“物質(zhì)的分類”教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

黃宏

摘要：分類思想對化學(xué)研究起著不可低估的作用。“物質(zhì)的分類”教學(xué)以硫酸型酸雨形成過程中涉及的兩種物質(zhì)——sO₂和H₂SO₃作為主要研究對象，通過對它們化學(xué)性質(zhì)的推測，讓學(xué)生建立從個別到一般、一般到個別以及類比和遷移的化學(xué)思想，并能夠讓學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)的分類對研究物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的重要作用。

關(guān)鍵詞：分類思想；個別到一般；一般到個別；類比；遷移

文章編號：1008—0546（2016）07—0073一03

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/i.issn.1008—0546.2016.07.026

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中指出，高中生應(yīng)認(rèn)識分類思想對化學(xué)研究的作用，并能根據(jù)物質(zhì)的組成和性質(zhì)對物質(zhì)進(jìn)行分類。那么，“物質(zhì)的分類”對于高中生進(jìn)行無機(jī)物化學(xué)性質(zhì)的學(xué)習(xí)、形成分類思想具有怎樣的指導(dǎo)作用，如何通過教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施實(shí)現(xiàn)其功能，一直受到研究者和一線教師的關(guān)注。對此，筆者通過創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)加以研究。

一、設(shè)計(jì)思想

本節(jié)課選取了硫酸型酸雨形成過程中的兩種物質(zhì)——SO₂和H₂SO₃作為主要研究對象，通過讓學(xué)生推測H₂SO₃的化學(xué)性質(zhì)，以此建立研究物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的一般思路：確定物質(zhì)的類別——回憶這類物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)——確定該物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，同時從CO₂、SO₂、sO₃的化學(xué)性質(zhì)歸納概括出酸性氧化物的一般通性，以此引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)從一般到個別、個別到一般的化學(xué)思想：而在SO₂化學(xué)性質(zhì)的推測過程中，學(xué)生猜測SO₂可能與CO₂化學(xué)性質(zhì)相似，然后通過學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和閱讀課本，以此達(dá)成理論和實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一，進(jìn)而得出SO₂和CO₂化學(xué)性質(zhì)相似，都屬于酸性氧化物，以此引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)類比的化學(xué)思想，并深化物質(zhì)的分類對研究物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)作用的認(rèn)識：除此之外，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用遷移思想，得出堿性氧化物的一般通性。當(dāng)然，在學(xué)生了解了酸性氧化物和堿性氧化物的通性后，即可順利解釋石灰石脫硫的原理，在知識的運(yùn)用中讓學(xué)生體會所學(xué)知識的價值。最后圍繞硫酸型酸雨形成的原理，引發(fā)學(xué)生對SO₂和H₂SO₃都能與O₂反應(yīng)原理的困惑，以此使學(xué)生產(chǎn)生對物質(zhì)進(jìn)行多角度分類的需求。誠然，經(jīng)過物質(zhì)的分類學(xué)習(xí)，使學(xué)生在面對一個陌生的具體物質(zhì)時，能自覺地對該物質(zhì)進(jìn)行分類，并根據(jù)其與各類物質(zhì)之間的相互關(guān)系預(yù)測該物質(zhì)的性質(zhì)。

二、教學(xué)目標(biāo)

知識與技能：學(xué)會研究物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的一般方法，認(rèn)識比較和分類等科學(xué)方法對化學(xué)研究的作用。

過程與方法：通過對H₂SO₃與SO₂化學(xué)性質(zhì)的探究，體驗(yàn)研究物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的一般方法；通過對酸性氧化物和堿性氧化物的性質(zhì)的小結(jié)，學(xué)會從個別到一般的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生的遷移能力。

情感態(tài)度價值觀：通過對SO₂與足量澄清石灰水的實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

三、教學(xué)過程

[教師]在初中，大家對硫酸型酸雨已經(jīng)有了基本了解，請用化學(xué)反應(yīng)方程式表示出硫酸型酸雨的形成過程。

[教師]在硫酸型酸雨形成的途徑2中，劃橫線的物質(zhì)名稱是什么？

[學(xué)生]亞硫酸。

[教師]亞硫酸除了和氧氣反應(yīng)外，還能和哪些物質(zhì)類別發(fā)生化學(xué)反應(yīng)？說明判斷的依據(jù)。

[學(xué)生]亞硫酸可以和堿、活潑金屬、指示劑反應(yīng)，因?yàn)閬喠蛩岷土蛩嵋粯邮撬?，?yīng)該具備酸的通性。

[教師]亞硫酸既然屬于酸，它的化學(xué)性質(zhì)還有補(bǔ)充的嗎？

[學(xué)生]還可以和金屬氧化物、某些鹽反應(yīng)。

[教師]在推測物質(zhì)所具備的化學(xué)性質(zhì)時，請大家思考一下推測的一般思路。

[學(xué)生]確定物質(zhì)的類別——根據(jù)一類物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)——推測該物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。

[教師]SO₂是造成硫酸型酸雨的主要物質(zhì)，SO₂除了和H₂O、O₂反應(yīng)外，還能和哪些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)呢？判斷的依據(jù)是什么？

[學(xué)生]SO₂還能與堿反應(yīng)，覺得SO₂化學(xué)性質(zhì)應(yīng)該和CO₂類似，在初中我們已經(jīng)知道cO₂能與堿反應(yīng)。

[教師]SO₂是不是真的能與堿反應(yīng)？

[分組實(shí)驗(yàn)]打開分液漏斗的活塞，觀察澄清石灰水的變化（實(shí)驗(yàn)裝置見圖1）。

[教師]實(shí)驗(yàn)中觀察到什么現(xiàn)象？

[生1]澄清石灰水變渾濁。

[生2]澄清石灰水一直是澄清的。

[生3]澄清石灰水先變渾濁再變澄清。

[教師]請大家分析一下，為什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象會出現(xiàn)這么大的差異？可能的原因是什么？

[生1]我們這組放入濃硫酸的量少，因此產(chǎn)生SO₂的量也少，而澄清石灰水的量多，所以會變渾濁，看到渾濁后我們立馬將導(dǎo)管放進(jìn)盛有氫氧化鈉的燒杯中。

[生2]我們這組濃硫酸放人的量很多，因此產(chǎn)生SO₂的量很多，在亞硫酸鈣生成的瞬間又被反應(yīng)完了。

[生3]我們這組濃硫酸放入的量較少，看到石灰水渾濁后并沒有將導(dǎo)管拿開，繼續(xù)通了SO₂。

[教師]大家分析的非常好，雖然大家實(shí)驗(yàn)時做出來的現(xiàn)象不一樣，但都能合理的解釋觀察到的現(xiàn)象。

[教師]請寫出二氧化硫通人足量的澄清石灰水中對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式。

[學(xué)生]sO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+H₂O

[教師]在初中，我們知道CO₂也能與澄清石灰水反應(yīng)，由此你得出什么？

[學(xué)生]SO₂和CO₂的化學(xué)性質(zhì)相似。

[教師]它們究竟是哪一類？請大家看書上第4頁的內(nèi)容。

[學(xué)生]閱讀書本。

[學(xué)生]CO₂和SO₂是酸性氧化物。

[教師]什么是酸性氧化物呢？

[學(xué)生]與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。

設(shè)計(jì)意圖：通過讓學(xué)生推測H₂SO₃的化學(xué)性質(zhì)，讓學(xué)生建立研究物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的一般路徑：確定物質(zhì)的類別—根據(jù)一類物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)——推測該物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，并讓學(xué)生初步體會物質(zhì)分類對于無機(jī)物化學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)的意義。通過讓學(xué)生推測SO₂的化學(xué)性質(zhì)，讓學(xué)生學(xué)會運(yùn)用類比及實(shí)驗(yàn)的方法去研究物質(zhì)間的聯(lián)系，深化物質(zhì)的分類對研究物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的作用。

[教師]除了CO₂和SO₂是酸性氧化物外，SO₃也是酸性氧化物，請你推測它有何化學(xué)性質(zhì)？推測的依據(jù)是什么？

[學(xué)生]SO₃能與水反應(yīng)，SO₃還能與堿反應(yīng)。原因是SO₃是酸性氧化物，化學(xué)性質(zhì)應(yīng)該與CO₂，SO₂相似。

[教師]請大家歸納酸性氧化物的一般通性。

[學(xué)生]酸性氧化物能與水反應(yīng)、能與堿反應(yīng)。

[教師]怎么推測出來的？

[學(xué)生]抓住CO₂、SO₂、SO₃所能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的共性。

[教師]很好，酸性氧化物除了和水、堿反應(yīng)之外，還能與堿性氧化物反應(yīng)。什么是堿性氧化物？

[學(xué)生]與酸反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。

[教師]很好，常見的堿性氧化物有：CaO、CuO、Fe₂O₃等，那么，堿性氧化物有哪些通性？

[學(xué)生]與水反應(yīng)，與酸反應(yīng)，與酸性氧化物反應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：通過讓學(xué)生歸納酸性氧化物的一般通性，讓學(xué)生學(xué)會由個別到一般的思想。在歸納完酸性氧化物通性后，讓學(xué)生運(yùn)用遷移的思想得出堿性氧化物的定義和通性，以此提高學(xué)生分析問題的能力。

[教師]sO₂是造成硫酸型酸雨的主要物質(zhì)，煤的燃燒是產(chǎn)生SO₂的主要原因，所以在煤中添加石灰石（cacO₃）作為脫硫劑，可以減少煤燃燒時產(chǎn)生的SO₂，請說明原理。

[學(xué)生]caCO₃在高溫下分解生成CaO，CaO再和SOE反應(yīng)生成亞硫酸鈣。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生探究減少硫酸型酸雨途徑的基本原理，以此讓學(xué)生在解決生活問題的過程中體會所學(xué)知識的價值。

[教師]很好，在前面推測H₂SO₃、SO₂的化學(xué)性質(zhì)時，我們需要先弄清楚H₂SO₃、SO₂屬于哪一類，再根據(jù)這一類物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)推測該物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。但在硫酸型酸雨形成的途徑中，大家可以發(fā)現(xiàn)：H₂SO₃與SO₂都能與氧氣反應(yīng)，這是為什么？

[學(xué)生]可能有其它的分類角度。

設(shè)計(jì)意圖：通過學(xué)生不能解釋硫酸型酸雨形成過程中sO₂和H₂SO₃為什么都能與氧氣反應(yīng)，讓學(xué)生建構(gòu)多角度分類物質(zhì)的化學(xué)思想。

[教師]一種物質(zhì)，我們可以從多角度對它進(jìn)行分類，角度越多，物質(zhì)的性質(zhì)就被認(rèn)識的越全面。請大家運(yùn)用已學(xué)的知識，對下列含硫的化合物進(jìn)行分類。

GaSO₃

Na₂SO₄

SO₂

NaHSO₄

H₂SO₃

H₂SO₄

Na₂SO₃

NaHSO₃

[生1]從物質(zhì)的組成和性質(zhì)角度劃分：

屬于鹽的有：CaSO₃、Na₂SO₄、NaHSO₄、Na₂S₃、NaHSO₃

屬于酸的有：H₂SO₃、H₂SO₄

屬于酸性氧化物的有：SO₂

[生2]從物質(zhì)的狀態(tài)角度劃分：

屬于氣體的是：SO₂

屬于液體的是：H₂SO₃、H₂SO₄

屬于固體的是：CaSO₃、Na₂SO₄、NaHSO₄、Na₂SO₃、NaHSO₃

[教師]對物質(zhì)的劃分可以從不同角度，除了從物質(zhì)的組成和性質(zhì)、物質(zhì)的狀態(tài)，還可以從溶解度、導(dǎo)電性等方面。下面請大家以Na₂SO₃為例，盡可能寫出Na₂SO₃能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

[生2]Na₂SO₃+2HCl=2NaCI+H₂SO₃這個反應(yīng)不能發(fā)生，因?yàn)闆]有氣體產(chǎn)生。

[生3]可以發(fā)生，類似于我們初中實(shí)驗(yàn)室制備CO₂的反應(yīng)，應(yīng)該寫成

[教師]其它兩個反應(yīng)能發(fā)生嗎？

[學(xué)生]能，因?yàn)閮蓚€反應(yīng)中都有沉淀產(chǎn)生。

[教師]Na₂SO₃為什么能發(fā)生這些反應(yīng)？

[學(xué)生]Na₂SO₃從物質(zhì)類別角度是鹽，鹽可以和酸反應(yīng)生成新鹽和新酸，鹽還可以和堿反應(yīng)生成新鹽和新堿反應(yīng)，鹽還可以和鹽反應(yīng)生成兩種新鹽，能讓這些反應(yīng)發(fā)生的反應(yīng)產(chǎn)物中要么有沉淀或有水或有氣體產(chǎn)生。

設(shè)計(jì)意圖：亞硫酸鈉是鹽，對應(yīng)的也是硫元素形成的化合物，通過讓學(xué)生寫出亞硫酸鈉能發(fā)生反應(yīng)對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式，以此讓學(xué)生能從鹽能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)來思考問題，從而加深學(xué)生對推測物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)一般路徑的認(rèn)識。

[教師]在推測物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)時，我們首先要對物質(zhì)進(jìn)行分類，科學(xué)家為了研究物質(zhì)，也會對物質(zhì)進(jìn)行分類，如果從物質(zhì)的組成和性質(zhì)可以進(jìn)行如下分類，見圖2。

[教師]當(dāng)然，根據(jù)人們的需求，我們還可以從其他角度對物質(zhì)進(jìn)行分類，看一個物質(zhì)的角度越多，了解物質(zhì)的性質(zhì)就越豐富，認(rèn)識物質(zhì)越具體，對物質(zhì)的認(rèn)識就越深刻。

設(shè)計(jì)意圖：從科學(xué)家在研究物質(zhì)時，也是根據(jù)自己研究的需要，從不同角度對物質(zhì)進(jìn)行分類，以此讓學(xué)生體會從多角度對物質(zhì)進(jìn)行分類的必要性。

四、教學(xué)反思

1.巧選對象，精準(zhǔn)切入

在本節(jié)內(nèi)容中，學(xué)生要知道從物質(zhì)的性質(zhì)角度對氧化物進(jìn)行分類，可分為酸性氧化物和堿性氧化物，而酸性氧化物的代表物是CO₂和SO₂。在初中，學(xué)生對二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)較為熟悉，如與水化合生成碳酸，與氫氧化鈣或氫氧化鈉這樣的堿反應(yīng)，但對SO₂的性質(zhì)較為陌生，SO₂僅僅是在硫酸型酸雨形成的途徑中出現(xiàn)的，學(xué)生既熟悉又陌生，所以選擇了硫酸型酸雨作為本節(jié)內(nèi)容的切人口。在推測SO₂的化學(xué)性質(zhì)前，由于要讓學(xué)生先了解推測物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的一般思路：先要確定物質(zhì)所屬的類別——回憶這類物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)——確定該物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，所以選擇了硫酸型酸雨形成的中間產(chǎn)物亞硫酸作為鋪墊，因?yàn)閬喠蛩崾且环N酸，學(xué)生對酸的通性已經(jīng)非常熟悉，所以對亞硫酸的化學(xué)性質(zhì)推測也顯得容易起來。

2.實(shí)驗(yàn)激趣、引導(dǎo)發(fā)展

實(shí)驗(yàn)既是檢驗(yàn)理論和檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，又是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展的重要載體。在推測SO₂的化學(xué)性質(zhì)時，學(xué)生覺得SO₂的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)該和CO₂相似，認(rèn)為SO₂應(yīng)該可以與堿反應(yīng)。為此，通過學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的方式對學(xué)生的猜想加以驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程中，為了提高實(shí)驗(yàn)的探究性和開放性，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中藥品的用量教師沒有給予人為的規(guī)定，這樣實(shí)驗(yàn)中學(xué)生會觀察到不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為此，學(xué)生思維的深刻性和廣闊性得到了提升。

3.推理歸納，促進(jìn)遷移

歸納與概括是思維的兩種基本方式，二者密不可分，概括過程中必須借助于歸納，這樣才能從對個別事物的認(rèn)識，擴(kuò)展到對一類事物的認(rèn)識，從而使形成的結(jié)論具有普遍性。在歸納酸性氧化物的一般通性時，采用了從特殊到一般的推理方式，通過讓學(xué)生歸納二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫化學(xué)性質(zhì)中的共性得出酸性氧化物的一般通性。另外，在得出酸性氧化物的通性后還讓學(xué)生歸納了堿性氧化物的通性，凸顯了學(xué)習(xí)遷移的作用。因此，從特殊到一般的推理歸納，從比較概括的類比遷移，實(shí)現(xiàn)了知識的深度理解和方法的靈活應(yīng)用。