流程圖在初中生變化觀念建構(gòu)中的應(yīng)用與思考

黎旭陽

【內(nèi)容摘要】義務(wù)教育階段化學學科著力于基礎(chǔ)知識的建構(gòu)和基本觀念的培養(yǎng)，為學生今后進一步提升綜合素質(zhì)和發(fā)展核心素養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。義務(wù)教育階段，學生需要在有限的化學知識范圍內(nèi)形成正確的學科觀念，自主調(diào)用學科觀念解決真實情境問題。流程圖呈現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程簡潔且重點突出，初中學生只有建立了變化觀念，才能順利讀懂流程圖，找到核心元素以及相關(guān)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化途徑、轉(zhuǎn)化過程中采用的操作。因此，無障礙分析流程圖是初中學生基于變化觀念分析問題的基本能力體現(xiàn)。變化觀念建構(gòu)有多種方式和策略，本文將探討基于流程圖的變化觀念建構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】變化觀念 流程圖

《普通高中化學課程標準（2017年版）》中指出，“我國普通高中教育是在義務(wù)教育基礎(chǔ)上進一步提高國民素質(zhì)、面向大眾的基礎(chǔ)教育”，“普通高中的培養(yǎng)目標是進一步提升學生綜合素質(zhì)，著力發(fā)展核心素養(yǎng)”。在明確我國普通高中教育定位和目標的同時，也清晰的指出普通高中教育是義務(wù)教育的發(fā)展與提升。為了能夠?qū)崿F(xiàn)進一步發(fā)展，在義務(wù)教育階段，也需要以培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和發(fā)展核心素養(yǎng)為目標。

“義務(wù)教育階段的化學課程是科學教育的重要組成部分，應(yīng)體現(xiàn)基礎(chǔ)性。要給學生提供未來發(fā)展所需要的最基礎(chǔ)的化學知識和技能，使學生從化學的角度初步認識物質(zhì)世界，提高學生運用化學知識和科學方法分析、解決簡單實際問題的能力，為學生的發(fā)展奠定必要的基礎(chǔ)。”[1]因此，義務(wù)教育階段教學需找準知識與素養(yǎng)的接合點，幫助學生在學習知識的過程中逐步建構(gòu)學科觀念，初步形成學科素養(yǎng)，為后階段進一步提升奠定了基礎(chǔ)。

一、化學概念中的變化觀念

初中的孩子接觸化學教科書的一刻都很想知道，化學是什么，為什么要學習化學，用化學知識能夠解決什么問題?；卮疬@些問題有很多角度，若要給學生一個科學和全面的回答就需要依據(jù)課標中的化學概念。

隨著科學技術(shù)發(fā)展，人類對物質(zhì)世界認識水平不斷提高，“化學是什么”的答案也在發(fā)生變化?！盎瘜W是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)自然學科，其特征是研究物質(zhì)和創(chuàng)造物質(zhì)。”[1]“化學是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學科，其特征是從微觀層次認識物質(zhì)，以符號形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)?！盵2]。兩個學段課標的化學概念有差異，是受到教學目標和教學內(nèi)容的影響嗎？然而，選取發(fā)布時間接近的2003年制訂的《普通高中化學課程標準（實驗）》與2011年制訂的《義務(wù)教育化學課程標準》中化學概念進行對比發(fā)現(xiàn)，兩者的描述是一致的。因此，2017年制訂的《普通高中化學課程標準》中化學概念是基于在現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展和人類對化學深入認識而形成的，也應(yīng)適用于義務(wù)教育階段使用。新化學概念在原基礎(chǔ)上增加了三重表征思維方式和轉(zhuǎn)化是物質(zhì)研究角度兩個表述，凸顯了學科思維和變化觀念在化學學習中的重要性。

二、基于流程圖考查變化觀念

變化觀念是學科核心素養(yǎng)之一，考查學生的變化觀念有多種形式?，F(xiàn)階段，基于真實工藝流程的設(shè)計問題能夠全面考查學生變化觀念解決問題的能力。流程圖是“物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程模型”[3]，“是用圖形圖像表示反應(yīng)或生產(chǎn)過程中某個物理量的變化過程或者某元素的存在形式（狀態(tài)）的轉(zhuǎn)化過程”[3]。這種以流程圖呈現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化流程的題型已然成為了廣州市初中畢業(yè)生學業(yè)考試的常見題型。例如2019年富釔稀土獲取氧化釔、2018年鋅生產(chǎn)氧化鋅、2017年硫酸銅制備氯化亞銅的工藝路線等。

原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品過程中涉及了大量的數(shù)學、物理、化學等學科知識和技術(shù)。閱讀完整的工業(yè)生產(chǎn)流程對于初中學生來說是困難的。工業(yè)流程經(jīng)過簡化，使用方框、箭頭、標注等元素，把反應(yīng)物、生成物和操作等按照實際生產(chǎn)的順序依次展示，得到的圖示就是流程圖。流程圖展示物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方式采用形式通常有兩種類型。

第一種類型是以實驗操作為主線。這一類型流程圖中會在多處標注實施的實驗操作，這些實驗操作有學生熟悉的實驗操作，也有學生陌生的實驗操作。不在課程標準范圍內(nèi)的操作是直接標注，告知學生此處因需要進行了某一種操作。課程標準范圍內(nèi)的，則根據(jù)考查的需要進行有限度的呈現(xiàn)。例如，考查學生不溶于水的固體與水分離的方式，通常會使用“操作a”代替“過濾”，在“操作a”后面搭配一分為二的箭頭。箭頭的分離提示著經(jīng)過此操作后會獲得兩類常溫下狀態(tài)不同的物質(zhì)。這種呈現(xiàn)方式直接且清晰，學生能夠較為輕松的讀懂信息并完成相關(guān)的作答任務(wù)。

第二種類型是以物質(zhì)轉(zhuǎn)化為主線，這一類型的流程圖較第一種類型更加常見。這類型的流程圖包含了生產(chǎn)使用的主要物料以及應(yīng)用的操作，物料辨識的信息常采用提供名稱、顏色、狀態(tài)等方式，主產(chǎn)品、副產(chǎn)品、添加物等信息則通過物料在流程圖中的位置與箭頭指向結(jié)合呈現(xiàn)。這種類型流程圖的呈現(xiàn)形式貼近實際的生產(chǎn)過程中，不僅使信息呈現(xiàn)更加簡練，還更加有利從多角度考查學生的基礎(chǔ)知識和基本技能。例如，某流程圖中的一環(huán)節(jié)：溶液A中加入化合物B，得到固體C和溶液D。要正確解讀該環(huán)節(jié)的信息，學生需要由扎實的知識儲備，例如，復分解反應(yīng)是化合物之間的反應(yīng)和復分解反應(yīng)發(fā)生的條件是有氣體、沉淀和水生成。還有知識遷移的技能，例如能夠?qū)⑦^濾操作獲得不溶于水的固體和水溶液的特征與箭頭一分為二的獲得固體和水溶液的圖示特征進行比對，推斷該環(huán)節(jié)中采用了過濾的操作。

兩種方式的呈現(xiàn)形式雖有所區(qū)別，但都要求學生綜合運用學科知識，依據(jù)箭頭的提示，分析標注提供的信息，解讀流程圖中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，找到預設(shè)問題的答案。因此，工藝流程圖不僅能夠考查學生對化學學科常用的表征工具的理解能力，陌生信息的獲取能力，知識遷移的能力。也能在學科素養(yǎng)角度考查學生的宏觀辨識、變化觀念、模型認知和社會責任等素養(yǎng)。

三、繪制流程圖培養(yǎng)學生變化觀念

教科書凝聚了眾多學科專家和一線教師的集體智慧，它不僅是教師和學生交流的途徑之一，更是學生自主學習的依據(jù)。入選教科書的實驗在知識建構(gòu)階段能夠為學生提供感性材料，幫助學生理解化學概念和原理，是激發(fā)學生興趣的重要方法，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié)。部分教師認為，教科書的實驗在新授課過程中已被學生熟悉，重復使用教科書中的實驗沒有意義。事實上，相同的角度反復使用教科書中的實驗，對學生能力的提升并無幫助，若是將入選教科書實驗作為素材從新的角度深度利用，不僅可以發(fā)掘教科書在學習上的支持還可以培養(yǎng)學生多角度思考問題的習慣。

新知識學習階段，實驗探究側(cè)重于探究活動與知識建構(gòu)。據(jù)調(diào)查顯示，大部分學生開展探究實驗活動，習慣于依照教材的敘述一步一步地進行，探究過程結(jié)束后仍不能清晰的復述探究流程。深入分析后得出，這一類型的學生開展探究實驗的過程僅僅是模仿，缺乏變化觀念的支持，僅關(guān)注反應(yīng)前后的物質(zhì)和現(xiàn)象，沒有關(guān)注核心元素構(gòu)成物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程以及實施操作的作用，因此，變化觀念建構(gòu)是學生自主探究、分析問題、形成策略的基礎(chǔ)。構(gòu)建核心元素及其化合物的轉(zhuǎn)化和分離分析模型（如圖1所示），自主繪制流程圖，是學生建構(gòu)變化觀念的有效途徑。核心元素及其化合物的轉(zhuǎn)化和分離分析模型是基于核心元素M的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和分離，要求學生首先通過閱讀進行信息提取，找到流程描述的是哪一種元素及其化合物的轉(zhuǎn)化，進而確定主產(chǎn)品和副產(chǎn)品。然后將常用的物質(zhì)分離方法的特征進行遷移對照，依據(jù)流程圖提供的物質(zhì)的物理性質(zhì)，如常溫下的狀態(tài)、溶解性等，確認采用的分離方法。

例如，《義務(wù)教育教科書化學九年級下冊》（人教版）實驗活動8“粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除”，可繪制出粗鹽中難溶性雜質(zhì)去除的工藝流程圖（如圖2所示）。

流程圖的繪制，是學生基于變化觀念分析物質(zhì)轉(zhuǎn)化策略的外顯。在繪制任務(wù)的驅(qū)動下，學生在繪圖過程中逐漸理順知識體系、找到自身知識的隱藏的漏洞，進而為解決問題產(chǎn)生了自我提升的需要。要準確繪制流程圖學生必須具備學科核心素養(yǎng)，厚實的知識儲備，熟練的信息提取技巧，有效的問題分析策略，精煉的圖文呈現(xiàn)方式。流程圖因其簡潔且內(nèi)涵豐富，為學生和教師的交流搭建了更為有效的交流平臺。學生自主繪制流程圖不僅能夠為教師查找知識漏洞、制定跟進措施提供依據(jù)，還有助于學生建構(gòu)變化觀念和運用變化觀念分析解決問題。

四、教學中的思考

有人說，化學就像魔術(shù)，化學家就像一個魔術(shù)師，他總能夠無中生有。這樣的看法雖然有不完善的地方，但是也說出了在人們心目中的化學是研究和創(chuàng)造變化的一門學問?；瘜W研究是透過現(xiàn)象看本質(zhì)的研究，缺少了對現(xiàn)象的敏銳觀察就難以抓住問題產(chǎn)生的瞬間。變化觀念不僅覆蓋宏觀層面，還涵蓋了微觀層面。初中學生對化學的興趣是始于對陌生世界的認知需求，豐富的化學現(xiàn)象激發(fā)了他們的求知欲望，變化觀念已在他們心中生根發(fā)芽。流程圖的閱讀與繪制只是促進初中生變化觀念的形成的途徑之一，在教學中還有更多的方法于策略需要不斷的探索與實踐。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部制定，義務(wù)教育化學課程標準（2011版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012，1.

[2]中華人民共和國教育部制定，普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.1.

[3]單旭峰.對“模型認知”學科核心素養(yǎng)的認識與思考[J].化學教學，2019（3）：8-12.

（作者單位：廣州市花都區(qū)教育局教學研究室）