电解质溶液学习中学生“相异构想”的调研

摘要：本文作者通过调查研究发现学生头脑中“相异构想”产生的原因主要来自：(1)学生主体的思维品质欠缺；(2)相关概念的干扰；(3)学生的认知、情感、动机等因素的影响；(4)教师的教学和教材的呈现。在此基础上提出了进行概念转变教学的两条策略：加强实践体验，丰富感性认识；通过学生自主探究，建构完整的认知结构。

关键词：电解质溶液；相异构想；化学教学研讨

文章编号：1005-6629(2011)11-0009-04　中图分类号：G633.8　文献标识码：B

化学概念是从大量化学事实(实验结果)及逻辑思维结果概括抽象出来的，是反映化学本质屙性和共同特征的一种科学抽象，是认知结构的节点。它是化学理论的基本要素，是化学的科学语言。在我们的化学教学实际中，―直存在着很强调化学概念的教学，但学生却对化学概念又很不清楚的现状。学生在学习抽象的化学概念时经常受到“相异构想”的困扰。

1相异构想的涵义

研究者把我们对科学现象和科学概念的一些由自己的感性认识得出的理解和想法称为相异构想(alternative frameworks)。“相异”是指个人由自己的感性认识得出的理解和想法，与科学概念不一致。相异构想使我们难以运用科学的眼光看问题，不能用科学的思维研究问题。我们的相异构想大部分是在学习之前形成的，因此国际社会有时又把它称为“前概念”(preconceptions)，当然，“前概念”中有错误的，也有正确的，这里研究的是错误的“前概念”或“前概念”中的错误成分。建构主义理论认为，学生总是以已有的知识经验为基础来建构对新知识理解的，在学习化学时，学生是以这种原始的认知结构来建构新的知识的。当新知识与原有构想相符时，他会很容易地理解并接受，纳入认知结构，顺利完成认知结构的同化。当新知识与原有构想矛盾时，则必须经过认知结构的顺应才能接纳新知识，而实现顺应是有条件的，也是相当困难的。所以，学生的“相异构想”有以下几个特性：(1)特异性；(2)肤浅性；(3)顽固性；(4)隐蔽性。

2对“电解质溶液”学习中学生“相异构想”的调查

2.1调查目的

(1)了解高中各年级学生对“电解质溶液”概念掌握的现状；

(2)了解高中生关于“电解质溶液”概念中存在的各种相异构想；

(3)分析产生以上相异构想的主要原因。

2.2调查方式

本次研究采用了问卷调查和个别访谈的方式。共发放调查问卷159份，收回问卷150份，其中无效问卷5份(主要指未按要求作答的试题，如大多数题只做出选择，未按要求给出解释)，有效问卷145份，其中高一年级53份，占36.6％，高二年级48份，占33.1％，高三年级46份，占30.3％。

个别访谈的对象为问卷答案有典型意义的学生，同时兼顾化学学习中各个层次的学生。

2.3问卷设计

由于个人认识来源于学生的日常生活经验，是学习者通过个人对自然界的创造和尝试自发形成的，所以是学习者心中的固有概念，是建构知识框架的基础。但学生在学校环境中受教育时，潜意识中将学校(教科书)上见到的知识作为“正规知识”与个人知识分割开来。当“正规知识”与个人知识相一致时，正规知识被纳入概念框架，个人知识体系得到发展；当“正规知识”与个人知识发生冲突时，他们可能用“正规知识”应付考试，而用个人认识解决真正的问题。为了避免中学生套用“正规知识”解答问题，隐藏个人认识，问卷全部采用开放式题目，且题目内容尽可能具体。

问卷是自编的“电解质溶液”相关概念掌握情况调查问卷。共有十道题，其中判断正误并说明理由题主要是围绕电解质与非电解质、电离、导电、pH、酸碱性等概念设计的。作图题分别考察学生对电离的微观认识和化学反应对溶液pH的影响。

2.4调查结果

2.4.1判断解释题测查结果

本研究把“双一致”和“判断错解释对”归为与标准一致，“完全不一致”与“判断对解释错”归为与标准不一致。调查结果显示：各年级学生对化学学习中涉及到的电解质溶液中的一些核心概念，均存在不同程度的相异构想，高一学生一致率在50％以上的只有两道题；高二学生一致率在50％以上的有三道题；经过系统化学概念学习的高三学生一致率表现虽然比前两个年级稍好一些，但他们头脑中隐藏的各种相异构想仍有不少，一致率在50％以上的只有5道题。甚至对有些概念的理解，高三学生头脑中的相异构想比高一、高二的学生还多。可见，学生头脑中的相异构想存在着极大的普遍性。

2.4.2作图题结果分析

关于“模仿盐酸溶液电离过程示意图，画出水的电离过程示意图”。高中各年级学生解答情况如下：完全正确的高一最低，占5.6％，高二、高三相当，约占15％，67.4％的高三学生图中无可逆符号，比高一高出40％。化学语言的不规范隐藏着对化学概念的不熟悉。约40％的高一学生认为，水电离产生了氢离子和氧离子’或者电离产生了氢气和氧气，把水的电离和电解水实验混淆，这说明高一学生对宏观实验现象下的微观本质不甚了解，因此在概念的表述中出现了模糊。

关于“在饱和氢硫酸溶液中缓慢通入过量二氧化硫气体后，溶液的pH随二氧化硫体积变化的曲线图”。高中各年级学生解答情况如下：完全正确的高中各年级都超过了35％，作图时图像变化趋势正确但出现pH起点低落点高的错误达到20％以上，显示学生对氢硫酸和亚硫酸酸性强弱或者pH大小的认识模糊；还有12％以上的学生将pH描述为直线变化趋势，这是对pH概念的数学表达式不能很好理解；至于高二有18.8％的学生作图时将pH的变化趋势完全画反了，原因可能有两点，一种情况是对这两种物质的化学反应完全不熟悉，另一种情况仍然可能对pH概念与溶液酸碱性强弱的关系存在模糊判断。

3调查结果分析

3.1学生在“电解质溶液”学习中存在的主要“相异构想”

3.1.1对电离的本质过程缺乏想象

对“食盐溶液能导电是因为在电流的作用下它能电离出钠离子和氯离子”，这题绝大多数同学都会回答氯化钠溶液导电并不是在电流的作用下电离出钠离子和氯离子的，而是在水的作用下电离的。但在模仿盐酸溶液电离过程示意图画出水的电离过程示意图，只有极少数同学能完全画对，大多数同学能模仿画对电离方程式左、右两边的微粒，但缺乏变通而忽略中间可逆符号的运用；部分学生把水的电离与初中学过的水的电解概念混淆起来了，写了条件“电解”，产物自然就成了氢气和氧气；还有部分学生竟然从水的元素组成上简单把其一分为二，使电离产物变为氢离子和氧离子了c也许让学生直接写电离方程式，错误并不会如此之多，但在用图形表示的过程中却暴露出了很多隐藏在学生头脑中的错误观念。这说明我们平时的概念教学只是让学生在反复的模式题训练中加强对概念的记忆，并不是在本质上挖掘，加深学生对概念的理解。

3.1.2把溶液的酸碱性和pH等同起来

在初中化学学习过程中，很多学生把pH理解为定量表示溶液酸碱性的一个量值，即pH=7的溶液为中性，pH7的溶液为碱性。这通常是老师把它作为一条规律来叫学生记的。所以调查发现高一26.4％、高二20.8％、高三13.0％的学生都很肯定地写道：pH

3.1.3对电解质及非电解质与导电的关系不够明确

无论是电解质还是非电解质，首先必须是化合物。不少同学认为，氯水能够导电，所以是电解质；液氯不能导电，所以是非电解质；但却忽略了氯水是混合物，液氯是单质，无论其导电性如何，都既不是电解质，也不是非电解质。另有部分学生对物质的“三态”并不十分了解，对液态氯化钠和液氯中所含的微粒存在模糊认识，所以在分析其导电性和是否属于电解质时出现错误概念。而在电解质溶液导电性的问题上，71.7％的高一学生、66.7％的高二学生、60.9％的高三学生都认为盐酸溶液的导电性强于醋酸溶液，因为盐酸是强电解质，醋酸是弱电解质。其实电解质溶液导电能力的强弱，决定于溶液中自由移动的离子浓度大小，离子浓度越大，溶液的导电能力就越强，反之，就越弱。如果没有说明电解质溶液的浓度，那么强电解质溶液中的离子浓度不一定比弱电解质溶液中的离子浓度大，也就不能简单地认为强电解质溶液的导电性_定比弱电解质溶液强。

3.1.4对溶液浓度和离子浓度大小究竟如何影响反应速率和产物的量出现模糊判断

对于“等体积、同浓度的盐酸与醋酸溶液分别与足量的锌反应放出氢气的速率和质量情况”的回答，高二学生比高一、高三学生的一致率要高很多。从学生的解释中进一步挖掘，发现对速率快慢的一致程度较高，而对放出氢气的量则分歧较大高三的学生把此问题与‘等体积、pH相同的盐酸和醋酸溶液分别与足量的锌反应放出氢气的速率和质量情况”混淆起来了，认为醋酸能不断电离，产生的氢离子较多，所以绝大多数的错误是“醋酸溶液放出的氢气多”，而高一的学生则恰恰相反，由于对化学平衡概念缺乏认识，所以认为醋酸是弱电解质，氢离子不能完全电离出来，因此放出的氢气较少。

3.2学生头脑中相异构想产生的原因

3.2.1学生主体的思维品质欠缺

高中生处于抽象逻辑思维发展阶段，无论是概念的建立还是学习都离不开思维。在概念学习过程中，必须利用各种思维方法，形成正确的科学概念，理解其内涵和外延，掌握其实质和应用。例如，“盐类的水解”这一概念的建立过程中用到了抽象与概括(如进行实验、微观分析来定义新的科学概念)、归纳推理等多种思维方法。这些思维对象、思维方法和思维过程比较抽象、复杂，若学生在某一环节上思维受阻，造成思维障碍，就可能导致对这一科学概念的不理解或错误理解。

消极的思维定势是中学生学习科学概念的主要障碍之・。例如，学生在接触“电解质与非电解质、电离与水解、原电池与电解池”等概念时，逐步掌握了通过分析概括一类事物的共同属性和本质特征这些抽象与概括的方法。而在学习“电子云”概念时，由于学生在无机化学和有机化学中不熟悉用类比的方法来建立科学概念，还试图用以上方法形成这一概念，势必会造成理解上的困难。又如，在学“盐类的水解”知识时，由于教师强调得多，所以学生几乎在所有的情况下首先考虑的便是盐的水解，而在诸多矛盾同时出现的时候却忽略了真正的主要矛盾。这就属于典型的学习方法思维定势造成的困难。

3.2.2相关概念的干扰

科学概念之间既有相互联系，又有相互区别。在学习科学概念时，人们常常不能区分相邻、相近的科学概念，这是相关概念干扰的表现之一。在绘制“在饱和氢硫酸溶液中缓慢通入过量二氧化硫气体后，溶液的pH随二氧化硫体积变化的曲线图”时均有超过20％的同学表达为直线变化图，主要原因就是学生对数学解析几何中的一些基本图像掌握不够到位。

干扰之二是，本学科内曾经学过的相近概念会干扰后续概念的学习，例如学生在回答“等体积、同浓度的盐酸与醋酸溶液分别与足量的锌反应放出氢气的速率和质量均相等”时，9.4％的高一学生居然回答“因为盐酸的氧化性比醋酸强，所以盐酸与锌反应速率快”，分析原因，主要是学生刚学过氧化还原反应，尚不会具体分析，且易混淆。

干扰之三来自学生在日常生活中的经验和经历。在学习科学概念之前，学生在日常生活或者以前的学习中积累了不少与科学概念相关的感性经验，对客观事物的属性有了一定的认识，形成了一定的概念，其中有些错误的概念会干扰正确概念的形成。如关于“饱和溶液与浓溶液”的关系，学生在日常生活中接触的一些物质(食盐、蔗糖等)都是属于饱和溶液很浓的情况，所以学生对于“饱和溶液不_定是浓溶液”的说法很难接受。

3.2.3教师的教学与教学内容的呈现

科学研究表明，教师的课堂教学若没有触及学生的“相异构想”，容易出现“夹生饭”，不容易引起学生共鸣，在化学概念教学中，就不能很好地从本质上帮助学生建立起科学概念。另―方面，有部分教师头脑中本身也象学生一样存在着个别化学概念的“相异构想”，在平时的教学中，他觉得用这种“相异构想”去解释一个问题比较容易让学生听懂，做题目时错误较少，于是就一次次地重复着错误概念，殊不知，在学生今后的深造中，他们头脑中的这些错误观念是多么根深蒂固，多么难以纠正！口使教师头脑中不存在相异构想，但在授课的过程中，由于教师的语言表达能力和风格各不相同，对某些概念的描述，或有所省略，或有所添加，往往容易给某些喜欢断章取义的学生造成相异构想。

此外，教材本身在概念的衔接上也存在问题。如关于溶液酸碱性与pH的关系描述，初中教材直接写道：“pH=7，溶液呈中性；pH7，溶液呈碱性。而在高中教材中，以上的规律前提是“在常温下”，尽管从初中到高中，学生的概念在不断地被充实，但不管哪个阶段都不能缺乏科学性，否则，纠正的过程是非常困难的。

参考文献：

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