基于認(rèn)知地圖建構(gòu)的元素化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

羅余凌

[摘? ?要]以《硫和含硫化合物的相互轉(zhuǎn)化》為例，讓學(xué)生完成對(duì)硫和含硫化合物的相互轉(zhuǎn)化認(rèn)知地圖的主動(dòng)建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)元素及其化合物知識(shí)的一般方法與模型。

[關(guān)鍵詞]認(rèn)知地圖;元素;教學(xué)設(shè)計(jì);硫和含硫化合物

[中圖分類(lèi)號(hào)]? ?G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ?A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ?1674-6058（2019）08-0062-02

一、研究背景

美國(guó)心理學(xué)家T.C.托爾曼曾通過(guò)動(dòng)物在迷津中找到食物的實(shí)驗(yàn)提出了“認(rèn)知地圖”[1]這一概念。后續(xù)的心理學(xué)家如加涅、伯納德等人將認(rèn)知地圖應(yīng)用于教學(xué)。在教學(xué)中，認(rèn)知地圖的建構(gòu)被認(rèn)為是用圖形的方式即形象模型將主體的邏輯和思維脈絡(luò)表現(xiàn)出來(lái)，在短時(shí)記憶到長(zhǎng)時(shí)記憶的過(guò)程中必不可少的對(duì)信息組織編碼及原有知識(shí)整合的過(guò)程。由此可見(jiàn)，認(rèn)知地圖與“知識(shí)圖譜、知識(shí)地圖”是有本質(zhì)區(qū)別的，前者是學(xué)習(xí)者主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)體系的產(chǎn)物，而后者僅僅是他人現(xiàn)成的知識(shí)體系。

因此，筆者認(rèn)為利用認(rèn)知地圖模型建構(gòu)元素化學(xué)教學(xué)是可行的，現(xiàn)以蘇教版教材中《硫和含硫化合物的相互轉(zhuǎn)化》[2]一課的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，對(duì)基于認(rèn)知地圖建構(gòu)的元素化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)一：情境引入

[教師]播放印尼工人火山口采集硫黃的視頻，并提問(wèn)：大家對(duì)“硫黃”知多少？

[學(xué)生]積極舉手發(fā)言：硫黃不溶于水;硫黃可以燃燒;硫黃可以制作黑火藥，還可以加入香皂中制成硫黃皂。

[教師]肯定學(xué)生的回答，補(bǔ)充完善硫單質(zhì)的其他性質(zhì)，講述人類(lèi)對(duì)硫與含硫礦物的一些應(yīng)用，并展示部分含硫礦物的圖片。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)生活中真實(shí)采硫黃的情境，讓學(xué)生感受游離態(tài)硫存在的真實(shí)性及其部分性質(zhì)，并在欣賞含硫礦物美圖的過(guò)程中感受化學(xué)之美，激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)熱情以及對(duì)本節(jié)課內(nèi)容做進(jìn)一步探究的欲望。

環(huán)節(jié)二：實(shí)驗(yàn)探究

[教師提問(wèn)]大家還知道哪些含有硫元素的化合物？

[學(xué)生]思考，并在草稿紙上書(shū)寫(xiě)含硫元素的化合物。

[教師]巡視并點(diǎn)評(píng)學(xué)生所寫(xiě)的含硫元素的化合物。

[教師提問(wèn)]含硫物質(zhì)多種多樣，能否對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)呢？并指出分類(lèi)依據(jù)。

[學(xué)生]與同桌交流，并舉手發(fā)言：可以根據(jù)硫元素的價(jià)態(tài)將含硫化合物分成-2價(jià)、0價(jià)、+4價(jià)、+6價(jià)四類(lèi)。

[教師追問(wèn)]人類(lèi)對(duì)硫元素的利用，從本質(zhì)上看，就是實(shí)現(xiàn)含硫物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化，那么這些物質(zhì)間是如何實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化的呢？

[實(shí)驗(yàn)探究一]如圖1所示，以SO2為核心，通過(guò)K1、K2的控制，實(shí)現(xiàn)含硫元素化合物之間的相互轉(zhuǎn)化。

【步驟1】打開(kāi)K2，關(guān)閉K1，向錐形瓶中注射濃硫酸，點(diǎn)燃酒精燈。片刻后，發(fā)現(xiàn)品紅紅色褪去，對(duì)U型管再加熱，紅色復(fù)現(xiàn)。

【步驟2】打開(kāi)K1，關(guān)閉K2，SO2通入連續(xù)試管，高錳酸鉀、溴水陸續(xù)褪色，硫化鈉溶液中出現(xiàn)黃色渾濁。氫氧化鈉用于尾氣處理。

[學(xué)生]觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并舉手發(fā)言：不同價(jià)態(tài)的硫可以通過(guò)氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化;相同價(jià)態(tài)的硫可以通過(guò)非氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化。

[實(shí)驗(yàn)探究二]在實(shí)驗(yàn)探究一的基礎(chǔ)上進(jìn)行如下調(diào)整：

【步驟1】請(qǐng)學(xué)生預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【步驟2】打開(kāi)K1、K2，從K2處通氮?dú)馀疟M裝置中的空氣，關(guān)閉K2，向錐形瓶中注射濃硫酸，點(diǎn)燃酒精燈。觀察BaCl2、Ba（OH）2和Ba（NO3）2溶液中的現(xiàn)象。

【步驟3】向裝有BaCl2溶液的試管中注射過(guò)氧化氫，向裝有Ba（OH）2和Ba（NO3）2溶液的試管中注射鹽酸，觀察現(xiàn)象。

[學(xué)生]描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考原因，寫(xiě)出反應(yīng)方程式。

設(shè)計(jì)意圖：改變教材文本中“交流與討論”環(huán)節(jié)直接讓學(xué)生按化合價(jià)書(shū)寫(xiě)含硫物質(zhì)的題型，讓學(xué)生自己書(shū)寫(xiě)含有硫元素的物質(zhì)，并進(jìn)行分類(lèi)，學(xué)會(huì)從不同層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性;增設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從宏觀上感受含硫化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，探究轉(zhuǎn)化模式，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”化學(xué)核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)三：自主建構(gòu)

[教師]肯定學(xué)生的回答，點(diǎn)評(píng)學(xué)生反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)，并提問(wèn)：剛才的系列實(shí)驗(yàn)中我們證實(shí)了含硫元素化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，我們能否將可以相互轉(zhuǎn)化的物質(zhì)用線連接起來(lái)，組建一張有特色的含硫元素物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化地圖呢？

[學(xué)生]分組交流討論，并繪制相互轉(zhuǎn)化地圖。

[教師]巡視各組成果，用手機(jī)拍照（如圖3所示），利用同步軟件導(dǎo)入電腦，進(jìn)行投影展示與點(diǎn)評(píng)。

[學(xué)生]分享自己所在組的設(shè)計(jì)理念，欣賞其他各組的成果。

設(shè)計(jì)意圖：參照課本的“整理與歸納”環(huán)節(jié)，讓學(xué)生分組交流討論，自主構(gòu)建含硫元素物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化知識(shí)地圖，并通過(guò)主動(dòng)參與構(gòu)建知識(shí)體系的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的“模型認(rèn)知”化學(xué)核心素養(yǎng);通過(guò)現(xiàn)代數(shù)字媒體技術(shù)當(dāng)場(chǎng)展現(xiàn)學(xué)生的成果，分享學(xué)生自己的設(shè)計(jì)理念，讓學(xué)生感受探究成功的喜悅，培養(yǎng)學(xué)生的自信心。

環(huán)節(jié)四：應(yīng)用地圖

[教師提問(wèn)]硫及含硫化合物之間的相互轉(zhuǎn)化在生產(chǎn)生活中有著重要的應(yīng)用，如硫粉可用于處理灑落的水銀，請(qǐng)對(duì)照自己的轉(zhuǎn)化地圖，舉例說(shuō)明。

[學(xué)生] 積極舉手發(fā)言：利用亞硫酸鈉與濃硫酸反應(yīng)可以制備SO2;利用硫黃燃燒生成SO2，再在催化劑作用下與O2反應(yīng)生成SO3，最后轉(zhuǎn)化為H2SO4，該過(guò)程用于生產(chǎn)硫酸。

[教師]硫酸鈉廣泛應(yīng)用于化工、造紙、玻璃、染料、印染和醫(yī)藥等工業(yè)，請(qǐng)你設(shè)計(jì)生產(chǎn)硫酸鈉的可能途徑。

[學(xué)生]展示自己設(shè)計(jì)的方案：S→SO2→SO3→Na2SO4;S→SO2→Na2SO3→Na2SO4;H2S→SO2→H2SO4→Na2SO4。

[教師]點(diǎn)評(píng)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案，并提問(wèn)：這節(jié)課你有哪些收獲？

[學(xué)生]認(rèn)識(shí)了硫及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，成功繪制了屬于自己的認(rèn)知地圖，很有成就感。

[教師]課后作業(yè)：繪制一張鈉及其化合物相互轉(zhuǎn)化的認(rèn)知地圖。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)認(rèn)知地圖的應(yīng)用，感受其在學(xué)習(xí)中的價(jià)值與地位，培養(yǎng)學(xué)生從模型構(gòu)建到認(rèn)知再到應(yīng)用的科學(xué)思維，同時(shí)布置相應(yīng)作業(yè)，讓學(xué)生自行繪制一張鈉及其化合物相互轉(zhuǎn)化的認(rèn)知地圖，使學(xué)生能將這種認(rèn)知地圖模型推廣到其他元素及其化合物的學(xué)習(xí)中去，培養(yǎng)學(xué)生的“模型認(rèn)知”化學(xué)核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)反思

1.教學(xué)目標(biāo)明確

本節(jié)課重點(diǎn)是學(xué)習(xí)硫及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，認(rèn)識(shí)元素在物質(zhì)中可以有不同價(jià)態(tài)，通過(guò)氧化還原反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)含有不同價(jià)態(tài)的同種元素的物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化;學(xué)生在自主探究建構(gòu)含硫元素物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化認(rèn)知地圖過(guò)程中，培養(yǎng)了“宏觀辨識(shí)”“模型認(rèn)知”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.教學(xué)脈絡(luò)清晰

本節(jié)教材文本內(nèi)容不多，給教師提供了很大的教學(xué)創(chuàng)新空間。筆者在研究教材文本的基礎(chǔ)上，設(shè)立了四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。從火山口采集硫磺以及噴發(fā)過(guò)程中含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化素材入手，吸引學(xué)生，拋出任務(wù)，層層推進(jìn)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究，實(shí)現(xiàn)了從分類(lèi)到轉(zhuǎn)化再到建構(gòu)的認(rèn)知過(guò)程，整個(gè)教學(xué)脈絡(luò)清晰。

3.教學(xué)氛圍融洽

本節(jié)課在設(shè)計(jì)上，有情境，有探究，有實(shí)驗(yàn)，更有學(xué)生自主建構(gòu)與應(yīng)用環(huán)節(jié)，學(xué)生參與度高，教學(xué)氛圍融洽。尤其是自主建構(gòu)認(rèn)知地圖環(huán)節(jié)，不再是照本宣科地將書(shū)本知識(shí)的整理與歸納強(qiáng)加給學(xué)生，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生的思維在交流與討論中被觸發(fā)，有如激流奔放 ，形成了洶涌的創(chuàng)新思維浪潮，勾勒出了一幅幅與眾不同的認(rèn)知地圖。

4.教學(xué)哲理深刻

通過(guò)教學(xué)幫助學(xué)生建構(gòu)硫元素化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系認(rèn)知地圖，提升了學(xué)生對(duì)硫元素化合物的整體認(rèn)知，建構(gòu)了屬于學(xué)生自己的完整知識(shí)體系。有學(xué)生在談收獲時(shí)提及“含硫元素物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化地圖可以作為一種認(rèn)知模型推廣到其他元素及其化合物的學(xué)習(xí)中”。由此可見(jiàn)，學(xué)生領(lǐng)悟到了“事物是普遍聯(lián)系的”這一哲學(xué)道理，這不正是我們教育所追求的嗎？正如德國(guó)著名物理學(xué)家諾貝爾獎(jiǎng)獲得者馮·勞厄曾經(jīng)說(shuō)過(guò)的：“教育所給予人們的無(wú)非是當(dāng)一切已學(xué)過(guò)的東西都忘記后所剩下來(lái)的東西。”

綜上，教師只有不斷地研讀課程標(biāo)準(zhǔn)、教材文本、學(xué)生個(gè)體，方能設(shè)計(jì)出讓化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落地生根、開(kāi)花結(jié)果的課堂教學(xué)。

[? 參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ]

[1]? 皮連生.教育心理學(xué)[M].上海：上海教育出版社，2011.

[2]? 王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)（必修1）[M].南京：江蘇教育出版社，2009.

[3]? 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

（責(zé)任編輯 羅 艷）