初中生化學方程式前概念：深度探查與實踐變革一、引言1.1研究背景初中化學作為基礎教育的重要組成部分，是學生認識物質(zhì)世界、理解化學反應原理的啟蒙階段，對培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)、邏輯思維和實踐能力起著關鍵作用。初中階段，學生開始系統(tǒng)學習化學知識，從認識常見物質(zhì)的性質(zhì)和變化，到理解化學反應的本質(zhì)，逐步構建起化學學科的知識體系。這不僅為他們進一步深入學習化學打下基礎，也幫助他們更好地理解生活中的化學現(xiàn)象，培養(yǎng)對科學的興趣和探索精神?；瘜W方程式作為化學學科的重要語言，是初中化學教學的核心內(nèi)容之一，在整個化學知識體系中占據(jù)著舉足輕重的地位?；瘜W方程式以簡潔、準確的符號和化學式，表達了化學反應中物質(zhì)的變化和數(shù)量關系，是學生理解化學反應本質(zhì)、進行化學計算和解決化學問題的重要工具。掌握化學方程式，有助于學生深入理解化學反應的規(guī)律，提高化學學習的效率和質(zhì)量。例如，在學習氧氣的制取和性質(zhì)時，通過化學方程式，學生能夠清晰地了解反應物和生成物之間的關系，以及反應發(fā)生的條件，從而更好地掌握相關知識。同時，化學方程式也是中考化學的重點考查內(nèi)容，對學生的學業(yè)成績有著直接影響。學生在學習化學方程式之前，并非是一張白紙，他們在日常生活和以往的學習中，已經(jīng)積累了大量與化學相關的經(jīng)驗和認知，這些先入為主的觀念和想法，被稱為前概念。前概念對學生學習化學方程式既可能產(chǎn)生積極的促進作用，也可能帶來消極的阻礙影響。積極方面，一些正確的前概念能夠幫助學生更好地理解化學方程式的含義和應用，如學生在生活中對燃燒現(xiàn)象的觀察，有助于他們理解燃燒反應的化學方程式。消極方面，部分錯誤或模糊的前概念，如認為鹽就是食鹽、二氧化碳有毒等，會干擾學生對化學方程式的正確理解和掌握，導致學習困難和誤解。在學習酸堿中和反應的化學方程式時，如果學生對酸和堿的概念存在錯誤認知，就難以正確理解反應的本質(zhì)和化學方程式的書寫。因此，深入探查初中生在化學方程式學習前的前概念，了解其類型、特點和形成原因，并在此基礎上采取針對性的教學策略，幫助學生轉變錯誤前概念，構建科學的化學知識體系，對于提高初中化學教學質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。1.2研究目的與意義本研究旨在深入探查初中生在學習化學方程式之前所擁有的前概念，全面分析這些前概念的類型、特點及其形成原因，并基于此提出有效的教學策略，以促進學生對化學方程式的學習，提升初中化學教學質(zhì)量。具體而言，研究目的主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，系統(tǒng)地探查初中生化學方程式前概念的具體內(nèi)容。通過問卷調(diào)查、訪談、測試等多種研究方法，廣泛收集學生在化學方程式相關知識上的已有認知，包括對化學反應的理解、對物質(zhì)性質(zhì)的認識、對化學符號和化學式的理解等，從而全面了解學生的前概念狀況。其次，深入分析前概念的類型和特點。對收集到的前概念進行分類整理，探究其是正確的、錯誤的還是模糊的，并分析這些前概念的穩(wěn)定性、普遍性、隱蔽性等特點，以便更好地把握學生的認知狀態(tài)。再次，探究前概念的形成原因。從學生的生活經(jīng)驗、先前學習經(jīng)歷、認知發(fā)展水平、社會文化環(huán)境等多個角度，深入剖析前概念產(chǎn)生的根源，為后續(xù)教學策略的制定提供依據(jù)。最后，提出針對性的教學策略。根據(jù)前概念的特點和形成原因，結合初中化學教學實際，提出一系列有效的教學策略，幫助學生轉變錯誤前概念，建立科學的化學方程式知識體系，提高化學學習效果。本研究具有重要的理論和實踐意義。在理論方面，有助于豐富和完善化學教育領域關于前概念的研究成果，深化對學生化學學習認知規(guī)律的理解，為化學教學理論的發(fā)展提供實證依據(jù)。通過對初中生化學方程式前概念的深入研究，可以進一步揭示前概念在學生化學學習過程中的作用機制，為后續(xù)相關研究提供參考和借鑒。在實踐方面，對初中化學教學具有重要的指導意義。教師了解學生的前概念后，能夠更加準確地把握教學起點，優(yōu)化教學設計，提高教學的針對性和有效性。通過采取針對性的教學策略，幫助學生克服前概念的干擾，順利實現(xiàn)概念轉變，從而提高學生的化學學習成績和學習興趣，促進學生科學素養(yǎng)的提升。同時，本研究結果也可以為教材編寫者提供參考，使其在教材編寫過程中更加關注學生的前概念，優(yōu)化教材內(nèi)容和呈現(xiàn)方式，更好地滿足學生的學習需求。1.3研究方法與創(chuàng)新點本研究綜合運用多種研究方法，以確保研究的科學性、全面性和深入性。首先，采用文獻研究法，廣泛查閱國內(nèi)外關于前概念、化學方程式教學以及初中化學教學的相關文獻資料，梳理前人的研究成果和研究現(xiàn)狀，了解前概念的研究動態(tài)、化學方程式教學的方法和策略，為本研究提供理論基礎和研究思路。通過對文獻的分析，總結已有研究的不足和空白，明確本研究的切入點和重點，避免重復研究，確保研究的創(chuàng)新性和價值。其次，運用問卷調(diào)查法，設計專門的調(diào)查問卷，對初中生化學方程式前概念進行大規(guī)模的調(diào)查。問卷內(nèi)容涵蓋學生對化學反應、物質(zhì)性質(zhì)、化學符號等方面的認知，通過對大量學生的調(diào)查數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，了解學生前概念的普遍性和典型性，掌握學生在化學方程式學習前的整體認知水平和存在的問題。在問卷設計過程中，充分考慮學生的認知水平和答題能力，確保問題表述清晰、簡潔，易于理解和回答。同時，對問卷進行預測試和修訂，以提高問卷的信度和效度。再次，進行訪談研究，選取部分具有代表性的學生和教師進行面對面的訪談。與學生的訪談，旨在深入了解他們對化學方程式相關概念的理解、思考方式以及形成前概念的原因，獲取學生內(nèi)心真實的想法和觀點。與教師的訪談，則主要了解教師在教學過程中對學生前概念的認識、教學方法的運用以及遇到的問題和困惑，從教師的角度為研究提供參考和建議。訪談過程中，采用半結構化訪談方式，靈活調(diào)整問題，引導訪談對象充分表達自己的意見和看法，并做好詳細的訪談記錄。此外，開展對照實驗研究，選取兩個或多個具有相似學情的班級，將其分為實驗組和對照組。在實驗組采用基于前概念的教學策略進行教學，對照組則采用傳統(tǒng)教學方法進行教學。通過對兩組學生在化學方程式學習后的成績、學習態(tài)度、學習興趣等方面進行對比分析，評估基于前概念的教學策略的有效性和優(yōu)勢。在實驗過程中，嚴格控制實驗變量，確保實驗條件的一致性，以提高實驗結果的可靠性和說服力。本研究的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是構建了系統(tǒng)的基于前概念的初中化學方程式教學策略體系。在深入分析初中生化學方程式前概念的基礎上，從教學目標設定、教學內(nèi)容組織、教學方法選擇、教學評價設計等多個維度，提出了一套完整的教學策略，為初中化學教師提供了具有可操作性的教學指導。二是注重多種研究方法的綜合運用。將文獻研究、問卷調(diào)查、訪談、對照實驗等多種方法有機結合，從不同角度、不同層面深入探究初中生化學方程式前概念，使研究結果更加全面、準確、可靠。三是關注學生的個體差異和認知特點。在研究過程中，充分考慮學生的個體差異，如學習能力、興趣愛好、認知風格等，針對不同類型的學生提出個性化的教學建議，以滿足學生的多樣化學習需求，提高教學的針對性和有效性。二、理論基礎與研究現(xiàn)狀2.1前概念相關理論2.1.1前概念的定義與特點前概念，即前科學概念，是個體在接受正式科學教育之前，通過日常生活中的觀察、體驗、思考，以及與周圍環(huán)境的互動，逐步形成的對事物或現(xiàn)象的認知與理解。這種認知往往基于個人的感性經(jīng)驗，尚未經(jīng)過系統(tǒng)的科學驗證與理論化，具有一定的局限性。例如，在日常生活中，學生觀察到金屬在常溫下通常是固態(tài)，且質(zhì)地堅硬，從而形成“金屬都是固態(tài)且堅硬”的前概念。然而，當他們接觸到汞這種液態(tài)金屬時，便會發(fā)現(xiàn)自己原有的認知存在偏差。前概念的形成受到多種因素的影響，包括生活環(huán)境、文化背景、家庭氛圍以及個人經(jīng)歷等。不同的個體由于生活軌跡的差異，所形成的前概念也各具特色。前概念具有普遍性，學生在接觸正式科學教育之前，已經(jīng)通過各種途徑積累了豐富的生活經(jīng)驗，這些經(jīng)驗涉及到物理、化學、生物等多個自然科學領域，使得前概念廣泛存在于各個層次的學生之中。無論是城市學生還是農(nóng)村學生，無論是學習成績優(yōu)秀的學生還是學習成績相對較差的學生，都不可避免地擁有自己的前概念。在日常生活中，學生對物體的運動、力的作用、物質(zhì)的變化等現(xiàn)象都有自己的初步認識，這些認識構成了他們的前概念。前概念具有隱蔽性，它常常隱藏在學生的思維深處，不易被察覺。學生在運用前概念進行思考和判斷時，往往是下意識的，甚至自己都沒有意識到這些觀念的存在。只有在面對具體問題或?qū)W習相關科學知識時，前概念才會被激活并表現(xiàn)出來。在學習化學中物質(zhì)的變化時，學生可能會根據(jù)日常生活中對水的蒸發(fā)、木材的燃燒等現(xiàn)象的觀察，形成對物理變化和化學變化的前概念。但在學習相關概念之前，他們可能并沒有清晰地意識到自己已經(jīng)存在這些觀念。前概念還具有頑固性，它是學生長期經(jīng)驗積累的結果，在學生頭腦中印象深刻，可謂根深蒂固。一旦形成，前概念便會對學生的思維方式和認知模式產(chǎn)生深遠的影響，使得學生在面對與前概念相悖的科學知識時，難以輕易接受和理解。即使經(jīng)過科學教學的糾正，學生在遇到類似問題時，仍可能不自覺地運用前概念進行解釋。例如，學生在生活中觀察到物體的運動需要力的作用，一旦力消失，物體就會停止運動，從而形成“力是維持物體運動的原因”的前概念。在學習牛頓第一定律時，盡管教師反復講解物體在不受外力作用時也能保持勻速直線運動狀態(tài)，但學生仍然很難擺脫原有前概念的束縛，對這一定律的理解和應用存在困難。前概念具有差異性，由于學生的生活經(jīng)歷、認知水平、思維方式以及興趣愛好等各不相同，他們所形成的前概念也存在顯著的個體差異。不同學生對同一事物或現(xiàn)象的理解和解釋可能大相徑庭，這使得前概念呈現(xiàn)出多樣化的特點。在學習化學元素時，有的學生可能因為日常生活中對鐵、銅等常見金屬的熟悉，而對金屬元素有更深入的了解；而有的學生可能因為對植物生長的關注，對氮、磷、鉀等元素更為熟悉。這種個體差異要求教師在教學過程中要充分關注每個學生的獨特性，因材施教，以滿足不同學生的學習需求。2.1.2前概念對學習的影響機制前概念對新知識學習的影響具有雙重性，既可能產(chǎn)生積極的促進作用，也可能帶來消極的干擾影響。當學生原有的前概念與新知識在本質(zhì)上相一致或具有一定的關聯(lián)性時，前概念能夠為新知識的學習提供基礎和支撐，幫助學生更好地理解和掌握新知識。學生在生活中對燃燒現(xiàn)象有一定的觀察和體驗，形成了“燃燒需要氧氣”的前概念。在學習化學中燃燒的條件時，這一前概念能夠使學生更容易理解和接受“可燃物與氧氣接觸是燃燒的必要條件之一”這一知識點。前概念還可以激發(fā)學生的學習興趣和好奇心，促使他們主動探索新知識。當學生發(fā)現(xiàn)自己已有的前概念與新知識之間存在差異時，會產(chǎn)生認知沖突，這種沖突能夠激發(fā)他們的求知欲，促使他們積極思考，努力尋找答案。然而，當學生的前概念與科學概念存在偏差甚至相悖時，就會對新知識的學習產(chǎn)生干擾和阻礙。錯誤的前概念會使學生對新知識產(chǎn)生誤解，導致他們在理解和應用新知識時出現(xiàn)困難。學生在日常生活中可能會認為“鹽就是食鹽”，這種錯誤的前概念會影響他們對化學中鹽類概念的理解，使他們難以接受“由金屬離子（或銨根離子）和酸根離子組成的化合物都是鹽”這一科學定義。錯誤的前概念還可能形成思維定勢，限制學生的思維發(fā)展，使他們難以從科學的角度去思考問題。在學習化學方程式時，如果學生受到“物質(zhì)的質(zhì)量在化學反應前后一定會發(fā)生變化”這一錯誤前概念的影響，就很難理解質(zhì)量守恒定律，從而無法正確書寫和應用化學方程式。2.2化學方程式教學相關理論2.2.1化學方程式的教學目標與內(nèi)容在初中化學教學中，化學方程式的教學目標涵蓋知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個維度，旨在全面提升學生的化學素養(yǎng)。在知識與技能方面，要求學生理解化學方程式的定義和意義，明確其不僅能表示反應物、生成物和反應條件，還能體現(xiàn)各物質(zhì)之間的質(zhì)量關系和微粒數(shù)目關系。學生需要熟練掌握常見化學反應的化學方程式書寫，包括正確寫出反應物和生成物的化學式、配平化學方程式以及準確標注反應條件和生成物的狀態(tài)。在學習氧氣的實驗室制取時，學生要能夠正確書寫過氧化氫分解、氯酸鉀受熱分解、高錳酸鉀受熱分解等化學方程式，清晰地表達出反應的物質(zhì)和條件。在過程與方法維度，通過化學方程式的教學，培養(yǎng)學生運用化學符號和語言進行表達和交流的能力，使其學會從微觀和宏觀兩個角度理解化學反應。學生能夠根據(jù)化學方程式進行簡單的計算，如已知反應物的質(zhì)量求生成物的質(zhì)量，或已知生成物的質(zhì)量求反應物的質(zhì)量，從而掌握化學定量分析的基本方法。在教學過程中，引導學生通過分析、歸納、總結等思維活動，理解化學方程式的書寫規(guī)則和計算原理，提高邏輯思維能力和解決問題的能力。在情感態(tài)度與價值觀方面，通過化學方程式的學習，讓學生感受化學學科的簡潔美和嚴謹性，體會化學知識在生產(chǎn)、生活中的廣泛應用，激發(fā)學生學習化學的興趣和積極性。培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，在書寫化學方程式時，嚴格遵循客觀事實，不隨意編造化學式和反應。在學習燃燒反應的化學方程式時，引導學生了解燃燒在生活中的應用，如燃料的燃燒提供能量，同時也要關注燃燒帶來的環(huán)境問題，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識和社會責任感?；瘜W方程式的教學內(nèi)容豐富多樣，包括化學方程式的書寫、配平以及應用。書寫化學方程式是教學的基礎，學生需要掌握化學式的正確書寫方法，了解常見元素的化合價，根據(jù)化學反應的事實寫出反應物和生成物的化學式。在書寫氫氣燃燒的化學方程式時，學生要知道氫氣和氧氣的化學式分別為H_2和O_2，反應生成水，化學式為H_2O。配平化學方程式是教學的重點和難點，要求學生運用最小公倍數(shù)法、奇數(shù)配偶法等方法，使方程式兩邊各元素的原子數(shù)目相等，遵循質(zhì)量守恒定律。對于較復雜的化學方程式，如乙醇燃燒的化學方程式C_2H_5OH+3O_2\stackrel{點燃}{=\!=\!=}2CO_2+3H_2O，學生需要通過分析各元素的原子數(shù)目，找到合適的化學計量數(shù)進行配平?；瘜W方程式的應用主要體現(xiàn)在化學計算和對化學反應的理解上，學生要能夠根據(jù)化學方程式進行有關反應物和生成物質(zhì)量的計算，解決實際問題，如計算制取一定量氧氣所需過氧化氫的質(zhì)量。通過化學方程式，學生還能深入理解化學反應的本質(zhì)，如反應的類型、反應的條件對反應的影響等。2.2.2有效教學策略的理論依據(jù)建構主義理論認為，學習是學生主動建構知識的過程，而不是被動地接受知識。學生在學習化學方程式時，并非是對教師所傳授知識的簡單復制，而是基于已有的前概念和經(jīng)驗，通過與新知識的相互作用，構建自己對化學方程式的理解。在學習化學方程式的書寫時，學生已有的對物質(zhì)的認識和化學反應的經(jīng)驗，會影響他們對化學方程式的理解和書寫。如果學生之前對某些物質(zhì)的化學式存在錯誤的認知，那么在書寫化學方程式時就容易出現(xiàn)錯誤。因此，教師在教學中應充分關注學生的前概念，創(chuàng)設情境，引導學生通過自主探究、合作學習等方式，發(fā)現(xiàn)自己原有認知與新知識之間的差異，引發(fā)認知沖突，從而主動調(diào)整和完善自己的認知結構，實現(xiàn)對化學方程式的正確理解和掌握。教師可以通過展示一些有趣的化學反應實驗，讓學生觀察反應現(xiàn)象，然后嘗試用化學方程式來表示反應，在這個過程中，學生可能會發(fā)現(xiàn)自己的理解與實際情況存在差異，進而激發(fā)他們進一步探究的欲望。認知負荷理論強調(diào)，在教學過程中，要合理控制學生的認知負荷，避免因負荷過高而導致學習效果不佳?；瘜W方程式的學習涉及到大量的符號、概念和規(guī)則，對學生的認知能力提出了較高的要求。如果教師在教學中一次性呈現(xiàn)過多的信息，或者教學內(nèi)容的組織缺乏邏輯性，就會增加學生的認知負荷，使學生感到學習困難。因此，教師應根據(jù)學生的認知水平和學習能力，合理安排教學內(nèi)容和教學順序，采用簡潔明了的教學方法和手段，幫助學生減輕認知負擔。在講解化學方程式的配平方法時，教師可以先從簡單的例子入手，逐步引導學生掌握配平的技巧，而不是一開始就講解復雜的配平方法。教師還可以運用多媒體教學工具，將抽象的化學概念和反應過程直觀地展示給學生，降低學生的認知難度。2.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外對前概念的研究起步較早，在20世紀70年代，就有學者開始關注學生在科學學習中的前概念。經(jīng)過多年的發(fā)展，國外在前概念的理論研究方面取得了豐碩的成果，對前概念的定義、特點、形成機制以及對學習的影響等方面進行了深入探討。研究發(fā)現(xiàn)，學生在物理、化學、生物等學科學習中普遍存在前概念，這些前概念對學生的學習既有積極影響，也有消極影響。在化學學科中，學生對物質(zhì)的性質(zhì)、化學反應的本質(zhì)等方面存在各種前概念，這些前概念會影響他們對化學知識的理解和掌握。在化學方程式教學研究方面，國外學者注重教學方法和策略的創(chuàng)新，強調(diào)以學生為中心，關注學生的認知發(fā)展和學習需求。通過實驗研究和教學實踐，提出了多種有效的教學方法，如探究式教學、合作學習、概念轉變教學等，旨在幫助學生更好地理解化學方程式的意義和應用，提高學生的學習效果。一些研究還關注了信息技術在化學方程式教學中的應用，通過多媒體教學、虛擬實驗等手段，增強教學的直觀性和趣味性，促進學生對化學方程式的學習。國內(nèi)對前概念的研究相對較晚，但近年來發(fā)展迅速。國內(nèi)學者在借鑒國外研究成果的基礎上，結合我國教育實際，對前概念進行了大量的實證研究，深入探查了學生在不同學科、不同年級的前概念情況，并提出了相應的教學策略。在化學學科中，研究發(fā)現(xiàn)初中生在化學方程式學習前存在諸多前概念，如對化學反應的條件、物質(zhì)的化學式、化學方程式的配平等方面存在錯誤理解。這些前概念的形成與學生的生活經(jīng)驗、先前學習經(jīng)歷、教材內(nèi)容等因素密切相關。在化學方程式教學研究方面，國內(nèi)學者主要圍繞教學目標的達成、教學方法的改進、教學資源的開發(fā)等方面展開研究。強調(diào)通過優(yōu)化教學設計，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的參與度，幫助學生掌握化學方程式的書寫和應用。一些研究還關注了化學方程式教學與實際生活的聯(lián)系，通過引入生活中的化學現(xiàn)象和問題，讓學生感受到化學方程式的實用性，增強學生的學習動力。然而，目前國內(nèi)外關于初中生化學方程式前概念的研究仍存在一些不足。一方面，對初中生化學方程式前概念的系統(tǒng)研究相對較少，現(xiàn)有的研究大多只是零散地涉及到部分前概念，缺乏全面、深入的探查和分析。另一方面，針對初中生化學方程式前概念的教學策略研究還不夠完善，雖然提出了一些教學建議，但在實際教學中的可操作性和有效性還有待進一步驗證。此外，對前概念的形成原因和影響機制的研究還不夠深入，需要進一步加強理論和實證研究。三、初中生化學方程式前概念的探查設計3.1研究工具的開發(fā)3.1.1問卷設計原則與思路為了全面、準確地探查初中生化學方程式前概念，本研究精心設計了調(diào)查問卷，嚴格遵循科學性、針對性、全面性等原則。科學性原則是問卷設計的基石，在問題的表述上，力求清晰、簡潔、無歧義，避免使用過于專業(yè)或生僻的詞匯，確保學生能夠準確理解題意。在詢問學生對化學反應中物質(zhì)變化的理解時，采用通俗易懂的語言描述問題，如“在燃燒木頭的過程中，你認為木頭變成了什么物質(zhì)？”，而非使用專業(yè)術語。同時，對問卷的結構進行精心編排，按照從易到難、從具體到抽象的順序組織問題，符合學生的認知規(guī)律。先詢問學生對日常生活中常見化學反應的認識，再逐步深入到對化學方程式相關概念的理解。在問卷設計完成后，進行了嚴格的預測試和信效度檢驗，對預測試的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，計算問卷的信度系數(shù)，確保問卷的可靠性。通過專家評審和學生反饋，對問卷內(nèi)容進行調(diào)整和完善，提高問卷的效度。針對性原則要求問卷緊密圍繞研究目的，聚焦于初中生化學方程式前概念的相關內(nèi)容。從化學反應的基本概念、物質(zhì)的性質(zhì)與變化、化學符號與化學式、化學方程式的含義與書寫等多個維度設計問題，全面涵蓋化學方程式學習所需的基礎知識和關鍵概念。設置問題“你認為化學反應一定需要加熱才能發(fā)生嗎？”，以了解學生對化學反應條件的認知；詢問“你能寫出水的化學式嗎？”，考查學生對常見物質(zhì)化學式的掌握情況。通過這些針對性的問題，能夠準確獲取學生在化學方程式前概念方面的具體信息，為后續(xù)研究提供有力支持。全面性原則強調(diào)問卷內(nèi)容的完整性，盡可能覆蓋學生在化學方程式學習前可能形成的各種前概念。不僅關注學生對化學知識的認知，還考慮到學生的生活經(jīng)驗、學習習慣、思維方式等因素對前概念形成的影響。在問卷中設置關于學生日常生活中對化學現(xiàn)象觀察和思考的問題，如“你在生活中觀察到哪些物質(zhì)的變化？你認為這些變化是化學變化嗎？”，以了解學生的生活經(jīng)驗對化學前概念的影響。還詢問學生在學習化學過程中的困難和困惑，以及對化學學習的興趣和態(tài)度，從多個角度全面了解學生的前概念狀況。在設計問卷時，首先進行了深入的文獻研究，廣泛查閱國內(nèi)外相關文獻，了解前人在化學前概念研究方面的成果和方法，為問卷設計提供理論依據(jù)和參考。結合初中化學教材的內(nèi)容和教學大綱的要求，確定問卷的核心內(nèi)容和重點問題。參考教材中關于化學方程式的章節(jié)，梳理出學生需要掌握的知識點和可能存在的前概念，以此為基礎設計問題。還與初中化學教師進行交流，了解他們在教學過程中發(fā)現(xiàn)的學生在化學方程式學習方面的常見問題和錯誤理解，將這些實際教學中的問題融入問卷設計中。通過多方面的信息收集和分析，確保問卷能夠全面、準確地探查初中生化學方程式前概念。3.1.2訪談提綱的制定訪談提綱是深入了解學生化學方程式前概念的重要工具，為了確保訪談的有效性和針對性，本研究制定了詳細的訪談提綱。訪談提綱涵蓋了多個方面的問題，包括學生對化學方程式相關概念的理解、形成前概念的原因、學習化學的興趣和方法等。通過這些問題，旨在全面挖掘?qū)W生內(nèi)心深處的想法和觀點，深入探究他們化學方程式前概念的形成機制和影響因素。在學生對化學方程式相關概念的理解方面，設置了一系列開放性問題，如“你認為化學方程式是什么？它有什么作用？”“在你看來，化學方程式中各物質(zhì)的化學式代表什么意義？”等。這些問題能夠引導學生充分表達自己的理解，展現(xiàn)他們對化學方程式概念的認知水平和思維方式。通過學生的回答，可以了解他們是否真正理解化學方程式的本質(zhì)，以及存在哪些誤解和偏差。如果學生認為化學方程式只是簡單地記錄化學反應的式子，而沒有認識到它所蘊含的物質(zhì)變化和數(shù)量關系，就表明他們對化學方程式的理解存在不足。為了探究學生前概念的形成原因，訪談提綱中詢問了學生的生活經(jīng)歷、學習背景和社會環(huán)境等方面的問題。例如，“你在生活中有沒有觀察到一些與化學相關的現(xiàn)象？這些現(xiàn)象對你理解化學知識有什么影響？”“在學習化學之前，你從哪些渠道了解過化學知識？”。通過這些問題，可以了解學生的生活經(jīng)驗、家庭環(huán)境、媒體信息等因素對他們化學前概念形成的影響。如果學生經(jīng)常接觸到一些與化學相關的科普節(jié)目或讀物，可能會形成一些較為科學的前概念；而如果他們的生活環(huán)境中存在一些對化學知識的錯誤認知，可能會導致錯誤前概念的形成。訪談提綱還關注了學生學習化學的興趣和方法，了解他們在學習過程中的態(tài)度和策略。例如，“你喜歡學習化學嗎？為什么？”“你在學習化學時，通常會采用哪些方法？”。學生的學習興趣和方法會影響他們對化學知識的接受程度和學習效果，進而影響前概念的形成和轉變。對化學感興趣的學生可能會更主動地探索化學知識，形成更準確的前概念；而采用死記硬背方法學習化學的學生，可能會對知識的理解不夠深入，容易形成錯誤的前概念。在制定訪談提綱時，充分考慮了訪談的目的和對象，采用了開放性和引導性相結合的問題形式。開放性問題能夠讓學生自由表達自己的觀點，避免受到固定答案的限制；引導性問題則可以在學生回答不完整或偏離主題時，引導他們深入思考和回答。在訪談過程中，根據(jù)學生的回答情況，靈活調(diào)整問題的順序和內(nèi)容，確保訪談的順利進行和信息的有效獲取。3.2研究對象的選取為了確保研究結果的代表性和可靠性，本研究選取了[具體城市]的多所初中學校作為研究對象。這些學校涵蓋了城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同區(qū)域，且在教學質(zhì)量、師資力量、學生生源等方面存在一定差異，能夠較為全面地反映初中生的整體水平。在學校類型上，既有重點初中，也有普通初中，不同層次的學校為研究提供了豐富的樣本。重點初中的學生基礎相對較好，學習能力較強，在化學學習方面可能有更深入的思考和理解；而普通初中的學生則具有更廣泛的代表性，他們在學習過程中可能面臨更多的困難和問題，更能體現(xiàn)出初中生化學方程式前概念的多樣性。在每所學校中，隨機抽取了不同年級的班級，涵蓋了初二年級和初三年級。初二年級學生剛剛開始接觸化學課程，對化學知識的了解相對較少，但他們在日常生活中積累的經(jīng)驗和認知已經(jīng)對化學學習產(chǎn)生了影響，此時他們的前概念處于初步形成階段。初三年級學生經(jīng)過一年的化學學習，對化學知識有了一定的掌握，但在學習化學方程式時，仍然會受到原有前概念的干擾，他們的前概念更加復雜和多樣化。通過對不同年級學生的研究，可以了解前概念在學生化學學習過程中的發(fā)展變化規(guī)律。在班級的選擇上，兼顧了不同層次的班級，包括實驗班、普通班和基礎班。實驗班學生通常具有較高的學習積極性和學習能力，他們在學習過程中可能會形成一些獨特的前概念；普通班學生的學習情況較為平均，能夠代表大多數(shù)學生的水平；基礎班學生在學習上可能存在一定的困難，他們的前概念可能更加模糊和不準確。不同層次班級的學生在學習風格、知識儲備和思維方式等方面存在差異，這有助于全面了解初中生化學方程式前概念的特點和分布情況。最終，本研究共選取了[X]所初中學校，[X]個班級，[X]名學生作為研究對象。其中，初二年級[X]個班級，[X]名學生；初三年級[X]個班級，[X]名學生。在每個班級中，通過隨機抽樣的方式，選取部分學生進行問卷調(diào)查和訪談，確保樣本的隨機性和代表性。同時，為了保證研究的科學性和嚴謹性，對參與研究的學生和教師進行了詳細的說明和培訓，使其了解研究的目的、方法和要求，積極配合研究工作的開展。3.3數(shù)據(jù)收集與分析方法在數(shù)據(jù)收集階段，首先進行問卷調(diào)查的發(fā)放與回收。在選定的[X]所初中學校中，由經(jīng)過培訓的研究人員深入各個班級，向?qū)W生現(xiàn)場發(fā)放調(diào)查問卷。在發(fā)放過程中，研究人員向?qū)W生詳細說明調(diào)查的目的、要求和注意事項，強調(diào)問卷填寫的重要性和保密性，以消除學生的顧慮，確保他們能夠真實、準確地填寫問卷。問卷發(fā)放時間選擇在學生正常的課堂時間，確保學生有足夠的時間認真作答，避免因時間倉促而影響問卷質(zhì)量。問卷發(fā)放后，當場回收，以保證問卷的回收率。對于因特殊原因未能當場填寫問卷的學生，通過課后補填的方式進行收集，確保問卷覆蓋到每一位參與研究的學生。最終，共發(fā)放問卷[X]份，回收有效問卷[X]份，有效回收率達到[X]%。訪談數(shù)據(jù)的收集則是在問卷回收之后，根據(jù)問卷結果篩選出具有代表性的學生和教師進行訪談。在學生方面，選取在問卷中表現(xiàn)出典型前概念的學生，包括對化學方程式相關概念理解正確、錯誤或模糊的學生，以全面了解不同類型前概念的形成原因和學生的思維過程。在教師方面，選擇具有豐富教學經(jīng)驗和不同教學風格的化學教師進行訪談，以獲取教師在教學過程中對學生前概念的認識和教學方法的運用情況。訪談采用面對面的方式進行，在安靜、舒適的環(huán)境中進行，以確保訪談對象能夠放松心情，充分表達自己的觀點和想法。訪談過程中，訪談者嚴格按照訪談提綱進行提問，同時根據(jù)訪談對象的回答情況，靈活調(diào)整問題的順序和內(nèi)容，引導訪談對象深入探討相關問題。訪談全程進行錄音，以便后續(xù)對訪談內(nèi)容進行詳細的整理和分析。每次訪談時間控制在30-60分鐘，確保能夠獲取充分、有價值的信息。對于收集到的問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，運用SPSS統(tǒng)計分析軟件進行分析。首先進行描述性統(tǒng)計分析，計算各項問題的均值、標準差、頻數(shù)和百分比等統(tǒng)計量，以了解學生在化學方程式前概念各個維度上的整體認知水平和分布情況。對于“你認為化學反應前后物質(zhì)的總質(zhì)量會發(fā)生變化嗎？”這一問題，通過計算選擇不同答案的學生人數(shù)占比，了解學生對質(zhì)量守恒定律的認知程度。然后進行相關性分析，探討不同變量之間的關系，如學生的學習成績與化學方程式前概念之間的相關性，以及學生的生活經(jīng)驗與前概念形成之間的關系。通過相關性分析，可以找出影響學生化學方程式前概念的相關因素，為后續(xù)研究提供依據(jù)。還進行差異性檢驗，比較不同年級、不同班級學生之間前概念的差異，以及實驗組和對照組學生在教學前后前概念的變化差異，以評估教學策略的有效性。在訪談數(shù)據(jù)的分析上，采用主題分析法。首先將訪談錄音逐字逐句地轉錄為文本，確保轉錄內(nèi)容的準確性和完整性。然后對文本進行反復閱讀，熟悉訪談內(nèi)容，初步確定文本中出現(xiàn)的主題和概念。將相關的文本片段進行分類和編碼，歸納到相應的主題下。對每個主題進行深入分析，挖掘主題背后的含義和深層原因，總結學生和教師在化學方程式前概念方面的觀點、態(tài)度和建議。在學生對化學方程式意義的理解這一主題下，分析學生的回答，找出他們對化學方程式意義理解的偏差和正確之處，以及形成這些理解的原因。通過主題分析法，能夠從訪談數(shù)據(jù)中提取出有價值的信息，深入了解初中生化學方程式前概念的形成機制和影響因素。四、初中生化學方程式前概念的探查結果與分析4.1學生化學方程式前概念的具體表現(xiàn)4.1.1對化學方程式基本概念的認知在對化學方程式基本概念的理解上，不少學生存在一定偏差。約[X]%的學生認為化學方程式只是簡單地將反應物和生成物用符號連接起來，未能充分理解其蘊含的質(zhì)量守恒定律以及各物質(zhì)之間的定量關系。部分學生在回答“化學方程式的意義”這一問題時，僅能說出表示反應物和生成物，而對于各物質(zhì)之間的質(zhì)量比、粒子數(shù)目比等關鍵意義則表述不清。有學生認為“化學方程式就是把反應的東西寫出來，沒什么特別的意義”，這表明他們對化學方程式的理解僅停留在表面，缺乏對其深層內(nèi)涵的認識。還有部分學生將化學方程式與數(shù)學方程式相混淆，認為化學方程式也可以像數(shù)學方程式一樣進行移項和運算。在訪談中，有學生表示“我覺得化學方程式和數(shù)學方程式差不多，左邊的物質(zhì)可以移到右邊，右邊的也能移到左邊”，這種錯誤認知源于學生對化學學科特點的不了解，沒有認識到化學方程式所代表的化學反應是具有方向性和特定條件的。4.1.2化學方程式書寫規(guī)則的認知在化學方程式書寫規(guī)則方面，學生存在較多錯誤認知。約[X]%的學生在化學式書寫上存在問題，常常出現(xiàn)元素符號大小寫錯誤、原子個數(shù)標注錯誤等情況。將氧化鎂的化學式寫成“MgO2”，把二氧化碳的化學式寫成“Co2”。這些錯誤反映出學生對元素符號和化學式的書寫規(guī)范掌握不扎實，對元素的化合價和原子間的結合方式理解不夠深入。在配平化學方程式時，約[X]%的學生存在困難，無法正確運用最小公倍數(shù)法、奇數(shù)配偶法等配平方法，導致方程式兩邊原子數(shù)目不相等。在書寫氫氣燃燒的化學方程式時，寫成“H2+O2=H2O”，沒有進行配平，違背了質(zhì)量守恒定律。學生在配平過程中出現(xiàn)錯誤，一方面是對配平方法的理解和運用不夠熟練，另一方面也反映出他們對化學反應中原子守恒的本質(zhì)認識不足。在反應條件標注上，約[X]%的學生存在漏標、錯標的問題。在書寫加熱高錳酸鉀制取氧氣的化學方程式時，忘記標注“△”這一反應條件；或者將點燃和加熱的條件混淆，如將碳在氧氣中燃燒的反應條件寫成“加熱”。反應條件是化學反應發(fā)生的重要因素，學生對反應條件的忽視或錯誤標注，表明他們對化學反應的具體情境和要求理解不夠準確。4.1.3化學方程式計算的認知在化學方程式計算方面，學生主要存在對量的關系理解不清晰以及計算步驟和方法不規(guī)范的問題。約[X]%的學生在根據(jù)化學方程式進行計算時，不能準確理解各物質(zhì)之間的質(zhì)量比，導致計算結果錯誤。在計算氫氣與氧氣反應生成水的質(zhì)量時，學生可能會錯誤地認為氫氣和氧氣的質(zhì)量比是1:1，而不是1:8。這種對量的關系的錯誤理解，使得學生在進行化學計算時無法得出正確的結果，影響了他們對化學知識的應用和理解。在計算步驟和方法上，約[X]%的學生存在不規(guī)范的情況，如不寫解設、不列出比例式、計算結果不寫單位等。有些學生在計算過程中步驟過于簡略，直接寫出答案，沒有展示出完整的計算思路。這些問題反映出學生在化學計算方面缺乏嚴謹?shù)乃季S和規(guī)范的答題習慣，不利于他們準確地解決化學問題和提高化學學習成績。4.2化學方程式前概念的影響因素4.2.1日常生活經(jīng)驗的影響學生在日常生活中通過觀察、體驗和實踐，積累了大量與化學相關的經(jīng)驗，這些經(jīng)驗在一定程度上塑造了他們對化學知識的初步認知，進而形成化學方程式前概念。日常生活中，學生經(jīng)常接觸到水的蒸發(fā)、木材的燃燒、鐵制品生銹等現(xiàn)象，這些直觀的感受使他們對物質(zhì)的變化有了自己的理解。他們可能會認為水蒸發(fā)變成水蒸氣是一種簡單的形態(tài)改變，沒有新物質(zhì)生成，這與物理變化的概念相符；而木材燃燒會產(chǎn)生灰燼和煙霧，他們能直觀地感覺到有新物質(zhì)產(chǎn)生，從而形成化學變化的概念。這種基于生活經(jīng)驗的認知，為他們理解化學變化的本質(zhì)和化學方程式的意義奠定了一定的基礎。然而，生活經(jīng)驗并不總是準確無誤的，其中一些錯誤的認知會誤導學生對化學方程式的學習。在日常生活中，學生可能會看到“燃燒”這一現(xiàn)象，從而形成“燃燒一定需要氧氣”的前概念。在學習化學方程式時，他們會將這一概念應用到所有燃燒反應的方程式書寫中，忽略了一些特殊的燃燒反應，如鎂在二氧化碳中燃燒。這個反應的化學方程式為2Mg+CO_2\stackrel{點燃}{=\!=\!=}2MgO+C，它表明燃燒并不一定需要氧氣。學生如果受到錯誤生活經(jīng)驗的影響，就很難理解這個化學方程式的含義，也無法正確書寫類似的燃燒反應方程式。再如，學生在生活中常聽到“鹽”這個詞，多數(shù)情況下指的是食鹽（氯化鈉），這就容易讓他們形成“鹽就是食鹽”的錯誤前概念。在學習化學方程式時，當涉及到鹽類的反應，如碳酸鈉與鹽酸的反應Na_2CO_3+2HCl=2NaCl+H_2O+CO_2↑，他們可能會因為對鹽的概念理解狹隘，而無法準確理解這個化學方程式中鹽的含義和反應的本質(zhì)。4.2.2先前知識學習的影響學生在學習化學方程式之前，已經(jīng)學習了一些物理知識和化學基礎知識，這些先前知識對他們學習化學方程式既可能產(chǎn)生積極的正遷移作用，也可能帶來消極的負遷移影響。在物理學科中，學生學習了質(zhì)量、體積、密度等概念，以及物質(zhì)的三態(tài)變化等知識。這些知識與化學方程式中的某些概念是相關的，如質(zhì)量守恒定律與物理中的質(zhì)量概念密切相關。學生在物理學習中對質(zhì)量的理解，有助于他們理解化學方程式中反應物和生成物的質(zhì)量關系，從而更好地掌握化學方程式的書寫和計算。在學習氫氣與氧氣反應生成水的化學方程式2H_2+O_2\stackrel{點燃}{=\!=\!=}2H_2O時，學生可以根據(jù)物理中質(zhì)量守恒的概念，理解反應前后物質(zhì)的總質(zhì)量不變，進而理解化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)與質(zhì)量之間的關系。然而，先前知識中的一些概念和思維方式也可能對化學方程式的學習產(chǎn)生負遷移。在物理學習中，學生習慣了用數(shù)學公式進行計算，這種思維方式可能會遷移到化學方程式的學習中，導致他們將化學方程式簡單地看作是數(shù)學方程式，忽略了化學方程式所代表的化學反應的本質(zhì)。在學習化學方程式的配平時，學生可能會試圖用數(shù)學中的等式變形方法來配平化學方程式，而沒有從化學反應中原子守恒的角度去理解和思考。他們可能會在配平過程中隨意改變化學式中原子的角標，以達到方程式兩邊原子數(shù)目相等的目的，這顯然是錯誤的。如在配平鐵與氧氣反應生成四氧化三鐵的化學方程式時，學生可能會錯誤地寫成Fe_3+O_4\stackrel{點燃}{=\!=\!=}Fe_3O_4，而正確的配平方法應該是3Fe+2O_2\stackrel{點燃}{=\!=\!=}Fe_3O_4。在化學基礎知識方面，學生之前學習的元素符號、化學式、化學反應類型等知識，對化學方程式的學習也有著重要影響。如果學生對元素符號和化學式的書寫掌握不扎實，就會在書寫化學方程式時出現(xiàn)錯誤。將氧化鎂的化學式寫成“MgO2”，把二氧化碳的化學式寫成“Co2”，這會導致化學方程式的書寫錯誤，無法準確表達化學反應。對化學反應類型的理解不準確，也會影響學生對化學方程式的書寫和應用。學生如果不能正確區(qū)分化合反應、分解反應、置換反應和復分解反應，在書寫相關反應的化學方程式時，就可能會出現(xiàn)混淆和錯誤。4.2.3教學環(huán)境與方法的影響教學環(huán)境和教學方法在學生化學方程式前概念的形成和轉變過程中發(fā)揮著關鍵作用。傳統(tǒng)的教學方式往往側重于知識的傳授，采用“滿堂灌”的教學方法，教師在課堂上占據(jù)主導地位，學生被動地接受知識。在這種教學環(huán)境下，學生缺乏主動思考和探索的機會，難以深入理解化學方程式的概念和意義。教師在講解化學方程式的書寫規(guī)則時，只是簡單地告訴學生要遵循質(zhì)量守恒定律，配平化學方程式，然后讓學生進行大量的練習。學生可能只是機械地記憶書寫步驟，而沒有真正理解為什么要這樣做，導致他們在實際應用中容易出現(xiàn)錯誤。此外，教學過程中教師的引導方式也會對學生前概念的形成和轉變產(chǎn)生影響。如果教師在教學中能夠關注學生已有的前概念，采用啟發(fā)式、探究式的教學方法，引導學生主動思考和探究，就能夠幫助學生發(fā)現(xiàn)自己原有認知與科學概念之間的差異，從而促進前概念的轉變。在講解化學方程式的意義時，教師可以通過展示一些有趣的化學反應實驗，引導學生觀察實驗現(xiàn)象，然后讓學生嘗試用化學方程式來表示反應。在這個過程中，教師可以提問學生對實驗現(xiàn)象的理解，以及他們認為化學方程式應該如何表示這些現(xiàn)象，從而了解學生的前概念。教師可以針對學生的回答，引導他們思考化學方程式中各物質(zhì)的化學式、化學計量數(shù)以及反應條件所代表的意義，幫助學生建立正確的化學方程式概念。教學資源的豐富程度也會影響學生對化學方程式的學習。如果教學中缺乏直觀的實驗演示、多媒體輔助教學等資源，學生可能難以將抽象的化學方程式與具體的化學反應聯(lián)系起來，從而影響他們對化學方程式的理解。在學習氫氣與氧氣反應生成水的化學方程式時，如果教師只是口頭講解，沒有通過實驗演示讓學生觀察氫氣燃燒的現(xiàn)象，學生就很難真正理解這個化學方程式所代表的化學反應過程。相反，如果教師能夠利用多媒體課件展示氫氣燃燒的微觀過程，或者通過實驗讓學生親身體驗反應的現(xiàn)象和條件，學生就能夠更加直觀地理解化學方程式的意義，從而更好地掌握化學方程式的相關知識。五、基于前概念的化學方程式教學實踐研究5.1教學實驗設計5.1.1實驗目的與假設本教學實驗旨在驗證基于前概念的教學策略在初中化學方程式教學中的有效性，探究其對學生化學方程式學習成績、學習興趣和學習態(tài)度的影響。通過實驗對比，分析基于前概念的教學策略與傳統(tǒng)教學策略在教學效果上的差異，為初中化學教學提供更科學、有效的教學方法和策略?；谇案拍畹慕虒W能夠有效促進學生對化學方程式的學習，提高學生的學習成績。具體表現(xiàn)為，實驗組學生在接受基于前概念的教學后，在化學方程式相關知識的測試中，成績顯著高于接受傳統(tǒng)教學的對照組學生?；谇案拍畹慕虒W可以激發(fā)學生對化學方程式學習的興趣，增強學生的學習積極性和主動性。在實驗過程中，實驗組學生在化學方程式學習方面的興趣表現(xiàn)明顯優(yōu)于對照組學生，參與課堂活動的積極性更高，課后主動學習化學方程式的時間和頻率也更多?；谇案拍畹慕虒W有助于改善學生對化學方程式學習的態(tài)度，培養(yǎng)學生的自主學習能力和科學思維。實驗組學生在接受教學后，對化學方程式學習的態(tài)度更加積極，更愿意主動探索化學知識，在解決化學問題時能夠運用科學的思維方法，分析和解決問題的能力得到提升。5.1.2實驗變量的控制自變量為教學方法，即基于前概念的教學策略和傳統(tǒng)教學策略。在實驗組采用基于前概念的教學策略，教師在教學過程中充分關注學生的前概念，通過創(chuàng)設情境、引發(fā)認知沖突等方式，引導學生主動轉變錯誤前概念，構建科學的化學方程式知識體系。在學習化學方程式的書寫時，教師先了解學生對化學式和化學反應的已有認知，針對學生可能存在的錯誤前概念，如化學式書寫不規(guī)范、對反應條件理解不準確等，設計相應的教學活動，幫助學生糾正錯誤，掌握正確的書寫方法。而對照組則采用傳統(tǒng)教學策略，按照教材內(nèi)容和教學大綱的要求，進行常規(guī)的知識講授和練習。因變量是學生對化學方程式的學習效果，主要通過學生的學習成績、學習興趣和學習態(tài)度來衡量。學習成績通過單元測試、期中考試和期末考試等成績進行評估，測試內(nèi)容涵蓋化學方程式的書寫、配平、計算以及相關概念的理解等方面。學習興趣通過問卷調(diào)查和課堂觀察進行評估，問卷調(diào)查包括學生對化學方程式學習的興趣程度、參與課堂活動的積極性等問題；課堂觀察則關注學生在課堂上的表現(xiàn)，如主動提問、參與討論、回答問題的積極性等。學習態(tài)度通過學生的課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況以及對化學學習的自我評價等方面進行評估。為了確保實驗結果的準確性和可靠性，需要控制其他可能影響學生學習效果的無關變量。在實驗對象的選擇上，選取的實驗組和對照組學生在學習能力、基礎知識水平、學習態(tài)度等方面盡可能相似。通過對學生的前測成績、平時作業(yè)表現(xiàn)以及教師的評價等多方面進行綜合考量，確保兩組學生在這些因素上不存在顯著差異。在教學過程中，確保實驗組和對照組的教學時間、教學環(huán)境、教學資源等條件相同。安排相同的教師授課，使用相同的教材和教學設備，保證兩組學生在相同的時間內(nèi)接受相同內(nèi)容的教學。教師的教學風格和教學水平也可能對學生的學習效果產(chǎn)生影響，因此在實驗過程中，要求授課教師在兩組教學中保持一致的教學風格和教學水平，避免因教師因素導致實驗結果的偏差。5.1.3實驗流程在實驗準備階段，首先對選取的實驗組和對照組學生進行前測，通過問卷調(diào)查、測試等方式，了解學生在化學方程式學習前的前概念情況、知識水平以及學習興趣和態(tài)度等，為后續(xù)實驗提供數(shù)據(jù)基礎。同時，根據(jù)前測結果，對學生的前概念進行分析和歸類，找出學生普遍存在的錯誤前概念和認知誤區(qū)，為基于前概念的教學策略設計提供依據(jù)。在實驗實施階段，對實驗組采用基于前概念的教學策略進行教學。在課堂教學中，教師通過創(chuàng)設生動有趣的教學情境，如展示生活中的化學現(xiàn)象、進行化學實驗等，引發(fā)學生的認知沖突，激發(fā)學生的學習興趣和好奇心。在講解化學方程式的意義時，教師可以展示氫氣燃燒的實驗，讓學生觀察實驗現(xiàn)象，然后引導學生思考如何用化學方程式來表示這個反應，從而引發(fā)學生對化學方程式意義的深入思考。針對學生的錯誤前概念，教師通過引導學生進行討論、分析和探究，幫助學生認識到自己的錯誤，主動轉變前概念。如果學生認為化學方程式只是簡單地記錄化學反應的式子，教師可以通過舉例說明化學方程式中各物質(zhì)的化學式、化學計量數(shù)以及反應條件所代表的意義，引導學生深入理解化學方程式的本質(zhì)。教師還會鼓勵學生自主構建化學方程式的知識體系，培養(yǎng)學生的自主學習能力和思維能力。對照組則采用傳統(tǒng)教學策略進行教學，按照教材內(nèi)容和教學大綱的要求，進行知識的講解和練習。教師在課堂上主要以講授為主，向?qū)W生傳授化學方程式的書寫規(guī)則、配平方法和計算技巧等知識，然后讓學生進行大量的練習，以鞏固所學知識。在實驗實施過程中，定期對兩組學生進行課堂觀察和記錄，了解學生的課堂表現(xiàn)和學習情況。觀察學生在課堂上的參與度、注意力集中程度、對知識的理解和掌握情況等，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行調(diào)整。同時，收集學生的作業(yè)和課堂練習情況，對學生的學習情況進行跟蹤和評估。在實驗進行一段時間后，對兩組學生進行后測，通過測試、問卷調(diào)查等方式，評估學生在化學方程式學習后的知識水平、學習興趣和態(tài)度等方面的變化。測試內(nèi)容與前測保持一致，以便進行對比分析。問卷調(diào)查則重點關注學生對化學方程式學習的興趣、態(tài)度以及學習方法的改變等方面。實驗結束后，對收集到的數(shù)據(jù)進行整理和分析。運用統(tǒng)計軟件對學生的前測和后測成績進行統(tǒng)計分析，比較實驗組和對照組學生在學習成績上的差異，評估基于前概念的教學策略對學生學習成績的影響。對問卷調(diào)查數(shù)據(jù)進行分析，了解兩組學生在學習興趣和態(tài)度方面的變化情況，評估基于前概念的教學策略對學生學習興趣和態(tài)度的影響。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結果，總結基于前概念的教學策略在初中化學方程式教學中的有效性和存在的問題，提出改進建議和措施。5.2基于前概念的教學策略設計5.2.1認知沖突策略認知沖突策略是基于學生的認知發(fā)展規(guī)律而提出的一種有效的教學策略，其核心在于利用學生原有認知結構與新知識之間的矛盾和差異，激發(fā)學生的認知沖突，從而促使學生主動思考和探究，實現(xiàn)概念的轉變和知識的建構。在初中化學方程式教學中，教師可以通過精心設置問題情境來引發(fā)認知沖突。在講解質(zhì)量守恒定律時，教師可以先展示白磷燃燒的實驗，讓學生觀察實驗現(xiàn)象，并記錄反應前后物質(zhì)的質(zhì)量。學生觀察到白磷燃燒產(chǎn)生大量白煙，根據(jù)他們原有的認知，可能會認為燃燒后物質(zhì)的質(zhì)量會減少。當教師通過實驗數(shù)據(jù)表明反應前后物質(zhì)的質(zhì)量相等時，就引發(fā)了學生的認知沖突。這種沖突會激發(fā)學生的好奇心和求知欲，促使他們思考為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，從而主動探究質(zhì)量守恒定律的本質(zhì)。教師還可以通過呈現(xiàn)與學生前概念相悖的科學事實來引發(fā)認知沖突。在學習化學方程式的書寫時，學生可能會受到“物質(zhì)的質(zhì)量在化學反應前后一定會發(fā)生變化”這一錯誤前概念的影響。教師可以通過演示氫氧化鈉溶液與硫酸銅溶液反應的實驗，讓學生觀察反應前后溶液的質(zhì)量變化。學生觀察到反應前后溶液的質(zhì)量沒有發(fā)生變化，這與他們原有的認知產(chǎn)生了沖突。教師可以引導學生分析反應的化學方程式2NaOH+CuSO_4=Cu(OH)_2↓+Na_2SO_4，讓學生理解在這個化學反應中，雖然物質(zhì)的種類發(fā)生了變化，但原子的種類和數(shù)目并沒有改變，因此物質(zhì)的總質(zhì)量也保持不變。通過這種方式，幫助學生認識到自己的錯誤前概念，接受科學的概念。當學生產(chǎn)生認知沖突后，教師要引導學生進行積極的思考和討論，幫助他們分析問題，尋找解決沖突的方法。在討論過程中，教師可以提供相關的資料和信息，引導學生從不同的角度思考問題，培養(yǎng)學生的批判性思維和創(chuàng)新能力。教師還可以組織小組合作學習，讓學生在小組中交流自己的想法和觀點，相互啟發(fā)，共同解決問題。在學習燃燒條件時，教師可以讓學生討論“為什么鎂在二氧化碳中也能燃燒？”這個問題與學生“燃燒一定需要氧氣”的前概念產(chǎn)生沖突。在小組討論中，學生可以查閱資料，了解鎂與二氧化碳反應的原理，從而認識到燃燒并不一定需要氧氣，只要滿足燃燒的三個條件（可燃物、與氧氣或其他助燃物接觸、達到著火點），燃燒就可以發(fā)生。通過這種方式，學生能夠突破原有的思維定式，實現(xiàn)概念的轉變和知識的深化。5.2.2概念圖策略概念圖是一種用節(jié)點代表概念，用連線表示概念之間關系的圖示工具，它能夠以直觀形象的方式呈現(xiàn)知識結構，幫助學生梳理知識，建立知識體系。在初中化學方程式教學中，運用概念圖策略可以有效促進學生對化學方程式相關知識的理解和記憶。在教學開始時，教師可以引導學生回顧已學的化學知識，包括元素符號、化學式、化學反應類型等，讓學生將這些概念羅列出來。然后，教師幫助學生對這些概念進行分類和整理，按照概念的層次和邏輯關系，將它們排列在概念圖中。將元素符號和化學式放在概念圖的底層，作為基礎概念；將化學反應類型放在上層，與化學方程式建立聯(lián)系。在概念圖中，用連線表示概念之間的關系，如“化學反應類型”與“化學方程式”之間用連線連接，并標注“化學方程式可以表示不同類型的化學反應”。通過這種方式，讓學生清晰地看到各個概念之間的聯(lián)系，構建起化學方程式相關知識的框架。在學習化學方程式的書寫和配平時，教師可以引導學生進一步完善概念圖。將化學方程式的書寫規(guī)則、配平方法等概念添加到概念圖中，并與已有的概念建立聯(lián)系。將“質(zhì)量守恒定律”與“化學方程式的配平”用連線連接，標注“化學方程式的配平依據(jù)是質(zhì)量守恒定律”。這樣，學生在學習新的知識時，能夠?qū)⑵淙谌氲揭延械闹R體系中，加深對知識的理解和記憶。教師還可以讓學生自己繪制概念圖，通過自主構建概念圖，學生能夠更加深入地理解知識之間的關系，提高自主學習能力和思維能力。在學生繪制概念圖的過程中，教師要給予適當?shù)闹笇Ш头答仯瑤椭鷮W生不斷完善概念圖。概念圖還可以用于復習和總結階段。在單元復習或期末復習時，教師可以引導學生回顧整個單元或?qū)W期的化學方程式知識，讓學生以概念圖的形式對知識進行梳理和總結。學生可以將重要的化學方程式、反應現(xiàn)象、應用等內(nèi)容添加到概念圖中，形成一個完整的知識體系。通過復習概念圖，學生能夠快速回顧所學知識，查缺補漏，強化對重點知識的記憶。教師還可以組織學生進行概念圖的交流和展示，讓學生相互學習，拓寬思維，提高復習效果。例如，在復習“金屬的化學性質(zhì)”這一單元時，學生可以繪制概念圖，將常見金屬的化學方程式、金屬活動性順序、金屬與酸和鹽的反應等內(nèi)容整合在一起。在交流展示過程中，學生可以發(fā)現(xiàn)自己概念圖中的不足之處，學習他人的優(yōu)點，進一步完善自己的知識體系。5.2.3合作學習策略合作學習是一種以小組為單位，學生通過相互交流、合作探究來共同完成學習任務的教學方法。在初中化學方程式教學中，組織小組合作學習可以促進學生之間的思想碰撞和交流討論，深化學生對化學方程式概念的理解。教師可以根據(jù)學生的學習能力、性格特點、興趣愛好等因素，將學生分成若干個小組，每個小組一般由4-6名學生組成。在分組時，要確保小組內(nèi)成員之間具有一定的差異性，以便于學生在合作學習中相互學習、相互補充。將學習成績較好的學生與學習成績相對較差的學生分在一組，讓成績好的學生幫助成績差的學生解決學習中的問題；將性格開朗、善于表達的學生與性格內(nèi)向、不太主動的學生分在一組，促進小組內(nèi)的交流和互動。在小組合作學習過程中，教師可以提出一些與化學方程式相關的問題或任務，讓學生在小組內(nèi)進行討論和探究。在學習化學方程式的意義時，教師可以提出問題：“化學方程式2H_2+O_2\stackrel{點燃}{=\!=\!=}2H_2O從宏觀和微觀角度分別表示什么意義？”每個小組的學生圍繞這個問題展開討論，學生們可以結合自己已有的知識和經(jīng)驗，發(fā)表自己的觀點和看法。有的學生可能從宏觀角度認為這個方程式表示氫氣和氧氣在點燃的條件下反應生成水；有的學生可能從微觀角度認為表示2個氫分子和1個氧分子反應生成2個水分子。在討論過程中，學生們相互啟發(fā)，不斷完善自己的理解。教師要巡視各小組的討論情況，及時給予指導和幫助，引導學生深入思考問題，避免討論偏離主題。小組合作學習還可以應用于化學實驗探究中。在進行與化學方程式相關的實驗時，如探究質(zhì)量守恒定律的實驗，教師可以讓學生分組進行實驗操作。每個小組的學生分工合作，有的學生負責稱量反應物的質(zhì)量，有的學生負責進行實驗操作，有的學生負責記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。在實驗結束后，小組成員共同分析實驗數(shù)據(jù)，討論實驗結果，根據(jù)實驗結果書寫相關的化學方程式。通過實驗探究，學生能夠更加直觀地理解化學方程式所代表的化學反應，同時也提高了學生的實驗操作能力和團隊合作能力。在小組合作學習結束后，教師要組織各小組進行匯報和展示，讓每個小組的代表向全班同學匯報小組討論的結果或?qū)嶒炋骄康某晒?。其他小組的學生可以進行提問和評價，教師對各小組的表現(xiàn)進行總結和評價，肯定學生的優(yōu)點和進步，指出存在的問題和不足，提出改進的建議。通過匯報和評價，學生能夠分享彼此的學習成果，拓寬視野，加深對化學方程式知識的理解。5.3教學案例展示與分析5.3.1教學案例設計本次教學案例選取了初中化學教材中《化學方程式》的相關內(nèi)容，分為兩課時進行教學。第一課時主要聚焦于化學方程式的概念和意義，旨在幫助學生理解化學方程式的本質(zhì)，掌握其讀法和書寫規(guī)則。教學目標設定為讓學生理解化學方程式的概念，能準確闡述其在宏觀和微觀層面所表達的意義，熟練掌握化學方程式的讀法，包括物質(zhì)讀法、粒子讀法和質(zhì)量讀法。重點在于引導學生深入理解化學方程式的意義，掌握正確的書寫規(guī)則；難點則是如何幫助學生從微觀角度理解化學方程式中各物質(zhì)之間的粒子數(shù)目關系。在教學過程中，首先通過復習回顧化學反應的實質(zhì)，引入化學方程式的概念。教師展示氫氣與氧氣反應生成水的實驗，引導學生思考如何用簡潔的方式表示這個化學反應。學生在已有的知識基礎上，可能會用文字表達式或符號表達式來表示，但這些方式都存在一定的局限性。由此，教師引出化學方程式的概念，強調(diào)其不僅能表示反應物、生成物和反應條件，還能體現(xiàn)各物質(zhì)之間的質(zhì)量關系和粒子數(shù)目關系。接著，教師詳細講解化學方程式的意義。從宏觀角度，以2H_2+O_2\stackrel{點燃}{=\!=\!=}2H_2O為例，說明該方程式表示氫氣和氧氣在點燃的條件下反應生成水，以及每4份質(zhì)量的氫氣與32份質(zhì)量的氧氣完全反應生成36份質(zhì)量的水。從微觀角度，解釋該方程式表示2個氫分子和1個氧分子反應生成2個水分子。通過微觀粒子模型的展示，讓學生更加直觀地理解化學方程式中粒子的變化。在講解過程中，教師引導學生進行思考和討論，如“從這個化學方程式中，你能得到哪些信息？”“如果有1克氫氣參加反應，需要多少克氧氣？”等問題，激發(fā)學生的思維，加深他們對化學方程式意義的理解。然后，教師介紹化學方程式的讀法，包括物質(zhì)讀法、粒子讀法和質(zhì)量讀法。讓學生通過練習，熟練掌握化學方程式的不同讀法。在教學過程中，教師運用多媒體教學手段，展示相關的圖片、動畫和視頻，幫助學生更好地理解抽象的概念。通過動畫展示氫氣和氧氣反應的微觀過程，讓學生清晰地看到分子的破裂和原子的重新組合，從而更好地理解化學方程式的微觀意義。教師還通過課堂練習，讓學生鞏固所學知識，及時反饋學生的學習情況。布置一些關于化學方程式意義和讀法的練習題，如給出化學方程式讓學生說出其意義和讀法，或者根據(jù)描述寫出相應的化學方程式等。第二課時主要圍繞化學方程式的書寫和配平展開，教學目標是使學生掌握化學方程式的書寫步驟和配平方法，能夠正確書寫常見化學反應的化學方程式。重點是掌握化學方程式的書寫規(guī)則和配平方法，難點是靈活運用配平方法，準確配平較復雜的化學方程式。教學開始，教師先復習化學方程式的概念和意義，然后通過實例引出化學方程式的書寫問題。以碳在氧氣中燃燒生成二氧化碳的反應為例，教師展示學生可能寫出的錯誤化學方程式，如“C+O2=CO2↑”，引導學生分析其中存在的錯誤。學生通過討論，指出錯誤之處在于沒有注明反應條件，以及二氧化碳后面不應標注氣體符號，因為反應物中氧氣也是氣體。教師借此強調(diào)化學方程式書寫的原則，一是要以客觀事實為依據(jù)，二是要遵循質(zhì)量守恒定律。接著，教師詳細講解化學方程式的書寫步驟。先寫出反應物和生成物的化學式，然后根據(jù)質(zhì)量守恒定律進行配平，使方程式兩邊各元素的原子數(shù)目相等。最后注明反應條件和生成物的狀態(tài)。在講解配平方法時，教師介紹了最小公倍數(shù)法、奇數(shù)配偶法等常用方法。以磷在氧氣中燃燒生成五氧化二磷的反應為例，講解最小公倍數(shù)法的應用。首先找出方程式兩邊原子數(shù)目變化較大的元素，如氧元素，在P+O_2\stackrel{點燃}{=\!=\!=}P_2O_5中，氧原子在反應物中是2個，在生成物中是5個，它們的最小公倍數(shù)是10。為了使氧原子數(shù)目相等，在氧氣前面配上5，在五氧化二磷前面配上2，得到P+5O_2\stackrel{點燃}{=\!=\!=}2P_2O_5。此時，磷原子數(shù)目不相等，在磷前面配上4，最終得到配平后的化學方程式4P+5O_2\stackrel{點燃}{=\!=\!=}2P_2O_5。教師通過多個實例的演示，讓學生熟悉配平方法的應用。在教學過程中，教師注重引導學生進行實踐練習。讓學生在課堂上練習書寫和配平一些常見的化學方程式，如鐵與氧氣反應、過氧化氫分解等。教師巡視指導，及時糾正學生的錯誤，幫助學生解決遇到的問題。教師還組織學生進行小組合作學習，讓學生在小組內(nèi)相互交流、討論，共同完成化學方程式的書寫和配平任務。通過小組合作，學生可以相互學習、相互啟發(fā)，提高學習效果。最后，教師對本節(jié)課的內(nèi)容進行總結，強調(diào)化學方程式書寫的重要性和注意事項，布置課后作業(yè)，讓學生進一步鞏固所學知識。5.3.2教學效果分析通過對實驗組和對照組學生的成績分析，發(fā)現(xiàn)實驗組學生在接受基于前概念的教學后，化學方程式相關知識的測試成績顯著高于對照組。在單元測試中，實驗組學生的平均成績比對照組高出[X]分，在期末考試中，實驗組學生的優(yōu)秀率（80分及以上）達到[X]%，而對照組僅為[X]%。這表明基于前概念的教學策略能夠有效提高學生的學習成績，幫助學生更好地掌握化學方程式的相關知識。在學習興趣方面，通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，實驗組學生對化學方程式學習的興趣明顯高于對照組。在“你對化學方程式學習的興趣如何？”這一問題上，實驗組中選擇“非常感興趣”和“比較感興趣”的學生占比達到[X]%，而對照組僅為[X]%。實驗組學生在課堂上的參與度更高，主動提問、回答問題和參與討論的次數(shù)明顯多于對照組。這說明基于前概念的教學能夠激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的學習積極性和主動性。在學習態(tài)度方面，通過訪談和學生的自我評價，發(fā)現(xiàn)實驗組學生對化學方程式學習的態(tài)度更加積極。實驗組學生更愿意主動探索化學知識，認為化學方程式的學習有趣且有用，在解決化學問題時更傾向于運用所學的化學方程式知識。而對照組學生在學習態(tài)度上相對較為被動，對化學方程式的學習缺乏主動性和熱情。實驗組學生在學習過程中更注重知識的理解和應用，能夠積極思考問題，嘗試用不同的方法解決問題；而對照組學生則更多地依賴記憶和模仿，對知識的理解和應用能力相對較弱。這表明基于前概念的教學有助于改善學生的學習態(tài)度，培養(yǎng)學生的自主學習能力和科學思維。六、研究結論與建議6.1研究結論通過問卷調(diào)查、訪談和教學實驗等研究方法，本研究對初中生化學方程式前概念進行了深入探查，并開展了基于前概念的教學實踐，得出以下結論：在化學方程式前概念的具體表現(xiàn)方面，學生在化學方程式基本概念、書寫規(guī)則和計算等方面存在較多錯誤認知。在基本概念上，部分學生對化學方程式的本質(zhì)理解不深，將其簡單等同于反應物和生成物的符號連接，忽視了質(zhì)量守恒定律和定量關系，甚至與數(shù)學方程式混淆。在書寫規(guī)則上，化學式書寫錯誤、配平困難以及反應條件標注不準確等問題較為普遍。在化學方程式計算中，學生對各物質(zhì)之間的量的關系理解模糊，計算步驟和方法不規(guī)范。日常生活經(jīng)驗、先前知識學習以及教學環(huán)境與方法是影響學生化學方程式前概念形成的主要因素。日常生活經(jīng)驗中的錯誤認知，如“燃燒一定需要氧氣”“鹽就是食鹽”等，會誤導學生對化學方程式的學習。先前知識學習中的正遷移和負遷移作用并存，物理知識和化學基礎知識的掌握