科學認識論視角下的高考無機元素化合物復習

唐紅珍

摘要：科學知識背后隱藏著認識事物的視角和方式?？茖W認識元素化合物知識，以理論性知識的“不變”指導“萬變”的性質(zhì)應用，以學科觀念統(tǒng)整元素化合物知識，以實驗手段揭示反應本質(zhì)，以定量角度深入復雜化學反應中物質(zhì)性質(zhì)和數(shù)量關(guān)系，從而有效提升無機元素化合物復習的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：無機化學；元素化合物；高三復習；科學認識論

文章編號：1005-6629（2016）2-0083-04

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

1 無機元素化合物復習是提升高考化學復習質(zhì)量的突破口

高考考查的幾乎都是現(xiàn)行高中化學教材中最基本、最重要的化學知識、化學思想方法和能力。無機元素化合物知識（以下簡稱為“元素化合物知識”）是高中化學課程的主要內(nèi)容，在中學教科書中所占的比例較大，它為化學實驗和化學基本概念、基礎(chǔ)理論提供具體、感性的認識，能為學生理解和形成化學學科思想提供豐富的例證。高考考試內(nèi)容中基本概念、基本理論、元素化合物和化學實驗所占比例高達70%，元素化合物知識的復習對整個高三化學總復習起著舉足輕重的作用。

目前，高中元素化合物知識的教與學的現(xiàn)狀不容樂觀。羅美玲對高中生元素化合物知識學習的認知研究結(jié)論表明：學困生在“單一知識的引申”、“多個知識的復雜綜合”及知識的“遠遷移”上存在一定的認知障礙。造成這樣結(jié)果的主要原因之一是學生在學習元素化合物知識的觀念和方式上均存在—定的問題。毋庸置疑，大多數(shù)學生學習某一領(lǐng)域知識的觀念和方式受到教師教學的直接影響，當然不排除少數(shù)有很強學習能力學生的自我悟性。

在高三有限的復習時間內(nèi)，既要彌補高一、高二教學上的不足，又要達到高考考查的高度，筆者認為，教師需要對元素化合物知識有一個全新的科學認識，在科學認識論的視角下理解本質(zhì)并加以統(tǒng)整。科學知識背后隱藏著認識事物、現(xiàn)象的視角和方式，擁有科學知識并不一定擁有科學認識，需要轉(zhuǎn)化為認識事物、現(xiàn)象的視角和方式，并運用這些視角和方式解決實際問題乃至創(chuàng)造性改變世界。以科學認識事物的視角和方式將元素化合物知識、基本概念和基本理論統(tǒng)整起來，實現(xiàn)對基本概念、基本理論的更深層次的理解。試想，學生一旦掌握了元素化合物知識中最深層的科學認識方式，就有可能把握形成這一領(lǐng)域知識的基本思路及其內(nèi)在聯(lián)系的本質(zhì)特征，才有可能正確解釋有關(guān)的現(xiàn)象、解決有關(guān)的問題。

2 科學認識論視角下的高考無機元素化合物復習

2.1 發(fā)揮理論性知識的指導作用

化學理論性知識是指與化學理論密切相關(guān)的概念、原理、規(guī)律等內(nèi)容，是整個高中化學元素化合物知識建構(gòu)成自身知識體系的主干，也是高中化學知識的精髓。學生掌握了_一定的化學理論性知識，對事實性知識的學習不再只停留在描述性的水平上，可以比較深入地認識到這些化學現(xiàn)象的本質(zhì)，從而預見某些元素化合物的性質(zhì)和發(fā)生化學反應的趨勢，解釋產(chǎn)生某些事實和現(xiàn)象的原因。化學理論性知識就如一把鑰匙，能真正起到舉一反三、觸類旁通的作用。

例1 高三第一輪復習教學知識點“離子反應的發(fā)生條件”

理論性知識具有高度概括性、抽象性，離子反應的規(guī)律體現(xiàn)在離子反應的發(fā)生條件。面臨一種離子能與兩種或兩種以上的離子進行反應時，是發(fā)生其中一個反應還是兩個均發(fā)生，是同時發(fā)生還是有先后順序，其規(guī)律性如何體現(xiàn)呢？

[第一環(huán)節(jié)]引導學生對萬變的情境進行分析，從中發(fā)現(xiàn)特點，并對此分類。

首先，根據(jù)離子反應的先后順序進行分類，共有四大類：①競爭反應，分氧化還原反應和非氧化還原反應兩種情況；②分步反應，分氧化還原反應和非氧化還原反應兩種情況；③同時反應，只存在于非氧化還原反應中；④溶液互滴順序不同，原理、現(xiàn)象不同。

其次，在大類中再繼續(xù)細分，如上述第一大類中可以對“非氧化還原的競爭反應”再細分為：①競爭離子由兩種物質(zhì)提供；②競爭離子由一種物質(zhì)提供。

最后，將兩個大類或三個大類綜合，一般涉及四種類型：①同時存在競爭反應和同時反應；②同時存在競爭反應和分步反應；③同時存在同時反應和分步反應；④同時存在競爭反應、同時反應和分步反應。

[第二環(huán)節(jié)]分類完成后，結(jié)合每一種類型的實例，教師先給學生作示范，展示運用離子反應條件判斷的整個思維過程，然后讓學生嘗試去完成所有的實例。

設(shè)計意圖：化學反應是復雜多變的，情境的復雜性使學生束手無策。引導學生分析情境的特點，從而快速判斷情境的類別，以不變的“離子反應條件”去解決一個）一個復雜問題，幫助學生理解理論規(guī)律性知識形成的過程，同時牢固建立以這樣一個視角來分析化學反應的思維方式。

2.2 注意用學科觀念統(tǒng)領(lǐng)高考無機元素化合物復習

化學基本觀念是位于基本化學知識之上的，往往內(nèi)隱于具體的化學知識當中，隨著知識層次的遞進發(fā)展而不斷深化，在復習階段建構(gòu)穩(wěn)固的、深層的、可遷移的化學基本觀念能夠在更高層次、從更全面的視角統(tǒng)領(lǐng)整個化學知識體系的學習。教學中需要圍繞基本觀念的建構(gòu)來選擇、組織教學內(nèi)容，將其與相關(guān)知識組織成相對獨立的知識單元，使化學某一領(lǐng)域的知識以整體的形式展現(xiàn)出來，便于學生獲得這部分內(nèi)容的完整印象，形成始終如一的化學觀念。整合元素化合物知識的化學觀念主要有“元素觀、結(jié)構(gòu)觀和轉(zhuǎn)化觀”，核心是元素，結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)，內(nèi)涵是轉(zhuǎn)化，并建立起可操作的二維物質(zhì)關(guān)系圖，認識和理解物質(zhì)性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系。

例2 元素化合物復習教學“鋁及其化合物”

高中教材中出現(xiàn)的含鋁物質(zhì)有Al、AlO、AICl、Al（OH）、NaAlO等，它們之間存在著緊密的聯(lián)系，但學生是把含鋁物質(zhì)當作一個“整體”來認識的，沒有抽取出其中的“組成元素”，不能從一種物質(zhì)的性質(zhì)遷移到另一類物質(zhì)的性質(zhì)。

[第一環(huán)節(jié)]以核心元素在物質(zhì)中的價態(tài)不同，構(gòu)建出含鋁元素物質(zhì)的二維物質(zhì)關(guān)系圖（如圖1），直觀展現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

[第二環(huán)節(jié)]解決“如何從鋁土礦冶煉得到金屬鋁”。

①根據(jù)提供的資料庫，找到冶煉流程中所有含鋁元素的物質(zhì)，并將流程圖簡化。

[資料庫]鋁是地殼中含量最多的金屬元素，在自然界主要以氧化鋁存在于鋁土礦中0鋁土礦的主要成分是AlO，此外還含有少量SiO、FeO等雜質(zhì)。

②從鋁土礦提取鋁的兩個方案，方法一和方法二如圖2所示。討論、分析哪一種方案更適用于生產(chǎn)？

③與鋁元素的二維物質(zhì)關(guān)系圖相比，實現(xiàn)兩兩物質(zhì)之間轉(zhuǎn)化所加的可能試劑是否都能用？為什么？

設(shè)計意圖：以“從鋁土礦冶煉得到金屬鋁”為目標，提取包含鋁單質(zhì)、氧化物、氫氧化物、鹽之間轉(zhuǎn)化關(guān)系的大量物質(zhì)性質(zhì)信息，學生對“物質(zhì)本身”的認識從單一含鋁物質(zhì)發(fā)展到以鋁元素為核心的物質(zhì)組的認識。建立“二維物質(zhì)關(guān)系圖”，提高了學生應用知識分析和解決問題的能力，進一步促進了學生對“元素觀、結(jié)構(gòu)觀、轉(zhuǎn)化觀”的理解，并形成了研究元素化合物性質(zhì)的一般思路和方法，統(tǒng)領(lǐng)整個元素化合物性質(zhì)的學習。

2.3 注意量化延伸

化學學習的定量認識水平是概念和原理在精確化方向上的延伸，主要解決物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、變化中“量”的問題?！皵?shù)形結(jié)合”能幫助學生建立起定量認識元素物質(zhì)化學性質(zhì)的本質(zhì)。在教學中，如果將數(shù)形反映的關(guān)系結(jié)果直接告知學生，學生雖然擁有了結(jié)論，卻因沒有建立起相應的認識角度和思路不能解決實際問題。因此，學生定量認識的形成和發(fā)展是一個由簡單到復雜、由基礎(chǔ)到綜合、由具體到抽象的螺旋型上升的過程。

例3 建立“消耗鹽酸體積與產(chǎn)生CO的數(shù)量關(guān)系”

“在NaCO溶液中滴入鹽酸，計算產(chǎn)生CO的量”，若鹽酸的量介于NaCO的1～2倍之間，大多數(shù)學生能自行解決?！爱擭aCO溶液混入NaOH或NaHCO，再滴入鹽酸，計算產(chǎn)生CO的量”，反應過程的復雜導致學生分析困難，書寫過程混亂?！皵?shù)形”的特點在于直觀呈現(xiàn)各階段的反應過程、消耗鹽酸與產(chǎn)生CO的數(shù)量關(guān)系，幫助學生從本質(zhì)上理解復雜的反應過程。

[第一環(huán)節(jié)]建立“NaCO溶液中滴入鹽酸，消耗鹽酸體積與產(chǎn)生CO的數(shù)量關(guān)系”（見圖3a）。

[第二環(huán)節(jié)]建立“向NaCO、NaHCO溶液中滴入鹽酸，消耗鹽酸體積與產(chǎn)生C02的數(shù)量關(guān)系”（見圖3b）。

[第三環(huán)節(jié)]建立“向NaOH、NaCO溶液中滴入鹽酸，消耗鹽酸體積與產(chǎn)生CO的數(shù)量關(guān)系”（見圖3c）。

[第四環(huán)節(jié)]揭示圖像中（V-V）、V的大小關(guān)系與溶液中溶質(zhì)成分的關(guān)系。

設(shè)計意圖：整個教學過程讓學生親身經(jīng)歷了借助“數(shù)形—可以分割復雜的化學過程，可以直觀分析多個物質(zhì)相互制約的數(shù)量關(guān)系，可以抽象揭示定量與定性的關(guān)系，有效提升了學生的思維水平?！皵?shù)形”的優(yōu)勢在于從定量上直觀呈現(xiàn)了化學反應的本質(zhì)，可以化解對復雜化學問題的認識。

2.4 發(fā)揮實驗特有的作用

化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，化學科學的任何一項重大的突破，無不例外都是經(jīng)過化學實驗而取得的。中學化學學習中的化學實驗，絕大多數(shù)是對物質(zhì)及其變化的再認識，僅體現(xiàn)了實驗獲得感性認識的功能，更重要的是要幫助學生正確認識事物本質(zhì)，形成基本概念，并為解釋物質(zhì)變化規(guī)律提供客觀事實，甚至自主獲得科學理論。

3 思考

人們對客觀世界的認識和實踐活動都是在一定的思想、方法的指導下進行的，離開—定的思想和方法的指導，人們的思維就會表現(xiàn)出膚淺性并由此帶來行動上的盲目性。事實證明，教師頭腦中如果沒有建立起清晰的教學觀念和化學學科觀念，就會傾向于講授式教學，通過說教傳授具體事實，使教學停留在較低的認知水平，由此學生只能對相關(guān)化學事實進行死記硬背。只有經(jīng)過反復實踐，隨著對知識本質(zhì)的深入理解，認識化學的角度和深度才能發(fā)生質(zhì)的變化。俗話說，給人一杯水，首先自己得有一桶水，如果教師能重視自身的學習、修養(yǎng)和發(fā)展，才能早日卸去“教書匠”這一重重的盔甲。