基于化學學科理解的元素化合物教學探究

陳敏琛

［摘 要］文章以“從海水中提取溴”的教學為例，從化學學科理解的五個維度對元素化合物教學內容做全面分析，通過凝練學科本原性問題、抽提化學認識視角等，建構元素化合物的認識模型。在“素養為本”的課堂教學中，可創設情境以搭建素養形成和發展的平臺，建構模型以形成知識關聯和認識思路的結構化，解決問題以提升認識思路的遷移水平。

［關鍵詞］化學學科理解；元素化合物；化學認識視角；化學認識思路

［中圖分類號］ ? ?G633.8 ? ? ? ?［文獻標識碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2022）20-0069-03

一、問題的提出

元素化合物知識是高中化學必修課程的主要內容之一，在教材中占有較大的比重。元素化合物教學中存在的主要問題有：（1）以去情境化的教學代替真實的學習情境；（2）以碎片化學習代替整體性學習；（3）以單一代表物的性質學習代替基于元素觀的物質性質學習［1］。這導致學生對知識點的理解過于狹隘和對反應方程式的記憶過于機械，在解決化學實際問題過程中表現為知識遷移能力欠缺，學科核心素養水平低下。造成以上教學偏差的一個主要原因是教師對元素化合物的學科理解片面或存在一定的局限性。

《普通高中化學課程標準（2017年版2020修訂）》（以下簡稱新課標）提出“要求教師進一步增進化學學科理解。化學學科理解是指教師對化學學科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結構化的認識，它不僅僅只是對化學知識的理解，還包括對具有化學學科特質的思維方式和方法的理解”［2］。本原性的認識離不開在真實情境中產生的真實問題，學科知識及學科思維方式和方法的結構化是解決真實問題的“金鑰匙”。本文以2019年蘇教版化學必修第一冊（以下簡稱新教材）“從海水中提取溴”的教學為例，從化學學科理解層面，分析元素化合物教學內容的本原性問題和功能價值，構建元素化合物的認識模型，基于教學實踐提煉教學策略，探尋元素化合物教學新樣態。

二、基于化學學科理解的元素化合物教學內容分析

要厘清元素化合物知識的產生、發展和應用的脈絡，可從“化學知識本質”“化學知識獲取”“化學知識結構”三個維度獲得關于元素化合物的接近本原性問題的理解；要挖掘元素化合物的學科價值、社會價值和育人價值，可從“化學學科方法”“化學學科價值”兩個方面進行凝練。因此，有必要從化學學科理解的五個維度——“化學知識本質”“化學知識獲取”“化學知識結構”“化學學科方法”“化學學科價值”［3］，對元素化合物教學內容的本原性問題和功能價值進行全面了解。具體的元素化合物教學內容分析見表1。

三、基于化學學科理解建構元素化合物認識模型

基于化學學科理解的化學教學，要求教師重視學科本原性問題的凝練、化學認識視角的抽提以及化學認識思路的建構［5］。

（一）凝練學科本原性問題

在元素化合物的教學中，教師可基于“化學知識本質”，凝練3個學科本原性問題：它是什么物質？它發生了什么變化？它為什么會發生變化？如“從海水中提取溴”一課要解決的3個學科問題是：溴元素的存在形式是什么？不同價態含溴物質之間如何轉化？物質的組成、結構、分類和變化與認識視角有何關聯［6］？

（二）抽提化學認識視角

化學認識視角是“從哪兒想”的切入點。宏觀和微觀相結合是建構認識對象之間的關聯性的重要化學學科視角。在元素化合物教學中，教師一方面要基于物質類別和元素價態、原子結構的視角預測物質的化學性質，初步建構價類二維認識模型；另一方面要從實驗驗證的視角對實驗現象做出合理解釋，并用化學符號進行恰當表征，發展學生“宏—微—符”三重表征這一化學學科特有的思維方式。

（三）建構化學認識思路

化學認識思路實質是形成“怎么想”的邏輯框架，它的價值在于知識的運用。如本節課先通過建構預測陌生物質性質的思維模型，再創設“模擬工業上熱空氣吹溴”的問題情境，引導學生運用模型嘗試解決實際問題，并在此過程中完善模型，形成化學認識思路的結構化，旨在提高學生基于化學認識思路的遷移能力。

基于化學學科理解的元素化合物教學著力點不再是知識的機械傳遞和簡單應用，而是強調形成知識關聯和學科思維方式和方法的結構化。就學科知識來講，就是將化學知識關聯起來形成有機整體，從橫向維度體現知識關聯和認識思路的結構化，即建構價類二維認識模型，預測物質的化學性質，通過實驗證實或證偽，使物質轉化的路徑顯性化，使知識從碎片化走向結構化。就學科思維方式和方法來講，就是抽提學科思想方法、觀念，從縱向維度形成核心觀念的結構化，即將“結構決定性質，性質決定用途”的學科思想方法貫穿教學始終，用元素觀、微粒觀等學科觀念統領學科知識的學習。

綜上，基于化學學科理解的元素化合物的認識模型如圖1所示。元素化合物教學宜從化學史實、實驗探究、生產實際等方面有序鋪陳，創設真實情境和相關聯的學習任務，引導學生運用學科知識和核心觀念解決真實情境下的化學實際問題，形成認識思路的固化和遷移，提升學生元素化合物的認知進階水平，發展學生的化學學科核心素養。

四、基于化學學科理解提煉元素化合物的教學策略

基于化學學科理解的元素化合物教學主要體現在教師運用適切的情境素材，在情境、任務、活動“三位一體”下，以實驗為主的多樣化活動為載體，從宏微結合、定性定量、變化守恒等多重視角，引導學生運用類比推理、抽象概括的思維方式，建構結構化的化學核心知識圖譜，形成由知識向真實情境遷移的關鍵能力。

（一）創設真實情境，搭建素養形成和發展的平臺

“真實、具體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺，為學生化學學科核心素養提供了真實的表現機會。”［2］因此，創設真實且體現學科知識功能與價值的問題情境是“素養為本”課堂教學的重要取向。從“化學知識獲取”“化學學科價值”維度的學科理解來看，選擇生產生活、科研以及化學史實中有意義的化學問題，將其改造成適合學生探究的學習情境，并貫穿課堂始終，不但能激發學生探究問題的欲望，還能驅動學生持續深度學習，避免情境流于形式成為“花架子”。例如在“從海水中提取溴”的教學中，若只是讓學生羅列生活中使用的含溴藥物、高效低毒的含溴農藥、含溴消毒劑等，而沒有挖掘這些物質的來源、合成、用途等體現化學學科思想方法的內容，顯然對學生學科思維方式的培養和結構化知識的構建沒有太大的價值。為此，教師應著重以“溴的發現史”創設情境，介紹巴拉爾發現溴的經過和李比希與溴元素失之交臂的故事，提出“鹽湖里的溴是以什么形式存在的？”“如何將新物質從母液中提取出來？”等問題，促使學生了解溴的轉化過程，為后續概括從海水中提取溴的思路做好鋪墊。同時，讓學生體會到批判精神和直覺思維對科學發現的積極作用，發展學生的“科學態度與社會責任”核心素養，使情境的功能價值——激趣、激思、激疑得到真正發揮。

（二）建構認識模型，形成知識關聯和認識思路的結構化

從“化學知識結構” 維度的學科理解來看，在元素化合物教學中，教師應充分利用物質分類、氧化還原反應、離子反應等基礎理論指導學生學習元素化合物，使其實現從感性認識到理性認識的跨越。“化學學科方法”維度的學科理解注重從宏微結合的角度預測物質的化學性質，并通過實驗引導學生進行方案設計、概括解釋等深層次的探究活動，進而形成對物質性質及轉化的結構化認識。如在“實驗室提取溴”的教學環節中，引導學生對比氯原子的結構，預測Br2有氧化性，再通過繪制含溴物質的價類二維圖（如圖2），外顯Br-與Br2之間的轉化路徑，并通過實驗進行驗證，建構關于物質轉化的一般認識思路；設置“如何檢驗Br-”這一關聯性學習任務，旨在診斷學生能否運用氧化還原反應原理選擇合適的氧化劑將Br-氧化成Br2，再用四氯化碳將Br2從水中萃取出來。在實驗教學過程中，教師應改變學生照搬教科書做實驗的現狀，鼓勵學生做出有依據的假設，對實驗現象和結果進行比較、分析、解釋、概括，在一系列活動中經歷想象、批判性思考等創新思維活動，形成“氯、溴的性質既有相似性又有差異性”的結構化知識關聯。

（三）解決實際問題，提升認識思路的遷移水平

元素化合物知識認識功能的落腳點是提升認識思路和核心觀念的結構化水平。認識思路結構化的形成有賴于在陌生情境中運用認知模型，預測陌生物質性質并通過實驗證實或證偽，進而鞏固、提升認識思路的遷移水平，發展“科學探究與創新意識”核心素養。在本節課中，教師進一步提出“工業上制溴與實驗室制溴有何不同？”的問題，讓學生從反應原理、原料成本、設備要求、環境保護等多角度發表自己對問題的見解，提出模擬工業空氣吹出法制溴的實驗設想。在教師提供化學知識和實驗儀器的支持下，由學生自主設計實驗方案，并最終選擇一個較優方案：如圖3，加熱三頸燒瓶至蒸餾水沸騰，不斷擠壓鼓氣囊將水蒸氣趕至第一個裝有稀硫酸酸化的NaBr和新制氯水混合溶液的洗氣瓶中，生成的溴單質在水蒸氣帶動下被吹到第二個裝有NaOH溶液的洗氣瓶中。由于溴單質易揮發，因此暫時以化合物的形式存在。怎樣將化合態的溴轉化成游離態的溴？學生對此展開探討。有的學生從含溴物質的價類二維圖入手，猜想在堿性介質中Br2轉化為Br-、BrO-，那么反過來，在酸性介質中Br-、BrO-則應轉化為Br2；有的學生從氧化還原的角度推測可用其他氧化劑實現轉化，就此再次通過實驗驗證自己的猜想，并用離子方程式表示相應物質的轉化。當教材上一句空洞的描述變為實驗現實，學生的內心充滿了愉悅，不僅真切地感受到了工業提溴的過程，而且知識遷移能力也得到了提升，宏微結合、變化守恒等核心觀念得到了鞏固，同時還體會到了化學對社會發展的重要價值。

總之，基于化學學科理解的元素化合物教學不應拘泥于細碎的知識點和方程式的機械記憶，應讓學生置身于真實情境，親臨科學實踐的現場，通過比較、推理、預測、解釋等思維活動和實驗活動，親身經歷知識產生、發展和應用的過程，形成運用結構化的化學知識解決實際問題的關鍵能力，同時涵養自身對化學學科價值的欣賞，體悟化學學習的有趣、有味、有用。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ］

［1］ ?房喻，徐端鈞.普通高中化學課程標準（2017年版）解讀［M］.北京：高等教育出版社，2018.

［2］ ?中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［3］ ?王偉，王后雄.高中化學課標中學科理解的標準建構研究［J］.課程·教材·教法，2020（10）：97-104.

［4］ ?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：《普通高中化學課程標準（2017年版）》解讀［J］.化學教育，2018（9）：48-53.

［5］ ?鄭長龍.化學學科理解與“素養為本”的化學課堂教學［J］.課程·教材·教法，2019（9）：120-125.

［6］ ?李俊紅.基于化學學科理解的“換個角度看世界”教學設計［J］.化學教學，2020（5）：46-50.

（責任編輯 羅 艷）