何學(xué)習(xí)都是在學(xué)習(xí)者已經(jīng)具有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)，已經(jīng)獲得的動(dòng)作技能，已經(jīng)習(xí)得的態(tài)度等基礎(chǔ)上進(jìn)行的［4］。對(duì)守恒關(guān)系的認(rèn)識(shí)也是一樣，元素守恒是理解電子守恒和電荷守恒的基礎(chǔ)，因此學(xué)生的“首因效應(yīng)”是教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，也應(yīng)該考慮到首因效應(yīng)對(duì)認(rèn)知發(fā)展的阻礙作用，在反應(yīng)關(guān)系的分析中，也要充分重視首因效應(yīng)帶來的認(rèn)知困境，分析學(xué)生心理認(rèn)知特點(diǎn)，采取適當(dāng)?shù)膶?duì)策，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知水平逐步提高。

1．分析新舊知識(shí)，促進(jìn)正向遷移

將元素守恒作為分析反應(yīng)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，忽視電子守恒和電荷守恒，很大的原因在于學(xué)生對(duì)守恒關(guān)系的認(rèn)識(shí)仍停留在元素守恒階段，未實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)的更新。因此，教學(xué)過程中，應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)，進(jìn)行新知識(shí)的引入。遇到新問題，應(yīng)該精心設(shè)計(jì)，分析新舊知識(shí)的聯(lián)系與區(qū)別，促進(jìn)新知識(shí)的建立。

比如在高中化學(xué)學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)之后，書寫反應(yīng)方程式時(shí)，元素守恒就不能簡(jiǎn)單地分析同種元素之間的關(guān)系，還應(yīng)該結(jié)合電子轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行分析。比如在分析H2O2與酸性KMnO4反應(yīng)時(shí)，作為反應(yīng)物的H2O2，KMnO4甚至提供酸性的H2SO4，溶劑H2O中都有氧元素，簡(jiǎn)單地考慮氧元素的守恒，顯然就不正確。

正確的考慮方式應(yīng)該要從氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)——電子的轉(zhuǎn)移入手，分析反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移關(guān)系，反應(yīng)中，H2O2作為還原劑（其中O元素的化合價(jià)為-1價(jià)），其氧原子在反應(yīng)過程中，失去電子，生成O2，也就是說O2中的氧元素，既不是來自于KMnO4，也不是來自于H2SO4，更不是溶液中的水，而是來自于H2O2。

通過以上分析，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，在氧化還原反應(yīng)方程式的配平中，元素守恒仍然是必須遵守的規(guī)則，但必須引入電子轉(zhuǎn)移的關(guān)系，在滿足電子守恒的基礎(chǔ)之上分析元素守恒。

為了進(jìn)一步加深對(duì)元素守恒的正確認(rèn)識(shí)，在學(xué)習(xí)同位素之后，筆者進(jìn)一步分析，引入下列練習(xí)，如例題1：

例題1：同位素示蹤法可用于反應(yīng)機(jī)理的研究，下列反應(yīng)中同位素示蹤表示正確的是 （ ）

學(xué)生通過該問題的解決，體會(huì)到元素守恒和電子守恒在反應(yīng)中的相互關(guān)系。通過類似針對(duì)新舊知識(shí)的分析，促進(jìn)學(xué)生將已有認(rèn)知向新觀念的改變。學(xué)生逐漸意識(shí)到，僅僅考慮元素守恒，不利于反應(yīng)關(guān)系的分析，而正確的元素守恒，也應(yīng)該結(jié)合電子守恒及電荷守恒等。至此，學(xué)生就會(huì)將新舊知識(shí)進(jìn)行結(jié)合，完成正向遷移，促進(jìn)新知建構(gòu)。

2．引發(fā)認(rèn)知沖突，促進(jìn)觀念更新

認(rèn)知沖突是個(gè)體已有觀點(diǎn)與新的問題情境相互矛盾而產(chǎn)生的一種心理不平衡，是學(xué)習(xí)者已建立的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與當(dāng)前面臨的情境之間暫時(shí)的矛盾與沖突，是已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)與新知識(shí)之間存在某種差距而導(dǎo)致心理失衡的一種認(rèn)知狀態(tài)。認(rèn)知沖突過程要發(fā)生，必須具備：①意識(shí)到反常情境；②對(duì)要解決的認(rèn)知沖突表現(xiàn)出興趣或焦慮；③積極進(jìn)行認(rèn)知再評(píng)價(jià)［5］。在化學(xué)教學(xué)中，可以利用實(shí)驗(yàn)事實(shí)，讓學(xué)生面對(duì)與先前經(jīng)驗(yàn)不一樣的，甚至完全相反的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。在形成認(rèn)知沖突之后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析，思考和探索，促進(jìn)新知識(shí)的學(xué)習(xí)和新觀念的形成。

學(xué)生由于首因效應(yīng)，造成將元素守恒作為分析反應(yīng)的首要甚至唯一標(biāo)準(zhǔn)之后，就可能造成分析阻礙甚至錯(cuò)誤，可以利用這些問題，形成認(rèn)知沖突，促進(jìn)學(xué)生思考新問題，尋找新方法。

比如有學(xué)生在學(xué)習(xí)Cl2與NaOH溶液反應(yīng)之后，掌握了主要產(chǎn)物NaClO，按照元素守恒完成方程式：Cl2+2NaOH=2NaClO+H2，該方程式是否正確？筆者就此提出問題：

①找出該反應(yīng)的氧化劑和氧化產(chǎn)物，并比較氧化性強(qiáng)弱；

②找出該反應(yīng)的還原劑和還原產(chǎn)物，并比較還原性強(qiáng)弱。

學(xué)生分析反應(yīng)，如果真正按照該方式進(jìn)行反應(yīng)，Cl2作還原劑，NaOH中的氫元素得電子，NaOH為氧化劑；NaClO是氧化產(chǎn)物，H2是還原產(chǎn)物。按照反應(yīng)中反應(yīng)物和產(chǎn)物的關(guān)系，就應(yīng)該有：氧化性：NaOH大于NaClO，還原性Cl2大于H2。這顯然與幾種物質(zhì)的性質(zhì)不相符，形成認(rèn)知沖突。

在形成認(rèn)知沖突之后，引導(dǎo)學(xué)生正確分析：在這個(gè)體系中，Cl2的氧化性較強(qiáng)，應(yīng)該在反應(yīng)中作為氧化劑，得到電子；而NaOH中只有氧元素顯-2價(jià)可作還原劑，但其還原性卻很弱，不能被Cl2氧化。于是只能是Cl2自身既做氧化劑，又作還原劑；做氧化劑的Cl2得到電子，形成Cl-，作還原劑得Cl2失去電子，形成NaClO。最后根據(jù)電子守恒和元素守恒，得到正確的反應(yīng)為Cl2+2NaOH=NaClO+H2O+NaCl。

同樣，根據(jù)前文的分析，不少同學(xué)在分析“SO2與HNO3溶液的反應(yīng)”時(shí)，按照元素守恒的觀點(diǎn)，首先構(gòu)造出反應(yīng)關(guān)系：SO2+H++NO3-=SO42-+H2O+NO。針對(duì)這樣的情況，筆者在教學(xué)過程中，引入該反應(yīng)關(guān)系的分析，給出正確的反應(yīng)方程式，讓學(xué)生判斷：3SO2+2H2O+2NO3-=3SO42-+4H++2NO是否正確？

不少學(xué)生立即判斷給出的方程式錯(cuò)誤，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為H+明明是反應(yīng)物，怎么就成了產(chǎn)物呢？ 筆者此時(shí)告訴學(xué)生該方程式正確，激起他們的認(rèn)知沖突，進(jìn)而引導(dǎo)他們分析該反應(yīng)的方法：因?yàn)槿軇┧幸泊嬖跉湓睾脱踉兀谑遣荒芨鶕?jù)元素守恒的關(guān)系判斷H+在方程式中作為反應(yīng)物還是產(chǎn)物，正確的思路應(yīng)該先抓住氧化還原的電子轉(zhuǎn)移關(guān)系，分析出氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物之后，再考慮電荷守恒和元素守恒。這樣一步步分析，才會(huì)得到正確結(jié)果。

3．加強(qiáng)習(xí)題教學(xué)，鞏固認(rèn)知成果

習(xí)題教學(xué)是將學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握的教材內(nèi)容，以問題的形式，通過課堂答問和練習(xí)、課外作業(yè)和測(cè)試等方式進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)。它是以信息反饋為特征來檢驗(yàn)、了解和評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和水平，并由此達(dá)到了解教師的教學(xué)效果的目的［6］。同時(shí)，習(xí)題有助于鞏固已有知識(shí)，提高運(yùn)用知識(shí)的能力［7］。因此，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)氧化還原時(shí)，由于首因效應(yīng)影響而出現(xiàn)的認(rèn)知障礙，應(yīng)該充分重視習(xí)題教學(xué)這一重要環(huán)節(jié)，以使新觀念建立之后，及時(shí)得到鞏固。

反之，如果不能及時(shí)強(qiáng)化，新建觀念就可能很快忘卻，而形成習(xí)慣的先前觀念又會(huì)占據(jù)主導(dǎo)作用，從而影響教學(xué)效果。

根據(jù)教學(xué)過程，習(xí)題教學(xué)可以分為三個(gè)主要環(huán)節(jié)——課堂答問和練習(xí)、課外作業(yè)和測(cè)試。其中課堂教學(xué)是教學(xué)中最重要的部分，在這個(gè)過程中，師生共同思考和探索，對(duì)學(xué)習(xí)效果有非常重要的影響。此時(shí)教師能夠根據(jù)學(xué)生對(duì)課堂答問和練習(xí)的結(jié)果，迅速了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，立即做出反應(yīng)；學(xué)生也能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的問題，從而有針對(duì)性地進(jìn)行彌補(bǔ)和追問。

筆者為了檢測(cè)學(xué)生電荷守恒和電子守恒的掌握情況，設(shè)計(jì)了如下習(xí)題，如例題2：

（1）Fe2++Cl2=Fe3++2Cl-是否正確？正確請(qǐng)說明理由，不對(duì)請(qǐng)改正。

（2）根據(jù)同位素示蹤法分析反應(yīng)并完成K37ClO3與HCl的反應(yīng)方程式。

（3）寫出Cl2通入Na2SO3溶液的離子反應(yīng)方程式。

通過這些問題的解決，在強(qiáng)化運(yùn)用，促進(jìn)思考的同時(shí)，教師可以了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，對(duì)仍然存在的問題進(jìn)一步跟蹤，從而有效地提升學(xué)生的思維發(fā)展水平。

四、總結(jié)與討論

由于“首因效應(yīng)”，學(xué)生對(duì)元素守恒印象深刻，對(duì)解決簡(jiǎn)單的反應(yīng)關(guān)系問題顯出優(yōu)勢(shì)，卻阻礙氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)的學(xué)習(xí)中，對(duì)于電子守恒和電荷守恒的掌握和應(yīng)用。由此，在化學(xué)教學(xué)中，應(yīng)該充分重視首因效應(yīng)帶來的多方面影響，利用優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)前后知識(shí)的正向遷移，同時(shí)也要考慮其對(duì)新知識(shí)和新觀念的阻礙作用。

也就是說，在教學(xué)過程中，要精心設(shè)計(jì)，合理對(duì)策，幫學(xué)生搭好新舊知識(shí)遷移和轉(zhuǎn)化的橋梁，更好地實(shí)現(xiàn)新知識(shí)的學(xué)習(xí)和建構(gòu)。

學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，學(xué)習(xí)的最終決定因素還是學(xué)生自身，所以培養(yǎng)學(xué)生自身的學(xué)習(xí)能力至關(guān)重要。因此，在教學(xué)中，教師除了自身要關(guān)注首因效應(yīng)這類心理現(xiàn)象以外，更應(yīng)該在教學(xué)過程中滲透心理認(rèn)知規(guī)律。以使學(xué)生在掌握心理發(fā)展規(guī)律的同時(shí)，結(jié)合化學(xué)學(xué)科知識(shí)逐步深入的特點(diǎn)，主動(dòng)分析新舊知識(shí)之間的聯(lián)系和區(qū)別，積極思考和探索，全面提高學(xué)習(xí)能力。

［1］ 畢華林，黃婕，亓英麗．化學(xué)學(xué)習(xí)中“宏觀-微觀-符號(hào)”三重表征的研究［J］．化學(xué)教育，2005，（5）：51—54

［2］ 麥裕華．高中化學(xué)氧化還原反應(yīng)方程式配平技能學(xué)習(xí)進(jìn)階的探討化學(xué)教育［J］，2014，（17）：20-22

［3］ 陳琦，劉儒德．當(dāng)代教育心理學(xué)（第2版）［M］．北京：北京師范大學(xué)出版社，2007：284，370

［4］ 羅美玲．認(rèn)知沖突策略在概念轉(zhuǎn)變中的應(yīng)用研究 ［J］．化學(xué)教育，2013，34（5）：23-26

［5］ 劉知新．化學(xué)教學(xué)論［M］．北京：高等教育出版社，1997，3：295

［6］ 陸庭鑾，新課程背景下的化學(xué)習(xí)題教學(xué) ［J］．化學(xué)教育，2008，（6）：22

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