建構“元素守恒”模型化思維，發展學生的化學學科核心素養

彭敏兒

一、問題的提出

化學計算是從量的方面來加深對化學概念和原理的理解，進一步掌握物質的性質及其變化規律，有助于培養分析問題和解決問題以及運用化學知識進行有關量的計算能力。化學計算與知識和實驗密切相關，是學生對化學知識自覺進行綜合應用的一種能力。初中階段的化學計算常常會遇到“多步反應”的問題，近四年廣州中考化學試卷中，涉及化學變化“多步反應”計算。這類計算涉及一定的情境信息，大量元素化合物知識，紛繁復雜化學方程式，其重點是考查學生元素觀即元素守恒思想，考察學生對元素化合物知識的靈活應用和遷移能力，對信息的采集和整合能力，對問題的分析和解決能力。要求學生能運用質量守恒定律，從題目特定的情境的角度去分析物質間的轉化關系，及核心元素的流向。學生對這類計算，完成的效果不理想。

1.學生在解決“多步反應”計算時表現出來的問題

在心理層面：學生面對陌生情境、眾多的物質和化學方程式，特別是涉及陌生的化學方程式時就會方寸大亂，無從下手。從而對此問題產生了恐懼心理，畏難情緒，大部分學生考試時只要看到這種計算，總是把它留到最后做，或者隨便做做或直接放棄，導致得分率低。

在解題策略層面：學生對教材的化學方程式不夠熟練，對題目情境、素材、信息等涉及的陌生化學方程式，由于信息提取、整合不當，導致方程式書寫不正確。解題時只關注宏觀物質的質量關系，目光只停留在核心元素的質量不變情況。不理解計算原理，不能用元素守恒進行簡潔運算，忽略了從微觀層面分析物質的變化，導致不懂得從多步反應過程中核心元素的原子種類、數目不變的角度分析問題、解決問題。出現這樣的結果，都是源于學生沒有掌握一種好的思維模式、解題思路和方法。沒有對所學知識進行分類、歸納，沒有對知識形成模式化方法、模式化思維、模式化過程。

2.“元素守恒”是發展學生化學學科核心素養的一種載體

從廣州中考的試題分析，發現題目雖然涉及“多步反應”的物質眾多，但是其中涉及計算的元素并不多，所以順著“元素守恒”的線索來分析，可以使看似復雜的計算問題簡單化，模型化。

“元素守恒”即化學反應前后各元素的種類不變，各元素的原子個數不變，其物質的量、質量也不變。即宏觀上物質在化學反應前后種類發生變化，但是元素是守恒的，微觀上原子種類和數目也是守恒，保持不變的。不管是一個反應還是多個反應，不管給定的是反應物還是生成物，不管過程轉化是完全的還是部分的，只要學生形成自覺跟蹤核心元素，尋找轉化過程，找出核心元素的質量守恒或核心元素的原子守恒關系，就能快速理清頭緒，結合“三重表征”思維方式分析問題，對此類型計算形成模型化思維，發展學生“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”的學科素養。

在中考復習中，如果教師能引導學生對“多步反應”計算，運用“元素守恒”的原則進行思考，形成模型化思維，開擴學生的解題思路。在解題的思路和方法上助學生從新建立信心，對提高成績和綜合能力是非常有效的。筆者一直堅持用“元素守恒”對“多步反應”的化學計算進行教學實踐，自身的教學經驗證明效果不錯。

二、“元素守恒”的思維建模

“元素守恒”解題的核心是找到核心元素，利用核心元素的質量守恒或該元素的原子守恒來分析，這里所說的核心元素是指已知物質和所求物質中的守恒元素。雖然“多步反應”計算涉及的物質和化學方程式多，但是涉及計算的元素就那么幾種，一般情況下學生是可以跟蹤到核心元素，尋找到轉化后的物質，從而找出物質間守恒元素的質量關系或核心元素的守恒原子間的關系，從而建立起物質間的關系來解決問題。

1.“多步反應”過程沒有引入或消耗含核心元素物質

宏觀角度分析，已知物質中核心元素的質量和所求物質中核心元素的質量相等。微觀角度分析，核心元素在已知物中的原子個數和所求物中該元素的原子個數相等。思維模型如圖1所示。

2.“多步反應”過程引入或消耗含核心元素物質

宏觀角度分析，核心元素在已知物質中的質量和所求物質中的質量不相等。在整個過程中引入或消耗含該元素的物質，如果引入：引進元素的質量和原該元素的質量要相加才和最終該元素的質量相等;如果消耗：原該元素的質量要減去損失元素的質量才和最終該元素的質量相等。微觀角度分析，核心元素在已知物質中的原子數目加上引進的核心元素的原子數目（或減去消耗的核心元素的原子數目），就是所求物質中該元素的原子數目。思維模型如圖2所示。

解題步驟如下：

（1）仔細閱讀，熟悉整體。將題目仔細閱讀一遍，找出已知物質和所求物質中的元素，熟悉“多步反應”涉及已知物質和所求物質的化學方程式。

（2）結合情境，準確定位。根據題目的情境、信息，觀察涉及的化學方程式，準確跟蹤核心元素，理清轉化過程核心元素的原子守恒關系。

（3）確定關系，代入數據，解決問題。

運用“元素守恒”解決這類計算問題就能化繁為簡，可以減少很多不必要的麻煩。

三、“元素守恒”解“多步反應”計算例談

例題.已知向飽和澄清石灰水中通入CO2直至過量，先生成CaCO3，再轉化為Ca（HCO3）2。理論上吸收4.4g CO2，需氫氧化鈣的質量為 g。（計算結果精確到0.1g）

運用“元素守恒”分析步驟如下：

責任編輯 邱 麗09BA541E-CFD6-4C7D-BAFA-AA6E4D581042