周體紅

[摘 ? 要]先概括學生對“物質(zhì)的量的單位——摩爾”形成認知障礙的原因，再基于學生的認知障礙設計概念教學，以降低概念認知難度的同時發(fā)揮“物質(zhì)的量”在化學計量中的宏微橋梁作用。

[關鍵詞]認知障礙;物質(zhì)的量;摩爾;概念教學

[中圖分類號] ? ?G633.8 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）26-0056-02

物質(zhì)的量的學習對學生而言是難點，在教學這一概念時，教師容易將其當成事實性知識呈現(xiàn)，先讓學生識記眾多的概念和公式，再通過大量練習來達到應用公式的目的。本文以破解學生的認知障礙為目的，思考如何有效開展“物質(zhì)的量的單位——摩爾”的教學，以期與同行們共同探討。

一、學生認知障礙形成的原因

1.學生認知因素

其一，化學作為從分子、原子層面研究物質(zhì)組成、結構、性質(zhì)及變化的一門學科，微觀認識視角是重要的學科特征。初三課程的設置重基礎性和啟蒙性，從具體的課程內(nèi)容來說，認知視角主要以宏觀為主，很少從分子、原子、離子的角度去認識物質(zhì)，這勢必會導致學生的微觀認知和微觀意識薄弱。物質(zhì)的量是微觀認識視角的深度學習，若學生對微觀粒子質(zhì)量小、數(shù)量大沒有感性認知，必將無法順利建構物質(zhì)的量的學習意義，形成認知障礙。

其二，認知以宏觀為主還會導致學生的學習方法以識記為主、理解為輔，而且這種學習方法在初中化學考試中屢試不爽。這使得學生進入高中后，仍偏重識記物質(zhì)的量的相關概念和符號，而忽視概念誕生的意義和推演過程。

其三，初中化學教學中滲透“宏觀—微觀—符號”三重表征的思維方式較少，用符號來表征物質(zhì)的量、摩爾、阿伏加德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量及等量關系對學生來說是重大的挑戰(zhàn)。

2.概念定義因素

“物質(zhì)的量”和“摩爾”在中文語系里晦澀生僻?！拔镔|(zhì)的量”來自于英文“the amount of substance”的翻譯，在漢語語言習慣中顯得比較別扭，加之教師一開始就強調(diào)“物質(zhì)的量”這樣一個專有名詞不能分開理解成物質(zhì)的質(zhì)量和物質(zhì)的數(shù)量，更讓學生摸不著頭腦。例如，H2O的物質(zhì)的量為3 mol，O2的物質(zhì)的量為2 mol相應的英文表述為：The amount of H2O is 3 mols.The amount of O2 is 2 mols.中文之所以別扭是因為同語重復，顯然在上述英文例子中H2O 和O2 就是“物質(zhì)的量”中的“物質(zhì)”，英文中amount的意義已經(jīng)不是簡單的數(shù)量，而是“集合體”或者“堆”的多少，因此可以將“物質(zhì)的量”理解成“堆量”。而“摩爾”作為物質(zhì)的量的單位未曾在中文里出現(xiàn)，也給學生造成了困擾。教學中教師有必要講清楚“摩爾”來自于拉丁語中的“mole”，其拉丁語的含義為“大量、堆”，音譯成中文為“摩爾”，因此可以將“摩爾”理解成“堆”的意思，這恰好和將“物質(zhì)的量”理解成“堆數(shù)”相呼應。

3.教師自身因素

（1）忽略概念的起源和發(fā)展

一個概念或者物理量的誕生有其特定的歷史背景，了解概念產(chǎn)生的背景，有助于理解概念的價值。絕大多數(shù)師范院校沒有開設化學史相關課程，這必將導致教師不關注化學概念的起源、演變與發(fā)展。具體就“物質(zhì)的量”而言，絕大多數(shù)教師不知道“摩爾”和“物質(zhì)的量”產(chǎn)生的先后順序，不知道“摩爾”一詞首次出現(xiàn)的作用，不知道阿伏加德羅對化學發(fā)展的貢獻，不知道阿伏加德羅常數(shù)定義中選擇12C的原因，甚至認為阿伏加德羅常數(shù)是阿伏加德羅測定的。歷史發(fā)展中“摩爾”一詞先于“物質(zhì)的量”出現(xiàn)，它們出現(xiàn)的先后順序代表了人類認知發(fā)展的過程，因此教學時教師可以先講“摩爾”（堆）再講“物質(zhì)的量”（堆數(shù)）來降低學生認知的難度。

（2）忽視概念教學的原則和方法

教師在概念教學中容易墨守成規(guī)，甚至認為最有效的辦法就是去記憶和練習。具體表現(xiàn)如下： 讓學生記住數(shù)值和符號，不關注阿伏加德羅常數(shù)的來歷;讓學生直接記住公式，不推演n、NA、N的關系;讓學生直接記住以g/mol為單位時摩爾質(zhì)量的數(shù)值等于其相對分子（原子）質(zhì)量，不關注選擇12C的原因;不管學生能否理解引入“物質(zhì)的量”的功能，直接讓學生記住[N/NA=n=m/M]，然后生硬地補充一句“物質(zhì)的量是連接宏觀和微觀的橋梁”。

心理學理論認為，學生學習概念大致包含五個階段：感知階段、加工階段、初步形成階段、聯(lián)系整合階段、應用階段。教師直接把概念呈現(xiàn)給學生，實質(zhì)是剝奪了學生的感知加工過程，這無疑增加了學生的認知負擔。因此，只有讓學生感知微觀粒子數(shù)目龐大以及集合計數(shù)的思想，才能理解“摩爾”引出的意義和物質(zhì)的量概念中“堆量”的屬性;只有感知微觀粒子質(zhì)量小以及將一定數(shù)量整合在一起便于稱量，才能理解“摩爾質(zhì)量”的意義，最終才能整合加工數(shù)量之間的轉(zhuǎn)換關系，理解物質(zhì)的量的功能。

二、基于學生認知障礙的化學概念教學設計

1. “集合”計數(shù)思想的形成

將“退避三舍”“半斤八兩”“錙銖必較”引入課堂，講解“舍”“斤”“錙”“銖”等字的意義，讓學生初步感知“集合”計數(shù)思想。分析單質(zhì)C的組成，告訴一個12C原子的質(zhì)量，計算12 g 12C所含有的C原子數(shù);分析水的組成，告訴一個水分子的質(zhì)量，計算18 g 水所含有的H2O 分子數(shù)。讓學生將計算的結果用通常的數(shù)字表示形式書寫并讀數(shù)，然后教師再形象地講解6.02 ×1023有多大。而引導學生分析套用集合思想計數(shù)微觀粒子的關鍵是：將6.02 ×1023（龐大的數(shù)字）看作一個整體，稱為1（單位）。

設計意圖：引用成語典故并滲透集合計數(shù)思想，提升概念引入的趣味性;引導學生分析物質(zhì)由微觀粒子組成，感知宏觀可稱量的物質(zhì)所包含的微觀粒子數(shù)目龐大，再套用集合計數(shù)思想引出摩爾和計算12 g ?12C的原子數(shù)來引出阿伏加德羅常數(shù)，讓學生的認知順理成章。

2.由“堆”引出“摩爾”和“阿伏加德羅常數(shù)”

先用“堆”來作為集合計量的單位，講解摩爾的來歷，讓學生更容易接受“摩爾”這個單位;再讓學生順勢念幾遍“1 mol就是1堆”“2 mol就是2堆”“幾mol就是幾堆”;接著將6.02 × 1023個看作1 mol，直接引出阿伏加德羅常數(shù)（暫時回避12C）;然后讓學生完成滲透[n=N/NA]思想的計算（暫時回避物質(zhì)的量）。例如，3.01 × 1023個H2相當于 ? ? ? ? ? mol H2;1.204 × 1024 個O2相當于 ? ? ? ? ? mol O2;3NA個H2O相當于 ? ? ? ? ? mol H2O;含1.204 × 1024個H的H2O相當于 ? ? ? ? ? mol H2O。

設計意圖：用形象化的語言“堆”來降低“摩爾”的認知難度，通過具體的計算增強學生對NA與1 mol之間的對應關系的認知，初步感知“數(shù)字+mol+微粒符號”這一描述物質(zhì)多少的方式，為引出“物質(zhì)的量”做好鋪墊。

3. 由“摩爾”推演出“物質(zhì)的量”

實際上，“數(shù)字+mol+微粒符號”就是該微粒的“物質(zhì)的量”?！澳枴毕喈斢凇岸选钡囊馑迹瑤啄柧拖喈斢趲锥?，因此可以將“物質(zhì)的量”理解為描述微?！岸褦?shù)”的一個物理量，“摩爾”為其單位。對比其他物理量和單位的對應關系，加深理解，引導學生加工形成n、NA、N之間的轉(zhuǎn)換關系。

設計意圖：根據(jù)概念發(fā)展史，先有“摩爾”再有“物質(zhì)的量”，概念的形成過程本身就是人類思維發(fā)展的過程，因此先講“摩爾”再講“物質(zhì)的量”會更符合學生的認知規(guī)律。先初步感知“數(shù)字+mol+微粒符號”的描述方式，再加工形成“物質(zhì)的量”的概念和n、NA、N之間的轉(zhuǎn)換關系，符合概念教學的原理。

4.由“阿伏加德羅常數(shù)”推演出“摩爾質(zhì)量”

關于為什么選擇12C作為阿伏加德羅常數(shù)定義的基準，可引導學生回顧相對原子質(zhì)量的定義，并計算1 mol ?H2O的質(zhì)量。

通過計算可以知道微觀粒子的質(zhì)量很小，但是1個集合體（1mol）的質(zhì)量是可以稱量的，以g作為單位的時候其數(shù)值等于相對原子（分子）質(zhì)量，由此推出摩爾質(zhì)量的定義、單位、符號、數(shù)值。

設計意圖：消除學生對選擇12C 的疑慮，幫助學生理解摩爾質(zhì)量的數(shù)值為什么等于相對原子（分子）質(zhì)量，更為重要的是，給學生滲透了摩爾質(zhì)量可以將宏觀的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為微觀的物質(zhì)的量的意識。

5.構建[NNA=n=mM]思維模型

先創(chuàng)設生活情境：如何通過稱質(zhì)量的方式快速確立一麻袋一元硬幣（一個硬幣的質(zhì)量太小不便于稱量）的金額？學生很容易想到將一定數(shù)目看成一堆，稱一堆硬幣的質(zhì)量和總質(zhì)量，得硬幣的總數(shù)[=總質(zhì)量1堆硬幣的質(zhì)量×1堆硬幣的數(shù)量]。再創(chuàng)設化學情境：一塊鐵的質(zhì)量為112 g，求該鐵塊所含鐵原子的數(shù)目。N=[112 g56 g/mol×6.02×1023個/mol=1.204×1024]個。建立模型后，找出題中涉及物質(zhì)的量的知識概念模塊，聯(lián)想已有認知結構中與該知識模塊相關的基礎概念和知識，正確提取和運用解決問題所需的物質(zhì)的量概念系統(tǒng)模塊，找出已知項與所求項在量方面的內(nèi)在聯(lián)系，形成正確的解題思路。

設計意圖：生活情境和化學情境相對照，學生很容易明白n相當于硬幣的堆數(shù)，M相當于1堆硬幣的質(zhì)量，N相當于硬幣總數(shù)。重點讓學生明白“物質(zhì)的量”的引入就是為了在宏觀層面上通過質(zhì)量（體積）求得微粒數(shù)目，搭建宏觀和微觀相聯(lián)系的橋梁。

（責任編輯 羅 ? 艷）