巧用圖表突破概念教學(xué)難點(diǎn)

李少坤

摘要：初三“溶液”單元化學(xué)概念較多，學(xué)生難以理解概念的核心要素和概念之間隱含的邏輯聯(lián)系。巧用圖表促進(jìn)學(xué)生厘清飽和溶液與濃溶液之間的關(guān)系，理解飽和溶液與不飽和溶液的轉(zhuǎn)化方法以及結(jié)晶方法，理解溶解度與溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系，以及構(gòu)建本單元概念之間的邏輯聯(lián)系，增強(qiáng)對單元概念的整體認(rèn)知。

關(guān)鍵詞：化學(xué)概念；圖表；溶液單元；復(fù)習(xí)課

文章編號(hào)：1005–6629（2017）12–0047–05 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 研究背景

化學(xué)概念是將化學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)經(jīng)過分析、比較、抽象、概括等方法加工整理出來的理性知識(shí)，是已經(jīng)剝離了表象的一種高級(jí)思維形態(tài)，反映著化學(xué)現(xiàn)象及事物的本質(zhì)屬性，是化學(xué)學(xué)科知識(shí)體系的基礎(chǔ)，也是化學(xué)教學(xué)的核心內(nèi)容[1]。

由于以下幾點(diǎn)原因，初中學(xué)生對理解化學(xué)概念存在普遍困難[2]。一是學(xué)生的思維發(fā)展水平處于由具體形象思維向邏輯抽象思維、從經(jīng)驗(yàn)型向理論型過渡的時(shí)期；二是學(xué)生往往采用死記硬背和練習(xí)鞏固的方式學(xué)習(xí)化學(xué)概念，沒有從本質(zhì)上理解概念的核心要素；三是部分教師沒有注意概念之間隱含的邏輯聯(lián)系，沒有將概念知識(shí)網(wǎng)絡(luò)化。因此，化學(xué)概念是初中教學(xué)的難點(diǎn)之一，采用何種有效的方法或策略突破化學(xué)概念教學(xué)，成為教師進(jìn)行概念教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)注的重點(diǎn)問題。

2 “溶液”單元教學(xué)策略的確立

2.1 “溶液”單元的概念構(gòu)成及教學(xué)中存在的問題

人教版實(shí)驗(yàn)教科書九年級(jí)《化學(xué)》第九單元“溶液”涉及較多的概念，內(nèi)容豐富，關(guān)聯(lián)復(fù)雜，具體的概念[3]及相互關(guān)系（如箭頭所示）見圖1。

在平時(shí)的教學(xué)中，筆者通過課堂觀察和作業(yè)反饋發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對本單元的學(xué)習(xí)存在以下問題：一是沒有厘清飽和溶液和濃溶液之間的關(guān)系，認(rèn)為飽和溶液就是濃溶液；二是對某些概念的核心要素理解不透，導(dǎo)致不能準(zhǔn)確理解飽和溶液與不飽和溶液的轉(zhuǎn)化、結(jié)晶的方法等；三是不能準(zhǔn)確把握溶液單元的概念之間量的變化關(guān)系，如將硝酸鉀不飽和溶液轉(zhuǎn)化成飽和溶液至有固體不溶時(shí)，溶解度、溶質(zhì)質(zhì)量、溶液質(zhì)量、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化情況等。

筆者在2016年4月“國培計(jì)劃”湖北省級(jí)團(tuán)隊(duì)骨干授課活動(dòng)中，講授了以“溶液”為主題的單元復(fù)習(xí)課，巧用圖表有效突破了本單元概念教學(xué)的難點(diǎn)。

2.2 圖表在“溶液”教學(xué)中的作用

幫助學(xué)生掌握概念的教學(xué)策略有概念關(guān)系圖、直角坐標(biāo)圖和表格對比法等[4，5]。概念關(guān)系圖是以知識(shí)之間的邏輯聯(lián)系為核心，以發(fā)散思維的方式展開聯(lián)想，幫助學(xué)生形成具有一定范疇和層級(jí)關(guān)系的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。直角坐標(biāo)圖是以“質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)變化過程”為核心，以數(shù)形結(jié)合為載體，幫助學(xué)生理解某一變化過程中引起量變情況的本質(zhì)原因。表格對比法是以尋找概念或原理之間的相同點(diǎn)和相異點(diǎn)為基礎(chǔ)，直觀呈現(xiàn)概念的相關(guān)要素，通過辨析促進(jìn)對概念和原理的理解。

在明確學(xué)生學(xué)習(xí)溶液概念時(shí)存在的問題，深入分析問題成因和概念教學(xué)策略的基礎(chǔ)上，筆者采用直觀的表格信息對比、直角坐標(biāo)圖中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)變化、形象感性的圖形等效變化等教學(xué)策略，促進(jìn)學(xué)生理解概念的核心要素以及概念之間的關(guān)系，完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，優(yōu)化認(rèn)知策略，以此形成對本單元概念的整體認(rèn)知，最終達(dá)到有效建構(gòu)“溶液”單元概念知識(shí)的目的。

3 利用圖表的“溶液”單元教學(xué)設(shè)計(jì)及說明

3.1 促進(jìn)學(xué)生厘清飽和溶液和濃溶液之間的關(guān)系

通過對本單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生知道濃溶液是在一定質(zhì)量的溶劑中溶解較多質(zhì)量的溶質(zhì)得到的溶液，飽和溶液是在一定條件下不能再溶解該溶質(zhì)的溶液。學(xué)生往往在沒有厘清飽和溶液和濃溶液之間的關(guān)系的情況下，認(rèn)為飽和溶液就是濃溶液。為促進(jìn)學(xué)生正確理解這兩個(gè)概念之間的關(guān)系，筆者設(shè)計(jì)了如下教學(xué)過程。

問題情境：根據(jù)信息將表格填寫完整，見表1（斜體字部分的內(nèi)容為答案）。

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)信息分析氫氧化鈣、硝酸鉀充分溶解后，所得溶液是否為飽和溶液，是濃溶液還是稀溶液，并進(jìn)一步分析飽和溶液與濃、稀溶液之間的關(guān)系。對比分析表格中的數(shù)據(jù)，學(xué)生得出結(jié)論是：飽和溶液、不飽和溶液都可能是濃溶液，也可能是稀溶液，但是在相同溫度下，同種溶質(zhì)的飽和溶液一定比它的不飽和溶液要濃。

接下來展示如下圖形（見圖2）。其中A表示在一定溫度下濃的飽和溶液；B表示在一定溫度下稀的飽和溶液；C表示在一定溫度下稀的不飽和溶液；D表示在一定溫度下濃的不飽和溶液。

顯然，對表格數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，能有效促進(jìn)學(xué)生厘清飽和溶液和濃溶液之間的關(guān)系，借鑒數(shù)學(xué)中的集合圖形來描述有關(guān)化學(xué)概念之間的邏輯關(guān)系，則能更加直觀形象地呈現(xiàn)出相似化學(xué)概念之間的區(qū)別與聯(lián)系[6]。

3.2 強(qiáng)化對“溶液”單元概念核心要素的理解

3.2.1 促進(jìn)學(xué)生理解飽和溶液與不飽和溶液的轉(zhuǎn)化方法

為了促進(jìn)學(xué)生理解飽和溶液與不飽和溶液轉(zhuǎn)化方法的本質(zhì)原因，形成科學(xué)合理的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，筆者設(shè)計(jì)了如下教學(xué)過程。

首先引導(dǎo)學(xué)生回顧制作溶解度曲線的原理和方法，以及溶解度曲線包含的顯性和隱性信息，然后創(chuàng)設(shè)問題情境，以數(shù)形結(jié)合的方式，分析坐標(biāo)系中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，以及圖形等效變化突破飽和溶液與不飽和溶液的轉(zhuǎn)化方法這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)。

問題情境：這是在一定溫度下，處于A點(diǎn)的不飽和硝酸鉀溶液，可以采用哪些方法使其轉(zhuǎn)化成飽和溶液？轉(zhuǎn)化過程中A點(diǎn)如何移動(dòng)？（見圖3）endprint

引導(dǎo)學(xué)生分析思考：曲線上的點(diǎn)表示飽和狀態(tài)，要使處于A點(diǎn)的不飽和溶液轉(zhuǎn)化成飽和溶液，只需采取一定的操作使A點(diǎn)移動(dòng)到曲線上即可。通過引導(dǎo)，學(xué)生很容易理解在溫度不變的情況下，向溶液中加入硝酸鉀，使溶質(zhì)的質(zhì)量增加，此時(shí)溶液的溫度不變，故A點(diǎn)豎直向上運(yùn)動(dòng)，直至移動(dòng)到曲線上的B點(diǎn)，轉(zhuǎn)化成飽和溶液；或者降低溫度，此時(shí)溶液中溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)量都不變，故A點(diǎn)水平往左向靠近溶解度曲線的方向移動(dòng)（或A點(diǎn)向減小溶解度的方向移動(dòng)），直至移動(dòng)到曲線上的C點(diǎn)，轉(zhuǎn)化成飽和溶液。

對于蒸發(fā)溶劑使硝酸鉀不飽和溶液轉(zhuǎn)化成飽和溶液，無法用上述圖像中的“質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)”來呈現(xiàn)其變化過程。接下來采用圖形等效變化，以另一種直觀圖形來解決此問題，見圖4。

在學(xué)生充分理解溶解度曲線含義的基礎(chǔ)上，利用直觀易懂的“圖像中的質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)”和“圖形等效變化”等動(dòng)態(tài)變化分析法，能有效促進(jìn)學(xué)生理解不飽和溶液與飽和溶液轉(zhuǎn)化方法的本質(zhì)原因，也有助于學(xué)生將難以理解的化學(xué)概念轉(zhuǎn)化為直觀易懂的視覺信息，并將其轉(zhuǎn)換成有意義的形式后進(jìn)入自身信息編碼系統(tǒng)[7]，并重新建構(gòu)原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，形成對飽和溶液概念的整體認(rèn)知，達(dá)到有效學(xué)習(xí)化學(xué)概念的目的。

3.2.2 促進(jìn)學(xué)生理解結(jié)晶方法

通過新授課學(xué)習(xí)，學(xué)生知道蒸發(fā)結(jié)晶和降溫結(jié)晶這兩種結(jié)晶方法，將氯化鈉或硝酸鉀的飽和溶液蒸發(fā)溶劑或者降低溫度時(shí)，都會(huì)有晶體析出。教師在授課時(shí)大多數(shù)采用直接講授或?qū)嶒?yàn)演示的方式告訴學(xué)生結(jié)晶方法：氯化鈉應(yīng)采用蒸發(fā)結(jié)晶，硝酸鉀應(yīng)采用降溫結(jié)晶。但由于學(xué)生沒有理解結(jié)晶方法內(nèi)在的本質(zhì)原因，故在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生了迷思現(xiàn)象，做題時(shí)只會(huì)按教師講授的方法生搬硬套，在結(jié)晶方法的選擇問題上，經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤，在描述用結(jié)晶法提純物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)操作過程時(shí)，總感覺力不從心。

為了促進(jìn)學(xué)生理解選擇結(jié)晶方法的本質(zhì)原因，筆者以計(jì)算表格數(shù)據(jù)，對比揭示本質(zhì)原因，根據(jù)圖像總結(jié)規(guī)律的方式開展教學(xué)，設(shè)計(jì)的教學(xué)過程如下。

問題情境1：氯化鈉和硝酸鉀在不同溫度下的溶解度，見表2?，F(xiàn)有分別用100g水配制成溫度為100℃的氯化鈉飽和溶液與硝酸鉀飽和溶液。以上兩種飽和溶液，可采用哪些方法得到晶體？并說明理由。

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)飽和溶液和溶解度的概念，分析從上述兩種溶液中得到晶體的方法，初步理解蒸發(fā)結(jié)晶和降溫結(jié)晶的原理。

問題情境2：若均采用降溫結(jié)晶的方法，分別將上述溶液從100℃降低溫度至20℃，分析兩種溶液中析出晶體的質(zhì)量各是多少？根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析兩種溶液最佳的結(jié)晶方法是什么？并將表格填寫完整（斜體字的內(nèi)容為對應(yīng)的答案），見表3。

通過定量計(jì)算和對直觀數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，達(dá)到了促進(jìn)學(xué)生理解結(jié)晶方法的本質(zhì)原因，達(dá)到對結(jié)晶方法科學(xué)認(rèn)知的目的。

然后在回顧不同物質(zhì)的溶解度隨溫度變化情況的基礎(chǔ)上，尋找不同物質(zhì)的溶解度隨溫度變化的特征，通過歸納總結(jié)特征中的相似性和規(guī)律，采用特征分類的方式，促進(jìn)學(xué)生生成從個(gè)別物質(zhì)到一類物質(zhì)結(jié)晶方法的新認(rèn)知圖式——常見的結(jié)晶方法有三種，結(jié)晶的方法由該物質(zhì)的溶解度隨溫度變化的情況來決定。即溶解度受溫度變化影響不大，溶解度曲線較平緩的這類物質(zhì)適宜采用蒸發(fā)結(jié)晶的方法；溶解度受溫度變化影響較大，溶解度曲線較陡的這類物質(zhì)適宜采用降溫結(jié)晶的方法；溶解度受溫度變化影響較大，且溫度越高溶解度越小的這類物質(zhì)適宜采用升溫結(jié)晶的方法。具體圖像和規(guī)律見圖5。

通過將固體物質(zhì)的溶解度曲線與適宜的結(jié)晶方法有機(jī)整合，學(xué)生在掌握結(jié)晶方法的同時(shí)，還能體驗(yàn)從個(gè)別到一般，從個(gè)性到規(guī)律，從共性到分類研究概念或物質(zhì)性質(zhì)的方法，體驗(yàn)基于思維發(fā)展的學(xué)習(xí)方式，為今后形成有效的學(xué)習(xí)方法打下良好的心理基礎(chǔ)。

3.2.3 促進(jìn)學(xué)生理解溶解度與溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系

溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是指在一定質(zhì)量的溶液中溶質(zhì)質(zhì)量所占的分?jǐn)?shù)，此溶液可以是飽和溶液，也可以是不飽和溶液，學(xué)生可以通過溶劑的質(zhì)量和溶解的溶質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。溶解度是指在一定溫度下，100g溶劑中，溶液達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，溶解的溶質(zhì)質(zhì)量。因此溶解度與溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間存在著隱性的邏輯聯(lián)系，若教師采用的教學(xué)方式和策略不當(dāng)，學(xué)生便難以理解兩者之間的關(guān)系，使之成為本單元的另一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)。如何有效解決此問題是教師在單元設(shè)計(jì)中必須認(rèn)真思考的問題。

筆者結(jié)合飽和溶液、溶解度和溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)概念的組成要素，利用簡潔直觀的圖像表征形式，突破了此教學(xué)難點(diǎn)。具體活動(dòng)過程如下。

問題情境：20℃時(shí)，氯化鈉的溶解度為36.0g。在此溫度下，將一定質(zhì)量的氯化鈉分多次加入到100g水中，邊加邊振蕩，所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)如何變化？并用圖像表示此過程中相關(guān)量的變化情況。

引導(dǎo)學(xué)生展開分析：溶液達(dá)到飽和狀態(tài)之前，加入的氯化鈉完全溶于水，溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增加；溶液達(dá)到飽和狀態(tài)以后，加入的氯化鈉不再溶解，溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最大值，即使繼續(xù)加入氯化鈉，溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也不再改變。圖像變化情況見圖6。

在此教學(xué)活動(dòng)過程中，學(xué)生自發(fā)調(diào)用已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中飽和溶液、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溶解度的概念，結(jié)合圖像直觀表征上述動(dòng)態(tài)變化過程，并將這些概念有機(jī)整合，自主生成溶解度與溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間隱性關(guān)系的認(rèn)知，形成新的認(rèn)知圖式。endprint

3.3 構(gòu)建本單元概念之間的邏輯聯(lián)系，增強(qiáng)對單元概念的整體認(rèn)知

學(xué)習(xí)概念的過程中，將相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)有機(jī)地組織起來構(gòu)成完整的信息系統(tǒng)，并以此形式對知識(shí)進(jìn)行表征，其內(nèi)在聯(lián)系越緊密，結(jié)構(gòu)化程度就越高，認(rèn)知圖式就會(huì)給予信息更多的關(guān)注，進(jìn)而對信息進(jìn)行加工，形成新的整體認(rèn)知圖式，最終達(dá)到提升學(xué)習(xí)效率的目的。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，筆者以3.2.1中圖3案例為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了如下問題情境。

問題情境：分別采用加溶質(zhì)、降低溫度、恒溫蒸發(fā)溶劑的方法，使處于A點(diǎn)的硝酸鉀不飽和溶液轉(zhuǎn)化成飽和溶液，直至有固體不溶物的過程中，硝酸鉀的溶解度、溶質(zhì)的質(zhì)量、溶劑的質(zhì)量、溶液的質(zhì)量和溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況如何？具體內(nèi)容見表4（表格中斜體字為對應(yīng)的答案）。

在解決問題的過程中，學(xué)生自主利用本單元所有重要的概念和概念之間的相互聯(lián)系，通過分析、推理和知識(shí)應(yīng)用，建構(gòu)了對本單元概念的整體認(rèn)知。在對所有答案進(jìn)行綜合分析的過程中，學(xué)生又形成了新的認(rèn)知：溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溶劑質(zhì)量及溶解的溶質(zhì)質(zhì)量有關(guān)；物質(zhì)的溶解度越大，其飽和溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)也越大；溶解度隨溫度降低而減小的物質(zhì)，其飽和溶液降低溫度后，對應(yīng)的點(diǎn)沿曲線向下運(yùn)動(dòng)，溶液中有晶體析出，剩余飽和溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低；飽和溶液恒溫蒸發(fā)溶劑后，有晶體析出，剩余溶液依然是該溫度下的飽和溶液，溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變。

當(dāng)學(xué)生對本單元的概念形成整體認(rèn)知以后，采用變式練習(xí)，對習(xí)得的知識(shí)和方法進(jìn)行運(yùn)用、鞏固和提升。例如向硝酸鉀飽和溶液中加入硝酸鉀、加水或?qū)⑷芤荷邷囟群螅ú豢紤]水蒸發(fā)），其溶解度等相關(guān)量又如何變化？

4 展望

綜上所述，運(yùn)用圖表進(jìn)行概念教學(xué)能降低學(xué)生理解概念的難度；能促進(jìn)學(xué)生整體建構(gòu)概念之間的邏輯關(guān)系，使知識(shí)網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化；能促進(jìn)學(xué)生有效提取、遷移和應(yīng)用知識(shí)；能優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)策略，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)有效的認(rèn)知方式，形成新的認(rèn)知圖示，達(dá)到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。

與此同時(shí)，我們也應(yīng)該注意到不同的化學(xué)概念有不同的認(rèn)知圖式，不同的圖表有不同的建構(gòu)方法和策略，但是在促進(jìn)學(xué)生深刻理解、靈活運(yùn)用概念這一點(diǎn)上的作用是相同的。在化學(xué)概念教學(xué)中，如何幫助學(xué)生有效厘清化學(xué)概念的屬性和相互聯(lián)系，采用何種表征形式更有利于學(xué)生理解和掌握化學(xué)概念，如何科學(xué)創(chuàng)設(shè)問題情境有效促使學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)建構(gòu)化學(xué)概念圖式的習(xí)慣，并在建構(gòu)圖式的過程中感悟圖式的特征和作用，以此優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知策略和學(xué)習(xí)方式等等，需要我們在以后的教學(xué)中進(jìn)行更深入的研究。

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