日常生活概念“平均”对科学概念“8电子稳定结构”学习的影响——关于高一学生“8电子稳定结构”化学概念相异构想的研究，本文主要内容关键词为：概念论文,相异论文,稳定论文,结构论文,电子论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、研究背景
近十几年来，国内外化学教育工作者对学生的化学微观概念进行了比较深入的研究。而这些研究大体上都基于这样一种假设，中学生对化学概念的相异构想是客观存在的；学生的前科学概念在相当程度上影响他们的学习。Novick (1978)、Osbone(1983)、Anderson(1986)、Krajcik (1989)的研究共同表明，学生由于受日常生活物质连续性模型的影响，在开始接受物质粒子模型后，也仍保留着物质（包括固体、液体和气体）连续模型；Ben-Zvi等(1982、1987)的研究显示，15岁的学生即使经过历时7个月的初级化学学习，但对化学反应的结构和相互作用性质的理解和认识仍持有相异构想；国内王磊、黄燕宁(2000)在一项要求高一学生写出
反应的化学方程式并做出微观解释的研究中，尽管所有的学生都能成功地写出化学方程式，但大多数学生(91%)把化学反应看作是物质加和的模式，习惯性地将方程式的配平当作代数习题来做，很少考虑化学反应过程[1]。然而关于化学微观概念应构建何种教学模式这一问题的理论探讨甚少，本文试图结合高一学生对微观世界概念理解的研究测试，提出一套相应的化学微观概念教学模式。
二、研究测试
1.研究目的
研究影响高一学生化学微观世界稳定概念的因素。
2.被试的选取和游戏的设计
随机抽取广州市天河区某中学高一年级22个学生，每2人为1组，设计化学小游戏，一位学生扮演钠原子，另一位扮演氯原子，用红色的圆纸片代表“电子”，首先由学生分别取出代表他们各自的最外层电子数的纸片，然后要他们表演各自达到稳定结构时电子重新分配的过程。游戏由2位主试负责，主试A向学生进行游戏规则的指导说明，或在游戏过程中作适当的引导，主试B则对游戏的过程进行仔细的观察和记录。
3.测试结果
被试学生共有11组，其中最终结果正确的有 4组（分别为1、5、8、9），错误的7组，错误率64%。具体结果见表1。
表1 高一学生对钠离子与氯离子稳定结构的认识
分配前最
组别外层（第M电子重新分配后最外层（第M层）电子数
层）电子数
NaClNa+ Cl备注
11 7 0
8
21 1 2
0
31 7 4
4
45 1 3
3 另外1个电子共用
51 7 0
8
62 1 3
0
71 1 2
0
81 7 0
8
91 7 0
8
10
1 7 3
3 另外2个电子共用
11
8 8
4(2,3…)4(6,5…) 二者之和为8即可
三、结果分析与建议
测试结果表明，学生通过初三和高一前期的化学学习，对物质微观世界领域的确有一定程度的了解。如部分学生能较为正确地理解微观世界稳定概念，然而，相当部分的学生虽然能在测试过程中提到“8电子稳定结构”、“共用电子”等，能从化合价的角度分析最外层电子数。但总体上，他们的这些理解和认识还是比较模糊的，或试图通过使用一些科学述语来掩盖自己的模糊理解；学生头脑中存在的一些相异构想也是出乎笔者意料的。下面试对学生这些错误理解及其原因进行分类探讨，并尝试提出化学微观概念教学的模式以供参考。
1.学生微观世界稳定概念错误原因分类探讨
表2 学生微观世界稳定概念错误原因及比重
错误原因 组别
占总组数
的比重／%
根据相对原子量确定最外层电子数 4 9
认为任何原子的最外层电子数都为8119
根据化合价“正负”确定电子“得失”
2、6、7 27
根据化合价确定最外层电子数
2、6、7 27
认为最外层电子数之和为8可达稳定 4、11 18
认为平均分配电子数可达稳定
3、4、1027
(1)相对原子质量对确定最外层电子数的影响
由表2看到，约有9%的学生主要根据原子的相对原子质量以确定其最外层电子数。例如在第 4组被试中，“钠原子”取了5个“电子”，“氯原子”取了“2”个电子，被试的解释是：记得钠是23，电子层的排列是2、8、8、5，因此最外层为5个电子，而氯是35.5，电子层的排列是2、8、8、8、8、1.5，最外层是1.5，四舍五入，因此是2个。
(2)认为所有原子应具有“最外层8电子稳定结构”
9%的学生根据其头脑中模糊的“稳定结构”概念，认为“原孖”的最外层应该有8个电子。如第11组被试，2个“原子”分别取了8个最外层“电子”。
(3)对“电子得失”“化合价正负”与“物体数量增减”关系存在相异构想
第2、6、7组的学生虽然能考虑到运用元素化合价的知识来确定最外层电子数，但混淆了化合价的“正”与“负”的具体含义，未能掌握“微观世界8电子稳定结构”与化合价的正确关系，对化合价的“正负”与电子的“得失”关系存在相异构想。如这些学生根据氯元素的化合价是—1价确定氯原子的最外层只有1个电子。
另外，这部分学生在分配最外层电子数时，主要采用根据化合价的“正负”来确定最外层电子的“得失”的问题解决策略，但他们头脑中日常生活中“物体数量增减”的数学概念在很大程度上影响着其对微观世界“电子得失”与“化合价正负”概念的理解，即他们认为电子就像宏观物体一样，根据氯元素的化合价显“-1”价，理解氯原子应“失去”“1个”电子，而忽略了微观电子的电性（这里不讨论正电子）正负。
(4)宏观“平均稳定”和“共用稳定”的概念影响微观“稳定”概念的理解
约有27%的学生对微观“稳定”概念与宏观“平均稳定”和“共用概念”的关系存在模糊观念。这些学生中的一部分认为微观粒子若要达到稳定状态，则应类似于宏观世界的“平均分配状态”，如第3组被试中，“氯原子”将3个“电子”给了“钠原子”，然后两个原子分别拥有4个电子，达到“平均”；另一部分学生认为除了“平均”之外，还应需要“共用”电子才能使粒子达到最稳定状态，如第 4、10组被试。第4组的学生在第一步确定最外层电子数时“钠”取了5个，“氯”取了2个，而简单地将5和2平均分配不能达到整数平均，因此他们还动用了“共用”的概念，将多余的1个电子作为共用电子。持有“共用”概念的还有第10组被试，他们之所以没有简单地将8个电子平均分配成4和4，是因为他们认为要互相稳定，则必须有共用的电子。
(5)认为“最外层电子数之和为8”为稳定结构
这部分学生（约18%）片面或错误地理解“最外层8电子稳定结构”的概念，认为只要2个原子的最外层电子数之和为8即可，典型的代表是第 11组。即使是第4组被试，虽然他们的最外层电子数之和只有7个，但是他们也肯定“8个稳定”的说法，他们认为拿出1个电子共用，这个电子即可认为是2个，因此一共是8个。
2.化学微观概念教学模式的探讨
(1)化学微观概念教学模式提出背景
研究结果显示，对于微观世界，高一学生的头脑中有着自己的想法和理解，而这些想法和理解由于在较大程度上受学生的日常生活经验及宏观世界概念的影响，可能会有相当部分与科学的微观概念相异，再加上学生理解微观概念的策略或心智状态的不同，则使得相异构想的个体差异更大，从而对化学教学带来较大的困难。
从对被试所在高一年级的5名化学教师的访谈情况来看，几位教师都谈到平时在进行微观概念教学时，十分注重讲述微观粒子的特性，如着重强调离子的8电子稳定结构以及电子电性的正负。那为何只有36%被试能够科学准确地理解微观世界的稳定概念呢?这是值得我们深思的问题。
本次研究及国内外一些相关研究至少启发了我们，学生在微观概念的理解和认识上表现出来的“困难”可以与以下因素有关：如概念引入太早；过分强调化学计算技能；用宏观概念“迁移”理解微观概念；没有给学生足够的机会内化所学概念；忽略了学生学习概念之前的“先入之见”；没有运用科学的微观教学模式等等。为此，要求我们府采取相关措施，以有效地实现学生概念的转变。
美国学者Krajcik认为可将概念转变教学模式假设为一种动态的、循环的过程，该过程包括以下4个主要方面，即(1)学生描述他们的理解和认识；(2)重新建构理解和认识；(3)应用新的理解和认识；(4)将新的理解与认识和以前的理解与认识作比较。这种模式的“动态性”和“循环性”表现在：尽管教学过程从学生描述他们的理解和认识开始，但其他不同的部分也可以再重复。如在重新建构阶段、应用阶段也可再循环，以帮助学生发展概念之间新的联系。
概念转变教学中最新奇之处在于能引出并澄清学生的想法。许多学者认为，学生的相异概念，特别是那些被很好地隐藏起来的概念，在被提及之前必须经过外化[2]。这要求教师在教学中应努力营造“所有观点都是有讨论价值”的气氛，并使用一些与学生固有概念发生冲突的事件，结合科学的模型，在给学生提供机会的过程中，让学生逐步认识到科学模型能够解释和预测其原先不能解释或不能预测的现象，最终实现其概念的有效转变。
(2)“6C”微观世界概念教学模式的提出
受Krajcik概念转变教学模式的启发，结合微观概念的特点，我们提出了“6C”教学模式（见图 1）。该模式认为微观概念的学习应该是一个主动建构的过程。其基本程序为：
图1
首先，教师应先创设一种使学习者不怕犯错误的氛围，让学生能大胆地描述(characterize)自己对微观概念的理解。譬如学生如何运用宏观世界和日常生活经验中的各种原型进行类比理解等。
其次，教师为学习者提供有效的问题情境和讨论机会，使学生在不满足于原有的概念认识的情况下，进行小组合作交流(commnicate)，从而得出自己小组共同认可的结论(conclude)，这一过程中学习者的理解和认识不断地得到建构(construct)。教师应鼓励各小组总结概括和进行“自我解释”（若条件允许，则应向学习者提供检验的机会），然后再通过言语或多媒体科学地进行解释，使学习者最终完善其微观概念体系。
再次，为了让学习者更多地与微观概念的思想相互作用，教师应通过一些相似的微观思维问题，使学习者能运用最新建构的概念和认识，解决新情景问题，若解决问题成功，则有助于学习者达到概念的巩固(consolidae)和内化；若不成功，则鼓励学习者重新进行概念的建构与完善。
最后，给学习者提供比较(compare)新旧理解的机会。譬如鼓励学习者比较微观概念与宏观概念在本质方面的区别，从而更有效地消除其相异构想，实现概念有效科学地转变。
四、结语
Ausubel在1968年提出这样一个观点：“影响学习的惟一最重要因素就是学生已经知道了什么，要探明这一点，并据此进行教学”。可见，充分了解学生在进行科学学习前头脑中已存在的个人概念及在学习过程中所产生的相异构想，对实现学生概念的转变，使教与学相互促进，具有极其重要的作用。这要求我们化学教师应该花时间与学生交谈，主动了解学生的知识原型和想法，努力为学生营造不怕犯错的氛围，使学生能自由地表达自己对概念的理解，主动地建构新的、科学的理解与认识，消除错误概念，从而实现其概念的转变。