基于认知心理学原理下高中化学教学难点
的归因探析 -
化学教学中有些知识点(例如化学平衡、中和滴定的误差分析、电离平衡等)难以突破,若只从反复讲解或重复习题训练以求学生巩固,这种只求效果不考虑学生学习情感的教学方法,以当前课程改革的观点分析,就是典型的缺乏课程意识。教师的课程意识,不但是一种理念渗透,也是一种对基于当代教育学、心理学学习与运用的体现。本文以“中和滴定误差分析”为例,试用认知心理学对问题难易的分析原理进行解构,以供对其他知识难点作难度分析的借鉴。
“中和滴定实验误差分析”是中学化学教学中的一个难点,教与学都感到滴定误差分析是“纷纷扰扰”,教师感到难以让学生准确体会各种操作误差的产生,学生感到误差分析结果容易“南辕北辙”。
一、中和滴定实验误差分析问题的复杂性分析
依据德国认知心理学家J·芬克关于复杂问题的判定标准(“不透明性”“多目标性”“情境的复杂性”“变量及变量间的联系复杂性”“动态性”“延迟性),对比中和滴定误差分析问题,可以发现问题的设置层面一般只能获得一些表面的信息如操作描述等,而是否产生误差、引起的误差是正的还是负的,就需要做多步的变量转换,思考就需多步且要细致,即误差分析具有复杂问题的“不透明性”与“多目标性”特征;对中和滴定中引起结果偏差的操作因素作最少的分析也约20种,而这些操作似是而非,即问题分析具有多变量,而且这些操作可以单独设置为变量,也可以多种操
作组合形成多变量的问题,可见这些操作(变量)间的关系比较复杂,即具有复杂问题的“情境的复杂性”“变量及变量间的联系”的特征;中和滴定实验误差分析问题中,因为引起误差的变量较多,记忆量就较大,而且从操作变量到误差产生不是“一蹴而就”的,需要分析者有耐心、有较强记忆力与较强的推理能力,即具有复杂问题的“延迟性”特征;若在新课学习时对中和滴定的误差分析技能掌握不扎实,随着时间推移,学生则会感到越来越难掌握,而失却思维推理的条理与耐心,从学习者的思维特点来分析,即具有复杂问题的”动态性”特征。
二、中和滴定实验中引起误差结果的操作变量数目分析 关于中和滴定误差分析问题的所有复杂性特征,最根本的因素就是中和滴定实验中能引起误差的操作变量较多。以“标准溶液滴定待测溶液的操作”为例,分析能引起误差的操作种类数即变量数目。
1.洗涤方式
因滴定管内溶液须保持所装溶液的原浓度,因此滴定管用蒸馏水洗净后须用待装溶液润洗2~3次;而锥形瓶只是反应的容器,只需保持已量定体积的所装待测液的溶质的物质的量即可,因此只需用蒸馏水洗净即可。作为产生误差的变量,操作常可作如下分类而设置问题:(1)滴定管洗涤:量取待测液的滴定管未曾用待测液润洗而直接量取,若其他操作准确,则结果偏大?偏小?无影响?装标准液的滴定管未曾用标准溶液润洗,而其他操作正确则测得浓度偏大?偏小?无影响?(2)锥形瓶洗涤:锥形瓶用蒸馏水洗净后,瓶内残留少量蒸馏水,测得浓度偏大?偏小?无影响?锥形瓶用蒸馏水洗净后,再用待测液润洗2~3次,则测得待测溶液的浓度偏大?偏小?无影响?
2.滴定管尖嘴部的气泡
装满溶液的滴定管,应检查滴定管尖嘴内有无气泡,如有气泡,会使滴定管刻度读数偏小,因此必须排出。作为问题的变量,操作常可作如下分类而设置问题:(1)量取待测液体积之滴定管:记录起始刻度时尖嘴部有气泡,量取后气泡消失,其他操作正确,则实验测得待测溶液的浓度偏大?偏小?无影响?若记录起始刻度时尖嘴部无气泡,而在记录终点刻度时尖嘴部出现气泡,则结果偏大?偏小?无影响?(2)滴定用滴定管(装标准溶液):记录起始刻度时尖嘴部有气泡,滴定后气泡消失,其他操作准确,则实验测得待测溶液的浓度偏大?偏小?无影响?若记录起始刻度时尖嘴部无气泡,而在记录终点刻度时尖嘴部出现气泡,则结果偏大?偏小?无影响?
3.滴定管尖嘴端存在挂滴
滴定管装满溶液后尖嘴部存在挂滴,则应用滤纸吸掉挂滴,以保证滴入锥形瓶中的每滴标准液都有刻度记录。中和滴定在临近滴定终点时操作应是逐半滴滴入锥形瓶(半滴滴定操作即为控制活塞或小玻璃球使尖嘴端出现挂滴,然后将尖嘴挂滴靠近锥形瓶内壁,使挂滴沿内壁引流而流入锥形瓶内,并用蒸馏水冲洗锥形瓶内壁),可见正确的滴定操作在滴定终点时不会出现挂滴。作为问题的变量,操作常可作如下分类而设置问题:(1)量取待测液之滴定管:量取前滴定管尖端有挂滴,而直接记录起始刻度,其后操作正确,则测得溶液浓度结果偏大?偏小?无影响?在记录起始刻度时尖端无挂滴,而达到终点刻度时尖端出现挂滴,其余操作准确则测得溶液浓度偏大?偏小?无影响?(2)滴定用滴定管(装标准溶液):滴定前滴定管尖端有挂滴,而直接记录起始刻度,其后操作正确,则测得溶液浓度结果偏大?偏小?无影响?在记录