劉桂伶

【摘要】原電池相關(guān)內(nèi)容一直是高中化學(xué)教學(xué)的重點難點之一，是歷年高考中的熱點內(nèi)容。本文以《原電池》為研究內(nèi)容，以任教的高二年級2個理科班（共105人）為研究對象，以構(gòu)建主義思想下的教學(xué)策略之一——探究學(xué)習(xí)為教學(xué)策略，發(fā)現(xiàn)學(xué)生有關(guān)原電池相關(guān)知識的相異構(gòu)想。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行歸因分析，實施促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略，幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)的概念。最后，通過相異轉(zhuǎn)變率統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析問題解決的成效，得出轉(zhuǎn)變學(xué)生相異構(gòu)想的教學(xué)策略，從而提升教學(xué)的有效性。

【關(guān)鍵詞】原電池;相異構(gòu)想;教學(xué)策略

原電池相關(guān)內(nèi)容一直是高中化學(xué)教學(xué)的重點和難點之一，高考中對其考查的方式較為靈活，多與生產(chǎn)、生活相聯(lián)系，是利用課本知識綜合分析和解決實際問題的載體之一，因此是歷年高考中的熱點內(nèi)容。而在原電池的教學(xué)中，由于電子轉(zhuǎn)移和定向移動、離子定向移動都是抽象的，難以觀看和觸摸;加上原電池知識需要的知識儲備較多，如電解質(zhì)、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)以及物理的電流、電路知識等，知識的綜合性強，學(xué)生學(xué)習(xí)起來難度較大。為了更有效地提高課堂效率，我們必須深入研究好針對原電池相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)策略。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是學(xué)生自己建構(gòu)知識的過程。學(xué)生不是簡單被動地接收信息，而是主動地建構(gòu)知識;他們根據(jù)自己的經(jīng)驗背景，對外部信息進(jìn)行主動的選擇、加工和處理，以此來獲得知識。因此，研究學(xué)生已有的知識經(jīng)驗，有利于突破教學(xué)的重點、難點。學(xué)生已有的知識經(jīng)驗對新學(xué)知識不僅可能起著正遷移的作用，也可能起著負(fù)遷移的作用，而當(dāng)已有知識經(jīng)驗與新學(xué)知識矛盾、不一致的地方，阻礙科學(xué)知識的獲取時，這類知識經(jīng)驗就稱為“相異構(gòu)想”。因此，要有效地進(jìn)行科學(xué)概念教學(xué)，就必須抓好學(xué)生的相異構(gòu)想的研究。

本文以人教版選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》第四章第一節(jié)《原電池》為研究內(nèi)容，以任教的高二年級2個理科班（共105人）為研究對象，以構(gòu)建主義思想下的教學(xué)策略之一——探究學(xué)習(xí)為教學(xué)策略，發(fā)現(xiàn)學(xué)生有關(guān)原電池相關(guān)知識的相異構(gòu)想的問題。其研究路線是：一是組織前測，對學(xué)生進(jìn)行相異構(gòu)想的診斷;二是歸因分析，采取相應(yīng)策略，開展課堂教學(xué);三是組織后測，做好成效性的分析工作，抓好經(jīng)驗總結(jié)。

一、“原電池”相異構(gòu)想的診斷

如何進(jìn)行相異構(gòu)想的診斷，切爾哥斯特（D. F. Treagust）制作了二段式選擇測驗試題的編制程序，彼得森（R. F. Peterson）和切爾哥斯特也認(rèn)為，只有學(xué)生對某道題目選擇內(nèi)容知識的部分（即第一段的內(nèi)容選答）和理由部分（即第二段的相異構(gòu)想選答）都正確，才表示出學(xué)生確實對該題持有正確的概念，否則就有可能存在相異構(gòu)想。依照上述理論，我們采取選擇題的形式，針對“原電池”這一主題編制了“原電池二段式選擇題測驗卷”作為前測題。前測題中設(shè)置5道選擇題，分別代表“原電池”在高考考查中的5個考點，每道題都由兩段組成，選答正確組合所占人數(shù)的百分比即代表學(xué)生了解該題中正確概念的程度;其他組合方式的選答人數(shù)若占全部人數(shù)的20%以上，則表示該題項是一種具有代表性的相異構(gòu)想。學(xué)生作答情況見表1。

該表格的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可見學(xué)生存在以下有代表性的相異構(gòu)想：

第一，T1：Bb選項是該題具有代表性的相異構(gòu)想。分析這類相異構(gòu)想，可以測試出學(xué)生不能準(zhǔn)確把握設(shè)計原電池的原理的問題。此類學(xué)生雖然知道鋁會被濃硫酸氧化，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，但忽略了鋁被濃硫酸鈍化的事實，阻止了鋁進(jìn)一步反應(yīng)。因此在教學(xué)時，需要在課堂強調(diào)原電池的設(shè)計原理。

第二，T2：Aa選項是該題具有代表性的相異構(gòu)想。分析這類相異構(gòu)想，能夠反映出測試學(xué)生對原電池的構(gòu)成條件的運用有所欠缺的情況。雖然A裝置中滿足了構(gòu)成原電池的條件：有活潑性不同的兩個電極材料，有電解質(zhì)溶液，且形成閉合回路，但裝置中并沒有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。通過與學(xué)生訪談得知，一些學(xué)生受鋁與NaOH 溶液反應(yīng)的影響，錯誤地遷移認(rèn)為鐵能與NaOH 溶液反應(yīng)。因此可得知，學(xué)生對金屬的化學(xué)性質(zhì)掌握不牢固影響了原電池的學(xué)習(xí)，在新課引入時應(yīng)注意對高一相關(guān)知識進(jìn)行復(fù)習(xí)回顧，達(dá)到溫故知新的目的。

第三，T3：Aa選項是該題具有代表性的相異構(gòu)想。分析這類相異構(gòu)想，能夠反映出學(xué)生對原電池構(gòu)成條件之一——電極理解不夠全面的缺陷。學(xué)生雖然知道電極是能導(dǎo)電的，但除了金屬可以導(dǎo)電之外，某些非金屬也能導(dǎo)電，如石墨碳。電極中只要求其中一個為金屬即可，另一電極只要能導(dǎo)電即可，即金屬或非金屬均可。為轉(zhuǎn)化此類相異構(gòu)想，可以增加學(xué)生實驗，讓學(xué)生自行組裝原電池。

第四，T4：Aa和Bb選項是該題具有代表性的相異構(gòu)想。分析這類相異構(gòu)想，可以了解到學(xué)生不能靈活運用原電池原理設(shè)計原電池的問題。選擇Aa的學(xué)生，雖然記住負(fù)極金屬失電子，但對溶液中陽離子來源有相異構(gòu)想，認(rèn)為也是正極金屬失去的;選擇Bb的學(xué)生，雖然知道反應(yīng)中還原劑作電池負(fù)極，氧化劑陽離子是來自溶液，但忽略了負(fù)極金屬活潑性比正極金屬活潑性強從而導(dǎo)致錯誤。這道題綜合性較強，也是考試的熱點，需要重點突破。

第五，T5：Aa選項是該題具有代表性的相異構(gòu)想。分析這類相異構(gòu)想，能夠暴露出學(xué)生對原電池工作原理不能深刻理解的缺點。此類學(xué)生認(rèn)為，異性電荷相互吸引，所以SO42-離子在正極富集，濃度會變大。他們會這樣認(rèn)為，主要受了物理學(xué)的影響，同時也是沒有把握原電池工作原理的本質(zhì)，即負(fù)極失電子是電子流出一端，正極得電子是電子流入一端，所以SO42-離子應(yīng)該在負(fù)極富集。在教學(xué)時，可通過組裝原電池觀察電流表指針偏向來展示電子的流向，加深學(xué)生對原電池的理解。

二、轉(zhuǎn)變“化學(xué)平衡相關(guān)計算”相異構(gòu)想的教學(xué)策略

為了轉(zhuǎn)換學(xué)生在“原電池”中的相異構(gòu)想，提高課堂效率，教師要針對不同問題采取不同的教學(xué)策略。

1.加強化學(xué)實驗教學(xué)，給學(xué)生提供豐富的感性認(rèn)識

原電池知識理論性強，抽象程度高，學(xué)生接受和理解起來存在較大的困難。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，降低理解難度，我們可以通過實驗教學(xué)來處理。例如，在對比帶有鹽橋的原電池與單液原電池時，可通過觀察Zn-Cu單液原電池，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)越來越小，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)此類電池放電效率低的問題，從而提出問題——如何提高原電池的放電效率？通過引入“鹽橋”，設(shè)計出雙液原電池，并與單液原電池對比，并對比出雙液原電池的優(yōu)勢，使用更廣泛的原因。在此基礎(chǔ)上，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)一步總結(jié)出原電池的設(shè)計原理和原電池的構(gòu)成條件。

2.重視正例和反例的辨別，強化對概念的理解

正例，即概念的肯定例證，完全符合概念特征的例證;反例，即否定例證，不符合概念特征的例證。對正例的分析可以具體說明概念的關(guān)鍵特征，對反例的辨別則可以排除無關(guān)特征的干擾。例如，在學(xué)習(xí)了原電池的構(gòu)成條件后，教師可以呈現(xiàn)幾組裝置讓學(xué)生判斷是否可以構(gòu)成原電池。第一組是銅—鋅通過導(dǎo)線相連的裝置，溶液分別是硫酸銅溶液、蔗糖溶液，設(shè)計意圖是讓學(xué)生初步了解電解質(zhì)溶液的作用;第二組中一個是銅—鋅通過導(dǎo)線相連插入稀硫酸中的裝置，一個是銅和鋅通過上端接觸相連插入稀硫酸中的裝置，一個是鋅和銅分別插入兩個獨立稀硫酸中，鋅和銅上端通過導(dǎo)線連接的裝置，設(shè)計意圖是讓學(xué)生理解閉合回路;第三組是一極材料為鋅片，另一極材料分別是鋅片、銅片、石墨和塑料片，通過導(dǎo)線相連，插入稀硫酸中的裝置，設(shè)計意圖是讓學(xué)生理解電極材料的作用。

3.利用變式，突出原電池概念的本質(zhì)特征

變式是概念的正例（肯定例證）在無關(guān)特征方面發(fā)生變化的例證。在學(xué)生對概念的關(guān)鍵特征有了基本的理解之后，教師可以通過呈現(xiàn)變式來幫助學(xué)生辨別概念的無關(guān)特征，更精確的理解概念的含義。例如，隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生對原電池的電極作用產(chǎn)生了相異構(gòu)想，認(rèn)為金屬做電極時，一定要參加反應(yīng)，不能僅僅起到導(dǎo)電的作用。此時，教師可以采用氫氧燃料電池的變式——用兩個鉑片做電極的電池來轉(zhuǎn)變學(xué)生的相異構(gòu)想。

4.加強合作學(xué)習(xí)，促進(jìn)相異構(gòu)想的轉(zhuǎn)變

合作學(xué)習(xí)是一種十分有益的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生間的相互交流可以很大程度地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。同樣的，在進(jìn)行原電池概念學(xué)習(xí)時，每個學(xué)生都會在自己已有知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，建構(gòu)起自己對概念的獨特理解，通過學(xué)生間的合作學(xué)習(xí)、互相交流，學(xué)生不僅能夠在表達(dá)自己理解時理清自己的思路，而且能聽到別人對此概念的理解，學(xué)生在把自己的理解與別人的理解進(jìn)行比較、修正的過程中，最終形成對此概念的科學(xué)理解。當(dāng)然，要達(dá)到合作學(xué)習(xí)的良好效果，需要教師精心設(shè)計問題情境，合理分組，并給予學(xué)生充分討論交流的時間。

三、數(shù)據(jù)分析與教學(xué)成果

第一，數(shù)據(jù)比較分析。針對前測題暴露出來的問題所采取的有針對性教學(xué)策略成效如何，我們可以通過后測題進(jìn)行檢測，后測題的設(shè)置與前測題的知識和樣式一致，均體現(xiàn)了“原電池”高考考查的5個考點，分別讓實驗班和控制班作答（正答率的數(shù)據(jù)具體見表2），然后比較對實驗班與控制班的正答率，通過比較兩類班別前測后測正答率變化情況來分析學(xué)生的相異構(gòu)想轉(zhuǎn)變的效果。表格數(shù)據(jù)表示，所有考點控制班轉(zhuǎn)變情況均為正值，說明有針對性的課堂教學(xué)后，學(xué)生對原電池的掌握情況優(yōu)于預(yù)習(xí)前，但實驗班的相異構(gòu)想的轉(zhuǎn)變率均高于控制班，實驗班相異構(gòu)想轉(zhuǎn)變成效明顯高于控制班，實施的教學(xué)策略能明顯提高學(xué)生對原電池的掌握水平，能提高學(xué)生的化學(xué)成績，有利于相異構(gòu)想的轉(zhuǎn)化。

第二，教學(xué)成效分析。本文選取了“原電池”這一主題開展實驗研究，通過前測和后測、實驗班和控制班的數(shù)據(jù)分析，可以說實驗是初見成效。其實，學(xué)生在原電池的考查重點中離子移動方向方面還存在很多的相異構(gòu)想，甚至更加集中和具有代表性。通過類比的診斷，讓教師更加清楚學(xué)生存在的問題，并據(jù)此采取有針對性的教學(xué)策略，使教學(xué)效果得到明顯的提升。

總而言之，探究學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，了解其認(rèn)知特點，將有助于在教學(xué)上轉(zhuǎn)變和消除學(xué)生的相異構(gòu)想，也為教師實施有效教學(xué)提供了方向，這確是提高課堂效率的良策之一。

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