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化学教学中的信息转换

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《化学教育杂志》2015年第七期

摘要

教学的本质是信息的传输、加工和内化的过程。信息转换是知识再生产与生产新知识相融合的一个思维过程。分析了信息呈现的多种方式,从“信息量多少、信息表征方式、信息的属性”等方面阐述了信息的转换方法策略。

关键词

化学教学;信息转换;文字信息;符号信息;图表信息

教学的本质是信息的传输、加工和内化的过程。化学教学中信息十分丰富,如各种文字信息、语言信息、符号信息、图表信息、音像信息、实物信息等。这些信息有的简单易懂、易学,便于接受和内化,有些则隐含、复杂,难理解和消化。要做到化隐为现,变难为易,变复杂为简单,变生疏为熟悉,变未知为已知,就需要教师探索创新教学方法,优化教学策略,提高教学效益。

1化学教学中的信息转换观

信息转换是解决问题过程中信息流的加工和相互作用的过程,并且可以看出信息转换在培养和训练集体成员解决问题过程中的加工和相互作用的过程[1]。换言之,信息转换是知识再生产与生产新知识相融合的一个思维过程。通过不同信息源获取的各种信息材料,输入大脑,进行编码、贮存,并经过大脑思维,进行筛选、组合等多形式、多频次的再加工。通过转换信息形式,逐渐内化为学生的知识和能力,并赋予个性化的理解,以一种或多种不同形式的信息贮存。课堂教学中,信息转换无时不在,无所不在。因此,教师要利用教材、生活、媒体等各种信息源,有效地实施信息加工和转换。教学信息形式转换得越好,在信息流动过程中失真、失散也越少,学生接收的信息量也越多,获得的知识量也越大,能力提升也越快。相反,如果教学信息转换得不好,就会造成信息离散、失真,学生获得的信息量就会减少,所获得的知识也减少,能力提升也慢。所以,科学有效地实施信息转换,在化学教学中有着十分重要的意义。

2丰富多彩的信息

呈现方式化学教学中的信息形式多样,精彩纷呈。

2.1文字信息文字是人们为了实现信息交流、信息贮存、信息加工所创造的一种约定的形象符号。化学学习中学生离不开对教材等各种文本的学习,从这些文字中学生提取到需要和有价值的信息。同样,教学过程中教师简明扼要的板书也是学生获取信息的重要途径。

2.2语言信息语言是一种符号系统,是一种交际和思维的工具。课堂教学更是如此。化学教学中大部分内容是通过语言信息来传输的,这其中既有知识信息的密码,更有师生之间的情感交流和思维碰撞。

2.3符号信息在信息传输系统中,视觉信息符号能有序地指引并实现信息的导向功能。有效地进行视觉信息符号的设计与传播,是信息传输中的重要环节。化学教学中有各种各样的信息符号,如表示物质组成的元素符号,表示化学反应的化学方程式,表示原子内部结构的原子结构简图、电子式、核外电子排布式、轨道表示式,表示分子结构的结构式,表示物质电离能力的电离方程式等。直观简单的化学符号信息表达了丰富的化学含义,成为研究化学和学习化学特有的语言。

2.4图表信息图表作为一种重要的信息源,通过丰富多彩的图像、表格或物理图形等信息视觉化表达。图表信息在化学教学中应用十分广泛,如苏教版《化学1》[2]正文中涉及到的图形有:实物图、物质分类树状图、物质转化关系图、物质制备流程图、分子模型图、原子结构模型图、实验装置图、实验操作示意图、物质(元素)含量柱形图、物质性质及应用示意图等图片79幅,另有表格24个。这些可视化图表信息很好地将所研究对象的属性或数据直观、形象地呈现在学生面前,大大降低了在信息传递过程中的衰减和弱化,使信息更加清晰、高效地传递。

2.5音像信息随着信息技术的不断发展,音像信息逐渐被人们所重视,通过音像信息将形、声、色、光等有机地结合起来,不仅能激发学生的学习兴趣,增加教学容量,拓宽学生的知识面,而且在化学直观教学中有明显的优势,能使复杂问题简明化,抽象问题形象化。

2.6实物信息实物信息是对具体的实物或事物观察过程中直接产生的有关信息。如通过具体实验清晰观察和感受到物质的消耗与生成,并伴随发光、发热、产生沉淀或气体以及气味等。这些直观、生动、形象的客观存在的实物信息,让学生真切感受到知识的真实、可信。

3信息转换的方法策略

化学教学中信息转换的方式很多,教学中要根据不同的教学内容、教学目标以及学生实际,选择恰当的转换方法与策略。

3.1从信息量多少看

3.1.1聚敛式转换聚敛式(多对一或多对少)转换是指将有关的信息集中起来,进行分门别类的整理,使原本零散、庞杂的信息组成系统,使其变成条理分明、相互联系、脉络清楚的信息源,并以某一目标为归宿,对信息进行抽象概括,使之朝一个方向集中、聚敛,从而找出事物的共同点,最终获得某种结论或规律。如在化学平衡、电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡中,虽然影响这些平衡的因素很多,有温度、浓度、压强、同离子、酸碱性等,但是平衡移动的规律是一样的,平衡总是朝着削弱这种改变的方向移动(聚敛)。同时它们的平衡常数也有一个共同的特点:只与温度有关,与其他条件无关,即平衡常数只是温度的函数。

3.1.2发散式转换发散式(一对多或少对多)转换是以某一信息为出发点,多角度、全方位引出问题,展开思维。这种转换不依常规,寻求变化,从不同侧面、不同角度、不同方向对给出的信息进行“再生”处理,获得多种信息和答案。如在元素化合物知识复习时,从二氧化硫的化学式(分子式)可解读出如图1所示信息。

3.1.3对等式转换在不改变问题或事件本质的前提下,将原有一个或几个信息转换成简便或易于理解或易于解答的一个或几个新信息。这种变换不仅可以达到变难为易的效果,而且还可以帮助我们巧妙地找到解决问题的方法。如:在体积不变的密闭容器中充入1molNO2,建立如下平衡:2NO2N2O4,并测得NO2的转化率为a%。在其他条件不变时再充入1molNO2,待建立新平衡后,又测得NO2的转化率为b%,则a和b的大小关系为:A.a<bB.a>bC.a=bD.不能确定分析:很明显,若直接按题目描述的过程进行分析,解题十分困难,如果突破常规思维模式的束缚,进行等效变换(图2),问题将迎刃而解。假设状态Ⅰ容器体积扩大为原来的2倍,构造中间状态Ⅲ,其他条件不变时,状态Ⅰ和状态Ⅲ等效,故NO2转化率相同。再将状态Ⅲ体积压缩至状态Ⅱ,依据平衡移动原理不难看出,平衡向正反应方向移动,NO2转化率提高。因此,b>a,则A选项正确。

3.2从信息表征方式看

3.2.1文字与符号的转换文字和符号既是信息表达的手段,也是信息交流的载体。都承载着传递、加工和贮存化学知识的功能,都是化学思维的重要工具。在教学中文字与符号可以进行互换,以何种形式转换视具体情况而定。如在学生刚步入化学殿堂时,化学反应都是用文字来表达。例:铁和硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁。当学习了元素符号等有关知识后,上述反应可表示为:Fe+CuSO4=Cu+FeSO4,这种表达更加简明直观。所以用元素符号、离子符号、原子结构简图、电子式、电子排布式、分子式、结构式、结构简式、化学反应方程式、电离方程式、热化学反应方程式等符号贮存和记忆物质组成、结构和变化规律更为科学。

3.2.2文字与图表的转换文字与图表的转换是信息转换最常见和最基本的形式。文字到图表的转换:该转换方式是将文字内容转化为图像或图表,用直观的图像或图表来表述冗长烦琐的文字内容,达到以图释文目的。例如:硫及其化合物的二维关系图(图3),从物质类别、硫元素的化合价及氧化还原反应等多维度清晰地呈现了元素化合物之间的转化关系,避免文字表达的烦琐。图表到图表的转换:教学过程中,常常将课本中的插图转化为其他形式的变式图,变换思维角度,培养学生多角度思考问题的习惯,并帮助学生深化对图表内容的理解和记忆。如美国《化学:概念与应用》上册教材中“爬梯子”[3]就是一种图片之间的转换(图4)。将原子核外电子能层与爬梯子进行对比转换,充分利用学习者所熟悉的生活情境,形象地展示了电子能级及其跃迁的有关知识,帮助学生理解并形成抽象概念,加深对这一知识的记忆。

3.2.3文字、符号与图表的转换化学教学中时常会出现多种表达方式之间的相互转换。如在探讨氧化还原反应与4种基本化学反应类型之间关系时,通过对不同形式表征方式的互换促进学生的理解和记忆。置换反应都是氧化还原反应,复分解反应都不是氧化还原反应,分解反应、化合反应部分是氧化还原反应,部分是非氧化还原反应。另外,还有文字与文字、符号与符号、符号与图表等形式的转换。

3.3从信息的属性看

3.3.1定性与定量的转换非实验性的,自然情境中的资料或信息,一般不用数量形式来表达,它更加突出在意义建构、经验积累、语言描述等。这往往只是一种定性的感性认知,并没有从事物的本质去考量。定量则要求从被研究对象的某些具有代表性的特征入手,通过测定某些物理量的变化或某些因素间物理量的变化规律,对事物及其运动的量的属性做出回答,从本质上理解和认识事物。如对元素的非金属性认知,可从元素在周期表中的位置、氢化物的稳定性及其形成难易、非金属单质之间的置换反应、最高价氧化物对应水化物的酸性强弱等入手。而造成元素性质差异的根本原因是原子的内部结构,决定于原子得失电子的能力。所以,从本质上看,衡量元素非金属性强弱要依据元素电负性的大小(定量)。

3.3.2具体与抽象的转换人类对事物本质属性的认识,是由现象到本质,由具体到抽象,由浅入深的渐进过程。感性认识常来自于对某些具体实践的思考;而理性认识则来自于对这些初步认识的概括和抽象的过程,从而达到对事物本质属性的认识。因此,只有从具体的感性认识上升发展为抽象的理性认识以后,才容易纳入原有的认知结构中,才可以转换为运用的能力,才能为更高级的抽象提供基础和保证。教学中有许多数量关系都是从具体生活内容中抽象出来的。因此,课堂教学应该充分利用学生的生活实际,运用恰当的方式进行具体与抽象的转换,把具体生活常识抽象转换为教学内容。如,燃烧与灭火是生活中屡见不鲜的现象,如何才能促进物质燃烧或进行灭火,需要在众多现象中抽象出燃烧的基本要素。即有可燃物和助燃物,温度要达到着火点。

3.3.3宏观与微观的转换在宏观物质、微观粒子和化学符号之间建立联系,是化学科学特有的思维方式[4-6]。物质在宏观上所表现出的各种属性,其本质决定于微观粒子的微观结构,所以进行宏观与微观的转换有利于全方位、多角度地认识客观事物。如一氧化碳和氮气,从物质组成(CO和N2)上看完全不同,但它们的性质却十分相似,其根本原因在于分子结构相似(互为等电子体),分子中都存在共价三键(C≡O、N≡N),且键能相近,这使得2种看似毫不相干的物质却有着相同或相似的性质。

参考文献

[1]金海舟.教学月刊:中学理科版,2001(10):3-5

[2]王祖浩.普通高中课程标准实验教科书:化学1.南京:江苏教育出版社,2009

[3]朱亚萍,王后雄,彭慧.化学教育,2012,33(1):7-9

[4]张丙香,毕华林.化学教育,2013,34(3):8-11

[5]谢兆贵.化学教育,2011,32(11):25-27

[6]毕华林,黄婕,亓英丽.化学教育,2005,26(5):51-54

作者:孙天山 单位:无锡市辅仁高级中学

化学教育杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次