基于化学学科核心素养的电解质概念“转化性学习”研究

尤蕾蕾

摘要： “转化性学习”是指利用学生的经验，将科学概念与知识内化为学习者自身概念，并通过概念指导学习者学习的过程。电解质概念是化学学习中的核心知识，由于概念的抽象性导致学生学习困难。通过调查并分析高中生“转化性学习”水平，以“TDS测试笔”为切入点构建教学模型，进行“转化性学习”教学设计，以“电解质的电离”一课的实践为例，验证“转化性学习”能提高学生学习成绩和解决问题的能力，让学生所感知、理解的世界带来新的蜕变。

关键词： 转化性学习; 电解质概念; 核心素养; 化学教学

文章编号： 1005-6629（2019）5-0045-05            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

发展化学学科的核心素养，开展“素养为本”的课堂教学是当前化学教学实践的新追求。《普通高中化学课程标准（2017年版）》中，强调重视开展“素养为本”的教学，要倡导真实问题情境的创设。转化性学习（Transformative learning）为我们提供了一个新的视角。

1  “转化性学习”概念界定

麦基罗（Mezirow）[1]首次提出“转化性学习”概念，指“转变人们习以为然的认知体系（Frames of Reference），使其更具包容性、辨识性、开放性、情感应变力和反思性，以形成更正确合理的观点指导实践”。“转化性学习”[2]相关研究成熟于成人教育和高等教育，强调知识的内化，并利用知识认识世界、解决问题的过程。而这一过程恰与科学教育中的概念教学类似，克拉克（Clark）[3]结合科学概念教学将“转化性学习”定义为： 学习结果促使学习者原有经验产生转变的重要历程。强调了两个过程： （1）学习者习得概念和知识的内化，与一般学习不同之处在于，转化性学习强调改变学习者知识结构和认识体系;（2）利用概念与知识去影响经验和实践的过程，从课内到课外，从学科内到跨学科的过程。而这两个过程都与教师的指导密不可分。“转化性学习”的两个过程契合了核心素养中化学科学认识范畴的“证据推理与模型认知”素养和化学科学应用范畴的“科学态度与社会责任”素养。

“转化性学习”[4]包含的三个维度（具体见图1）： （1）认知维度： 感知拓展，指从新的角度来重新理解和认识世界;（2）行为维度： 自发运用，指在实际生活中主动运用所学知识;（3）情感维度： 经验评价，指学习者对于知识在日常生活中效用的评价所带來的情感、态度上的体验。

图1  “转化性学习”三个维度

“转化性学习”的三个维度（感知拓展、自发运用、经验评价）首先在课内产生，通过化学学科思想感知世界、认知世界，解决生产生活中的实际问题，产生对化学的兴趣，再拓展到学科外、校外，让化学学科不再局限于校内、学科内范畴。

2  电解质概念的“转化性学习”水平调查

本研究选择上海市静安区某重点高中高一年级6个班级学生共178人作为研究对象，实施时间在下学期期末，高一学生已经正式学习电解质相关概念。利用改编自Pugh的“转化性学习调查问卷”[5]探查高中生电解质知识的“转化性学习”水平及原因。“转化性学习”可以划分为三个水平，如表1所示。

结果表明，学生之间经历“转化性学习”的水平差异较明显且整体水平有待提高;学生“转化性学习”停留在低水平和中等水平阶段，高水平上的情况有待提高;学生情感态度维度上缺乏主动性。研究发现以下原因造成了“转化性学习”水平的差异：

（1） 概念的复杂程度降低化学兴趣。

希望学生主动运用所学知识到日常生活中，就需要学生对化学学科有浓厚的兴趣，享受化学知识为他们带来的丰富体验。访谈中学生表示： “电解质溶液中概念太多，需要记忆概念比较烦，被概念折磨，很难就因为一些实验就对化学产生浓厚兴趣”。电解质繁多的概念造成学生认识障碍，降低了学生的成就感。“电解质这一章节学习过快，感觉应接不暇，学习化学很烦躁”。在理解概念、接受概念过程中学生精疲力尽，日益磨灭了对化学的兴趣，失去化学学习的积极性。

（2） 概念的应用脱离学生日常生活。

电解质概念应用涉及到： 草木灰不能与铵态氮肥共用、配氯化铁等溶液时注意事项、利用铝或铁盐来净水、利用盐类水解产生二氧化碳来灭火等。学生表示这些应用脱离日常生活，“不使用化肥”、“没有配制过氯化铝和氯化铁溶液”，电解质概念在生活中应用很少，不能使知识进行有效迁移，限制了“转化性学习”。

（3）  整体框架和学科思想的缺失。

许多学生将繁多的电解质概念单独分割，没有形成整体框架，忽略了其中所蕴含的学科思想。虽学习了电解质知识，但是没有理解其本质，不能有效应用电解质的化学学科思想和方法。日常生活复杂的环境，很难从众多的化学知识中找到相联系、相匹配的概念来解决实际问题。

对“转化性学习”与学业成绩进行相关分析后，笔者发现“转化性学习”与学业成绩之间密切相关（中等程度相关），说明“转化性学习”水平越高，则学业成绩也相应越高[6]。因此，基于“转化性学习”进行教学设计有助于提高学生概念理解和日常问题解决能力。

3  基于“转化性学习”的教学设计流程

“转化性学习”强调改变学习者知识结构和认识体系，因此，基于“转化性学习”的教学设计需要： （1）分析学生核心素养发展水平特点和知识逻辑结构特点;（2）依据“转化性学习”的三个维度来进行分析。

3.1  分析“电解质的电离”中的核心素养

“电解质的电离”是高中化学沪教版第七单元“探究电解质溶液的性质”中“7.1电解质的电离”的第一课时。《普通高中化学课程标准（2017年版）》必修中“2.3电离与离子反应”要求为： 认识酸、碱、盐等电解质在水溶液中或熔融状态下能发生电离。

学生已了解“物质的组成和微粒间不同的作用力;断键的条件”。从核心素养而言，本节课涉及“宏观辨识与微观探析”素养，处于课程标准所划定的素养水平1。本节课希望学生达到课程标准所划定的素养水平2，能根据实验现象归纳物质的类型（电解质与非电解质），能從物质的微观结构说明同类物质的共性和不同类物质性质的差异及其原因。并对课堂进行设计与思考，形成表2“电解质的电离”教学内容的要素。

从“转化性学习”的过程分析，本节课希望学生达到“证据推理与模型认知”素养中水平2，能从实验中收集证据，能依据证据从不同视角分析化合物的不同分类，推导并能理解、描述“电解质与非电解质”概念;其次，希望学生能运用电解质概念解释或推测物质的性质与变化，能解决生活中的实际问题。从“转化性学习”三个维度分析，本节课顺序应为： 认知维度→行为维度→情感维度。

3.2  构建基于“转化性学习”的教学模型

基于“转化性学习”的三个维度，对教学模型进行构建，教学模型主要包括实践感悟、概念建构、拓展分享讨论等三个环节（见图2）。

在认知维度上，从日常生活实际选取情境，希望通过学生亲身实践（化学实验），感悟宏观物质导电性现象。“转化性学习”突出日常生活中实际应用来感悟化学，本节课的设计围绕日常中遇到的TDS水质检测笔展开。利用TDS水质检测笔的实验现象给学生提供一个新的视角来重新理解和认识世界。

在行为维度上，自发应用是指在实际生活中主动运用所学内容，课堂设计中希望通过对电解质的概念构建，发掘物质导电的微观本质，完成从宏观到微观的化学科学思维过程。

在情感维度上，经验评价指学习者对于知识在日常生活中效用的评价所带来的情感、态度上的体验。希望通过课堂拓展分享讨论，进行“合理评价TDS水质检测笔”活动，让学生针对TDS水质检测笔形成评价报告。

本节课围绕TDS水质检测笔的原理开始，通过水中加入不同物质后导电率的变化，引出电解质与非电解质概念，从结构上分析导电的原因。最后通过相关概念来评价央视对TDS水质检测笔的说明。

4  基于“转化性学习”的教学设计

依据化学课程标准注重发展学生化学学科核心素养这一主旨，注重教学目标与评价目标、学习任务与评价任务、学习方式与评价方式的整体性、一致性设计，进行了学生行为及相应评价目标的设定，具体见表3。

4.1  实践感悟

[学习任务1]引入TDS水质检测笔水质检验实验，设计实验探究物质的导电性。

[评价任务1]诊断并发展学生根据物质导电性问题设计简单的实验方案（见图3）。

设计意图：

（1） “转化性学习”强调利用化学知识解决日常生活中的真实事例，在进行设计过程中将本节课完全置于“TDS水质检测笔对纯净水、蒸馏水、矿泉水与食盐水的水质检验”的真实环境下，让学生通过电解质概念的学习最终能理解和评价TDS水质检测笔的检测原理。

（2） 从“TDS水质检测笔测定的是什么？”开始引发学生探究TDS水质检测笔的原理，同时引出导电能力的概念，通过“如何用实验证明NaCl溶液的导电能力？”引出探究实验： 探究NaCl溶液的导电能力。

（3） 导电性实验是认识电解质和非电解质的工具，正确认识导电性实验装置具有重要意义。物理学科中导电实验是学生的已有知识，利用这个知识迁移到化学学科进行导电实验的设计，有助于提高学生“转化性学习”水平，同时设计实验装置验证NaCl溶液导电性时，已经抓住灯泡发亮这一宏观特征。同时与TDS水质检测笔测定相比较，发现宏观现象从定性到定量的变化。同时设计实验探究，提升了“科学探究与创新意识”素养。

（4） 在实践感悟阶段仅对NaCl溶液导电性机理作想象模拟，通过实验，捕捉NaCl溶液导电时离子运动由无序变有序的瞬间，有助于学生理解导电本质： 自由移动的离子。

4.2  概念构建

[学习任务2]理解电解质与非电解质的概念。

[评价任务2]诊断并发展学生理解、描述电解质与非电解质概念模型，并运用其来判断物质的导电性（见表4）。

设计意图： 用TDS水质检测笔和小灯泡实验测定化合物的固态、液态、水溶液共15种物质的导电性，从3个方面总结： ①哪些化合物在水溶液或熔融状态下均能导电？②哪些化合物只能在水溶液中导电？③哪些化合物在水溶液或熔融状态下均不能导电？提供大量宏观证据，便于学生依据证据发现化合物导电规律，并从“是否导电”的视角分析化合物，将化合物分成电解质与非电解质，帮助学生建构“电解质”概念。建立化合物分类新标准并运用新标准来判断物质的导电性，提升学生“证据推理与模型认知”素养。

[学习任务3]理论分析电解质与非电解质认识模型。

[评价任务3]诊断并发展学生从物质微观结构（化学键）说明物质性质差异及其原因（见图4）。

设计意图：

（1） 借助动态模拟溶于水与熔化过程时结构变化，学生能更加生动形象地理解微观结构，帮助学生更好地理解水分子在溶于水的过程中所起的作用。让学生能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。将微观中化学键的断裂与宏观中导电现象相联系，提升学生“宏观辨识与微观探析”素养。

（2） 电离方程式是对物质电离过程的符号表征，电解质溶于水或熔化过程就是电解质电离的过程，其是一个微观过程，通过对电离过程的符号表征帮助学生建立“宏微符”之间的联系。整个学生书写电离方程式的过程真实反映了学生对这一过程的认识，同时对电解质概念的理解进入了微观层面。

4.3  拓展分享讨论

[学习任务4]运用电解质与非电解质概念，评价《是真的吗？央视揭秘TDS测试笔检验水质骗局》。

[评价任务4]诊断并发展学生崇尚科学真理，不迷信书本和权威的态度（见图5）。

设计意图： “转化性学习”强调利用所学知识解决日常问题，利用《是真的吗？央视揭秘TDS检测笔检验水质骗局》视频，从真实情景素材切入，让学生感悟在日常生活中的电解质概念的应用，同时感受学习化学的意义和价值，提升学生“科学态度与社会责任”素养。

5  教学实践研究

以高一阶段测试成绩作为前测，从高一年级选择2个班级（共54人）进行教学实践研究，所选班级的学生学习水平、学习状况基本相当。其中一个班级为实验组，另一班级为控制组。在实验结束后，以自编试题为后测，测定学生对教学内容的掌握程度。通过后测证明实验组在进行电解质概念“轉化性学习”教学实验后学业成绩发生了显著性的改变。

通过控制组和实验组的比较，可以得出电解质概念“转化性学习”教学实践能有效地提高学生成绩;“转化性学习”带来的是问题解决能力和知识迁移能力的提高;“转化性学习”能够为学生带来丰富的感知和体验，为其日常生活带来巨大的影响。积极引导学生去经历“转化性学习”，在教学上融入“转化性学习”教学模型，这样才是“授人以渔”，以及提供看待世界、认识世界的新视角，给学生解决问题的新工具和新方法。“转化性学习”研究体现了化学学科实用和有价值的一面。希望通过“转化性学习”的研究让学生所感知、理解的世界带来新的蜕变。

参考文献：

[1]Mezirow J . Transformative Learning： Theory to Practice [J]. New Directions for Adult & Continuing Education， 2010， （74）： 94～96.

[2]Rudiger C.. Laugksch. Scientific literacy： A conceptual overview [J]. Science Education， 2000， 84（1）： 24.

[3]Clark M C ， Wilson A L . Context and Rationality In Mezirow's Theory of Transformational Learning[J]. Adult Education Quarterly， 1991， 41（2）： 75～91.

[4]Pugh K.J.. Newton's laws beyond the classroom walls [J]. Science Education， 2004， 88（2）： 15.

[5]Pugh K J， Linnenbrink — Garcia L， Koskey K L.K， et al. Motivation， learning， and transformative experience： A study of deep engagement in science[J]. Science Education， 2010， 94（1）：1～28.

[6]Newby F.E.， Schaufeli L.. Social support， selfefficacy and assertiveness as mediators of student stress [J]. Journnal of Human Behavior， 1997， （34）： 61～69.