劉永茂 李少坤

摘要： 提出以變化觀、元素觀和分類觀等核心觀念建構理念為指導，以“三角模型”為媒介，以認識模型、建立模型、拓展模型、模型應用等教學活動為主線，培養(yǎng)學生模型認知能力，以此理解和掌握單質(zhì)、氧化物及酸堿鹽之間的相互轉(zhuǎn)化關系，突破物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化復習教學難點。

關鍵詞： 物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化; 初中化學教學; 觀念建構

文章編號： 10056629（2020）10008905

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 研究背景

單質(zhì)、氧化物和酸堿鹽知識是初中化學核心知識之一，物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化與推斷是中考常見題型和考查重點。由于涉及的物質(zhì)多、性質(zhì)多、變化多，在以框圖的形式考查學生對物質(zhì)的性質(zhì)與變化掌握情況時，學生往往顯得力不從心，因而物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化等知識內(nèi)容成為教學的重點和難點。

宋心琦教授認為，中學化學教學能夠使學生終身受益的，是影響他們思維方式和問題解決能力的具有化學特點的認識論和方法論。學生能否牢固地、準確地、哪怕只是定性地建立起基本的化學觀念應當是中學化學教學的第一目標[1]。畢華林教授認為在促進“觀念建構”的化學教學中，教師所采取的每項策略都要指向是否有利于增進學生對化學學科特征和本質(zhì)規(guī)律的認識，是否有利于激發(fā)學生高水平的思維活動，是否有利于學生將具體知識中的化學思想、觀點、方法等抽象出來，形成對化學基本觀念的“基本理解”[2]。王磊教授指出以觀念建構為本的教學策略設計應包括以觀念建構為目的的情境設計、問題設計、小組活動設計和反思策略4個方面的內(nèi)容[3]。

培養(yǎng)學生“證據(jù)推理與模型認知”能力，提升學生將元素化合物知識關聯(lián)化、網(wǎng)絡化的能力，能有效突破元素化合物知識的教學難點。初中涉及的元素化合物之間的性質(zhì)關系是化學變化的體現(xiàn)，且化學變化中元素的種類不變。這些性質(zhì)關系通常能以三角模型來呈現(xiàn)，且種類繁多，但類別比較清晰，如碳三角、氧三角、酸三角、堿三角等。結合多年的教學經(jīng)驗和研究，筆者以變化觀、元素觀和分類觀等核心觀念建構理念為指導，以“三角模型”為媒介，以認識模型、建立模型、拓展模型、模型應用等教學活動為主線，培養(yǎng)學生模型認知能力，以此突破物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化復習教學難點，取得了良好的教學效果。

2 三角模型運用于“物質(zhì)間相互轉(zhuǎn)化”復習教學的設計流程

2.1 第一階段： 認識模型，激發(fā)建模意識

基于變化觀和元素觀思想設計問題情境，以問題解決為核心，以圖形框架為載體，以關鍵信息（包括條件、組成、性質(zhì)、現(xiàn)象、用途、分類、圖形關系等）為線索，引導學生在解決問題的過程中，形成將元素化合物知識關聯(lián)化、網(wǎng)絡化的意識，體會三角模型在歸納知識、提升思維和方法上的作用，激發(fā)學生建立模型復習物質(zhì)轉(zhuǎn)化知識的意識。

問題1 甲、乙、丙三種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關系，見圖1（“→”表示反應能一步實現(xiàn)，部分反應物、生成物和反應條件均已略去）。請回答下列問題：

A. 若乙和丙為組成元素相同的氣體，則甲也可能是氣體

B. 若乙是初中階段最常用的溶劑，丙是單質(zhì)，則甲一定是硫酸

C. 若甲是純堿，乙是一種氣體肥料，則丙一定是碳酸鈣

D. 若甲、乙、丙含同種元素，乙是紅色金屬，則甲、乙、丙可能屬于不同類別的物質(zhì)

E. 物質(zhì)甲、乙、丙一定不能都是單質(zhì)

解析： 通過對例1的學習可知，A中甲可以為碳和氧氣，B中丙可能是氧氣，甲是過氧化氫，

乙是水;或者B中丙可能是氫氣，甲是鹽酸或硫酸，乙是水。

C中丙可以為碳酸鈣或碳酸鋇。D中乙為銅，則甲和丙可分別為氧化銅與硝酸銅。E涉及的物質(zhì)都是單質(zhì)，所以應從不同類型的置換反應去考慮，即可得出其中一種符合轉(zhuǎn)化關系的情況是甲為鎂，乙為鐵，丙為氫氣。故符合題意的選項是B、 C、 E。

2.2 第二階段： 歸納總結，自主建立模型

培養(yǎng)學生建立模型復習物質(zhì)轉(zhuǎn)化知識的意識是解決問題的起點，自主建立模型將元素化合物知識關聯(lián)化、網(wǎng)絡化是解決問題的關鍵。以解決上述兩個問題的經(jīng)驗為基礎，基于分類觀思想設計具有較強基礎性、開放性和誘導性的問題，激發(fā)學生高水平的思維活動，促進學生自主建構三角模型，感悟模型的本質(zhì)規(guī)律，掌握建立模型的方法，實現(xiàn)潛移默化復習知識和促進學生認識發(fā)展的目的[4]。

問題3 如設計如下三角轉(zhuǎn)化關系圖，要求學生從初中所學物質(zhì)中自主選擇符合圖中轉(zhuǎn)化關系的物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化關系寫在表1中（要求寫出盡可能多的轉(zhuǎn)化關系）。

解析： 在此過程中，教師可采用小組競賽的方式進行教學，看哪個小組學生寫的關系圖多，找出符合條件的物質(zhì)準，所用時間少。寫完后，不同小組之間進行互評、說明理由并進行修改和補充，以此提高學生學習的興趣和積極性，并將學生的思維過程以顯性的方式呈現(xiàn)出來，促進學生主動建構知識關系，學習用模型建構知識的方法。

通過以上復習，可以引導學生從所含元素種類的角度，將單質(zhì)、氧化物、酸、堿和鹽中符合模型要求的常見轉(zhuǎn)化關系分類、歸納、整理出來，見表2。

2.3 第三階段： 變換圖形，拓展模型認知

變式教學可以有效幫助學生理解學習對象的本質(zhì)屬性，建立學習對象與已有知識的內(nèi)在合理聯(lián)系，培養(yǎng)學生思維的深刻性、廣闊性、靈活性和獨創(chuàng)性，促進學生進行有意義的學習[5]。通過以上學習，學生已經(jīng)具備一定的模型認知能力和利用三角模型解決問題的能力。然而許多物質(zhì)轉(zhuǎn)化類問題并不是以三角模型的形式來呈現(xiàn)的，因此采用變式教學、變換圖形，尋找變式規(guī)律，拓展學生對三角模型的認知尤為重要。筆者采用以下兩種變式進行教學，取得了較好的效果。

（2） 若三種物質(zhì)都為堿、金屬或者氧化物，情況又如何？

解析： 在解決上述問題的過程中，學生主動回顧所學物質(zhì)的化學性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化關系，自主設計轉(zhuǎn)化方向，以新的三角模型圖為載體，將物質(zhì)的化學性質(zhì)有機整合、關聯(lián)，尋找轉(zhuǎn)化規(guī)律，拓展模型認知能力，增強類比歸納能力，進一步深化理解知識間的內(nèi)在聯(lián)系。學生經(jīng)過討論交流，補充完善，從物質(zhì)分類的角度，整理出了如下規(guī)律，見表3。

基于前面的學習過程，還可以設置問題： 若三種物質(zhì)都鹽，情況又如何？由于這個轉(zhuǎn)化關系涉及的面比較廣，而且在問題4中已經(jīng)復習過鹽的轉(zhuǎn)化，我們可以將其作為課外活動讓學生去完成，將轉(zhuǎn)化限定在常見的鈉鹽、鈣鹽、亞鐵鹽和銅鹽等物質(zhì)范圍內(nèi)，鼓勵學生尋找模型中各種鹽的位置規(guī)律，深化對不同鹽類物質(zhì)共性與個性的理解。

2.4 第四階段： 應用模型，內(nèi)化知識

學習過程是學生自主建構知識的過程，創(chuàng)設陌生的教學情境，引導學生調(diào)用相應的模型解決新問題，有利于學生內(nèi)化知識，建構化學學科核心觀念，發(fā)展學生以變化觀、元素觀和分類觀統(tǒng)領元素化合物知識的認識方式和解決問題的能力[6];有利于學生體會模型法在復習物質(zhì)化學性質(zhì)中的作用，提升模型認知能力;有利于學生在實踐過程中反思、總結、歸納適合自身認知特點的學習方法模型，促進學生學習策略的養(yǎng)成，提升學習效率;便于教師評測學生對知識、方法的掌握情況。設計的應用情境如下。

[知識應用1]A～F是初中化學常見的物質(zhì)，見圖5。按單質(zhì)、氧化物、酸、堿、鹽分類，A、 B、 C、 D、 E是五種不同類別的物質(zhì)，F(xiàn)是大理石的主要成分。圖中“—”表示相連的兩種物質(zhì)之間可以發(fā)生反應，“→”表示物質(zhì)間存在相應的轉(zhuǎn)化關系（部分反應物、生成物及反應條件已略去）。請回答：

解析： 由于F為碳酸鈣，則能與F反應的E物質(zhì)為酸，從整體圖形中拆解出學生已熟知的三角模型圖（見圖6），便可確定A和D分別為水和氫氣。又由于A、 B、 C、 D、 E是五種不同類別的物質(zhì)，A、 D、 E分別為氧化物、單質(zhì)和酸，余下B和C應為堿和鹽，而水又可以和氫氧化鈣互轉(zhuǎn)，故可推出B為氫氧化鈣，C為碳酸鈉。

[知識應用2]甲、乙、丙、丁四種物質(zhì)均為初中化學常見物質(zhì)，它們之間的轉(zhuǎn)化關系，見圖7。（“→”表示轉(zhuǎn)化關系，部分反應物、生成物及反應條件已略去），其中甲為初中階段最常見的溶劑。

（1） 若乙可用作補鈣劑，丁與乙物質(zhì)類別相同，則反應丙→丁的化學方程式可能是_____。

（2） 在如圖所示轉(zhuǎn)化中，下列有關說法正確的是_______。

A. 若乙由一種元素組成，則乙可能為氫氣

B. 若乙為胃酸的主要成分，則丙和丁的物質(zhì)類別均可與乙相同

C. 若乙由三種元素組成，則乙物質(zhì)的類別可為酸、堿和鹽中任意一種

D. 丁有可能會轉(zhuǎn)化為丙

解析： （1） 乙為CaCO3，丁也為鹽類，根據(jù)對三角模型中物質(zhì)均為鹽的探究，可知“雙箭指向一物”的為硝酸鹽，則丁為Ca（NO3）2，丙可能為CaSO4或CaCl2。

（2） 若乙為氫氣，則無法完成三角轉(zhuǎn)化，故A錯誤;根據(jù)三角模型轉(zhuǎn)化規(guī)律，若乙、丙、丁均為酸，則乙一定為硫酸，丙為鹽酸，丁為硝酸，故B錯誤;從轉(zhuǎn)化生成水（甲物質(zhì)）的角度，乙可以為酸、堿、鹽中任何一種，且這三種物質(zhì)均可滿足三角轉(zhuǎn)化關系，故C正確;由前面所學模型可知，在乙、丙、丁三角轉(zhuǎn)化關系中，是可以實現(xiàn)丁轉(zhuǎn)化為丙的，如乙為氫氧化鈣，丙為碳酸鈣，丁為氯化鈣時，丁可以轉(zhuǎn)化為丙。故本小題的正確選項為C、 D。

3 結語

物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化涉及的物質(zhì)種類與性質(zhì)較多，知識的網(wǎng)絡結構性較強，學生學習難度較大，物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化類試題在中考里也經(jīng)常出現(xiàn)。在解決物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化問題過程中，需要學生熟知并有效提取知識以及它們之間的網(wǎng)絡結構關系，也需要學生嚴謹細致、思維縝密、邏輯性強。三角模型是解決此類問題的有效方法，是學生復習此類知識的有效策略，也有利于學生建構化學學科核心觀念。如何優(yōu)化學生建構模型的認知過程，促進學生養(yǎng)成利用模型分析問題、解決問題的意識和習慣，幫助學生建構新的、適用性更強的轉(zhuǎn)化模型，有效培養(yǎng)學生認知策略，建構學科核心觀念，還需要在以后的教學中作進一步的研究。

參考文獻：

[1]宋心琦， 胡美玲. 對中學化學的主要任務專論和教材改革的看法[J]. 化學教育， 2001， （9）： 9～13.

[2]畢華林， 辛本春. 促進“觀念建構”的化學教學策略[J]. 中學化學教學參考， 2011， （7）： 3～5.

[3]王磊， 張毅強， 喬敏. 觀念建構為本的化學教學設計研究[J]. 化學教育， 2008， （6）： 7～12.

[4][6]王磊. 基于學生核心素養(yǎng)的化學學科能力研究[M]. 北京： 北京師范大學出版社， 2018： 119～120， 216， 252～257.

[5]陳權富. 高三化學復習課變式教學策略[J]. 課程教育研究， 2016， （36）： 102～103.