化学平衡问题解决过程中的主要思维障碍及教学对策

摘要：本文对高中学生在化学平衡问题解决过程中出现的思维障碍进行归纳分析，并在此基础上，根据现代信息加工理论提出了突破这些思维障碍的五种教学策略。
关键词：化学平衡问题解决思维障碍教学策略
问题解决既不单纯是目的或形式，也不单纯是技能或能力，就概念本身而言，问题解决应该是一个思维过程，是一个具有明确指向性的系列心理行为过程[1]。
问题解决的过程，是问题解决者的思维不断向问题的最终目标前进的过程，任何形式的思维障碍都会抑制、阻碍问题的解决。化学平衡问题解决中的思维障碍，是特指学生在进行化学平衡问题解决的过程中，妨碍学生的思维朝着问题的终极目标顺利实现的主观因素，既包括阻碍学生正确认识表征问题、构思设计问题正确解法的因素，又包括妨碍解题计划正确实施以及对自己问题解决活动的有效监控的思维因素[2]。
通过对学生的作业、练习和试卷的分析及日常学习行为的观察可以知道：学生分别在读题审题阶段、解答阶段和总结反思阶段存在思维障碍。现代信息加工理论认为问题解决是一种以目标定向的搜寻问题空间的认知过程。其中原有知识经验和当前问题的组成成分必须重新改组、转换或联合，才能达到既定目标。化学平衡问题解决过程中学生出现的主要思维障碍有以下五类：
（一）化学平衡微观本质理解上的思维障碍
（二）化学平衡状态定性描述判断上的思维障碍
（三）化学平衡状态定量分析上的思维障碍
（四）外界条件影响化学平衡移动本质的思维障碍
（五）化学计量数意义理解上的思维障碍
教师应有针对性地帮助学生克服和尽量避免思维障碍，切实提高学生的思维能力。认知信息加工理论表明，教学应安排适宜的外部条件，促进学习者内部心理结构的形成和改组，不同的学习任务对应不同的内外学习条件。因此，教师不可能依靠将已有知识简单地提取出来去解决实际问题，只能根据具体情境，以原有的知识为基础，建构用于指导问题解决的图式，而且，往往不是单一地以某一个概念原理为基础，而是要通过多个概念原理以及大量的经验背景的共同作用而实现。
一.注重促进学生对微观本质的理解
化学平衡原理反映化学变化的微观本质，即使采用由宏观到微观、由现象到本质的分析方法，由于所得结论的抽象性，学生的理解仍然存在一定困难。为了促使学生深入理解微观本质，教学过程中可以采取以下措施：
1.利用理论模型说明化学过程
化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成，从微观角度去认识化学反应是通过反应物分子（或离子）的相互碰撞来实现的，即反应物分子（或离子）间的碰撞是反应发生的先决条件。因此，若能形象地表示出微粒之间的相互作用，对于促进学生对化学反应速率和化学平衡原理大有裨益。例如，教材中在介绍碰撞理论时通过图片呈现有效碰撞及无效碰撞（图1.1），促使学生认识有效碰撞发生的条件。

无效碰撞有效碰撞
图1.1 分子碰撞示意图
2.利用结构模型表示化学反应
化学方程式可以表示反应物及生成物，而利用结构模型不仅可以表示出反应体系中的物质，还有利于学生认识在反应中微粒是如何变化的，更有利于学生认识化学反应的微观本质。例如，在介绍水的电离平衡时，我们用结构图表示出水分子、水合氢离子及氢氧根离子（图1.2），促使学生认识水的电离过程中分子是如何变化的。

图1.2 水的电离示意图
3.利用多媒体模拟分析微观过程
在教学中，可以对微观过程加以模拟，对教材中的一些静态模拟赋予动态的特征，进一步加深学生的理解。例如教学中讲到外界条件对化学平衡移动的影响时，可以采用动态微观模拟浓度、温度和压强对化学平衡移动产生的影响。
二.引导学生形成恰当的感性认识
信息加工理论认为信息先进入瞬时记忆，只有物理信号才能被选择，即只有视觉和听觉才能被选择。勒夏特列原理表述为：“如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、温度、压强等）平衡就向能够减弱这种改变的方向移动”。其原理比较抽象，如果单纯从文字上举例分析，很多学生不能达到真正的理解，只会机械地背诵。因此，根据信息加工理论，要促进学生认识本质，帮助学生获取全面、准确的宏观现象十分重要。
1．引导学生回忆宏观现象
对生活中十分常见的或在《化学1》、《化学2》中已经出现的现象，可以通过教材“你知道吗”栏目，以问题的形式引导学生回忆相关现象，在此基础上进行分析并得出相应的结论。
2．设置实验，引导学生通过活动获取宏观现象
通过实验引导学生形成丰富的感性认识，为形成理性认识打下良好的基础。在教材中设有大量的“活动与探究”栏目，可以通过探究的方式得出相应的结论。“观察与思考”栏目是有一些难度的实验，我们可以引导学生观察老师进行的实验，进而分析得出结论。
3．以资料的形式提供宏观现象
虽然通过实验是获取宏观现象最直接、最有效的方式。但由于条件所限，不可能每个宏观现象都由实验获得。在此情况下，充分利用科研工作者所进行的实验，通过提供相关的现象与数据引导学生进行分析得出相应结论。例如，关于压强对化学平衡移动的影响时，教材以图片的形式（图2.1）提供德国化学家哈伯的实验数据，再引导学生在分析数据的基础上总结出相应的结论。采用这种方式，虽然学生无法进行实验，却真实感受了科学家进行实验的过程，同样有利于学生进行进一步的分析。

图2.1 哈伯合成氨实验数据的直观表示
三.引导学生有效地运用精加工策略
信息经过编码贮存在长时记忆中。信息的回忆，在很大程度上取决于信息贮存的形式，以及该信息与长时记忆中以往内容的联系。从艾宾浩斯开始，人们对记忆的研究充满了希望。根据记忆保持的时间来分，将记忆分成三个结构——瞬时记忆、工作记忆和长时记忆。瞬时记忆保持的时间很短，但是保持的信息量却很大，虽信息会很快消失，但也能帮助大脑完成任务，工作记忆保持的时间也只有几秒，保存的信息是以组块为单位，容量为5—9个组块（Miller，1956）。对进入工作记忆的信息进行处理，使经过加工的信息进入长时记忆中并保存。不过长时记忆的容量很大，保存时间也是最长的。
学生在外界条件对化学反应速率和对化学平衡移动的本质理解上存在思维障碍。显然学生把这两块内容孤立地记忆，缺乏将信息进行精加工，没有使习得的知识经验整体化、系统化，学生在化学平衡问题解决时搜索有关信息时就会遇到障碍，所以引导学生有效的运用精加工策略是非常必要的。下图3.1是学生在学完了外界条件对化学平衡移动的影响后引导学生进行精加工将其纳入已学的外界条件对化学反应速率影响的模式中，使新旧知识产生联系，排除知识间的干扰和混淆：

图3.1 化学平衡知识点的精加工
四.积累问题图式，促使学生理解化学平衡移动的本质变化
图式是将大量的信息组织成一个有意义的系统的结构，它能帮助学生理解新信息，在遇到新问题时能及时发生迁移。学生一旦习得了某个图式，当他遇到可以应用这个图式的新问题时，能激活原有知识。根据化学平衡问题解决中常见思维障碍分析，学生头脑中关于此类问题的图式很少，导致在解决问题的过程中常常把学到的知识用错。在化学平衡的教学实践中，教师可以考虑以下途径：
1.设计好“样例”并有针对性地进行教学
通过例题的设置引导学生掌握化学平衡计算的一般方法，教材中设置了“问题解决”，可让学生在理解例题的基础上通过解决实际问题加以巩固。在教学过程中应多采用这样的教学方法，即首先引导学生观察例题的详细解答过程，然后在此基础上有针对性地总结出解决一类问题的原理及步骤，进而通过在实际情景中的应用巩固相应的解决问题的技能。
2.利用图像帮助学生理解化学平衡移动的本质变化
在教学中，学生在掌握外界条件对化学反应速率的影响之后，再通过运用化学平衡移动的图象，学生可以通过图象分析新平衡状态下的化学反应速率与原平衡状态的化学反应速率的关系。同时，通过外界条件的对比，帮助学生理解外界条件的改变引起化学反应速率的改变从而导致正逆反应速率不相等是造成化学平衡移动的根本原因。关于化学平衡的图象最基本的有以下几种情况（图4.1）：

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