基于分類觀與變化觀的復習課教學設計

李雪 李少坤

摘要：初中化學教學中，以分類觀、變化觀等化學核心觀念為指導，以建構物質的反應和轉化思維導圖為載體，引導學生將碎片化的知識結構化，進一步建構物質轉化的三角模型、類別轉化等認知模型，再應用模型解決物質轉化和推斷的常見問題，培養學生的模型認知觀念和能力。

關鍵詞：初中化學;核心素養;物質反應和轉化;思維導圖;建構認知模型

文章編號：1008-0546（2022）02x-0062-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.02x.017

一、研究背景

根據化學學科核心素養對中學生發展的具體要求，提出化學的課程目標之一是：能依據物質及其變化的信息建構模型，建立解決復雜化學問題的思維框架[1]。分類觀、變化觀是化學學科素養的重要組成部分，雖然物質不同，但是物質的類別相同，就有相似的化學性質[2]，歸納一類物質的通性和各自的特性，建立“類別→性質→變化”的思維模型，是學習知識和解決問題的重要方法。化學家們通過實驗得出大量豐富的化學知識，這些化學知識之間不是孤立存在的，由于化學物質之間的反應、合成、轉化，對應化學知識也擁有內在的邏輯關聯，形成一定的結構[3]。建構和運用思維導圖，能促進學生認識雜亂無序的知識點之間的內在邏輯，從而將碎片知識結構化，進一步培養學生模型認知的觀念和能力，提升學生建立模型并應用模型解決問題的能力。

初中化學物質的轉化和推斷類試題綜合性較強，需要學生進行高階學習。對于物質的轉化和推斷試題，涉及的常見物質很多，他們的化學性質和化學方程式也很多。大部分學生對此類知識的認知，僅停留在單個物質的性質和化學方程式的熟識階段，腦海里存儲的都是碎片化的知識點，沒有形成知識體系，解決物質的轉化和推斷類問題時，不能有效提取相應知識，因此如何將學過物質的性質和轉化關系整理歸納，形成結構化的知識體系，并進一步建構認知模型，形成解決此類問題的一般思路和方法，是教師在復習時要重點關注的問題。本文從物質分類入手，引導學生通過學習某種有代表性的物質，自我建構一類物質的反應和轉化思維導圖，進一步建構物質反應和轉化的認知模型，并應用模型解決物質轉化和推斷的相關問題。

二、物質轉化和推斷復習教學的設計流程

1.利用實驗情境，建立“類別→性質→變化”的認知模型

[問題情境]如圖1實驗室的藥品柜中，藥品是如何擺放？藥品可以分為哪些類別？為什么要分類擺放？

[學生反饋]分類擺放;藥品分為單質、氧化物、酸、堿、鹽;......

[設計意圖]通過解決三個層層遞進的問題，讓學生回顧物質分類，并形成同類物質的化學性質具有相似性的認知，例如酸、堿、鹽的通性，按類別學習物質的性質，可以起到事半功倍的效果。

[教師引導]能否將這種學習方法，遷移到其它類別物質的學習中，并形成不同類別物質之間相互反應和轉化的關系，進一步解決三角框圖類的物質轉化和推斷問題呢？

2.利用物質反應與轉化思維導圖，促進零散知識結構化

[問題情境]呈現與Fe相關的實驗圖片（如圖2），通過現象推測可能發生的化學反應？師生一起整理Fe的思維導圖？

[學生反饋]鐵燃燒，與酸溶液反應，與鹽溶液反應......

[設計意圖]識圖辯反應，既鍛煉學生證據推理的能力[4]，又復習與Fe相關的反應與化學方程式，師生合作完成Fe的反應和轉化思維導圖（如圖3），整個作圖過程中，引導學生理解“—“”→”的含義“：—”兩端連接的是反應物，即化學方程式左邊的反應物“;→”兩端連接的分別是反應物、生成物，即化學方程式等號兩邊的物質。啟發學生發散思維，將與鐵相關的零散的化學方程式，逐漸形成Fe的思維導圖，將知識結構化。

學生通過模仿建構Fe思維導圖的方法，借助有關Cu的相關實驗圖片（如圖4），自主建構Cu的反應和轉化思維導圖（如圖5）。

通過對Fe、Cu有代表性的金屬單質的研究，學生獨立總結出以金屬單質這類物質作為核心，建構金屬的反應和轉化思維導圖的結構模型（如圖6）。

3.利用思維導圖，建構物質轉化和推斷認知模型

[問題情境]結合Fe反應和轉化的思維導圖（如圖3），進一步探究以下三個問題：1如何找出以Fe為核心的雙向轉化關系？2如何找出以金屬單質為核心的三角轉化關系？3如何找出以金屬單質為反應物，轉化成其它類別物質的轉化關系？

[設計意圖]在框圖式物質轉化與推斷題中，經常考查物質間相互轉化的關系。在答題時如何能在眾多物質中快速鎖定思考方向，成為學生的難點。因此通過對第一個問題的探究，引導學生快速找到能與鐵雙向轉化的物質（如圖7），并總結找某物質雙向轉化的方法，即找思維導圖中箭頭指出同時能指入的物質。

其次，在框圖式物質轉化與推斷題中，經常考查物質間的三角轉化關系。因此如何激發學生在有限的條件下，建立有代表性的三角轉化模型，并形成建模的意識，成為解決這類題的關鍵和重難點。在這個環節，教師通過設計問題情境，引導學生建立金屬單質間的三角轉化關系（如圖8，圖中只顯示了部分金屬轉化關系的代表），總結金屬三角轉化關系的原則：只能是活動性強的金屬轉化成活動性弱的金屬。再次引導學生思考：以上三角模型中，有沒有非金屬單質可以參與其中？再次激活學生的思維，引導學生將三角關系中單質的范圍由金屬擴大到非金屬，可以將圖8中的單質Cu、Ag替換成H2，并總結出：單質的三角轉化圖中，能轉化成H2的金屬，一定是在金屬活動性順序表中，活動性強于氫的金屬單質。

最后，在框圖式物質轉化與推斷題中，經常考查不同類別物質間的反應與轉化關系，教師可引導學生從Fe這種金屬單質出發，通過Fe的化學性質，拓展到金屬的通性要考慮三個方面：能否與O2反應，能否與酸（鹽酸、稀硫酸）反應，能否與某些鹽溶液反應，總結金屬單質可以轉化成的物質類別（如圖9）。另外對于金屬單質除了考慮通性，還要考慮各自特性，比如在金屬活動性順序表中，只有活動性強于氫的金屬才能轉化成非金屬單質H2。

4.利用類比遷移，深化物質轉化與推斷中的模型認知觀念

[教師引導]以上案例以Fe、Cu為代表，研究了金屬單質這類物質的反應與轉化，學生在課后可以模仿這種方法，自主建構非金屬單質的反應與轉化關系，如圖3中的非金屬單質H2、C等。單質的反應與轉化可以用以上認知模型來進行學習，氧化物是否也能以類似的方式進行學習？接下來就以Fe2O3

（如圖10、圖11）和CaO為代表來建構金屬氧化物的認知模型。

[問題情境]類比學習，小組合作在草稿紙上自主構建Fe2O3的思維導圖？

[學生遷移]學生交流并派代表板書思維導圖。

[教師引導]觀察Fe2O3的思維導圖，有沒有與Fe2O3實現雙向轉化的物質？以Fe2O3為主，能否實現氧化物之間的三角轉化關系？

[學生反饋]......

[教師引導]師生合作，得到更深層次的結論：1初中階段沒有與Fe2O3相互轉化的物質;2金屬氧化物的通性一般從兩個方面進行考慮：能否與還原劑反應，能否與酸反應;3如果以Fe2O3為主，找出該思維導圖中可以建立的氧化物間的三角關系不止一種（如圖12），比如在CO2和H2O之間既可以連“→”，也可以連“—”，甚至可以在CO和CO2間連“?”，學生將三角關系從轉化拓展到相互反應等不同的連接方式，利用發散思維，將范圍擴大，自然建構出此類物質的三角轉化關系。

[師生總結]通過建構Fe2O3的三角轉化模型，學生可以很容易將此方法遷移到CuO、CaO的學習中。在建構CaO的認知模型時，引導學生注意：不僅要考慮金屬氧化物的通性，還要關注其特性，比如初中階段常見的反應和轉化關系中，不考慮其與還原劑的反應，但是CaO能與H2O在常溫下反應放熱，在繪制CaO的思維導圖（如圖13）時，學生對金屬氧化物的性質和轉化關系的理解將更加深刻。總結金屬氧化物能轉化的物質類別時，引導學生體驗金屬氧化物轉化成堿（如圖14）是物質特殊性質的體現。

[設計意圖]學生在以上的訓練中，逐漸強化了思維方式，形成了簡單的認知模型（如圖15），如雙向轉化關系、三角模型、類別轉化等。首先雙向轉化，要求A、B物質互為反應物和生成物的關系。其次三角模型關系有很多種，本節課只探究了部分物質的部分三角關系，希望能為學生建立物質的關系指出思考方向;最后對于類別反應和轉化關系，既要求學生能對物質分類，還要熟練掌握一類物質的通性和特性，在對比中整理，在整理中完善，完整找出“—”“→”兩邊的物質。同時引導學生明確，同一個反應中，如果生成物不止一類，則箭頭指向的C類物質就有多種。非金屬氧化物，如CO2、H2O等，都可以作為練習內容，讓學生在課后整理完善和研究。

5.運用認知模型解決問題，提升模型認知觀念和能力

[遷移應用1]問題1：判斷下列說法的正誤。

（1）如圖16，若甲、乙、丙均為金屬單質，則金屬活動性甲<乙<丙

（2）如圖17，物質甲、乙、丙一定不能都是單質[學生反饋1]......

[遷移應用2]問題2：（“—”表示相連的兩種物質能發生反應，“→”表示某種物質可轉化為另一種物質。）如圖18中能體現某些物質間變化關系的是[設計意圖]通過解決以上兩個問題，物質類別與物質反應和轉化關系相結合，使學生的知識和能力進一步升華，學生能從物質類別的角度出發，既掌握一類物質的通性，又熟悉個別物質的特性，實現不同類別物質之間的反應和轉化;還能將物質的雙向轉化和三角轉化關系蘊含其中，充分鍛煉學生的發散思維，完善腦海中的各種三角反應和轉化模型圖。

三、教學反思

初中化學物質的轉化和推斷類問題涉及到知識點很多，框圖轉化的呈現方式也多種多樣，如何將知識和能力，以及學科核心素養很好地結合起來開展教學，是每位教師的共同目標，筆者在區級的展示課中，以觀念建構和模型認知為出發點，進行了有效嘗試。如何優化學生建構模型的認知過程[5]，幫助學生建構適用性更強的模型[6]，有效培養學生認知策略，構建學科核心觀念，還需要在以后的教學中作進一步的研究。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]王磊，魏銳.學科核心素養發展導向的高中化學課程內容和學業要求[J].化學教育，2018（9）：48-53.

[3]王偉，王后雄.學科核心素養視域下的化學學科本質理解：意義與視角[J].化學教學，2019（11）：3-8.

[4]吳星.對高中化學核心素養的認識[J].化學教學，2017（5）：3-7.

[5]周正祥，楊玉琴.指向“證據推理與模型認知”的教學設計[J].化學教育，2018（23）：25-30.

[6]趙鈱，趙華“.證據推理與模型認知”的內涵和教學研討[J].化學教學，2020（2）：29-33.

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