核心素養(yǎng)導(dǎo)向下建構(gòu)元素化合物認知模型的探討

摘 要：元素化合物知識是在新課程改革背景下高中化學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，如何有效地建構(gòu)元素化合物知識的認知模型，是當(dāng)前面臨的一個重要課題。文章主要探討了核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，如何構(gòu)建高中元素化合物知識認知模型。

關(guān)鍵詞：元素化合物;認知模型;核心素養(yǎng)

化學(xué)學(xué)科的核心是物質(zhì)。因此元素化合物的性質(zhì)應(yīng)用與用途是化學(xué)學(xué)科的重要內(nèi)容，更是高考題中的主要載體，充分體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的幾個觀念：宏觀辨識與微觀探析、變化觀、證據(jù)推理與模型認知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。但元素化合物涉及的種類多，學(xué)習(xí)素材廣泛，物質(zhì)變化復(fù)雜，物質(zhì)結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)抽象，普通學(xué)生學(xué)起來感覺凌亂、困難，僅會死記硬背單一物質(zhì)性質(zhì)而難于應(yīng)用。因此在元素化合物的教學(xué)課堂中，應(yīng)如何深入滲透學(xué)科核心素養(yǎng)，構(gòu)建物質(zhì)元素化合物的認知模型，有助于學(xué)生高效、有序和掌握大量的元素化合物的性質(zhì)與反應(yīng)，使繁雜的無機元素化合物知識網(wǎng)絡(luò)化，并運用所學(xué)得的思維模型推斷陌生物質(zhì)的性質(zhì)。建立分析解決問題的方法，是學(xué)生面對各類化學(xué)任務(wù)時自主調(diào)用物質(zhì)性質(zhì)的“導(dǎo)航儀”，建立有效的元素化合物認知模型，使元素化合物的核心知識、思維方法、學(xué)科核心素養(yǎng)融合為一體，從而使核心素養(yǎng)“落地”。

一、 用探究的思維主動構(gòu)建認知模型

如果學(xué)生只是被動地接受外界信息，其記憶的保持率是有限的。尤其是元素化合物，物質(zhì)種類多，性質(zhì)復(fù)雜，物質(zhì)之間的反應(yīng)千變?nèi)f化，如果能運用能探究的思維主動去理清物質(zhì)變化的根本原因，感知事物性質(zhì)的多樣性，會大大增強教學(xué)的效果。如在氨氣的噴泉實驗探究過程中，讓學(xué)生充分討論思考：產(chǎn)生噴泉的原理是什么？什么操作可以引發(fā)噴泉？哪些氣體和溶液可以做噴泉實驗？噴泉水的顏色是什么，成分是什么？可以如何改進該實驗？學(xué)生如果經(jīng)常受到這種探究思維的訓(xùn)練，深刻地理解學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該具體問題具體分析，學(xué)習(xí)是靈活的。那么在以后的學(xué)習(xí)中就會主動運用這種思維進行建構(gòu)認識模型。

教學(xué)案例一：實驗室制取氫氧化鋁的實驗探究

學(xué)生分析：根據(jù)已有知識，可以推知氫氧化鋁的制備應(yīng)該可以用可溶性鋁鹽和堿反應(yīng)得到，但堿的強弱對它的制取是否有影響？加入試劑的順序有無影響？

設(shè)計實驗方案并進行探究：

剛進行實驗方案設(shè)計時，學(xué)生可能只想到用可溶性鋁鹽和堿就可制備得到氫氧化鋁，這時候教師在教學(xué)過程中注意進行設(shè)疑，并引導(dǎo)學(xué)生分析，這時學(xué)生才能設(shè)計比較完整合理的實驗方案進行探究，并得出制備的最佳方案。在這一主動探究的過程中，學(xué)生產(chǎn)生問題，討論中碰撞不同的思維火花，然后通過實驗獲得的結(jié)論，從而轉(zhuǎn)變?yōu)樽约旱囊娊猓皇潜粍拥亟邮苷n本中的知識。

教學(xué)案例二：二氧化硫與氯水的漂白性原理探究

學(xué)生提出問題：二氧化硫與氯水的漂白性原理是否一樣？

學(xué)生分析：氯水漂白是因為次氯酸有很強的氧化性，而二氧化硫?qū)儆诨掀祝虼嗽砜赡懿煌?/p>

學(xué)生設(shè)計實驗方案如下，進行實驗探究。

學(xué)生得到實驗結(jié)論：二者的漂白原理不同，二氧化硫的漂白是暫時性的，氯水漂白是永久性的，而且二氧化硫不能使指示劑褪色。

學(xué)生在剛學(xué)完氯水的漂白性后，接觸到另一物質(zhì)的相似性質(zhì)，自然會對它們原理感到好奇，此時教師可以適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗進行探究，主動完成實驗設(shè)計并探究得出結(jié)論，這時老師的點撥會起到事半功倍的作用。

二、 運用分類的思想構(gòu)建認知模型

人類知識不是為了記憶而記憶，而最終目標(biāo)是為了運用?；瘜W(xué)元素化合物知識內(nèi)容多且瑣碎，導(dǎo)致學(xué)習(xí)的困難。所以在解決問題時難以提取所需要的知識，因此記憶的知識變成了僵化的、無價值的東西。如果將化學(xué)元素化合物知識按照一定的線索進行分類的話，有利于把握知識之間的復(fù)雜關(guān)系或內(nèi)在聯(lián)系。當(dāng)需要運用時，就像查找圖書館經(jīng)過分類收藏的書一樣，可以輕易提取出來。所以分類法是重要的學(xué)習(xí)方法之一。

而教材在學(xué)習(xí)元素化合物知識前學(xué)生剛學(xué)完物質(zhì)的分類，已有了一個概念“分類使看起來雜亂無章的物質(zhì)變得整然有序”，所以在學(xué)習(xí)同樣看起來很繁雜的元素化合物知識時也會想到將剛學(xué)到的知識應(yīng)用于其中，從而認識分類法對于化學(xué)學(xué)習(xí)的重要性，這也是教材編排的真正意義所在。例如教材中，金屬元素是按順序為：按單質(zhì)、氧化物、氫氧化物和鹽類進行橫向分類。對于具體物質(zhì)按組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途進行縱向分類。學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)某一物質(zhì)知識，根據(jù)結(jié)構(gòu)類推到同一類別物質(zhì)的性質(zhì)，能有效地建構(gòu)元素化合物同一類別物質(zhì)的認識模型。

教學(xué)案例三：金屬性質(zhì)

學(xué)生首先舉例說明金屬能發(fā)生哪些化學(xué)反應(yīng)。

然后分析金屬發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)，寫出化學(xué)方程式。

最后畫出Na、Mg、Al的原子結(jié)構(gòu)示意圖，分析原子結(jié)構(gòu)特點與化學(xué)性質(zhì)的聯(lián)系，得出金屬性質(zhì)相同點。

設(shè)計以下教學(xué)活動過程主要是引導(dǎo)學(xué)生通過對個別金屬單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)的引入，從分析鈉、鎂、鋁原子結(jié)構(gòu)分析（最外層電子數(shù)少，易失電子），從而上升到金屬類別的通性，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中體驗個別上升到類別這一學(xué)習(xí)過程。

又如在學(xué)習(xí)鈉的氧化物時，教材中安排了思考與交流“氧化鈉與水發(fā)生反應(yīng)和氧化鈣與水反應(yīng)類似，請你寫出氧化鈉與水反應(yīng)的化學(xué)方程式”，學(xué)生可以根據(jù)它們都是堿性氧化物，自己得出他們可能具有的性質(zhì)，與教材和老師觀點對照，發(fā)現(xiàn)自己是正確的，可以體會分類思想的重要意義以及實際應(yīng)用價值，從而認識到“原來經(jīng)過這樣分類后，同一類的物質(zhì)有一定的化學(xué)共性，如果知道某一陌生物質(zhì)屬于這一類，就可以大致得到它可能的性質(zhì)”。但在學(xué)習(xí)到鐵的氧化物時發(fā)現(xiàn)其不能與水反應(yīng)，而氧化鋁卻有兩性，這時學(xué)生會產(chǎn)生質(zhì)疑，認識到它們除了共性外也有一些遞變性，從而構(gòu)建知識模型。

三、 基于原有知識構(gòu)建新認知模型

學(xué)生新知識的獲得是在原有認知的基礎(chǔ)上構(gòu)建起來的，所以在學(xué)習(xí)元素化合物知識時，教師要注意利用好原有的知識體系，將新舊知識串聯(lián)起來。

如在學(xué)習(xí)二氧化硫性質(zhì)作為酸性氧化物知識時，可以通過已學(xué)的CO2的性質(zhì)進行類推，二氧化硫分別能與水、堿和堿性氧化物反應(yīng)。而又可根據(jù)已有的氧化還原反應(yīng)，分析硫元素化合價為中間價態(tài)可推知其有氧化性和還原性，然后按圖1進行深入討論，將原有知識遷移拓展，建構(gòu)硫元素新的認知模型。

又如在引導(dǎo)學(xué)生探討氫氧化鐵和氫氧化亞鐵的制備時，由于學(xué)生在之前已分析過氫氧化鋁的制取，學(xué)生可以輕易推知制備的試劑（見圖2），這樣省下大部分精力來討論氫氧化亞鐵鹽制備過程注意事宜。

學(xué)生用原來知識推測新知時，有時聯(lián)想會比較狹窄，不夠全面，有時可能也只是胡亂猜想，故教師在教學(xué)過程中要設(shè)置適當(dāng)?shù)那橐鈫栴}，層層深入，引導(dǎo)學(xué)生去解決新問題，構(gòu)建正確的新認知模型。

以上討論了學(xué)習(xí)元素化合物知識認知模型建構(gòu)的三種策略，認知模型的建構(gòu)要視具體教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)而選擇合適的策略，甚至同一教學(xué)內(nèi)容可能會用到不同的策略。但是，不管運用哪種思路構(gòu)建知識模型，必須把握好元素化合物知識內(nèi)在的聯(lián)系，層次分明，思路清晰，保證學(xué)生知識信息的順利提取。為此，可以根據(jù)學(xué)生反饋情況及時做出調(diào)整，從而加以補充修正，使之更加完善。

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作者簡介：

李勤瑜，廣東省廣州市，廣州市花都區(qū)秀全中學(xué)。