學科大觀念引領元素化合物性質的深度學習

喻華

摘要：高中化學元素化合物的教學，基本問題是“物質及其轉化”，抓住學科大觀念的轉化觀這一核心概念展開教學，能避免學生學習的瑣碎化，促使學生對元素化合物知識的理解更深入。以二氧化硫的教學為例，把“轉化觀”作為固著教學具體概念和環節的“大觀念”，引導學生深度思考和學習。

關鍵詞：大觀念;轉化觀;深度學習;課例研究

文章編號：1008-0546（2022）10x-0058-03中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

所謂學科大觀念是指能夠強有力地解釋化學有關現象，并提供對化學綜合考察的內容。它是學科知識的本質與核心，指明了學科的基本結構和方法。化學物質的相互轉化是學科的基本觀念，它也是元素化學的本質與核心。物質轉化的觀念可以將元素化合物知識結構化，進而揭示元素化合物本質與內在聯系。它是化學元素知識背后的“固著錨”。

高中的元素化學涉及鹵素、氧族、氮族、金屬鐵、鋁等。教師抓住轉化觀這一核心概念展開教學，可以避免學生學習的瑣碎化，促使學生對元素化合物學習和理解更深入。本研究中，以“硫及其化合物”這一單元中二氧化硫的教學內容為代表，把“轉化觀”作為固著教學具體概念和環節的“大觀念”，引導學生深度思考和學習。

一、學科大觀念引領的教學設計思路

教材分析是明確大觀念的關鍵環節。教師通過大單元主題教學設計，精準定位教學內容并進行設計重構。教材第三章“硫、氮及其循環”是學生系統學習非金屬及其化合物的重要章節。其主要內容包括：在氧化還原反應、離子反應等理論知識的基礎上，通過對硫、氮及其化合物的學習，進一步認識元素及其化合物研究的基本思路和方法。本章強調從物質類別和元素價態角度認識物質之間的轉化路徑，并通過實驗探究深入了解物質之間的轉化規律。

本章旨在幫助學生形成認識物質性質的角度，認識元素及其化合物的內在聯系及其轉化的重要價值，形成物質轉化觀。本章是在前面鹵素及其化合物的基礎上對非金屬元素板塊的進一步拓展，關注學生能利用剛學習的氧化還原反應、離子反應等理論知識，從物質類別和元素價態的二維角度去認識物質之間的相互轉化，為學生后續進一步認識元素周期律等化學理論，建立“結構決定性質”的化學觀念奠定重要的基礎。

本課是第三章第一節“硫及其重要化合物”中二氧化硫第二課時的學習內容。在氧化還原反應、離子反應等理論知識的基礎上，運用第一課時掌握的二氧化硫的性質，解決化工生產中二氧化硫的制備及含硫尾氣中二氧化硫回收等實際問題。通過本節課的學習，進一步認識元素及其化合物研究的基本思路和方法，從物質類別和元素價態角度認識物質之間的轉化路徑，認識轉化的重要價值，形成物質轉化觀。

對本節中二氧化硫的分析可以進一步辨明“轉化觀”。從物質類別上看，二氧化硫是典型的非金屬氧化物，具有酸性氧化物的通性，能轉化為對應的酸和含氧酸鹽。從化合價分析，二氧化硫中硫元素為+4價，處于中間價態，硫元素可以繼續被氧化到高價態+6價，從而轉化成硫酸或硫酸鹽;硫元素還可以被還原到單質硫或更低價態的-2價的硫化物。所以，二氧化硫就是硫及其化合物相互轉化的中心物質。通過這節課讓學生全面認識二氧化硫，學會合理利用各項性質的應用，提高社會責任意識。

二、落實大觀念的教學實踐

第一環節，設計一個真實具體的生活情境。讓學生思考，要解決問題需要哪些知識儲備？以此激發學生學習探究的興趣，促使他們在探究的過程中將理解內化，最終學以致用去解決實際問題。第二環節，設計一個框架或者思考模型。讓學生具備知識理解、原理內化的抓手。引導學生思考，如何理解各種現象之間的轉化關系？使他們深入地理解概念和原理。第三環節，設計解決問題過程，呼應前面的生活情境，提出解決方案。讓學生在解決問題的過程中進一步感悟二氧化硫的性質及相關轉化的本質，促使他們獲得更深入的理解和學習遷移。表1是“硫及其化合物”一課的教學設計。

第一環節情境導入：教師展示“自然界中的硫循環”圖，請學生觀察其中硫元素的存在形式（見圖1）。

隨之，教師呈現另一張表“2001年工業二氧化硫的年排放量”，請學生分析圖1、表2信息。讓他們意識到二氧化硫的重要工業價值和它對環境所帶來的影響，并引發他們探討大量排放含硫尾氣對環境的危害。教師追加問題，進一步提出：如何處理這些對環境有害的二氧化硫？尾氣中的二氧化硫該如何回收？

這個環節中，教師引入二氧化硫尾氣的驚人排放量，針對二氧化硫的性質提出真實的問題，從而促使學生深入思考二氧化硫及其相關硫化合物的性質，為進一步理解轉化觀念奠定基礎。

第二環節建立轉化的模型：師生共同分析硫元素的價-類二維圖。教師通過“自然界中的硫循環”，引導學生觀察其中硫的存在形式，并列出相應的化學式：H2S、SO2、SOS2-、H2SO4、SO3、H2SO3、Na2SO4、FeS、FeS2、Cu2S等等。

學生完成價-類二維圖;期間，教師進行兩個引導：1、二氧化硫的類別分析，一是二氧化硫屬于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性;二是二氧化硫的價態分析，二氧化硫中的硫元素+4價，在中間價態，化合價可升可降。2、這些含硫化合物之間的價態升降變化關系。

硫元素的價-類二維圖是構建物質轉化模型的原型。化學的本質即變化，價-類二維圖就是變化的顯性表示，轉化觀就隱含在這變化中。同時，通過物質的相互轉化，實現零散的元素知識結構化，從而使化學概念和理論更加深入和精細化，也促使學生將轉化的觀念內化。學生畫圖的過程是他們辨別硫及其化合物之間的轉化關系逐漸建構元素轉化模型的過程。教師引導他們繪制、使用這張圖，用這張圖解釋和說明相關的問題。可以說，圖是串聯元素化合物復習的主線，由它串起一顆顆散落的珍珠（各種物質）形成一根珍珠項鏈（元素關系）;圖更是一個“基站”，它既能發散出去又能聚攏回來，是研究物質性質、用途、相互轉化的信息中心。

師生合作定性完成轉化圖（見圖2）。討論并完成從二氧化硫“發散”（轉化）出去的物質，和向二氧化硫“聚攏”（生成）的反應。這個活動在學生心目中建立起“轉化觀”。

合作討論如何實現“發出去”和“收回來”的化學原理。通過分析和探索二氧化硫與相關物質的轉化反應，再次強化氧化還原反應、電子轉移的基本原理，夯實對化學概念和原理的本質認識。

第三環節轉化觀念內化：呼應先前的情境問題，提出解決方案。

教師展示圖1和圖3。從圖3可以看出我國對硫酸的需求與日俱增，也就是對二氧化硫的需求量增加。再次強調二氧化硫是重要的化工資源。

教師再引導學生看圖1“自然界中硫循環”，問人類活動所產生的二氧化硫都被合理使用了嗎？自然而然地引出“工業尾氣中二氧化硫的回收與再利用”課題。

學生依據氧化還原反應的原理，提出想法，并討論與回答。

這個環節中，教師引導學生在氧化還原反應理論知識的基礎上，運用前一課時掌握的二氧化硫的性質，解決化工生產中二氧化硫的制備及含硫尾氣中二氧化硫回收等實際問題。學生進一步認識元素及其化合物研究的基本思路和方法，從物質類別和元素價態角度認識物質之間的轉化路徑，認識到物質轉化的本質，形成物質“轉化觀”和二氧化硫“物盡其用”的“價值觀”。

三、教學反思

綜觀本教學設計實施和學生課堂學習，大觀念不僅將化學現象、概念、原理整合為一個整體結構，也將教學活動有效地統合起來達成學科核心目標。①根據硫及其化合物的價-類二維圖探討二氧化硫的制備及尾氣回收，建立物質變化觀，培養了變化觀念與平衡思想;②通過價-類二維圖建立物質間轉化模型，應用于解決二氧化硫的制備方案、尾氣回收方案。從宏觀和微觀結合上收集證據，依據證據從不同視角分析問題，推出合理的結論，學會證據推理與模型認知;③在解決資源和環境問題時，學習化工生產中的聯合思想，感悟“物盡其用”的價值，培養學生科學態度與社會責任感。

綜觀元素化合物的教學，基本問題就是“物質及其轉化”;學習活動就是兩大基本任務：探尋“物質及其轉化”的基本規律，建構“物質及其轉化”的科學理論。

總之，用一個核心的“大觀念“，將松散的元素化合物性質統合起來，可用于解釋較大范圍的物質的性質，而且能夠使課堂探究教學有效地實施和展開。通過這些課堂的活動，也能使學生體驗到圍繞著“瑣碎”元素知識還具有更深刻的規律，進而獲得學科核心素養。化學核心觀念的抽象和概括應該緊緊圍繞化學學科認識的基本問題和基本任務，它的認識水平高于“物質及其轉化”的具體事實、化學概念、物質及其轉化規律及化學科學理論。

參考文獻

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