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关键词:延迟判断;高中化学;化学教学
文章编号:1008-0546(2016)12-0019-02 中图分类号:G632.41 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2016.12.007
现阶段,很多高中化学教师还是选择灌输式的方式进行教学,尽管这种方式能节约教学时间,但是省略了问题分析过程,不符合学生认知发展规律,不利于学生充分理解知识,学生就无法灵活应用、迁移知识,教学效率也很难提高[1]。因此,为了确保高中化学教学的效果,教师有必要将学生放在教学的主体地位,适当引入“延迟判断”,积极引导学生转变学习方式,主动参与到演绎、推理的过程中,以提升学生的实践能力与创新精神。
一、“延迟判断”的应用价值
“延迟判断”重视学生的主体地位,既强调知识形成,关注学生认知建构的重要性。因此,在高中化学教学中引入该理论,一方面要将直接的知识灌输转变为结论推理,另一方面要诱导学生参与到结论推理的过程当中,使学生能够通过独立思考和自主分析,加深对理论知识的印象和理解,学会自主构建知识,提高实践能力和思维品质,从而进一步提升教学的质量和效率[2]。
1. 有利于学生转变学习方式,提高自主学习能力
在“延迟判断”教学过程中,教师会明确自身的引导地位,更加注重学生的主体性,不再通过直接灌输知识和呈现结论的方式开展教学工作,而是通过学生自主学习来完成课堂教学。这样打破了“教师教”的传统观念,有利于学生转变学习方式,树立主动参与意识,更积极地去探索、体验,进而在参与过程中提升自主学习能力。
2. 有利于通过知识建构,加深学生对知识的理解
基于“延迟判断”教学理念,教师不再只关注知识结果,更重视教学过程,即知识形成与学生认知建构这两个过程[3]。为此,教师会鼓励学生参与到结论演绎、推导的过程中去,使学生能够自主探索、体验,也就是说,学生能经历一个知识加工和建构的过程。因此,有利于学生更好地理解知识原理、规律,进一步加深对知识的印象和认知。
3. 有利于学生独立分析思考问题,提升思维能力
“延迟判断”对锻炼学生独立分析、思考问题的能力有重要作用。在教学中,教师会给予学生自主学习的机会,同时也会适时指导、帮助学生自主判断、分析问题,以免学生走进知识误区。这样一来,学生就能够在教师引导下,树立独立思考、主动探索的意识,也可以在自主学习的过程中提高自己的思维能力,逐步提升思维品质和实践能力。
二、高中化学教学中“延迟判断”的应用策略
在以往的高中化学教学中,教师很容易因为灌输式的方式而省略或简化问题的分析过程,在开展化学概念和实验教学的时候,学生就很难真正掌握化学知识的精髓,这样既不能满足学生对化学学习的需求,也不利于完成化学教学目标。接下来,本文将对化学概念和实验教学中的“延迟判断”的应用进行分析。
1. 化学概念教学:帮助学生深刻理解知识点
在化学知识体系中,化学概念是基础性的构成要素,学生是否能够吃透化学概念,不仅对其化学知识认知水平的高低有着最直接的影响,在其化学知识网络建构和拓展的过程中也有着至关重要的作用[4]。所以,学生要想提高化学成绩,必须充分理解化学概念。在传统教学方式下,教师通常是先直接呈现概念,然后对概念加以讲解和剖析,最后让学生进行针对性的习题训练。此种教学方式具有“短平快”的特点,虽然在短时间内来看是有一定成效的,但由于学生只停留在记住概念的层次,没有真正理解知识点,从长远角度来看,不能够帮助学生有效提高化学成绩[5]。
所以,为了帮助学生深刻理解知识点,教师有必要将“延迟判断”引入高中化学概念教学的过程中。具体来说,教师要提供大量感性材料,引导学生将新的概念和认知结构当中已有的知识充分联系起来,以便在顺应、同化过程中,实现知识建构,加深对理论概念的理解。在这种教学方式下,化学知识的形成和建构过程就是学生理性分析的过程,因而能够还原思维过程,有利于学生更好地认识化学概念的本质,可以帮助学生改进学习方法,转变思维方式,提高学习效率。
例如,教师在教授“物质的量”相关概念的过程中,可以在教学环节设计中应用“延迟判断”。首先,教师可以向学生提出问题:一滴水是由多少个水分子组成的?然后,引导学生进行思考交流和联想:一滴水大概是由17万亿亿个水分子组成的,对于这样的粒子我们要用什么样的方法对它进行计量?如果学生不能够给出较好的回答,教师可以在必要时进行引导。试想,我们对铅笔进行计量的时候通常是用“打”(十二支即一“打”),对纸张进行计量的时候用“令”(五百张即一令),同时,在化学领域,原子的质量是通过“相对原子质量”计量的。此时,教师就可以通过迁移来引出概念:当我们需要对大量的粒子进行计量时,可以采用“物质的量”这一概念,并适时向学生介绍阿伏加德罗常数、摩尔等概念。最后,要对化学概念进行巩固:教师要从化学史的角度出发,引导学生重温知识,对物质的量这一概念的形成过程进行回顾,并通过比较多个物理量的单位,加深学生对摩尔单位的印象和认识。
从这个案例中我们可以发现,教师没有直接向学生抛出物质的量这一概念,而是通过提问和思考交流,使学生化被动为主动,同时,在学生出现认知冲突的时候,使学生意识到概念对学习化学的重要意义,然后再借助“打”和“令”等感性材料,让学生体会到集体概念(如物质的量)的优势,从而为学生建构知识提供必要的固着点,同时,通过相对原子质量自然而然地实现迁移,并引入概念,帮助学生自主建构概念,最后有必要对概念形成过程进行还原、重温,从而有效巩固知识,加深学生的理解。
2. 化学实验教学:帮助学生提高科学探究能力
就化学这门学科而言,化学实验不仅是基础性的教学工具和教学内容,还是新课改背景下,改进高中化学教学的重点工作之一。因此,如何有效开展化学实验探究活动,引导学生树立科学探究的意识,转变学习化学知识的方式,提高实践能力与创新精神,是高中化学教师亟待解决的重难点问题。对此,高中化学教师应当改变传统教学观念,摒弃看实验、画实验和讲实验的做法,让学生真正参与到化学实验教学当中,在为学生详细讲解实验步骤的基础上,指导学生设计好实验方案,重视学生对实验过程的交流和实验结论的讨论[6]。
因此,教师可以将“延迟判断”应用到高中化学实验教学过程中,使学生有足够多的科学探究的机会,并适时给予引导、帮助,以便学生能够在体验探究的过程中感受到化学实验对提高化学知识水平、完善化学知识体系的作用,并有效提升自身创新思维和实际操作能力。
例如,在开展“过氧化钠的化学性质”实验教学时,教师可以通过多个实验引导学生正确认识过氧化钠的化学性质。在开始正式的实验教学之前,教师可以进行一个引入实验:在两个盛放可乐的烧杯中分别放入一小团脱脂棉和伴有一定量固体过氧化钠的脱脂棉,发现前者无特殊反应,后者脱脂棉出现燃烧现象。然后,教师可以借此提问:脱脂棉为什么出现燃烧现象?过氧化钠可能和什么物质发生反应?然后,教师可以引导学生提出两种猜想假设:一是过氧化钠有可能和水或二氧化碳发生反应,二是脱脂棉燃烧提示在这个过程中有放热,并生成了氧气。此时,就可以正式开始实验教学,实验一用来证明过氧化钠和水的反应,实验二用来解释过氧化钠和二氧化碳的反应。在实验一中,要将酚酞滴加到溶液里面,当溶液先变红再褪色时,教师可以问学生溶液为什么会褪色,并让学生提出自己的猜想:氧气、氢氧化钠或过氧化氢导致溶液褪色;然后,再进行3个小实验,说明不同浓度的氧气、氢氧化钠和过氧化氢会对酚酞的颜色产生什么影响;对实验现象进行解释:溶液出现变红、褪色现象的原因以及过氧化钠和水会发生反应的实质。实验二和实验一的步骤基本相似,在实验结束以后,教师引导学生得出结论:过氧化钠和二氧化碳、水发生反应的过程中都会放热,而且都会有氧气生成,正因为这样脱脂棉才会燃烧。最后,教师要对实验教学进行反思评价。
由此不难发现,引入“延迟判断”展开化学实验教学,不仅能够让学生产生认知冲突,还有利于学生积极思考,大胆提出自己的猜想假设,设计合理的实验方案,主动动手进行实验,并对实验现象进行分析、讨论,从而得出正确的实验结论。这样不仅能够让学生清楚地感知知识形成的过程,还有利于学生提高科学探究能力。
三、结束语
综上所述,当前高中化学教学存在一定不足,没有充分发挥学生的主体作用,忽略问题分析的重要性,在概念教学和实验教学的过程中,学生不能很好地吃透化学概念和规律,为了提高教学效果,教师有必要在适当的时候引入“延迟判断”,积极引导学生树立自主探究意识,增强学生独立思考、分析问题的能力,使学生能够真正参与到教学过程中来,充分感受到化学知识的魅力,有效提升化学学习效率和水平,进而推进高中化学教学可持续发展。
参考文献
[1] 乔羽娇. 高中化学教学中融合STS教育的策略研究[J]. 高等函授学报(自然科学版),2013(2):100-102
[2] 刘艳,黄紫洋. 高中化学课堂有效教学的策略构建[J]. 教育教学论坛,2014(9):62-63
[3] 单旭峰. 对高中课程标准中有机化学内容的分析和思考[J]. 教育理论与实践,2014(2):56-58
[4] 杨水金,杨晓棠,吕宝兰. 高中化学教学中研究性学习方法的研究[J]. 湖北师范学院学报(自然科学版),2014(4):104-109
关键词: 高中 化学复习 情境探究模式
高中阶段,学生无一例外都面临严峻的升学考验,如果哪个学生在高中学习中出现偏科现象,无疑会对升学产生极大的负面作用,影响考试成绩。由此可以看出,牢牢掌握化学这门学科对提升高中学生的综合成绩,确保其考上令人满意的学府有着极其重要的作用。高三阶段化学学习中,基本任务是复习前两年学过的内容,发现学习中的不足,对以前学过的知识进行巩固和复习。值得重视的是,高三学习时间是有限的,要想以有限收获无限,我们必须要做的就是提升化学课堂的复习效率。研究结果表明,情境探究模式在复习中的应用不仅能让学生切身感受知识,还能强化师生间的联系,营造良好课堂氛围,提升复习效率。
一、情境探究模式的内容
情境,顾名思义,就是在有限的时间里多种情形合起来形成的一个总体的场景,主要特点是有较强的直观性和可变换性。情境教学法大致包含以下三方面内容:课堂教学情境、学生学习情境、社会情境。教学情境就是说教师应该以教学目标为依据,在课堂教学过程中设置一些与所学内容紧密相关的学习场景和课堂氛围,换句话说,就是在以一定情感为基础的教学环境中的活动。我国古代著名教育家、思想家孔子曾说:“不愤不启,不悱不发,举一隅不以三隅反,则不复也。”这句话的意思是实施教学前,教师最应该做的就是引导学生进入适合的学习状态,有吸引力的课堂导入是提升课堂效率的基础。
二、情境探究模式在高中化学复习中的实施方式
1.将化学情境与实际生活相结合
知识使我们的生活变得更加美好,同时知识产生于生活。所有化学原理基本都是借助对日常生活中的一些现象进行不断实验和研究得到的。所以,高中化学复习中,化学教师应该最大限度把枯燥晦涩的化学理论知识融入现实生活中,让学生在真实的场景中感悟化学情景,并发现一些化学问题,使学生以一种解决问题的心态独立研究和解决问题,进而得到正确答案,有效加强学生对化学理论知识的理解,提升学生学好化学的自信心,形成较好的课堂学习氛围。比如,复习到离子反应这部分内容时,虽然学生知道大概原理,但是依然感到很难真正理解这个概念。当教师向学生说明平常生活中有些人为了去除热水瓶内水垢就采用食醋去除法,这时就发生了离子反应,这样学生经过亲身试验之后,就会更真切地感受到化学反应过程,学生更容易接受并理解这个知识点。
2.实施化学实验激发学习积极性
学习高中化学很重要的一点就是进行实验,换句话说,高中时期化学教学就是化学实验教学。化学教师在课堂教学过程中不只是简单地教给学生一些化学原理,更重要的是培养学生借助化学理论进行化学实验的能力。高中阶段,学生要学习和复习的内容繁多,任务艰巨,极易使学生产生厌恶学习的感觉,这时,化学教师可以借助创设相关化学实验情境,使晦涩难懂的化学反应以一种直观方式呈现给学生,使学生更深入理解化学知识点,激发学生学习积极性,从而有效提升高中化学复习效率。
3.借助信息技术创设化学情境
化学是一门极其抽象的学科,学生在学习过程中要付出更大努力,相对比较吃力。那么,高中化学复习中教师引领学生复习化学公式和原理时,借助一些现代化信息技术创设化学情境,可以在一定程度上变抽象为直观,降低复习难度。比如,复习钠怎样燃烧这个知识点时,化学教师可以播放一段关于钠燃烧的视频,让学生认真观察整个燃烧过程,并说出观察结果,从而有效提升复习效率。
三、结语
情境探究模式在高中化学复习过程中的作用是不言而喻的。情境探究模式一方面能调动学生的学习积极性,加强学生对知识的理解和记忆,做题正确率大大提升。另一方面,情境探究模式能培养学生发现并解决问题的能力。值得重视的是,在之后化学教学中,化学教师应努力充实自己,选择适合的情境探究模式,有效提升高中化学学习效率。
参考文献:
[1]魏军超.2012年全国高考化学工艺流程题的特点与解题策略[J].广州化工,2013(08).
关键词:高中化学 学习方法 预习
无论做什么事情,事先都应有所准备。有无准备,准备得充分与否,效果大不相同。学习也同样道理,上课前就要做好课前的知识准备。预习,即课前的自学。具体地讲,就是学生要在教师讲解新课之前,自己先有计划地独立地自学新课的内容,对下一节课老师要讲的新课的内容有一个初步了解的过程,是上课前做好接受新知识的准备工作。
一、预习的好处
1.发现自己知识上的薄弱环节,扫清课堂的知识障碍。在上课前通过预习准备好学习新知识时所必须的旧知识,不使它成为听课时的“拌脚石”。
2.预习有利于弄清重点、难点所在,提高听课水平。预习好的学生听课时就能跟着老师讲课的思路走,对这节课要讲什么,重点是什么,自己哪些知识应该放上主要精力,要聚精会神地听;哪些知识还不太明白,还要加强理解和消化等等,做到了心中有数,提高了学习效率。
3.预习可以提高笔记水平。由于课前预习过,讲的内容和板书,心中非常清楚。上课时可以不记或少记书上有的,着重点记书上没有的或自己不太清楚的部分,以及老师反复提醒的关键问题。从而把更多的时间用在思考和理解问题上。
二、预习的方法
1.章略节详法。这种方法是指在学习新的一章的内容时,先大致浏览一下整个一章的大概内容。在学习到具体的一节内容时,再比较详细地预习每节的内容。
具体步骤是:首先粗读这一章的内容,把握整体,然后找出这一章的重点、难点和疑点,从而理出每一节的主要内容是什么,疑点、难点如何理解,为什么这样理解,换一个角度理解行不行,哪些知识是记忆性的,哪些知识看不明白,等等。这样就为上课时搞清、搞懂、掌握、记忆所学知识打下了坚实的基础。例如,在预习“氯气”一节时,我们已经对该章的内容有所了解,在此基础上,再详细阅读这一节,从而确定在听这一节课时的重点、难点。
2.前后相联法。
知识是相通的,在我们的教材中,每章中的各节知识都是有联系的,我们在预习某一部分的内容时,先看一看或想一想前面所学的内容,然后再大略地翻一翻后面要讲的内容,把新旧知识联系起来,由已知知识推测未知知识,从而达到掌握知识的目的。例如,如果学习有机化学时,对各类烃的定义和化学性质没有掌握好,那么到了后面的烃的含氧衍生物的学习就很难做到有条不紊、运用自如了。
3.习题试解法。习题试解法是指在预习完教材之后,紧接着看一看课后的练习题,然后对照教材进行试解,这样在试解的过程中进一步理解教材。教材后的试题,实际上是教材中的重点、难点,是对教材的理解和运用。通过试解,就能检测出预习的情况,是懂还是不懂。例如:对化学实验方法一节来说,通过对教材的习题试解后,就可理出本节的重点内容是:①过滤的操作要点,②分液的条件,③离子的检验方法,④实验操作的安全问题。
三、预习的要求
1.要注重讲究实效,不搞形式。要根据学习计划安排时间,不能顾此失彼。预习一般要安排在新课的前一天晚上进行,这样,印象会较深。新课难度大,就多预习一些时间,难度小就少预习一些时间。应重点选择那些自己学起来吃力,又轮到讲授新课的科目进行重点预习,其他科目只需一般性的预习。
2.明确预习的任务。预习是通过初步阅读,理解感知新课的内容(如概念、定义、公式、论证方法等),为顺利听懂新课扫除障碍的。
具体任务是:(1)复习、巩固和补习与新课有关的已学的旧知识。(2)初步弄清新课中的基本内容是什么?这些知识内容在原有的基础上向前发展了什么?并找出书中的重点、难点和自己费解的地方。(3)预习时要看、思、做结合进行。看:一般是把新课通读一遍,对课本内容能看懂多少就算多少,不必求全理解。然后用笔勾划出书上的重要内容。需要查的就去查一查,把没有读懂的问题记下来,作为听课的重点。思:指有的时候要想,做到低头看书,抬头思考,手在写题,脑在思考。疑难不必钻深,但对牵涉到已学过的知识以及估计老师讲不到的小问题,自己一定要搞懂。做:在看的过程中,需要动手做的准备工作以及对课本后的练习题要进行尝试性的做一做。问答题答一答。不会做,不会答可以再预习,也可以记下来。等教师在授课时集中注意听讲或向老师提出。预习以后,还要合上书本,小结一下。这样做能使自己对新教材有更深刻的印象。
四、结束语
预习可以帮助我们理解和掌握新知识;预习可以使我们上课听讲更认真,注意力更集中;预习可以培养我们的自学能力,学习的好习惯。
总之,预习很关键,同学们在学习高中化学过程中一定要处理好预习这一环节。
参考文献
[1]刘知新 化学学习论[M].桂林:广西教育出版社,1998。
一、做好初高中衔接
初中化学从启蒙开始到毕业参加中考,时间仅有短短一年。而现行初中化学教材中的许多知识点与高中化学的内容紧密相联,如:初中的原子结构的初步知识和高中的元素周期律。初中的酸、碱、盐、单质、氧化物间的相互变化与高中的元素及化合物的性质。初中的各反应物、生成物间的质量比与高中的各反应物、生成物的物质的量之比,等等。为了更好地学习高中的新知识,为了温习巩固初中的已有知识,我们选择了在进行高中化学教学之前对初中的以下几个知识点进行了衔接。衔接内容如下:
1、初高中学习方法的区别(2课时)
教师介绍初高中在教材、学法、课时等方面的不同---1课时
座谈会:请高三的化学优秀生与同学们进行交谈、经验传授---1课时
2、化学基础知识(2课时)
个体归纳与集体总结相结合
3、化学反应及其规律(2课时)
主要介绍初中的一些常见反应及类型
4、化学实验(2课时)
布置实验,学生自行设计方案动手操作
5、化学计算练习(1课时)
二、重视课前的预习
“凡事预则立,不预则废” ,预习是基础。我们经常说“向四十分钟要效率”,如何要效率,课前预习便是提高效率的方法之一。在预习过程中,对即将要学习的新课能够做到心中有数,知道哪些内容能够自己弄懂,哪些内容自己无法弄懂,听课时,便可集中精力去听那些自己没弄懂的部分,这样可以变被动听课为主动听课,变盲目听课为带着疑问听课,使听课变得更有针对性了,能够更好地抓住课堂学习的重点和难点。例如:高一教材中“物质的量”的学习,如此抽象的名词在没有预习的前提下学生很难接受,很难理解,会出现知识的“拦路虎”,影响进一步的学习,但如果有了课前预习,学生就会大概知道“物质的量”也是一个国际通用的基本物理量,对它的概念和研究范畴有了一定的了解,再加上老师在课堂上的生动讲述,学生也就会更容易理解这个内容了。下面介绍常见的预习方法:
(1)专题单元结合预习法:首先粗读整个单元、整个专题的内容,把握整体,然后找出本单元、专题的重点、难点和疑点,理出头绪。想一想每一部分的主要内容是什么,对难点和疑点应该如何掌握,如何理解?为什么要这样理解?从另一个角度理解行不行?哪些知识是记忆性的?哪些知识是看不明白,等等。这样就为上课时搞清、搞懂、掌握、记忆所学知识打下了坚实的基础。
(2)习题试解法:习题试解法是指在预习完教材之后,马上看一看课后的练习题和学案上的练习(化学课前教学先提供一份导学案),然后对照教材进行试解,这样在试解过程中,就会检验出预习的情况,是懂还是不懂。例如:对化学实验方法一节来说,通过对教材的习题试解后,就可理出本节的重点内容是:①过滤的操作要点,②分液的条件,③离子的检验方法,④实验操作的安全问题。
三、重视课堂的实验教学
化学是一门实验性很强的学科,是培养学生学习化学兴趣的有效手段。兴趣是学习的动力源泉,学生学习最怕的就是没有动力。而我们的化学实验,反应产生的各种千变万化的现象正是吸引学生注意力、培养学生兴趣的最佳良药。
实验能提高学生的学习的兴趣。实验具有千变万化的现象,其中又蕴涵着各种化学原理,是唤起学生学习兴趣的有效手段。如:Fe2+和Fe3+之间的相互转化,我设计为实验教学,学生的兴趣大大提高了,这部分知识点也理解得更加透彻了。用榨汁机把青苹果榨成汁,果汁短时间显浅绿色,放置几分钟时间,苹果汁很快变成了较深的黄色,加入维生素C药片粉末,搅拌溶解,苹果汁很快黄色变浅或变为原状。该实验来源于日常生活现象――苹果汁的变色。内含的化学知识:Fe2+和Fe3+之间的相互转化,即苹果汁中的Fe2+被氧化剂(氧气)氧化为Fe3+,Fe3+被还原剂(维生素C)还原成Fe2+。
实验中,由于各种原因,有时实验现象会与我们的预期结果出现反差,就是我们所说的实验不成功了。其实,我个人觉得这并不会影响实验的功能,甚至有时候我们需要故意做一些这样的实验来强化某些知识。就拿化学反应方程式的书写来说,总有一些同学不把反应的条件当一回事。酚酞遇碱变红色遇酸不显色,高中学生都知道,但在浓度高于2mol/L的氢氧化钠溶液中加入酚酞,它会变红,振荡褪色;再滴加酚酞变红色,振荡又褪色;在浓度高于80%的浓硫酸中加入酚酞,溶液显橙红色,振荡不退色。例举该实验不是想说明其中的原理,也不是说前面的结论有错误;我想它可以帮助我们解决这样一个问题:“老师辛辛苦苦强调化学反应条件的重要性,而学生置若罔闻,时常在书写方程式时把反应条件置于一边给忘了”。而这个实验会使我们认识到在实验中,条件的改变会引起反应质的变化,关系到实验的成败。通过该实验可以给学生一种震撼,让学生体会并认识到化学反应中条件控制重要性。
四、重视课后的知识巩固
做好课后复习,巩固课堂知识,是学好化学的不可缺少的重要环节。复习时经过“回忆再现”,回忆不起来的地方,搞不清楚的问题,大部分可在课后再读之中得到解决。复习时,我们应强调让学生全面过目,对理解的、记住的部分不必花费很多功夫,对不理解、未能记住的地方要多花些时间。课后再读也包括对课堂笔记的整理,在阅读教材的过程中,将不完全的笔记补齐,将记得不准确、不正确的笔记修改过来,力求笔记的完整、正确、实用。使之线索清楚、重点突出,成为适合自己的复习资料。
五、重视习题的精选及讲评
练习是检测知识掌握情况的有效手段。课程标准和新教材对知识点的要求降低了,现有的许多参考资料无法直接应用,过多的实行“拿来主义”,势必会出现一定程度的错误导向,使学生丧失学习的积极性。因此我们选择作业时,要根据教学目标,精心编排练习题和测试题,做到选题科学,用题准确,注意从不同角度多练学生易错、易模糊的知识点。另外,还应考虑到一个班的学生在方方面面的差距,对完成情况定出不同的标准,让每一个学生都能根据自己的程度独立完成自己能够完成的作业,实现学习过程中真正意义上的“躬行”。
一、以化学史为载体,培养学生的综合素质
在课堂讲授中添加一些化学史的内容,不但能使教师讲来娓娓动听和学生听来津津有味,还能使学生对化学概念理论的来龙去脉更加清楚,易于理解,便于记忆。同时有利于培养学生的综合素质,如逻辑思维和科学研究的热情,包括求实、批判、创新等内涵的培养。例如:化学的发展史,从拉瓦锡的燃烧学说到道尔顿的原子学说,从门捷列夫的元素周期表到我国的杰出制碱科学家侯德榜,到获得诺贝尔化学奖的科学家李远哲。以伟人的事迹来感染学生,培养学生的意志品质,鼓励学生求实创新。
二、以化学工业基础,引导学生走出课本,接触社会
目前高中化学教材中有许多与化学工业有联系的知识,如果不对这些知识进行恰当地挖掘和补充,只是按照教程照本宣科,课堂气氛就会很枯燥、无趣,就不可能把学生学到的化学知识应用到我们的社会、生活、生产实践中来,这样学生学习化学的求知欲就不可能得到激发。
高中教程中的化学工业方面的问题主要有:氯碱工业、铝的冶炼、炼铁工业、炼钢工业、硫酸工业、合成氨工业、硅酸盐工业、石油工业、煤的综合利用等等。在课堂教学中要尽量引导学生去思考,尤其是工业不发达地区的学生,因为这些学生对化学工业生产知识了解得更少。在学习化学工业的内容时,要在学生对化工厂的已有的认识的前提下去分析所学内容中可能碰到的情况。如:原料的选择和处理及运输、厂址选择、生产规模、经济效益、副产品及其应用、环境污染及其防治等问题。虽然问题多而杂,但如果能够考虑全面(即使是大概的),对学生思维方式的培养会有很好的帮助,同时还能进一步激发学生学习化学的热情,对学生接触生活、了解社会也有很好的参考价值。作为教师当然也要为学生提供一些参观化工厂或观看录像等机会。
三、与社会生活常识相结合,激发学生的兴趣
生活离不开化学,化学也离不开生活。课堂教学中应充分利用这一特点,让学生感觉到学习化学的重要性,从而引导学生学习化学,运用化学知识解决生活问题。
如在化学教材中,小苏打可以作发酵剂、碘的酒精溶液可以用以消毒、不慎吃入体温计中的水银可用新鲜牛奶或鸡蛋清解毒、干冰可应用于人工降雨等。在介绍与生活内容方面有关的化学知识时,要适当地点拨学生从化学角度去观察生活,甚至结合其他学科知识来思考现实中的问题。如,中学教材中讲到硫酸钡可用于钡餐,可以问学生钡餐喝下去后在医院里是如何对其进行检查的,为什么不能用碳酸钙作为钡餐,若服用,对人体是否有害,又怎样排出体外等,从而激发学生去思索。
四、以环境保护为契机,提高学生的社会责任感
随着化工业的发展,环境污染越来越严重,环境保护也成了“十二五”国家发展计划讨论中极其重要的一个话题。虽然中学生还不能够系统地理解臭氧空洞的危害到底有多大影响,长江三峡建设会有哪些弊端,赤潮的形成及其后果的来龙去脉。但是学生可以通过已经掌握的化学知识来丰富大脑,提高意识。比如,在硫酸工业及硝酸工业的学习中,可以问学生什么是酸雨,酸雨有哪些危害,从而引出为什么要进行尾气处理,为什么在环境问题得到解决的同时还能使原料的利用率得到提高等。在有机化学的学习中,这样的问题更多,与我们的生活更接近,如乙醇汽油问题、问题、白色污染问题,以及这几年出现的苏丹红事件、三聚氰胺事件、禽流感事件、瘦肉精事件等。围绕这些问题和事件,我们教师可以把它们与课本知识适时地结合在一起,引导学生去关注社会、关注生活,加强学生的社会使命感和责任感。
五、以新型科技为背景,激励学生的梦想
关键词:CoRe;PCK;离子反应
文章编号:1008-0546(2017)01-0002-06 中图分类号:G632.41 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.001
一、前言
PCK 是学科教学知识(Pedagogical Content Knowledge)的简称,最初由美国学者Shulman提出。教师PCK的研究,有助于其学科专业知识向教育学知识转化,形成易于学生理解的知识。目前国内外学者主要研究PCK的内涵、组成、发展和表征方法等,而对结合具体学科内容的PCK(如话题PCK)研究较少[1]。尤其是涉及高级教师的具体学科话题PCK的研究,可以为教师教学提供一种评价工具和方法,帮助新手教师审视自己教学中的不足,促进其专业发展和成长。本研究以高中化学的重难点内容“离子反应的概念及发生条件、离子方程式的书写及意义”为话题,以7名高级化学教师为研究对象,基于Loughran教授提出的CoRe模型,结合访谈法、文本转录法及内容分析法研究高级化学教师“离子反应”的PCK。
二、研究方法
1. 研究对象
“离子反应”建构起了研究水溶液化学原理所需的微粒观和化学语言,是无机化学中电解质溶液、酸碱平衡、沉淀平衡等的学习基础[2],具有微观抽象等特点,是高中化学概念建构的重难点[3-5]。“离子反应的概念及发生条件、离子方程式的书写及意义”是该教学主题的第二课时,其教学设计和实施是教师建构离子反应单元教学结构的必要基础,能够体现教师在该单元的教学境界和水平,故能成为本研究的“话题”。以7位高级及以上职称的高中化学教师为研究对象(见表1),他们均在西安及周边城市的重点中学执教,经验丰富,教学成绩显著,受到了学生、同事们的一致好评。
2. 研究工具
PCK是教师在课堂教学实践中形成的、面对特定学科主题、特定学生时所具备的相关教学策略及表征方法和理解学生学习的知识,也就是教师将特定的学科知识转化为学生易于理解的形式的知识[1]。目前PCK研究主要围绕教学目的知识、学科内容知识、课程知识、学生知识、教学策略与表征知识、教学反馈与评价知识等进行PCK维度的划分[6-12],表征方法主要包括:概念图、卡片分类和图片表述,聚合和推理,复合测定法,教学片断法和CoRe模型。本文基于CoRe模型对教师PCK的探究视角,以及学者们对PCK内涵、组成的认识,决定采用的PCK维度为:内容知识、课程知识、学生知识、教学策略知识、评价知识。
本文以Loughran教授提出的CoRe模型[13](全称Content Representation Framework)为研究工具(见表2),对高级教师进行访谈并录音,再将音频转成文本。将访谈文本依照上述维度进行整理,归纳出高级教师在各维度下的PCK。
表2中大概念的数量由教师自己决定,表示教师认为对学生理解某一主题至关重要的核心知识点。CoRe模型涉及8个问题,问题1是问教师对每个大概念要教什么;问题2是问教师,学生需要知道自己所讲授的知识的原因;问题3是问教师此时不宜学习的内容,是对课程组织情况的认识;问题4、5、6是问教师对学生在某一主题学习时的前概念、选择性概念、错误概念、思维方式等的掌握情况;问题7是问教师的教学策略知识,包括教学顺序、表征方式、重难点突破等方面;问题8是评价知识,包括评价维度和评价方式。
三、数据分析
1. 内容知识
7位受访教师分别从整体上介绍了离子反应主题的应授知识点(括号内为提及的次数)有:电离(4)、电解质(5)、非电解质(4)、强电解质(6)、弱电解质(6)、酸碱盐概念(5)、溶解性表(2)、离子反应概念(7)、离子方程式书写(7)、离子反应发生条件(7)、离子方程式意义(4)。例如T4教师谈到“第一课时认识酸碱盐的电离,电解质和非电解质的概念,电离的概念,易电离的物质写成离子的形式,而且易电离,就涉及强弱电解质的概念。第二课时首先通过书本上的实验体会什么是离子反应,然后就是离子方程式的定义及书写,离子方程式的意义,复分解型反应发生离子反应的条件。”
对于第二课时“离子反应概念”,教师的教授内容见表3。可以看出,受访教师主要是让学生对电解质在水溶液中存在形态和行为方式进行理解,即全部或部分以离子形式存在,会电离和相互结合以形成更稳定的化合物。此过程的宏观现象是有难电离物质、难溶物质、易挥发物质、配合物生成或发生氧化还原反应,从而造成某些离子浓度发生改变。另外,部分教师还会结合实验或将实验生活化,激发学生学习的兴趣,例如T7教师谈到“通过几组实验让学生感受物质之间的反应实际上就是离子之间的反应。实验结束后,把实验现象和微观粒子联系起来,让学生体会其概念。” T6教师谈到“清楚电解质和非电解质之后,再学离子反应。实际上这个课是从单一溶液到混合溶液的^渡,如AgNO3溶液与NaCl溶液混合后,离子在其中是一种怎样的存在形式?实际上Ag+和Cl-减少了,化学反应的实质在此时就可以生活化了。学生上学是为了稳定,学生来学习首先是把自己将来的生活稳定下来。离子虽然看不见,但是它们在溶液中实际上也有这个思想在里面,都是为了寻求一种比原来存在形式更为稳定的状态,例如Ag+和Cl-结合生成AgCl,比原来的存在形态稳定。Cl-与Ag+的结合,比与Na+稳定。就是要生活化,学生就很有兴趣,理论分析和投影展示相结合,得出离子反应的概念。”
对离子反应发生条件所要教授的具体内容,T1、T3、T5教师在访谈中未明确提到相关内容。T4、T6和T7老师强调在介绍离子反应发生条件时,主要是基于复分解反应。具体内容为生成难溶物、难电离物质或易挥发物质。其中T2教师谈到“主要是结合离子能否共存来分析,离子之间结合生成难溶物、弱电解质、气体、配合物和发生氧化还原反应就不能共存,即为离子反应发生的条件”。可以看出,T2教师对离子反应发生条件的理解是从“离子”角度进行的,归纳的比较全面;而其他三位教师是从“反应”角度解读的。
大多数受访教师采用传统的“写拆删查”四步法进行离子方程式书写的教学。在此过程中教师们十分重视建构学生的微粒观,引导学生分析电解质溶液存在的具体形态。而T5教师则较直接抛开“写拆删查”程式化的训练法,明确谈到“离子方程式的书写这一块,先让学生写初三就熟悉的化学方程式,再分析哪些离子浓度可能会改变,然后根据这个本质写它的离子方程式,如氢氧化钠和盐酸的反应,因为生成了水,使得氢氧根和氢离子浓度改变,所以反映本质是氢氧根和氢离子结合生成水。离子反应是表示化学现象的一种方法,高中阶段更直观体现了物质反应的本质,那么如何去表示这个反应过程呢?就有离子反应方程式”。可以看出,T5教师更注重从学生理解离子反应过程与本质的角度来书写离子方程式,这样一来离子方程式就是上述过程的化学语言表达。
受访教师还一致认为离子方程式不仅代表一个反应,而且代表一类反应。
综上所述,整理出高级教师“离子反应的概念及发生条件、离子方程式的书写及意义”的内容知识:①高级教师要让学生拥有的离子反应概念是对电解质在水溶液中存在形态和行为方式的理解,即会电离成离子,会相互结合形成更稳定的化合物;②离子反应发生条件是离子之间能否相互结合形成难溶物、难电离物质、易挥发物质、配合物或发生氧化还原反应等;③离子方程式书写主要是基于写拆删查四步法。或对电解质在溶液中的主要微粒存在形式的分析,考虑哪些微粒之间会发生反应,造成浓度的改变,最后写出对应的离子方程式;④离子方程式的意义是不仅代表一个反应,而且代表一类反应。
2. 课程知识
受访教师对离子反应第二课时的内容,围绕课标、考纲、与其他课程内容关系、学生生活以及此时不宜学习的内容等方面进行了阐述。例如T1教师强调“离子反应的学习可以让学生更好地认识电解质在溶液中的性质或行为,用离子反应的知识解决现实生活中或科研中遇到的问题。如草木灰为什么不能和氮肥共同使用?为什么氯化铵可以除去金属表面的铁锈?”T3教师谈到“离子反应在前面物质的分类和后面氧化还原反应、元素化合物教学之间起到承上启下的作用,甚至在选修4《化学反应原理》中大多数化学反应是离子反应,所以这节课在高中化学中占据非常重要的地位。另外,人生活在社会中到处都是电解质,人体本身就是一个电解质,人体的电解质紊乱就会生病。去输液,医生把药物加到食盐水中,目的是维持人体正常的生理平衡。人类做尿检、血检或处理水垢等都与电解质溶液有关。”T4和T6教师谈到“离子反应可以让学生认识化学反应的本质,同时是学习水溶液中电离平衡、元素及其化合物的基础。”T5教师谈到“首先这节课有课标的一个要求,必修1的前两章是基本原理,而离子反应属于化学基本原理部分,三、四章是元素及其化合物,而元素及其化合物是使用基本原理来解释其组成性质的。高考考纲主要是针对离子反应方程式的书写。”T7教师提到“离子反应可帮助学生建构微粒观。”
对于此时不宜教授给学生的知识点,受访教师认为此时还不宜给学生引入较复杂的氧化还原反应、与量有关的离子反应、电离平衡常数等。例如T3教师谈到“较复杂的氧化还原反应型的离子反应,学生接触的不多,认知水平和知识能力接受不了,如KMnO4氧化HOOCCOOH等。”定量的知识,受访教师认为此时也不宜给学生引入,比如与量有关的离子反应。但是,T1教师谈到“从知识的延伸来讲,应当把电离度这个知识教给学生。因为这样电离的百分率就能够计算,电离程度大小就能进行比较了。否则有些问题只能硬性地给学生灌输,那么知识的形成过程与演绎推理过程就没了,学生就只能机械式记忆,化学教学的魅力也会更淡了。”
综上,高级教师对离子反应主题第二课时的课程知识为:从课程价值角度考虑,离子反应是学习元素及其化合物、水溶液中的电离平衡的基础,体现化学反应的本质,同时对于生活生产而言,离子反应的知识也随处可见,还能帮助学生建构微粒观。从课程组织角度考虑,不宜给学生引入较复杂的氧化还原反应和与离子反应有关的定量内容。
3. 学生理解知识
本文从学生的前概念、学习困难、错误概念、学生思维以及其他会对教学产生影响并与学生有关的因素等方面来呈现受访教师的学生理解知识。
受访教师一致认为离子方程式的书写步骤――“拆”是学习难点,即学生不知道拆哪些?怎么拆?对于难点背后的原因,多数受访教师认为“学生的化学知识容量太小,元素化合物知识太贫乏,且不知道哪些盐溶于水,哪些盐不溶于水”。另外,T3教师谈到“学生没有学习化学键等结构知识,空间想象能力有限”。T4教师谈到“关键还是由结构决定的,学生缺乏这方面的知识,所以无法理解。内容较多,只能以定论的形式记忆,无法从根本上理解”。T6教师谈到“对强、弱电解质的电离不讲这个结构的话,学生还是很难理解的,只能死记硬背”。可以看出,受L教师认为造成学生对“拆”存在困难的原因是:对物质的分类、元素及其化合物知识、物质溶解性知识的欠缺;化学键等结构知识的空白。学生错误概念也是基于对上述内容的掌握情况而出现的。例如,对于怎么拆的问题,学生对于酸式盐的拆分会出现问题,对于微溶物的处理会出现问题等。同时,对于电解质、电离和离子反应概念理解不到位,也会造成将某些非离子反应当成离子反应,例如实验室制氨气的反应。所以,此时高级教师就会给学生强调,中学阶段所出现的离子反应都是在水溶液中,帮助学生正确判断哪些反应是离子反应。
关于学生的思维,受访教师主要从学生已有的思维习惯、是否建立起微粒观和需要学生具备的思维方式三个层面进行了解读。例如T1教师认为“学生会存在一个思维习惯――用化学方程式表示物质间的反应,因为学生没有理解强弱电解质在水溶液中的行为是什么样。即没有从微观粒子的角度去认识物质,没有建立起微粒观”。T5教师谈到“借助多种不同的手段让学生去感知和理解,把不直观的现象变成直观的现象,仔细感受反应的变化过程。微观想象思维和类比迁移思维很重要”。T6教师谈到“抽象思维、空间想象能力很重要”。
在问及与学生有关的其他影响教学的因素时,受访教师从不同的方面进行了阐述,主要有学生的记忆力、学生基础知识的掌握情况、师生之间的情感、学生的研究能力等。学生的记忆力在离子反应概念建构教学中显得较为重要的原因是,基于学生所储备的知识有限,要拆分正确,需要记忆大量的新物质、物质的类别、物质的溶解性和拆分原则等。
综上,高级教师对离子反应主题第二课时的学生理解知识,认为学生需要储备的前概念主要包括:电离、电解质、强电解质、弱电解质、物质的溶解性、酸碱盐知识、化学用语的正确使用等。造成学生对“拆”存在困难的原因主要有两方面:一是对于物质的分类、元素及其化合物知识、物质溶解性知识的欠缺;二是化学键等结构知识的空白。学生错误概念也是基于对上述内容的掌握情况而出现的。对于学生的思维,高级教师主要从学生已有的思维习惯、是否建立起微粒观和需要学生具备的思维方式三个层面进行解读。而影响学生理解知识的其他因素有:记忆力、W生基础知识的掌握情况、师生之间的情感、学生的研究能力等。
4. 教学策略知识
通过整理7位教师对“离子反应”主题在教学顺序、表征方式及难点突破的教学方法,并结合他们对课堂的组织和管理手段,得到受访教师对该主题的教学策略知识。见表4。
实验、对比在教学顺序方面,大部分受访教师采用概念―条件―书写―意义的顺序。在表征方式方面,考虑到离子反应概念的抽象性,受访教师采用实验和多媒体动画,将电解质在水溶液的行为显性化,同时在理论阐释时采用类比、举例、证明等表征方式建构离子反应的概念。例如T5教师谈到“有颜色的实验,有沉淀生成,学生知道化学反应发生了,到底是哪些离子浓度改变?我会以动画的形式把这个展示出来,如氢氧化钠和硫酸的反应机理是什么?首先是钠离子与氢氧根离子在一起,然后就分开了。学生通过动画知道到底哪些离子会在一起,哪些离子不会在一起?这时给学生讲,弱电解质、难溶物质是不会松开的”。T1教师提到“新课教学必须伴随化学实验,因为实验现象直观明了,如BaCl2+H2SO4/Na2SO4、Ba (OH)2+H2SO4、K2SO4+Ba (NO3)2最后都能得到白色沉淀BaSO4”。T6老师用国家需要稳定来类比离子在溶液中也需要稳定,解释离子反应的实质是为了寻求一种比原来存在形式更为稳定的状态。用个子高矮类比酸性强弱,用身高的差异性类比酸电离氢离子能力的差异性。除此之外,受访教师还会采用生活中的实例来证明“电离”“离子”的存在,让学生用亲身经历来建构微粒观。例如T1教师引用初中水溶液导电性实验中“为了增强溶液的导电性,通常向溶液中滴加硫酸钠或氢氧化钠”,说明电解质在溶液中为什么是以离子形式存在。进一步解释:为什么加入这些物质后,溶液的导电性就增加了,产生氢气和氧气的速率就快了?因为这些物质溶于水后,变成了离子,溶液导电靠的是离子的定向运动,外加直流电源后,阳离子向阴极运动,阴离子向阳极运动。定向运动的离子多了,溶液的导电性就强了,通过溶液的电流强度也大了,电解的速率也快了。同时联系生活中电器着火不能用水浇灭所蕴含的电离知识,让学生从离子角度去认识物质,引导学生建构微粒观。高级教师在课堂组织和管理上已形成自己的管理理念与科学的管理方法,会根据课型和学生特点,采用不同的课堂组织形式来突破教学的重难点。
5. 评价知识
通过整理7位教师离子反应主题第二课时的评价维度和评价方式,得到受访教师的评价知识见表5。
四、结论
(1)高级教师注重利用离子反应建构学生的微粒观,强调离子反应概念是对电解质在水溶液中的存在形态和行为方式的理解。离子方程式是描述上述过程的化学语言,不仅可以表示一个反应,而且可以表示一类反应。
(2)高级教师对该主题的学生知识掌握全面。学生在学习离子反应时应具备微观、抽象、类比思维。强调学生的记忆力对该主题学习的影响较大。
(3)高级教师在该主题教学步骤的设置、表征方式的选择、重难点的突破、课堂的组织与管理都紧紧围绕学生的认知基础、认知特点来进行。高级教师会利用学生已有的生活和知识经验,来加深对要建构概念的理解。高级教师会组织小组实验、演示实验、小组讨论、课堂提问、观看多媒体动画等多种方式来开展教学,且在教学过程中会随时根据学生的响应情况来调整教学步调。
五、启示与建议
(1)学生知识是高级教师PCK的核心。高级教师都十分重视且拥有丰富的学生知识。因此,教师要注重研究学生,从知识、思维、兴趣、爱好等方面建构自己的学生知识,并以此作为教学设计的依据。
(2)高级教师会依据主题知识和学生思维来选择多种表征方式进行教学。注重在学生已有的知识经验和生活经验基础上开展教学。因此,教师要研究生活,善于发现生活中的化学知识,并以此作为教学素材,促进学生对化学知识的理解。
(3)高级教师注重在知识与技能学习的基础上进行学科观念的构建,注意进行知识的统整和迁移。因此,教师要注重培养学生的学科观念,促进学生学科思维的养成,以利于知识的迁移和应用,提高问题解决能力。
(4) 高级教师对PCK维度中的评价知识关注度普遍较低。而有效评价能影响课堂教学气氛,激发学生学习的兴趣,促进学生发展,提高课堂效率,有时甚至能影响学生一生的发展。因此,教师应注重评价知识,发挥其在教学实践中应有的促进作用。
⒖嘉南
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一、中学化学课堂教学目标设计的现状和不足
1.忽视化学学科教学的根本价值,夸大考试大纲的指挥作用
一些教师备课的主要工作是熟悉与教学内容相关的练习题、考试题,从如何帮助学生懂得答好这些题目的角度选择和设计教学内容。这种教学往往可以让学生在短期内获得比较理想的考试成绩,但并不能让学生感受到化学学科的乐趣和价值从而喜欢上化学这门学科,也不利于培养学生在生活实践中运用化学学科的观点和视角分析问题的能力。另外,由于教学过度关注考试,教师常常忽视重点主干知识的形成过程,学生的思维被一些细枝末节的所谓考点所拖累,最终无法构建完善的学科知识体系。
2.缺乏对中学化学课程内容的整体把握,局限于孤立的章节或课时内容
长期在初中任教的教师不熟悉高中化学的教学内容和要求,同样一直任教高中的教师对初中化学的教学现状也不太关心,这是很常见的现象。而且新课程理念下的教材内容设置注重概念的螺旋式发展,同一主题内容在不同的模块和年级有不同的要求。如果不能把每一个章节、课时的教学放在整个中学化学课程体系和中学化学总体教学目标中进行思考和设计,往往给人感觉教学缺乏灵魂,而且很容易发生难点知识一步到位、重点知识不到位的情况。
新课程理念下的教材内容鲜活、栏目丰富,吸引了很多教师开展对教材栏目教学功能的挖掘和研究。这种教学研究方式总体来说是积极的、有效的,但这种研究如果陷入“只见树木,不见森林”的误区,也会使一些经验缺乏的教师把大量的课堂时间用于一些非重点问题的探究上,造成教学目标出现偏差。单独看一节课也许会认为有新意、有思维深度、有探究力度,但从整个课程目标的达成看也许价值并不大。我们更倡导在找准核心教学目标的情况下发掘教材的功能和价值。教材有几种版本,不同版本内容的设置、活动的设计有很大差异,但都是服务于相同的课程标准,这一事实也告诉我们孤立地深挖教材欠妥。
3.曲解新课程理念在实践中的作用,架空教学目标的导教、导学、导评作用
教育心理学研究指出,教学目标必须有导教、导学、导测评的功能,但在新课程理念的冲击下,很多教师的教学目标设置逐渐与课堂实际脱离,成为教学设计中一顶华丽的“帽子”。其中最主要的几个误区是:(1)认为课堂教学必须有完善的三维目标陈述,把课程目标误用作课堂教学目标,导致目标达成情况无法评价,教师们被迫把一些空泛、大概念的词语放入课堂教学目标中,如“严谨求实”“勇于创新”“科学精神”“探索能力”等。(2)认为三维目标就是在落实知识与技能的基础上还要加入方法、情感的目标,不理解过程与方法、情感态度与价值观都是渗透在具体的知识和技能学习之中以及教学方式的转变之中。所以会在现在的课堂中听到教师把“方法”“能力”“态度”“精神”“观念”等词语常常挂在嘴边,唯恐听者不知,却没有真正让学生在思考具体问题时充分体验和养成的策略,学生也能感受到课堂的怪异和做作。
二、对中学化学课堂教学目标和任务的看法
1.长期的、最终的教学目标不同于具体的课堂教学目标
有人说,新课程理念下中学化学不仅要教会知识还要培养学生的能力。能力是什么?布卢姆、加涅等教育心理学家在对学习结果进行分类时并没有“能力”的提法,而代之以具体的言语信息、智慧技能和认知策略等广义的知识,这些分类使教学更具操作性。能力是客观存在的,但无法在短时间里、在一件事情上就能发展起来,可以说能力是教学的最终目标,就好像课程标准的课程目标一样,它也是最终的目标,但并不适合作为课堂目标使用。而教学是由一个个课堂组成的,课堂教学必须有具体的可以达成的目标,即使要渗透一些思想和方法也要转化为具体的活动和任务。
2.化学核心观念在中学化学教育中的重要价值
学生通过化学课程的学习,根本目的是形成从化学的视角认识事物和解决问题的思想、观点和方法,即植根于学生头脑中的化学基本观念。山东师范大学毕华林教授将化学核心观念作如下分类(见附图)。
该分类体系清晰简洁,将学生学习的中学化学基本内容和学习的方法有机呈现出来。通过学习中学化学,人们可以理解世界万物都是以若干种元素(原子)为基本单元构成的,可以透过宏观物体“看到”其微观构成,能理解宏观物质为什么有相关的性质和用途,能理解一切自然界没有的新材料何以制造出来,也能理解有的物质为什么会逐渐失去它的性质,能理解周围的阳光、空气、水在物质的变化中起着什么作用;学习中学化学,人们能学会更有效地处理生活中大量复杂的信息和数据,具备透过事物外表认识其本质的思维习惯;学习中学化学,人们可以了解化学在创造五彩世界中的作用,可以纠正化学破坏了环境的片面认识,理解科学之于人类的意义。
3.实施化学核心观念教育在中学化学课堂教学中的具体作用
有一个经典的比喻:“没有基本观念统领的知识教学是把‘种子’磨成‘面粉’的教学。”意思是中学化学教学的学科知识是有限的,学生应该借助这些有限的知识形成终身有用的思想、观点和方法,把这些知识当做启发思维、训练思维的“种子”,而不在于要把知识本身嚼碎记牢。所以,具有实施化学核心观念教育理念的教师能转变学生的学习方式,更有利于知识向能力的转化。
实施化学核心观念教育,必然注重知识与核心概念的认知过程,必然强调概念间的联系和知识迁移,必然会引导教师关注整体、把握本质,引导学生不要过分注重细节,超越具体事实,从本质上认识和理解所学知识。
与不可捉摸的“能力”相比,化学核心观念更容易与具体的化学知识相互渗透和融合,教师落实三维课程目标便有了抓手,素质教育的可操作性大大增强。
三、基于化学核心观念教育的教学内容分析和教学目标设计思路框架及其解释
我提出分析教学内容和教学目标设计的思路框架是:1.分析课程标准的相关要求;2.分析教材具体的知识本体及其主线;3.分析学生相关的原有认知和后续认知;4.分析教学内容承载的化学核心观念、思想和方法。
课程标准将课程划分成若干模块,每个模块提出若干个主题,需要注意的是这些主题与教材的章题并不是一致的,主题注重体现学科价值,章题注重体现知识逻辑,但主题下的具体内容都能在教材的某个章节找到。所以课程标准最突出的功能是首先指出了具体内容的价值取向,即课程标准中的内容标准告诉教师为什么要教这个内容;其次课程标准对某一主题知识在中学各阶段要达到什么目标层次作了规定。因此,看课程标准看什么?一看这个内容为什么会出现在教材中,二看同一主题的内容在中学教材中出现了几次,要求有什么不同。
美国着名教育心理学家奥苏贝尔说:“如果我不得不将所有的教育心理学原理还原为一句话的话,我将会说,影响学习的最重要因素是学生已经知道了什么,根据学生原有的知识状况进行教学。”学生要理解新知识必须将新知识纳入到原有认知结构中去(或上位学习,或下位学习,或并列结合学习)。我认为,现在的新知识也必将成为今后学习的“原有认知结构”,所以教学也要着眼于学生的后续学习和发展。
在毕华林教授对化学核心基本观念的解释中,我从影响学生学习的角度提出这些基本观念中最应该落实的重点(见下页附表),这些重点应长期支持教师的指导和学生的学习。
四、应用实例
1.案例一:人教版必修1“氧化还原反应”
(1)分析课程标准。
九年级:“二、身边的化学物质——(一)地球周围的空气——2.知道氧气、二氧化碳的主要性质和用途,认识氧气能跟许多物质发生氧化反应。”
必修1:“主题3 常见无机物及其应用——5.根据实验事实了解氧化还原反应的本质是电子的转移,举例说明生产、生活中常见的氧化还原反应。”
选修4:“主题1化学反应与能量——4.体验化学能与电能相互转化的探究过程,了解原电池和电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。5.通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理,认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。6.能解释金属发生电化学腐蚀的原因,认识金属腐蚀的危害,通过实验探究防止金属腐蚀的措施。”
分析课程标准内容,得到以下认识:初中学习氧化反应是为了让学生更好地了解氧气的性质,只需要形成一种观念:一定条件下氧气能与大多数金属单质和非金属单质反应生成氧化物。必修教材放在常见无机物及其应用这个主题下,显然是告诉我们学习氧化还原反应是为了更好地学习元素化合物的性质,是在准备一种学习工具。选修4是氧化还原反应这一工具更深入的应用且与生活生产紧密联系,因此对生活中常见的电化学现象要理解并会用化学语言解释。对氧化还原反应的认识在整个中学课程体系中是螺旋上升的:表面现象概念的本质概念的应用。
一、预习
预习是为了使学生对欲学知识做作好心理准备。
课前预习的一般方法有:阅读新课、找出难点、温习基础。
1.阅读新课
依照教师的预习要求,主动对知识性教材进行阅读,大体了解新课的基本内容,形成大概的知识框架;对实验性的教材,应明确实验目的、要求、原理、操作要点和安全注意事项,并写出实验操作提纲。
2.找出难点
在不理解的地方作标记,为有目的、有所侧重地听课做好准备。
3.温习基础
这是学习新课的知识铺垫。做到对与本节新课相关的概念、公式等知识进行复习巩固,以便更轻松顺利地接受新课。
比如我们在学习水的离子积这节新课前,在仔细阅读教材之后,应该对之前所学习过的强弱电解质的判断、电离方程式的书写等内容认真复习,而在阅读过程中我们还应对①Kw不仅适用于纯水,还适用于稀溶液(酸碱或盐);②表达式中H+和OH-不只是水电离的,而是溶液中存在的所有H+和OH-等疑难问题作为听课时的重点加以标记;最后试做本节对应习题,如:
下列各种叙述中正确的是:A.在任何条件下,纯水的C(H+)=C(OH-)=1×10-7mol/L B.在任何条件下,纯水都呈中性。C.在100oC时,纯水的C(H+)<1×10-7mol/L。D.PH=7的溶液一定呈中性。通过思考,对答案有疑惑,引发一些思考,如影响水的离子积的因素是什么,通过以上预习,我们就很容易明确听课的目的。
二、听课
听课是学生学习的最主要形式。集中注意力听课是非常重要的,之所以重要,是因为知识的获得,除了学生自学之外,大部分是通过听老师的讲解间接获得的。因此,要想学习好就必须学会听课。
在课堂上,只有高度集中注意力,才能跟上老师的思路、抓住知识的重点。听课时,眼睛要盯着老师的板书,对重点和教师补充的内容一边思考,一边速记笔记;老师讲解时,眼睛要盯着老师的动作与表情,认真领会教师的意图。但学生还应改变对学习的陈旧认识,变被动接受为主动享受课堂。也就是说,要提高听课效率,就要对老师的讲解进行思考、积极发言,提出问题相互辩论,发挥个体的能动作用,大胆展示自己的观点特长,挖掘自己的闪光点,树立自信,激发对学习的兴趣。
在实验课上,为了使物质之间的变化过程更直观形象,老师往往会做演示实验。学生要认真观察,积极动手参与,充分调动眼、鼻、耳、脑等器官协同作用。例如,在做乙醇和铜丝反应生成乙醛时,老师会将绕成螺旋状的铜丝反复多次的在酒精灯外焰上灼烧后插入乙醇溶液中(学生思考这样做的目的),在这个过程中应观察到铜丝颜色由红色到黑色又到红色,溶液则产生了新的刺激性气味。从而可以得出铜丝只做了催化剂。
习题课时,学生应学习老师对题目的分析思路和方法,以便使自己的思维能力的发展建立在科学的基础上,争取一题多解,做到举一反三,使知识的领会进入更高级的境界。
不要挑剔老师。个别学生对老师的挑剔比较多,认为老师专业水平不高、讲课表情不丰富、动作不恰当、衣着不够时尚等等,带着不满情绪上课,这样必然会严重影响学生对该老师所讲授的知识的接受与吸收,结果导致常常出现偏科现象。
三、复习
复习在学习的过程中起着承前启后的作用。这里所说的复习是指把新学到的知识及时吸收、小结,并与原有的知识进行联系,查漏补缺,使知识系统化、条理化。
首先,反复阅读教材,此时对教材的阅读不再是形式上的走马观花,而是细细咀嚼,修正自己预习时把握不准的地方,强化理解和吸收听课时的疑难之处。
其次,掌握看书的“由薄到厚”法。我国著名的数学家华罗庚认为读书有两个过程,一个是“由厚到薄”,另一个是“由薄到厚”。由薄到厚的过程是知识的不断丰富、积累的过程,这就要求学生抓住纲要,理出知识主线,总结规律并将它纳入自己的知识体系,使自己的知识结构融会贯通。
及时复习的好处是加深和巩固学习内容,防止知识遗忘,忌在学习之后很久才去复习。这样,所学知识会遗忘殆尽。及时对每节、每单元进行总结,如物质的性质、制取方法和鉴别,重要的化学方程式、计算公式、变化规律等,以便对知识体系有更深刻认识。
四、作业
如果说听课环节侧重于对知识的理解,那么作业就是侧重于对知识的消化与巩固,作业不仅是课堂教学的补充和延伸,是教学信息反馈的重要渠道,还是使知识转化为能力的必要途径。在几年的教学过程中,我发现很多学生对待作业的态度是非常错误的:有的学生认为作业是老师下达的必须执行的一项任务,做作业只是为了应付老师和家长,这种观点之下的作业显然不能达到做作业的真正目的;有的学生则迷信“题海战术”,认为学理科,作业当然是多多益善,因此盲目地花费大量时间做了许多练习作业,但是收效甚微。
做作业是为了及时检验知识的掌握程度和运用水平,还可以为复习积累资料,所以作业题应经过有目的的筛选,做那些具有代表性的、典型的习题。那么如何做好作业呢?
学生通过复习,认真回忆老师课堂上所讲的内容,已经有了一个简要的提纲,弄清了知识的来龙去脉,做题时还要注意:
1.认真审题
审题是答题的基础,审清题意,才能做到有的放矢。
2.细心答题
做题是表达思路的过程,这个过程要求手脑并用,仔细推敲,做到思路正确,逻辑严密,从而逐渐形成一个良好的解题习惯,做到得心应手。
3.独立完成作业
一、电子管的线性比晶体管好吗?
既然作者谈的是非线性失真,我想简单的把这三种器件的情况介绍一下。由于电子管和晶体管的种类繁多,而且电子管一般是工作在高电压小电流状态,晶体管一般是工作在低电压大电流状态。失真又和使用曲线的范围有关,屏极供电为300V的电子管,输出5VP-P值时的失真,肯定比集电极供电为6V的晶体管输出同样幅度时的失真小。所以相互比较一定要在完全相同的外部环境下才有意义。另外失真也和器件的工作点有关,下面是在甲类状态下,分析增益随器件工作电流的变化情况。
1、电子管的失真
电子管的确存在定律,它是在二极电子管中由泊松方程推出的屏流和屏压之间的关系,实际曲线基本上符合它;三极管当栅压作为参变量固定时,则屏流和屏压之间的关系也大致符合它。
三极管的输出电压Vo和输入电压Vi之间的比值为增益A:
A= -Ra×μ/Ri
其中μ为电子管的放大系数,Ra为屏极负载电阻,Ri为电子管的内阻,μ/Ri就是电子管的跨导S 。Ra为定值,所以S随屏流Ia的变化就决定了放大器的线性。S的线性是由控制栅产生的电场的均匀程度而定的,而阴极表面氧化层的平整度、控制栅栅丝的直径及绕法、栅丝和阴极之间的距离等因素都影响电场的均匀程度。
我们常用的都是栅压为负的左特性管。从栅压为零屏流最大,到较负使屏流接近截止的过程中,S一般是由大到小。五极管的增益计算以及跨导S的变化规律与三极管相似。
我们如果在管子的屏压Ua―屏流Ia曲线图上作负载线可以看出,输入正半周时进入大屏流、低屏压区;而输入负半周时进入小屏流高屏压区。而以栅压为参变量的曲线簇之间的距离随着屏流的提高,有逐渐增加的趋势。所以输入正半周时的S较大,负半周则相反,即正负半周的S值不同。我们在设计时,都是把工作点置于线性区的中点。这样在Vi较小时,S值变化不大,Vo 和Vi之间的关系基本是线性的。Vi较大时会出现Vo正负半周幅度不同、宽窄(肥瘦)不同的情况;Vi过大时,会使Vo的正负半周都出现削波而幅度不再增加。试想不同的电子管,其结构不同,曲线的线性好坏差别很大,失真情况怎么可能一样?RCA的6336A和WE-300B都是三极管,屏耗是30~40W,WE-300B推挽不加任何负反馈,输出25W时THD为1%,6336A行吗?还有五极管呢,FU50的屏耗亦是40W,它的失真情况也和300B一样吗?
2、双极晶体管的失真
说双极晶体管的输出―输入是指数关系,这还是第一次听说。作者说的大概是双极晶体管的基极输入电流Ib,随基极输入电压Ub变化曲线在起始部位的关系吧?这关系倒有点接近指数关系。同上,Vo和Vi之间的比值为双极晶体管的增益A:
A=-βRc/(Rs+hi)
其中β为晶体管的电流放大倍数,Rc为集电极负载电阻,Rs为信号源内阻,hi为基极输入阻抗。
当集电极电流IC从0开始增加时,β增加而hi随之变小,A随之增加。而IC增加到一定值时,β和hi的变化就会减小而进入线性区。在线性区内β和hi的变化都不大,A基本保持不变。当IC增加到一定值时,β开始下降(国产晶体管的最大集电极电流,一般是定义在β下降到最大值的绞钡闹担i并不同步下降,所以A开始减少。因此A随集电极电流IC(而不是Vi) 的变化规律是:IC小 ――快速上升、IC中等――近似不变、IC大――下降。和电子管类似,在一定的信号范围内,Vo和Vi之间的关系基本是线性的;Vi 过大若进入β下降区时,对应其正半周A开始下降,即此时集电极输出的负半周幅度会减小;再大Vo就削波了。这怎么会是指数关系呢?
3、 场效应管的失真
目前常用的功率场效应管一般是VMOS增强型的。即对于N型管而言,其栅极需要加入2―4V正偏压才能工作。由于其输出特性曲线和五极电子管相同为饱和型的;而输入阻抗也是高阻的,是电压放大器件。所以其增益A为:
A=gm×RD
其中gm为VMOS管的跨导、RD 为VMOS管的漏极负载电阻。gm的变化规律为当漏极电流较小时,它快速随其上升;从漏极电流达到某值起直到其最大额定值,gm是基本不变的,所以其线性比双极晶体管要好。它的增益A随漏极电流(而不是Vi)的变化规律是:刚开始快速上升,以后就近似不变了。所以Vo 和Vi也不是平方关系。
由于从理论上进行器件之间的非线性对比较困难繁杂,也不直观,为了直截了当的了解器件的线性好坏,笔者设计并且实践了电子管和晶体管的对比测试:
电子管为常用且工作屏压较低的北京电子管厂6N11及俄罗斯SOVTEK 6922,两半管并连。晶体管为NEC 2SC2690A,其耐压BVceo 实测为200V左右。
信号源为ZQ1035 低失真信号发生器,失真仪为meguro MA-6571T,输入电压用TD9205三位半数字表监视。由于输出电压失真较大,所以用FLUKE 8840A真有效值五位半数字表监视。用Tektronix 465M 100MHZ双踪示波器监视有无高频寄生震荡。系统的剩余失真加噪声干扰≤0.01%
屏极及集电极供电电压均为151V(用WY1稳压)、屏极及集电极电阻均为10KΩ、增益均调到28dB左右、工作点均调到最大输出电压时失真最小、测试频率为1KHz。由于6922的线性明显比6N11好,所以只采用6922的数据。
由测试数据绘出的输出Vo和输入Vi (均为RMS值)的关系见图(1),由图(1)可见电子管6922的Vo和Vi关系的非线性是很明显的,即增益A不是常数。而晶体管2SC2690A的Vo和Vi的关系几乎是完全线性的,笔者在画图时,用直尺就把2SC2690A所有的数据点都连上了。THD(总谐波失真)和输出电压Vo的关系见图(2)。从图(2)可见,在同样输出电压时,晶体管2SC2690A的THD,不但比电子管6922小一个数量级(注意图中右侧纵坐标为晶体管),而且THD的上升速度也没有6922快。
我想,事实胜于雄辨!以上的实验数据,已经很明确的说明了电子管和晶体管的线性哪个好。那种认为晶体管放大器的失真之所以小,完全是靠深度大环路负反馈压出来的看法是没有根据的。众所周知,现代的优秀放大器为了减少TIM失真(瞬态互调失真),都采用了减少甚至取消大环路负反馈而加深本级负反馈的方案。这样末级功率晶体管自身的线性,对于整机的失真大小就有明显的影响。这些放大器的失真,不是照样比施加了10~20dB大环路负反馈的胆机低吗?
二、电子管的噪声比晶体管低吗?
孙文说:“怎样理解胆机的声底干净,音色纯正呢?声底干净可以认为是噪声低的缘故……晶体管(含场效应管)工作原理基于半导体内部的电子(空穴)迁移。电子(空穴)在固体的晶格之间实现迁移时,任何结构上的缺欠……都将导至电子(空穴)的无规则运动,从而形成噪声。这就是所谓的闪变噪声。……而胆管中,……真空中的电子运动基本上不受限制,除了受输入信号控制,基本上不发生无规则运动。当然不存在闪变噪声。……所以胆管的噪声一般较低,制作放大电路可获得较高的信号噪声比……通常,使用胆机,扬声器中的沙沙噪声是听不到的。而石机在扬声器中听不到沙沙噪声者却很少有。”
受篇幅所限,笔者在这里不想讨论晶体管和电子管的噪声微观形成机理,只想宏观讨论它们的现实表现。电子管是电压放大器件,它的噪声是用等效输入噪声电阻来表示。其物理意义是将输出的噪声电压等效为在一定温度下,其控制栅上的电阻因电荷起伏而形成的噪声电压被放大。等效输入噪声电阻用Ω表示,阻值愈高则噪声愈大。在300K(27℃)时,常用的6N8P其等效输入噪声电阻为1KΩ左右、三极接法的6J1为0.4KΩ左右。而晶体管的噪声一般用噪声系数来表示。其物理意义是放大器输出端总的噪声功率与被放大后的信号中原有的噪声功率之比,用dB表示。0dB表示无噪声,即输出端总的噪声功率就是被放大后的信号中原有的噪声功率,器件没有给输出增加新的噪声。应该指出,场效应管是多子器件,其噪声一般比少子工作的双极晶体管小一些。由于电子管和这两种固体器件的噪声参数表示不同,所以无法从数据上直接进行比较。
对于同一输出电压而言,撇开放大器的增益单独去比较信噪比是没有意义的。这道理也很简单:假设第一级的等效输入噪声电压为1μV、要求输出电压为1V。 对于0.1V的输入信号,单级20dB的增益就够了。由于噪声电压被放大为10μV,所以输出信噪比为100dB(不计权,下同);但是如果输入信号小到1mV,后面就需要再接有一或两级放大,总增益为60dB。同样输出1V时由于输出噪声电压被放大为1mV,所以信噪比就降到60dB了。一部用于MM唱头放大的胆前级,输入信号为毫伏级,信噪比很难高于85dB;更不用说输入信号为微伏级的MC唱头放大器了,所以MC唱头一般都要加升压变压器来提高信噪比。
那么电子管和晶体管哪一种更适合微小信号放大呢?笔者在十年前曾经为国内某音响公司研发过胆前级。当时借助先进的音频综合测试仪(那时就要人民币10万元),把输出噪声降到了0.1―0.15mV(RMS)左右,再也降不下去了。因为这时剩下的完全是电子管的白噪声,要再降低就只能换管子。但这又牵扯到增益和音色的问题。据我所知,在当时国内生产的胆前级中,我这款输出噪声算低的了。但如果相对其20V的最大输出电压,信噪比也不过100多dB;如果按后级所需要的2V计算,那就只有80多dB了。
晶体管又怎么样呢?半导体技术日新月异,使用的材料从锗到硅到砷化镓再到今天的碳化硅(想想电脑CPU的更新速度吧!)。就连广播电台上百KW大功率发射机的末级也都固体器件化了!笔者没有用最近生产的固体器件研究过小信号放大器,所以没有发言权。去年年底恰好外地一友人来访,他在一家著名的大型电声企业工作,而电容话筒又是其拳头产品。由于电容话筒头的输出阻抗极高,所以需要用场效应管或电子管来进行阻抗变换、放大。这两种产品该企业都生产。据他说,就输出噪声电压的绝对值而言,电子管一般要比场效应管高6dB、最好的电子管也要高2dB!我想他的回答,比较权威的解决了我们的问题。
三、电子管的空间电荷有益吗?
“……因此胆管不可避免地存在电子在固体中迁移所具有的噪声……实际胆管阳极噪声测量也说明,胆管的确与晶体管(合格品)噪声水平相当。那么为什么胆机中就是听不到沙沙的噪声呢?……其实,这是因为胆管中的空间电荷效应的结果……由于电子云处于阴极表面(电场)拉力与能级外冲的平衡状态之中,发生噪动与不规则运动的可能性基本不存在,所以不产生噪声。……虽然胆管阳极噪声可能不低于晶体管,但是由于虚阴极的存在胆管工作时的噪声却远远小于晶体管,也低于场效应管……空间电荷效应是胆机奇异现象的主要原因也是胆最可贵而又独特的性质……目前其他固体器件尚无法具备。……”
1、首先,电子管是一个整体。怎么可能把电子流过屏(阳)极的噪声,从总噪声中分离并单独测量出来?这简直是匪夷所思!测得的噪声只能是各种噪声机制的综合结果,即电子管工作于电路中的最终噪声水平。何来电子管工作噪声远小于晶体管一说?
2、空间电荷真的能象电容滤平纹波那样,基本平息阴极发射电子的噪动与不规则运动,从而使电子管的噪声大大低于晶体管吗?我认为其作用是有限的。所以正象我前面所说,工程实践表明电子管的噪声一般要大于固体器件。而被孙先生认为是好声关键的空间电荷,更多的却是影响了电子管的正常工作。
空间电荷现象其实早在电子管发明不久就被发现了。由于它产生的减速电场屏蔽了屏极的加速正电场,使电子管的屏极电压不得不提高;而且降低了栅极的控制能力,即减少了跨导S。而电子管的噪声是和跨导成反比的,对于三极管而言其等效噪声电阻为R=2.5/S(单位为Ω)。因此,空间电荷现象非但对降低噪声无益,反而使噪声特性恶化。
一部电子管的发展史,其实就是S提高的历史。小功率的收信管,控制栅电压每变化一伏,屏流从变化几百微安发展到如今的几十毫安(笔者手中有一对SOVTEK的6C45P其S=45mA/V),使电子管的放大能力有了极大的提高。早在1913年就有人提出:为了消除空间电荷的影响从而提高跨导,在阴极和控制栅极之间,加入一个带正电位的辅助栅极。用它的正电场,去抵消阴极附近的空间电荷产生的减速电场,从而增加阴极电流、加大跨导。这个辅助栅极被称为阴栅或空间电荷栅。
二战前,荷兰PHILIPS公司就生产了带空间电荷栅的电子管A141,工作时屏极电压只需要6V。由于此管比较难找,解放初我国的科技人员就利用RCA公司的五极管1LN5的第一栅极当作空间电荷栅,第三栅极作为控制栅加入信号,做再生式收音机。12V的屏压即可正常工作,代替了一般要用45V屏压的设计。20世纪50年代的某些杂志上,也刊登过用北京电子管厂生产的1A2五栅变频管,第一栅当空间电荷栅来装低压收音机的文章。如果空间电荷对消除噪声真的那么有效,这些消除空间电荷的措施岂不会使噪声大增,收音机还能够正常工作吗?要知道,收音机的输入信号比合并式功放的输入信号可低多了!
为了消除空间电荷的影响,从而提高跨导,近代的电子管也加入了空间电荷栅。我国生产的6J20锐截止五极管的第一栅就是空间电荷栅,固定加6V电压,注明用途是宽带高频电压放大(见无线电通信用电真空器件手册,1984年版249页)。这种为了增加跨导而消除空间电荷的措施,如果按《胆声》一文作者的观点,会使得噪声大大增加。那岂不是得不偿失,为什么还会生产、使用它?
四、为什么胆机开机时间长会好声
“……这个现象可以理解为:随着工作时间延长,胆管噪声显著降低……在高温下电极材料也会析出气体。所以胆管内均装有吸气剂……吸气剂是温度越高,化学性质越活泼,吸气作用越佳。所以随着胆机开机时间的延长,胆管内温度上升而趋于稳定,使吸气剂能充分发挥作用。从而使管内气体分子数充分减少,真空度提升。使胆内电子与气体分子的碰撞的噪声消除……而空间电荷的形成与温度密切相关。只有达到相当温度并稳定时,空间电荷才能稳定。而稳定的空间电荷存在则是低噪的原因。……”
随着开机时间的延长,胆机的声音究竟发生了哪些变化?是否胆机刚开机时的沙沙声比热透后的沙沙声大?我的感觉是随着时间的延长,声音更加通透、松弛、自然,而不是白噪声的变化。我认为首先这和旁热式电子管(即使放大器末级使用直热管,前面的管子一般也是用旁热的,否则交流声难处理)的特性有关。旁热式电子管由于热丝和阴极之间的绝缘层使热阻较大,需要较长的时间二者的温度才能够一致。只有温度一致后,阴极电子的发射才能稳定、阴极氧化层的电阻才能最小,这样电子管才能进入最佳状态。
其次,胆机电路中大量使用电容器。由于电解电容的绝缘介质是铝电极上的氧化层,随着加电时间的延长,该氧化层更加完善,使漏电电流及损耗均减少。这就是电解电容存在的加电后赋能的现象。该氧化层介质属于半导体性质(记得笔者小学时,曾用铝片浸在硼砂溶液中做整流器来充蓄电池),本身具有明显的非线性。所以其性能的改善对声音的影响较大。现在一些发烧友DIY胆前级,电源滤波使用扼流圈。由于滤波电容可取值较小,故干脆用薄膜电容来取代电解电容,取得了较好的效果。胆机级间耦合用的薄膜电容,其绝缘介质的性能也会受外电场极化的影响发生一些变化,由于地位重要,所以一般也会使声音产生某些改变。
不仅胆机,晶体管(包括功率场效应管)功放、非胆输出的CD机都有开机要煲一段时间声音才会好的情况。特别是甲类晶体管功放,煲的时间特别长。一直要到散热片发烫了才好声,我的印象中比胆机需要的稳定时间还长。而它们用的都是固体器件,没有什么空间电荷吧!
五、电子管内究竟有多少气体分子?
“……虽然,绝对的真空,技术上还是达不到的,电子在运动中还有可能与管内的残余气体分子碰撞而产生噪声,不过这种碰撞的几率很小。打个比方说,残余气体分子的密度只相当于一个房间中几只飞行的蚊子。有心与蚊子相碰,怕都很难……”
从高中化学我们知道,含有6×1023个分子的任何物质(包括气体)被称为1摩尔(mol),1摩尔的气体在标准大气压及0℃时的体积为22.4升。若电子管内真空度为10-7~10-6毫米汞柱(这是电真空业用的油扩散泵一般所能达到的真空度),则一升体积内的气体分子数量大致为3.5×(1012~1013)。其密度为1cm3有35亿个到350亿个气体分子(以上温度均为0℃)。这个密度可不是“房间中几只飞行的蚊子,有心与蚊子相碰,怕都很难”了!这种环境,实际可以看作是由气体分子所形成的“雾”,电子就是在这气体雾中穿行。如果屏流为10mA,则电子管内一秒钟有6.3×1016个电子飞向屏极。而气体分子也在做温度越高,运动速度就越快的热运动,所以就会有大量残余气体分子和高速飞行中的电子碰撞而产生电离。胆机开机后,某些电子管在黑暗中可以看到被屏极所包围的空间内有蓝光出现,有的还随音量大小闪动。而这蓝光正是残余气体分子电离时发出的,我们从发光的颜色、深浅可粗略判断真空度。
电子管内的蓝光,充分证明了电子管内大量残余气体的存在。某杂志的广告中,有个国外品牌的KT88以真空度比通常的要高一百万倍作为卖点。不知道该品牌真空度是否真的能高这么多,但这也说明了目前一般电子管内的真空度不尽人意。某些国产品牌的功率电子管,管壁上吸气剂消失的速度惊人,就是明证。
读完《胆声》一文后,我感觉作者的一些观点很费解。比如“……由于人耳的特性,对于远低于信号的噪声根本是感受不到的。这就是人耳的掩蔽效应……”作者想说明什么呢?是不是石机工作时这个“掩蔽效应”就不存在了?又如“实际胆管阳极噪声测量也说明,胆管的确与晶体管(合格品)噪声水平相当。那么为什么胆机中就是听不到沙沙的噪声呢?”仪器能够测量出而人耳听不到,难道电子管产生的白噪声会有什么特别吗?再如“……这造就了胆管放大器具有较高的真实度,虽然失真度指标也许还高于晶体管机。胆声让我们感到耐听,其实是源于电子管自身的高传真特性。……”笔者感到奇怪:高保(传)真特性就意味着失真度小,这是业界公认的准则。怎么承认胆机的失真度大,还说电子管自身有高保真特性,这不矛盾吗?胆机的失真度高于晶体管(包括功率场效应管)机,这也是业界公认的。胆机耐听和高保真是两码事:单端放大的300B、845被认为是胆机中的极品,它比KT88的推挽机耐听吧,但它的THD比后者大!没人说上万元的胆机比几千元的石机THD低,但前者比后者耐听;就象有人说Spendor的箱子比Dynaudio的箱子耐听、音乐味好,但没人说前者比后者保真度高是一样的道理。事实上Dynaudio的失真、染色更小些,更接近真实的声音。