淺談化學守恒知識的螺旋式編排與教學

程芳芳 倪煜嵐 禹小琴 王文博 李冰

[摘要]依據人教版初高中化學教材的編寫特點，對初高中化學守恒知識的螺旋式編排與教學進行分析，進而更好地促進教師的教與學生的學。

[關鍵詞]化學守恒知識;螺旋式編排;中學化學

[中圖分類號]G633.8 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6058（2020）05-0064-02

“螺旋式課程”以學生的認知發(fā)展規(guī)律為基礎，將知識與課程進行螺旋式編排。即隨著學生認知能力的提升，不斷去深化學科的知識層次，使相關知識在課程編排中呈螺旋式上升。而“螺旋式教學”則引申于“螺旋式課程”，它是在遵循學生認知規(guī)律與心理特征的基礎上，使教學過程從易到難，從具體到抽象，使學生學到知識的同時提升學科能力。

“變化觀念與平衡思想”是化學學科核心素養(yǎng)之一，其中平衡思想中的守恒法是學生必須要掌握的解題方法。守恒法是通過對化學反應前后各守恒因素的分析及計算來求解化學反應的相關問題，比如質量守恒、得失電子守恒、物料守恒、電荷守恒等。平衡思想貫穿化學學習的始終，守恒法的教學也非一步到位。它在初高中化學課程的不同階段、不同模塊中逐級遞進與深化，進而達到培養(yǎng)學生化學守恒思想的目的。螺旋式編排既符合課程背景下的“模塊化”教學，也符合當前教育背景下“螺旋式上升”的教學理念。本文將對化學守恒知識在人教版初高中化學教材中的螺旋式編排與教學進行分析，以期更好地促進教師的教與學生的學。

一級螺旋——建立守恒思想

初中階段的化學學習具有啟蒙性與基礎性。學生在學習“化學式與化合價”時初次應用到守恒知識，要求學生能以元素的化合價為橋梁，寫出化合物的化學式或對化學式的對錯進行辨別。這里所涉及的守恒知識便是化合價守恒，即化合物中元素正、負化合價的絕對值相等。

【例1】重鉻酸鉀是一種有毒且有致癌性的強氧化劑，它被國際癌癥機構劃歸為第一類致癌物質。重鉻酸鉀（K2Cr2O7）中cr元素的化合價為（ ）。

A，+2 B，+4 C，+6 D，-2

雖然初中生對重鉻酸鉀不熟悉，但是只要熟練掌握了化合價守恒，便能得到cr元素的化合價為+6。

接著，學生在學習“質量守恒定律”時正式接觸到守恒理論，質量守恒定律指出：參加化學反應的各物質的質量總和，等于反應后生成的各物質的質量總和。此外，初中化學還涉及原子守恒、電荷守恒等。雖然該階段所涉及的守恒知識較簡單、易掌握，但知識的編排還是很關鍵的。只有讓化學守恒思想逐漸滲透到學生的思維意識之中，才能讓學生認識到守恒法在化學學習中的重要性，幫助學生初步建立起化學守恒思想，為以后更深層次的化學學習打下扎實的基礎。

在該階段的教學中，教師應注重創(chuàng)設問題情境，通過相關情境提出問題，激發(fā)學生的思維能力，引發(fā)學生的思考與交流，進而促進學生對化學守恒的理解。如可運用Flash動畫播放水分子分解的微觀過程，幫助學生理解質量守恒定律;或者通過一些探究性問題加深學生對化學守恒的深度理解，如：點石真能成金嗎？水真的能變成汽油嗎？另外也可引導學生從生活情境中發(fā)現與化學守恒有關的現象或問題，再通過思考與總結，逐步建立起化學守恒思想。

二級螺旋——深化守恒知識

為適應學生的心理發(fā)展，滿足學生發(fā)展的多元化需求，高中化學教材設置了必修模塊與選修模塊。與此相對應，同類型的知識由于深度不同，也就有了螺旋式編排。

以守恒法為例，學生在必修1學習“離子反應”與“氧化還原反應”時，本質上是在應用電荷守恒與元素守恒，而在后續(xù)原電池、電解池等內容的學習中也應用到了相關守恒。針對氧化還原反應方程式的配平，學生不能像初中那樣只考慮元素守恒，還需要考慮得失電子守恒、電荷守恒，這三種守恒缺一不可。

【例2】Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑。在測定某葡萄酒中Na2S2O5殘留量時，取50.00 mL葡萄酒樣品，用0.01000 mol·L^-1的碘標準液滴定至終點，消耗10.00 mL。滴定反應的離子方程式為__。

本題以食品中的抗氧化劑為背景，考查氧化還原反應方程式的書寫。學生首先需要依據題目信息找準反應物與生成物，再結合相關守恒知識對反應方程式進行添項、配平，最后得到離子反應方程式：$2O5^2-+2I2+3H2O=2SO4^2-+4I^-+6H⁺。

由此看出，隨著高中化學涉及物質種類增多、反應更復雜、知識綜合性增強，對該階段守恒法的應用有了更高的要求。它不僅要求學生掌握基本的守恒法，還要求學生學會提取題目中的有效信息，將多種守恒知識綜合運用，從而寫出正確的答案。在氧化還原反應的基礎上應用相關守恒知識，是對學生守恒思想的進一步深化與鞏固，它可以讓學生意識到守恒思想在化學學習中的必要性與重要性。

隨著知識層次的加深，教師的教法也應呈螺旋式上升。該階段的教學，教師除了要創(chuàng)設豐富的生活情境促進學生理解外，還要在學生已有的知識、經驗基礎上有意識地培養(yǎng)學生的主觀能動性，激發(fā)學生探究知識的欲望，進而讓學生成為學習的主人，主動地去發(fā)現問題并解決問題。同時，教師還要引導學生將新舊知識進行聯結、同化，建構起屬于自己的系統的知識結構。只有這樣，才可以深化學生的守恒知識，并在潛移默化之中將守恒思想滲透到學生的學習之中。

三級螺旋——提升守恒能力

當學生具有一定的知識儲備與能力素養(yǎng)后，對內容的編排以及教學提出了更高的要求。在選修4的相關知識中，要求學生對溶液中的微粒進行電荷守恒、物料守恒、質子守恒的書寫與判斷。除此之外，學生還需對混合溶液中微粒濃度的大小進行排序。該類型的題目，對學生的能力要求較之前又提升了一個檔次。學生在進行守恒判斷前，必須考慮溶液中部分基團的電離能力、水解能力、電離或水解是否會被抑制等因素，這些綜合性知識無疑進一步提升了學生運用守恒知識的能力，深化了學生的守恒思想。

而在弱電解質的電離平衡、鹽類的水解和難溶電解質的溶解平衡中，知識難度進一步增大。在高考中，通常會以鹽類水解為載體考查溶液的酸堿性、粒子濃度的大小比較等，或通過圖像分析、反應條件控制等考查難溶電解質的溶解平衡。

該高考題主要考查溶液中粒子濃度的大小關系。首先，學生需要準確寫出H2C2O4溶液中存在的電荷守恒與物料守恒，再通過相關計算得到關于c（H⁺）的等式;其次，學生需要從題干數據中判斷出HC2O4^-的電離程度與水解程度的相對大小;最后，學生生還需要明確：向H2C2O4溶液滴入Na0H溶液后，溶液的總體積變大，c（總）<0.1000 mol·L^-1。

由此可以看出，高考對守恒知識的考查更注重其基礎性與綜合性。即將具有相關性的基礎知識進行聯結，對學生的素質與能力進行多角度的綜合考查。

根據建構主義理論，教師在該階段的教學過程中，要鼓勵學生進行各種交流討論，讓學生積極表達自己的見解，并能對不同的觀點進行思考判斷，通過不斷否定、肯定的方式得出正確答案，形成自己的理解。如此教學，才能幫助學生把學習意義建構在對知識廣度與深度的理解上，才能讓學生在已有的知識、經驗的基礎上建構起對化學理論的深刻認知，從而提升化學守恒能力，建立屬于自己的化學守恒觀。

通過對初高中守恒知識的分析可知，守恒知識在教材編排與教學方面都呈螺旋式上升。教材編排方面，從最初依據化合價守恒、質量守恒定律幫助學生建立守恒思想，到守恒知識的綜合應用，使學生形成良好的守恒思維與能力，整體編排體現了學科知識的系統性與完整性;教學方面，從最初的創(chuàng)設問題情境，螺旋式上升到引導學生形成主觀能動性，最后到促進學生學習的社會作用性，整個教學過程都在逐級遞進與深化，體現了學生思維能力的可塑性以及教師教學的循序漸進。但是，在化學教學中，不是所有的知識都呈螺旋式上升的，所以究竟哪些知識適合“螺旋式”教學，還有待化學同行去深入研究與探索。