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1、高中生有关物质结构的前科学概念下一页 1 2 1 引言现代化学教育的着眼点不是看学生学会了哪些化学知识,而是帮助学生理解化学的核心概念，形成化学认识，发展对物质及其变化的解释力。化学概念众多，哪些是核心概念呢？目前普遍认为化学核心概念至少包括以下几类：（1）微粒原子、分子、离子；（2）微粒间的作用化学键；（3）分子构型三维化学；（4）动力学理论；（5）化学反应；（6）现代化学的新进展。这6类概念均与对物质结构的微观认识相联系，可见使学生形成正确的物质结构微观认识是很重要的任务。然而，由于微观世界看不到，摸不着，学生对微观世界的认识也就形式各样，水平各异。当学生对事物的认识与科学解释不一致时，学
2、生的认识被称作相异构想(alternative conception)。那么，学生对物质的微观构成到底持有何种认识，存在哪些相异构想，这些相异构想是如何形成的呢？2 研究设计本次研究的主要目的是探查高中学生在正式学习高中物质结构知识之前对物质微观世界的个人认识，确定学生的微观认识存在哪些相异构想，探查主要围绕部分化学核心概念进行。本项研究分为两部分。第一部分为团体测查，工具是自编的“高中生物质微观认识调查”问卷。问卷共有14小题，其中1至12题为判断正误并说明理由，主要围绕微粒大小、电子运动状态、化学键、构成物质的基本单元、原子结构对元素化学性质的影响等主题设计；13、14题为简答题，分别要求
3、学生描述电子运动状态和原子序号与化学性质间的关系。测查对象为北京市某重点中学高中一年级2个教学班（未学“物质结构元素周期律”一章）的学生。共收回有效问卷92份。研究第二部分为个别访谈。访谈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种层次的学生。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）中见到的知识作为“正规知识”与个人知识分割开来。当“正规知识”与个人认识相一致时，正规知识被纳入概念框架，个人知识体系得到发展；当正规知识和个人认识发生冲突时
4、，他们有可能用“正规知识”应付考试，而用个人认识解决真正的问题。为了避免探查中学生套用“正规知识”解答问题，隐瞒个人认识，我们全部采用开放式题目，且题目内容尽可能具体。3 探查结果通过本次探查，我们发现在现行的教育教学背景下高一年级学生在对物质的微观认识上存在以下一些特点：（1）学生对分子、原子、离子等微粒的构成、大小方面的认识上相异构想较少几乎所有学生都知道分子由原子构成、原子又由原子核（质子、中子）与核外电子构成。不同的分子、原子有不同的大小，但是电子的大小是一样的。但是也有部分学生（约36%）认为既然分子和原子有大小，电子也应该有大小之分。学生对微粒本身的相异构想较少可能与学习过程中学生
5、受到许多图片、模型、多媒体模拟软件等直观性学习材料的辅助与支持有关。（2）学生对电子运动持有较强的轨道观念约70%的学生认为电子沿一定轨道运动，但他们对轨道形状的描述却各不相同，这在访谈和问卷调查中得到了一致的结果。大多数学生认为电子按照圆形轨道在核外运动，描述氦原子核外电子绕核运动的轨迹时，54.3%的学生认为2个电子在同一轨道，朝同一方向运动，这显然是由原子结构示意图联想到；部分学生认为电子的绕核运动是受原子内部万有引力的作用，像行星一样形成椭圆轨道；甚至有的学生画出了不同电子在交叉的轨道上运动，形状就像中央电视台的台标，学生可能把台标动画当成了微粒运动的一种形式。也有一些学生认为电子运动
6、的轨道是会变的，否则就不会有电子的转移或偏移，也就不会有化学反应了。能够说清电子运动是无规则的，在不同的区域内出现几率大小不同的只有1人。（3）对原子是如何构成分子的持有相异构想学生不太确定原子是如何构成分子的，以及分子内的原子是如何排列的；学生知道原子构成分子时，外层电子发生了变化，但学生不能准确说出原子是如何组合成分子的，他们只是说可能是万有引力或静电引力。81.5%的学生能明确构成分子时，原子的原子核并未重叠。但约有30%的学生认为原子核是紧挨着的。这种想法来源于双原子分子示意图或比例模型,学生潜意识中把原子想成原子核了。只有35.9%的学生能说出共用电子对不仅仅在2个成键的原子核之间运
7、动。但当解释共用电子对怎么运动时，答案五花八门:“电子在2个原子核之间8字形运动”;“电子围绕吸引电子能力较强的原子核运动”;“共用电子对可以运动到两原子的别处,但两原子核之间总保持2个电子”;“共用电子对指两原子核之间总有一对电子,但不是固定的一对电子”。可以看出,大部分学生把共价化合物电子式的写法当成了共用电子对的运动方式。（4）学生认为物质组成的结构单元像化学式几乎没有学生认为晶体有结构单元，他们大多认为化学式写出来的就是物质的组成形式。在访谈中，我们要求学生分别描述氯化钠、二氧化硅的微观结构。几乎所有的学生对二氧化硅微观结构的描述都是2个氧原子与一个硅原子组成的。比如有的学生描述说“2
8、个硅原子与一个氧原子组成了稳定的三角形,然后这些三角形连在一起”。对于氯化钠，60%的学生认为是一个钠离子(原子)和一个氯离子(原子)组成集团。也有一些学生由于在初中时知道没有氯化钠分子，所以认为可能是氯离子和钠离子交替排列。（5）学生没有意识到核外电子排布造成元素性质变化的深刻原因是原子内各种微粒间相互作用的结果学生记住了影响元素性质的主要因素是核外电子排布，但却没有意识到电子排布造成元素性质变化的原因是原子内各种微粒间相互作用的结果。在访谈和问卷调查中，当要求学生对同族或同周期元素性质的相似性和递变性做出合理解释时，所有学生的第一反应都是最外层电子数问题，还有约30%的学生提出了电子层数与元素性质相关。而没有一个人主动想到元素性质是核内质子与核外电子，以及核外电子间相互作用的结果。在访谈人员的启发性追问下，70%的学生逐渐意识到微粒间的作用，做出相对合理的解释。在教学过程中,教师一般都会强调最外层电子数对元素化学性质的影响，却不引导学生思考这一规律背后的本质原因，从而造成学生机械、片面地理解问题。 下一页 1 2