逍遥学能 2015-12-15 10:22
摘要：学生理解气体压强存在困难，造成学习障碍的因素主要来自于教材中缺乏知识背景、教学理念陈旧、教学手段单一、学生错误地理解知识和迁移知识，教师运用多种教学手段帮助学生突破困难。
关键词：气体压强、教材的知识背景、学科互助
在实际教学中，教师在学生遇到知识理解障碍或解题障碍时，最常用的措施是将自己讲解过的内容反复讲解，但有时学生始终无法理解或掌握。这种情况下，教师需要从多个角度寻找障碍形成的原因，并尽可能用各种教学手段帮助学生突破障碍。教学中我们发现初三学生在学习气体压强的相关知识时，存在许多障碍。文章结合教学实践中的体会、初中物理教材的相关背景知识和对学生和初中物理教师的的访谈，从学生原有的知识储备、教师教学过程中对知识的阐述和教学手段的运用来分析障碍的产生，从分析微观气体分子的运动特点来尝试解决学生知识理解上的障碍，对宏观实验现象进行深入浅出的解释。
一 学生气体压强学习的具体困难
初中化学涉及气体压强运用的重要实验是空气中氧气体积的测定。利用红磷燃烧测空气中氧气体积时，即便教师已经做了解释和分析，许多学生仍然无法理解为什么最终进入瓶中的水的体积就是氧气在空气中所占有的体积。另外，该实验还涉及到许多现象分析，比如点燃后伸入太慢将导致进入水偏多、未冷却至室温或装置气密性不好将导致进入水偏少这些问题的分析部分学生表示难以理解，然而，对于红磷用量少无法充分消耗氧气导致进入水偏少这个问题，能够理解的学生比例还是较高的。
二 影响学生理解知识的障碍因素
二（一） 缺乏必要的知识背景
美国著名教育心理学家奥苏贝尔认为影响学习的最重要因素是学生已经知道了什么，教师要根据学生的原有知识状况进行教学，可见对学生知识背景的研究是重中之重。但是，在进行学情分析时，某一门学科的教师往往只会对本学科的教材和课程目标进行研究，很少重视其它学科教材和课程目标对该知识点的教学以及对学生学习产生的影响，它们对本学科的学习有没有帮助或起到何种程度的帮助。
初二物理教材对气体压强的介绍主要是对大气压的描述：“大气对处在其中的物体有压强，这种压强叫大气压强。”仅此而已，教材对于气体压强产生的原因并没有多做阐述，影响因素也简单介绍了流速对流体压强的影响。初三化学教材仅仅在介绍物理性质沸点时顺便提到了大气压强：“实验证明，液体的沸点会随着大气压强的变化而改变，如大气稀薄的地方，大气压强变小，这时水的沸点就会降低。由于大气压强不是固定不变的，人们把101KPa规定为标准大气压。”根据课程标准，在物理教学和练习中，比较侧重固体和液体压强的学习，对气体压强的要求很低。由此可以看出，仅从教材要求来说，学生对气体压强的认识是非常有限的，学生有理解障碍的主要原因是初中物理对气体压强的学习深度没有达到初中化学的要求。
二（二） 教师的教学理念陈旧、教学手段单一
授课的初三化学教师常认为气体压强学生在初二物理已经学习过，点到即可，无需多讲，教学中往往只要求学生记住实验现象和结论。另外，由于反复的练习和识记，部分因果关系学生虽然只囫囵吞枣式地接受，却也能用于大部分解题，这更让化学教师确定学生已经清楚
地掌握了气体压强知识。根据访谈，部分同学认为自己已经理解了测定氧气体积实验的原理，分析问题的方法却是教师给出的既定结论，无法用气体压强的变化来解释实验现象。由此可见，不恰当的教学方式也造成了学生学习上的困惑，当某实验有实验仪器或实验手段上的改进时，学生很难通过自身独立思考得出正确结论。
二（三） 学生将错误的或不合理的经验迁移到新知识的学习上
通过与学生的交流，发现学生存在这样一些错误认识：⑴认为气体受热体积膨胀是因为气体分子的体积变大。他们内心构建的解释是金属等固体物质的体积受热膨胀遇冷收缩，所以气体体积的膨胀就是气体分子的膨胀。⑵认为容器内气体减少导致气体的质量减少，根据公式G=mg推导出压力减小，再根据公式P=F/S，得出压强减小的结论。⑶认为某容器体积不变，温度升高，压强会变大的原因是容器内气体受热分子间间隔一定变大，所以需要膨胀，而该容器体积不变，所以导致压强变大。
由此可知，学生在学习中对气体压强产生的原因和影响因素有很大的误解，从学生分析来看，有这样几点原因：⑴、对初二物理学知识的学习原本就是错误的。⑵、将气体压强等同于固体或液体压强。⑶、不理解气体分子的微观运动从而不理解气体压强产生的微观原理。
建构主义知识观认为，知识不能精确地概括世界的法则，不能拿来便用，而是需要根据具体的情境进行再创造。学习者是以其自身的经验，包括从学校中接受的科学教育和生活中的日常经验，来理解和构建新的知识，如果这些知识本身不科学，那么构建的新知识就会存在错误。学生解释中犯的明显错误是将宏观压强的知识简单迁移到微观压强的知识中。
3 循序渐进，运用多种教学手段帮助学生突破困难
三（一） 立足本学科教材，寻求学科之间的互助
教师不能一味地依赖其它学科的教学，想当然地认为学生已经具备必须的知识储备，给本学科的教学制造困难。初三化学教师在教学设计过程中应该帮助学生建立科学的微粒观，既要关注教材的编排结构和新课程的教学目标又不能把教材当圣经，可以大胆地在教材之外寻求新的教学资源，灵活地、有创造性地组织教学。大部分初中化学教师在压强教学上有先天知识和后天经验上的欠缺，需要多与物理教师进行交流，了解学生的学习背景，加强自身气体压强知识的深度和广度。学生在初二物理已经学习了分子的特性，即分子间有间隔、分子处在永不停息的无规则运动等，在此基础上组织有效教学，不会有太多困难。
教师首先需要帮助学生理解气体分子微观运动与气体压强之间的关系：气体分子的运动规律是杂乱无章的，朝各个方向都有运动，可以到达封闭容器的任何位置，而气体分子运动是气体压强的产生源头。气体压强的微观实质是大量气体分子频繁碰撞器壁的统计结果，气体压强的大小就是单位时间内作用于单位面积的碰撞力的大小。由此可知，在相同条件下，气体分子密度越大或分子热运动的平均平动动能越大，单位时间内撞击单位面积的力就越大，压强就越大，反之则越小。
学生对气体压强有了基本认识，教师才能够进一步分析影响气体压强的各个因素。考虑到初三化学主要涉及到封闭空间内的气体压强变化，涉及到的基本是沸点较低的、接近理想气体的气体，如氢气、氧气、氮气等，教师备课时可以借鉴理想气体状态方程中各状态参数之间的函数关系。譬如，在空气中氧气含量测定实验中，燃烧前和燃烧后恢复室温时，容器体积没有变，温度没有变，但是气体分子数目减少，导致密度减少，因此容器内压强减小，打开止水夹大气压将水压进来，水的体积即填补了氧气的体积。若红磷点燃后伸入太慢，由于燃烧放热，使瓶内大量空气受热膨胀逸出，当容器塞好时，瓶内气体已大大减少，减少的不仅有消耗的氧气，还有部分空气，因此，当温度冷却至室温，进入的水体积远远大于氧气的体积。若未冷却至室温就打开止水夹，则此时温度比实验初始温度高，由于温度是分子热运动平均平动动能的标志，温度越高气体分子热运动越剧烈，动能越大，所以压强是比室温时偏大的，这样容器内外的压强差就小，进入水的体积就偏小，在此处解释时必须提醒学生注意控制变量，温度就是一个重要的变量，反应前后温度必须是一样的，在这个前提下再来比较压强的变化。对于装置气密性不好，许多学生理解为装置漏气，瓶内有空气泄露出去，最后进入水的体积偏大，实际上在冷却过程当中瓶内压强由于小于外界大气压强，瓶外的空气慢慢会渗透进来，填补氧气减少造成的分子减少，使瓶内外压强趋向一致，最后打开止水夹可能没有水进入，即便有，进入瓶内的水一定小于容器内空气体积的五分之一。
为了增强学生对气体压强的理解，教师还可以带入更多实例，比如装置气密性的检查，有时会通过针筒的推拉来检测，实际是由于推拉过程中封闭体系的体积发生增减，从而导致气体分子密度增减，进而导致了压强的变化。
三（二） 创设有效情境，使用形象化手段
气体分子无法用肉眼观察到，为了帮学生扫除障碍，真正领会气体分子运动与压强的关系，教师可以借助多媒体工具，用FLASH等工具形象地进行演示，也可以结合实际条件采用其它行之有效的方法。在解释进入水的体积等于减少的气体体积时可以借用空水杯，倒入一定体积的水，必然有相等体积的气体被排出，反之，排出气体的体积等于进入的水的体积。介绍气体分子产生压强的原理时，教师可以用拳头模拟气体分子在黑板壁上撞击，气体密度大小可以用单拳或双拳撞击的频率表示，温度改变导致分子运动动能改变可以用撞击的力度大小来表示。甚至可以设计生动的游戏请学生模拟分子运动及对容器壁的撞击，将学生带入气体压强“现场”，在“做中学”，发展学生的创造性，将知识内化，进行更有效的学习。
为了有效地实现教学目标，教师在微观粒子上的教学需要更多的情境化处理，将抽象的气体压强概念转变成具体的、形象的微观粒子运动情形，充分调动学生的想象力进行新知识的构建，学习过程中，教师与学生通过分析、归纳、演绎等方法来形成概念，使学生对气体压强的认识从感性进入理性，从形象上升为抽象，从而形成正确的科学概念。
可见，教师在教学中注意学科之间的交叉和衔接，注意与物理、生物等学科的融会贯通，帮助学生形成统一正确的科学观，不能总埋头在自己的一方小天地里。教师还应该多研究学生产生学习障碍的原因，在知识储备方面有哪些欠缺，思维方式上有哪些错误，教师本身的教学手段存在哪些不足，如何将各个障碍逐个击破，帮助学生解决困难。许多教师受课程标准要求或考试要求限制，会省略掉许多教学上的铺垫，这样也可能对学生理解知识造成困难，实际上，在学生理解能力范围内做一些必要的知识铺垫也是必备的一种教学手段。总而言之，教师要做一个善于思考的教育者，才能解决学生学习过程中产生的各种疑难杂症。
（作者：崔广瑾 无锡市凤翔实验学校）
参考文献：
⑴义务教育教科书 物理八年级下册 江苏科学技术出版社
⑵义务教育教科书 物理实验八年级下册 江苏科学技术出版社
⑶义务教育教科书 化学九年级上册 人民教育出版社
⑷义务教育 化学课程标准 2011年版 北京师范大学出版社
⑸王从戎 高中生气体压强概念微观理解的调查研究 广西师范大学 2006
⑹邓有超 教育解释学 教育科学出版社
来源：江苏省中小学教学研究室