论文部分内容阅读
摘要：化学反应与能量的变化是高中化学课程中的重要知识点，也是学生学习的难点。基于高中化学课标的目标要求，在对学生现有的认知水平、学习障碍分析的基础上，通过认知冲突的创设，激发学生学习兴趣，克服障碍，建构知识。
关键词：化学反应与能量；认知冲突；创设；学生
中图分类号：O122 文献标志码：A 文章编号：2095-9214（2015）11-0107-02
化学反应与能量的变化是高中化学课程考核的核心知识之一，也是高考主要考查的内容之一[1]。学生常常对其中的一些概念的理解存在障碍。现代心理学研究表明，在教学中创设认知冲突，能够为学生提供更好的情景教学，使学生能够更好地建构新的知识体系，内化为自己新的知识。研究以“化学反应与能量变化”为例，通过设置认知冲突，学生能够有目的地对知识进行的加工，最终使学生更好掌握相应知识。
一、高中“化学反应与能量变化”目标及认知要求
内容标准是教学策略与方法设计的依据。因此，对内容标准的分析是认知冲突设置的基础。在高中化学课程目标中提出针对化学反应中能量变化的课程目标。[2]
（一）知识技能
1.使学生了解化学反应中能量变化的本质原因，掌握反应热和焓变的含义；2.理解热化学方程式的意义，学会正确书写热化学方程式；3.提高对热化学方程式内涵的认识，理解热量与物质的量的紧密联系，掌握中和热的测定方法和技能。
（二）过程与方法
1.通过设置适当的问题和台阶，引起学生主动探究化学反应能量变化的本质原因；2.通过对热化学方程式与化学方程式的比较分析，培养学生分析问题的能力；3.通过对化学反应本质及规律的探究，提高学生从微观和定量角度分析化学问题的能力。
（三）情感态度
1.从能量变化的角度认识化学反应，体会化学反应与能量变化之间的辩证关系，培养尊重科学、勤于思考的态度；2.树立辩证唯物主义的世界观，帮助学生养成务实、求真、严谨的科学态度。激发学生的学习兴趣，培养学生从微观的角度理解化学反应，培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度，树立透过现象看本质的唯物主义观点。
基于教学目标的要求，可将标准对学习者的认知要求划分为如下维度：[3]
（1）知识方面要求：了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。这些能量变化通常表现为热量变化，而目前人类所需能量的绝大部分是由化学反应产生的；了解了能源与人类社会发展的密切关系，并对研究化学反应及其能量变化的意义有了一定的认识。
（2）认识思路的要求：从化学键的断裂和形成认识化学反应中能量的变化、说出常见的能量转化形式、说明化学能与热能的相互转化。从焓变的涵义热力学认识反应热和。
（3）认识角度的要求：要求学生要从微观层面对化学键的断裂和形成角度重新认识化学变化中的能量变化，将对化学反应中能量变化从定性认识逐渐过渡到定量认识。
（4）思维特点的要求：从宏观与微观的角度来认识化学反应与能量的变化，即反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成是化学反应中能量变化的主要原因，并通过探究实验体验化学能与热能相互之间的转化；同时还定性了解了吸热反应和放热反应。
二、高中学生已有认知水平分析
依据初高中学课程标准，在对与“化学反应与能量变化”知识相关知识点的内容标准分析基础上，结合高中学生的心理特点，得出学生已有认知水平为：
已有知识：在学习该内容之前，学生已经知道物质发生化学反应产生新物质的同时，伴随着能量变化；能识别出这些能量变化通常表现为热量变化；阐明能源与人类社会发展的密切关系，并对研究化学反应及其能量变化的意义有了一定的认识。
认识思路：学生能够知道物质发生化学变化时伴随有能量的变化，可通过定量地探讨“质”“能”关系，来进一步理解化学反应的本质。在此基础上的扩展与提高。
认识角度：通过九年级“化学有关化学反应与能量”一节得知，学生能够从化宏观的角度去认识化学变化中的能量变化，知道物质发生化学变化时伴随有能量变化，并认识到通过化学反应获得能量的重要性。
思维特点：初中“化学反应与能量”一节的课标可知，学生能够整体认识化学反应的“定量观”与“动态观”，但对于宏观的反应热和微观的化学键断裂和形成所吸收和放出的总能量之间的关系中，很难建构化学反应过程中能量变化示意图。
三、障碍分析
化学反应与能量变化中的定义、原理、定律都是从有关的概念和实践中总结出来的，而一个概念的掌握往往要通过感知、抽象、思维等心理过程得到理解而实现的。化学中的实验技巧和观察能力，无论是从学习化学知识或是对化学的研究方法上都有着重要意义。基于目标要求以及学生认知水平的分析，学生的学习障碍主要表现为：
（一）知识方面的障碍
在初中的知识容量很小，更多的注重感性分析。进入高中后课堂的容量突然加大，辅导练习、消化的课时相应地减少，学生的抽象思维能力还不能适应。[4]从而不理解化学反应与能量关系。
（二）认识的角度的障碍
通过必修2的学习，学生宏观上已经知道化学反应中有吸热和放热，学生认识障碍点主要在于“焓变”、“△H的+与-”及“热化学方程式的书写”三个难点的理解上。高中生形成化学学习障碍的另一原因是思维角度与初中阶段大不相同，由于学生在学习的过程中总结和归纳的能力不足，不能从反应的原理上认识化学反应与能量之间的关系；学生的化学计算易于出错，也导致在定量分析反应中能量变化过程中存在一定的障碍。
（三）认识的思路的障碍
在认识思路方面，从化学键的断裂和形成来认识化学变化中的能量变化，在此过程中学生看不到清晰的思考路线，这与学生对化学反应与能量变化的认识的思维特点有关。 （四）思维特点的障碍
学生要从化学键的断裂和形成角度重新认识化学变化中的能量变化，将对化学反应中能量变化从孤立地认识逐渐过渡到系统地认识在化学反应过程能量整体守恒。由于学生在学习的过程中总结和归纳的能力不足，从而不能更好地将新旧知识结合起来并应用于学习中。
四、认知冲突设置
基于以上学生的认知分析可知，由于在解决实际问题或真正的学习情景的过程中必然有矛盾与冲突存在，即在化学学习中学生不可能“伸手就摘到果子”。[5]然而，在教学中巧妙地设置如下认知冲突，使学生更好的掌握相应知识。
（一）通过讨论引发认知冲突克服知识方面及认识的角度方面的障碍
在教学过程中，在教师引导下进行师生互动或生生互动，在互动过程中，当学生发现自己的观点与他人观点有异议，且他人的观点更加适合解决问题时，常常会怀疑自己提出的观念，从而产生求知欲和认知冲突。在这种情景下，学生往往较容易接受新的、正确的科学概念。
然而，在该部分内容教学中，具体可分为如下两个方面的活动内容：一方而是对化学反应中的能量变化进行感知。例如，让学生借助温度计对化学实验前后实验对象的温度变化情况进行测量，以此来感知其能量变化同时，也可利用相关的化学概念，如，中和热、燃烧热等，对化学反应中的能量变化进行分析；另一方而是对化学反应中的能量变化进行解释通过对化学反应中实验对象能量变化的原因进行分析，对能量变化进行定性由于能量变化的基础是物质变化。
如：在《拯救大兵瑞恩》电影里面有一个坑道中的敌兵被美军用燃烧弹烧死的画面，这就是在现代坑道战、堑壕战中利用了燃烧弹的作用之一，燃烧弹的燃烧材料主要是汽油，提出问题：这种燃烧弹有哪些性质与优势呢？学生讨论：有的同学说汽油的密度较小，有的说汽油发热量高，还有的说价格便宜，等等。使学生之间的认知产生冲突。所以，可在对物质变化进行分析的基础上对实验对象的能量变化进行系统分析。[6]在这一过程中，教师可从化学反应体系的角度进行教学，主要包括反应物与生成物体系的总能量有哪些，而能量变化则等于生成物体系与反应物体系总能量的差。
（二）创设问题情境引发认知冲突克服认识思路的障碍
问题情境指学生意识到的一种有目的却不知如何达到这一目的的心理困境。[7]这时学生急切地进行构思，以期能解决未知的问题。那么，教师应充分利用和发掘教材以及学生活动中的矛盾因素，将学生置于矛盾氛围，学生就会产生解决矛盾的迫切需要，并激起认知冲突。
比较经典的一个实例是应用“自加热罐头”和一瓶普通罐头做教具，主要让学生亲身体验其之间温度的变化。之后让一位同学把“自加热罐头”底部的锥刺上移，再次让同学们体验罐头温度的变化，并与普通罐头做对比。使学生置身于问题情境里，从而引起学生思考：为什么“自加热罐头”能够自己加热呢？“自加热罐头”里是的什么物质呢？罐头的温度发生变化是由什么物质引发的呢？……
创设与学习主题相关的真实情境，学生能够亲身参与体验，对于将要学习的知识有了一个较清晰明了思路，从而引起学生的学习兴趣。
（三）寻找“反例”激发认知冲突克服思维障碍
为了让学生掌握化学变化中的能量变化的相关知识，在学习的过程，应采取“反例”策略，使学生对相应知识产生不“平衡”的心态，激发学生认知冲突，迫使学生去“平衡”相应的知识，并将分散的孤立的知识系统地结合起来，形成新的知识体系并内化为自己的知识。譬如：由吸热反应与放热反应的定义易知：有热量释放的化学反应叫做放热反应；反之，叫做吸热反应。那么，吸热反应就是在加热条件下进行的反应吗？而放热反应是在常温下进行的反应？遇到这样的问题，教师可通过反例和演示让学生解除困惑：常温下进行的反应有的可能是放热反应，如中和反应；也可能是吸热反应，如NH4Cl与Ba（OH）2·8H2O的反应。在加热条件下进行的反应，有的可能是吸热反应，如C+CO2△2CO；也可能是放热反应，如C+O2点燃CO2。但值得注意的是放热反应撤去热源后仍能进行，持续加热才能继续进行的反应是吸热反应。显然，反应吸热还是放热与反应条件无关，主要依据反应物总能量与生成物总能量的谁高谁低进行比较来决定的。反例的出现，与学生的理论或观点又产生了冲突，激起其继续探究声音产生的本质原因。明确提出了“反例”的策略，用来激发学生的认知冲突。然而，在教学中注意将知识网络化，注重条理性，并将典型习题做到精练精析，以帮助学生建立科学、系统的概念知识。注重旧知与新知的对比，并及时引导归纳，学生间的交流，达到最终的理解掌握。在老师的精心培养下，使学生得到全面的发展。
显然，设置认知冲突的做法于高中化学教学中并不仅仅只有以上几种。另外，在什么教学时机设置认知冲突、采取什么样的教学方式，应用什么教学策略等等，还需要我们在教学实践中不断地探索和研究。总之，只要时时刻刻考虑到认知冲突的存在，并采取相应的教学策略，则学生对化学的学习必将轻松自如，化学课堂必将变得有声有色、百花齐放。
（作者单位：延边大学师范学院）
参考文献：
[1]黄剑锋，汤希雁.2015年全国高考化学学科考纲解读及备考建议[J].广西教育，2015，3；50-51.
[2]中华人民共和国教育部.普通高中《化学课程标准》，北京人民教育出版社2013.7.
[3]王磊.化学学科知识与教学能力[M].北京：高等教育出版社，2011：285-289.
[4]张凤燕.谈如何做好初高中化学教学衔接[J].河北邱县，现代教育科学，2011，（7）：42-42.
[5]韩军.如何在数学教学中设置认知冲突[J].中学生数理化：学研版，2012，（4）：85-85.
[6]易歆演.“化学反应与能量”主题教学设计研究[J].数理化学习，湖南省怀化市第三中学，2014，（9）：78.
[7]田芳.基于建构主义学习理论的化学教学设计——以“化学反应中的能量变化”为例[J].华中师范大学，2013.3：182-183.
关键词：化学反应与能量；认知冲突；创设；学生
中图分类号：O122 文献标志码：A 文章编号：2095-9214（2015）11-0107-02
化学反应与能量的变化是高中化学课程考核的核心知识之一，也是高考主要考查的内容之一[1]。学生常常对其中的一些概念的理解存在障碍。现代心理学研究表明，在教学中创设认知冲突，能够为学生提供更好的情景教学，使学生能够更好地建构新的知识体系，内化为自己新的知识。研究以“化学反应与能量变化”为例，通过设置认知冲突，学生能够有目的地对知识进行的加工，最终使学生更好掌握相应知识。
一、高中“化学反应与能量变化”目标及认知要求
内容标准是教学策略与方法设计的依据。因此，对内容标准的分析是认知冲突设置的基础。在高中化学课程目标中提出针对化学反应中能量变化的课程目标。[2]
（一）知识技能
1.使学生了解化学反应中能量变化的本质原因，掌握反应热和焓变的含义；2.理解热化学方程式的意义，学会正确书写热化学方程式；3.提高对热化学方程式内涵的认识，理解热量与物质的量的紧密联系，掌握中和热的测定方法和技能。
（二）过程与方法
1.通过设置适当的问题和台阶，引起学生主动探究化学反应能量变化的本质原因；2.通过对热化学方程式与化学方程式的比较分析，培养学生分析问题的能力；3.通过对化学反应本质及规律的探究，提高学生从微观和定量角度分析化学问题的能力。
（三）情感态度
1.从能量变化的角度认识化学反应，体会化学反应与能量变化之间的辩证关系，培养尊重科学、勤于思考的态度；2.树立辩证唯物主义的世界观，帮助学生养成务实、求真、严谨的科学态度。激发学生的学习兴趣，培养学生从微观的角度理解化学反应，培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度，树立透过现象看本质的唯物主义观点。
基于教学目标的要求，可将标准对学习者的认知要求划分为如下维度：[3]
（1）知识方面要求：了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。这些能量变化通常表现为热量变化，而目前人类所需能量的绝大部分是由化学反应产生的；了解了能源与人类社会发展的密切关系，并对研究化学反应及其能量变化的意义有了一定的认识。
（2）认识思路的要求：从化学键的断裂和形成认识化学反应中能量的变化、说出常见的能量转化形式、说明化学能与热能的相互转化。从焓变的涵义热力学认识反应热和。
（3）认识角度的要求：要求学生要从微观层面对化学键的断裂和形成角度重新认识化学变化中的能量变化，将对化学反应中能量变化从定性认识逐渐过渡到定量认识。
（4）思维特点的要求：从宏观与微观的角度来认识化学反应与能量的变化，即反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成是化学反应中能量变化的主要原因，并通过探究实验体验化学能与热能相互之间的转化；同时还定性了解了吸热反应和放热反应。
二、高中学生已有认知水平分析
依据初高中学课程标准，在对与“化学反应与能量变化”知识相关知识点的内容标准分析基础上，结合高中学生的心理特点，得出学生已有认知水平为：
已有知识：在学习该内容之前，学生已经知道物质发生化学反应产生新物质的同时，伴随着能量变化；能识别出这些能量变化通常表现为热量变化；阐明能源与人类社会发展的密切关系，并对研究化学反应及其能量变化的意义有了一定的认识。
认识思路：学生能够知道物质发生化学变化时伴随有能量的变化，可通过定量地探讨“质”“能”关系，来进一步理解化学反应的本质。在此基础上的扩展与提高。
认识角度：通过九年级“化学有关化学反应与能量”一节得知，学生能够从化宏观的角度去认识化学变化中的能量变化，知道物质发生化学变化时伴随有能量变化，并认识到通过化学反应获得能量的重要性。
思维特点：初中“化学反应与能量”一节的课标可知，学生能够整体认识化学反应的“定量观”与“动态观”，但对于宏观的反应热和微观的化学键断裂和形成所吸收和放出的总能量之间的关系中，很难建构化学反应过程中能量变化示意图。
三、障碍分析
化学反应与能量变化中的定义、原理、定律都是从有关的概念和实践中总结出来的，而一个概念的掌握往往要通过感知、抽象、思维等心理过程得到理解而实现的。化学中的实验技巧和观察能力，无论是从学习化学知识或是对化学的研究方法上都有着重要意义。基于目标要求以及学生认知水平的分析，学生的学习障碍主要表现为：
（一）知识方面的障碍
在初中的知识容量很小，更多的注重感性分析。进入高中后课堂的容量突然加大，辅导练习、消化的课时相应地减少，学生的抽象思维能力还不能适应。[4]从而不理解化学反应与能量关系。
（二）认识的角度的障碍
通过必修2的学习，学生宏观上已经知道化学反应中有吸热和放热，学生认识障碍点主要在于“焓变”、“△H的+与-”及“热化学方程式的书写”三个难点的理解上。高中生形成化学学习障碍的另一原因是思维角度与初中阶段大不相同，由于学生在学习的过程中总结和归纳的能力不足，不能从反应的原理上认识化学反应与能量之间的关系；学生的化学计算易于出错，也导致在定量分析反应中能量变化过程中存在一定的障碍。
（三）认识的思路的障碍
在认识思路方面，从化学键的断裂和形成来认识化学变化中的能量变化，在此过程中学生看不到清晰的思考路线，这与学生对化学反应与能量变化的认识的思维特点有关。 （四）思维特点的障碍
学生要从化学键的断裂和形成角度重新认识化学变化中的能量变化，将对化学反应中能量变化从孤立地认识逐渐过渡到系统地认识在化学反应过程能量整体守恒。由于学生在学习的过程中总结和归纳的能力不足，从而不能更好地将新旧知识结合起来并应用于学习中。
四、认知冲突设置
基于以上学生的认知分析可知，由于在解决实际问题或真正的学习情景的过程中必然有矛盾与冲突存在，即在化学学习中学生不可能“伸手就摘到果子”。[5]然而，在教学中巧妙地设置如下认知冲突，使学生更好的掌握相应知识。
（一）通过讨论引发认知冲突克服知识方面及认识的角度方面的障碍
在教学过程中，在教师引导下进行师生互动或生生互动，在互动过程中，当学生发现自己的观点与他人观点有异议，且他人的观点更加适合解决问题时，常常会怀疑自己提出的观念，从而产生求知欲和认知冲突。在这种情景下，学生往往较容易接受新的、正确的科学概念。
然而，在该部分内容教学中，具体可分为如下两个方面的活动内容：一方而是对化学反应中的能量变化进行感知。例如，让学生借助温度计对化学实验前后实验对象的温度变化情况进行测量，以此来感知其能量变化同时，也可利用相关的化学概念，如，中和热、燃烧热等，对化学反应中的能量变化进行分析；另一方而是对化学反应中的能量变化进行解释通过对化学反应中实验对象能量变化的原因进行分析，对能量变化进行定性由于能量变化的基础是物质变化。
如：在《拯救大兵瑞恩》电影里面有一个坑道中的敌兵被美军用燃烧弹烧死的画面，这就是在现代坑道战、堑壕战中利用了燃烧弹的作用之一，燃烧弹的燃烧材料主要是汽油，提出问题：这种燃烧弹有哪些性质与优势呢？学生讨论：有的同学说汽油的密度较小，有的说汽油发热量高，还有的说价格便宜，等等。使学生之间的认知产生冲突。所以，可在对物质变化进行分析的基础上对实验对象的能量变化进行系统分析。[6]在这一过程中，教师可从化学反应体系的角度进行教学，主要包括反应物与生成物体系的总能量有哪些，而能量变化则等于生成物体系与反应物体系总能量的差。
（二）创设问题情境引发认知冲突克服认识思路的障碍
问题情境指学生意识到的一种有目的却不知如何达到这一目的的心理困境。[7]这时学生急切地进行构思，以期能解决未知的问题。那么，教师应充分利用和发掘教材以及学生活动中的矛盾因素，将学生置于矛盾氛围，学生就会产生解决矛盾的迫切需要，并激起认知冲突。
比较经典的一个实例是应用“自加热罐头”和一瓶普通罐头做教具，主要让学生亲身体验其之间温度的变化。之后让一位同学把“自加热罐头”底部的锥刺上移，再次让同学们体验罐头温度的变化，并与普通罐头做对比。使学生置身于问题情境里，从而引起学生思考：为什么“自加热罐头”能够自己加热呢？“自加热罐头”里是的什么物质呢？罐头的温度发生变化是由什么物质引发的呢？……
创设与学习主题相关的真实情境，学生能够亲身参与体验，对于将要学习的知识有了一个较清晰明了思路，从而引起学生的学习兴趣。
（三）寻找“反例”激发认知冲突克服思维障碍
为了让学生掌握化学变化中的能量变化的相关知识，在学习的过程，应采取“反例”策略，使学生对相应知识产生不“平衡”的心态，激发学生认知冲突，迫使学生去“平衡”相应的知识，并将分散的孤立的知识系统地结合起来，形成新的知识体系并内化为自己的知识。譬如：由吸热反应与放热反应的定义易知：有热量释放的化学反应叫做放热反应；反之，叫做吸热反应。那么，吸热反应就是在加热条件下进行的反应吗？而放热反应是在常温下进行的反应？遇到这样的问题，教师可通过反例和演示让学生解除困惑：常温下进行的反应有的可能是放热反应，如中和反应；也可能是吸热反应，如NH4Cl与Ba（OH）2·8H2O的反应。在加热条件下进行的反应，有的可能是吸热反应，如C+CO2△2CO；也可能是放热反应，如C+O2点燃CO2。但值得注意的是放热反应撤去热源后仍能进行，持续加热才能继续进行的反应是吸热反应。显然，反应吸热还是放热与反应条件无关，主要依据反应物总能量与生成物总能量的谁高谁低进行比较来决定的。反例的出现，与学生的理论或观点又产生了冲突，激起其继续探究声音产生的本质原因。明确提出了“反例”的策略，用来激发学生的认知冲突。然而，在教学中注意将知识网络化，注重条理性，并将典型习题做到精练精析，以帮助学生建立科学、系统的概念知识。注重旧知与新知的对比，并及时引导归纳，学生间的交流，达到最终的理解掌握。在老师的精心培养下，使学生得到全面的发展。
显然，设置认知冲突的做法于高中化学教学中并不仅仅只有以上几种。另外，在什么教学时机设置认知冲突、采取什么样的教学方式，应用什么教学策略等等，还需要我们在教学实践中不断地探索和研究。总之，只要时时刻刻考虑到认知冲突的存在，并采取相应的教学策略，则学生对化学的学习必将轻松自如，化学课堂必将变得有声有色、百花齐放。
（作者单位：延边大学师范学院）
参考文献：
[1]黄剑锋，汤希雁.2015年全国高考化学学科考纲解读及备考建议[J].广西教育，2015，3；50-51.
[2]中华人民共和国教育部.普通高中《化学课程标准》，北京人民教育出版社2013.7.
[3]王磊.化学学科知识与教学能力[M].北京：高等教育出版社，2011：285-289.
[4]张凤燕.谈如何做好初高中化学教学衔接[J].河北邱县，现代教育科学，2011，（7）：42-42.
[5]韩军.如何在数学教学中设置认知冲突[J].中学生数理化：学研版，2012，（4）：85-85.
[6]易歆演.“化学反应与能量”主题教学设计研究[J].数理化学习，湖南省怀化市第三中学，2014，（9）：78.
[7]田芳.基于建构主义学习理论的化学教学设计——以“化学反应中的能量变化”为例[J].华中师范大学，2013.3：182-183.