“鹽系三角圖”認(rèn)知模型的構(gòu)建及應(yīng)用

張怡天

摘要： 在初中階段基于模型認(rèn)知進(jìn)行復(fù)習(xí)課的教學(xué)設(shè)計(jì)，搭建“鹽系三角圖”認(rèn)知模型，有助于學(xué)生認(rèn)識多種物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化，進(jìn)行鹽類物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的歸納與總結(jié)。實(shí)踐證明，使用該認(rèn)知模型滲透物質(zhì)轉(zhuǎn)化思想，整合設(shè)計(jì)鹽類化學(xué)性質(zhì)的復(fù)習(xí)，學(xué)生的課堂參與度高，自主性強(qiáng)，大大提高了復(fù)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞： 認(rèn)知模型建構(gòu)； 初中化學(xué)； 鹽類化學(xué)性質(zhì)復(fù)習(xí)

文章編號： 10056629（2022）10007904

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 問題提出

“模型”是對復(fù)雜和綜合性問題的化簡和規(guī)律性總結(jié)，能指導(dǎo)一線教師在設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)課時(shí)讓知識形成連接，提煉出一定的方法以有助于學(xué)生進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。這樣的設(shè)計(jì)既縮短了課時(shí)，又可在學(xué)生掌握了認(rèn)知模型后依據(jù)學(xué)情靈活地安排學(xué)生的自主探究實(shí)驗(yàn)。換言之，認(rèn)知模型是解決問題方法的具體表現(xiàn)形式，筆者嘗試使用“鹽系三角圖”便是這種表現(xiàn)形式之一，引導(dǎo)學(xué)生自主地進(jìn)行并完成鹽類化學(xué)性質(zhì)的復(fù)習(xí)，且實(shí)際應(yīng)用于解決新的問題，實(shí)現(xiàn)真正意義上的授之以“漁”。

2 基于“鹽系三角圖”復(fù)習(xí)“鹽的化學(xué)性質(zhì)”的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

該復(fù)習(xí)課通過建立同類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系建立認(rèn)知模型，促使學(xué)生在建立模型的過程中發(fā)現(xiàn)這些同類物的轉(zhuǎn)化均有鹽的參與，“鹽系”中的“系”可理解為連接。課前需準(zhǔn)備學(xué)練案將模塊環(huán)節(jié)內(nèi)容打印給學(xué)生，課時(shí)安排為1課時(shí)（45分鐘），讓學(xué)生再經(jīng)歷固著、強(qiáng)化、改造認(rèn)知模型的高階過程。隨后可根據(jù)學(xué)情安排自主探究的課時(shí)，過程中教師真正退到“幕后”作為點(diǎn)撥者。

2.1 模塊一：嘗試建構(gòu)“鹽系金屬三角圖”，初識建模作用

先給出學(xué)生如圖所示（見圖1甲）的三種金屬的相對位置圖，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成上述金屬的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，用箭頭連接。基于人民教育出版社出版的九年級化學(xué)教材第八單元的有關(guān)金屬化學(xué)性質(zhì)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生是能夠在較短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地搭建起三者之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系的（見圖1乙）。隨后引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)：被箭頭指向最多的是其中最不活潑的金屬；被箭頭尾端指向最多的是最活潑的金屬。在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生嘗試完成將Ag納入轉(zhuǎn)化關(guān)系圖中，便能呈現(xiàn)出金屬三角圖的拓展?fàn)顟B(tài)（見圖1丙），進(jìn)一步鞏固了這一模型建構(gòu)方式的演練。

當(dāng)上述鹽系金屬三角圖搭建起來時(shí)，學(xué)生只會將目光集中于金屬本身，并未明晰參與金屬間相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物其實(shí)屬于同一物質(zhì)類別。教師可以通過問題鏈的設(shè)置來引發(fā)學(xué)生對此問題的思考：

實(shí)現(xiàn)金屬間相互轉(zhuǎn)化是哪些物質(zhì)？（讓學(xué)生嘗試書寫出轉(zhuǎn)化關(guān)系的化學(xué)方程式）→這些物質(zhì)屬于哪種類別？→這類物質(zhì)在參與金屬間轉(zhuǎn)化的反應(yīng)中，真正參與反應(yīng)的微粒有哪些？

由此，將學(xué)生的注意力轉(zhuǎn)移到連接轉(zhuǎn)化關(guān)系的另一反應(yīng)物“鹽”上。再通過類比，如參與Fe→Cu轉(zhuǎn)化的可以是硫酸銅、硝酸銅或氯化銅，不難發(fā)現(xiàn)酸根離子雖不同但轉(zhuǎn)化結(jié)果卻相同，教師再輔以微觀粒子示意圖來展現(xiàn)這一過程，學(xué)生便能清晰地認(rèn)識到此類反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)，從而對金屬活動性有了進(jìn)一步的認(rèn)識。

基于“鹽系金屬三角圖”的建構(gòu)，反觀金屬與混合鹽溶液的習(xí)題，學(xué)生對金屬被置換的順序就會有具體的參考依據(jù)。如：

在Cu（NO3）2和AgNO3混合溶液中，加入一定量鐵粉，充分反應(yīng)后過濾，關(guān)于濾渣成分說法錯(cuò)誤的是：

A.可能有Fe B.可能有Cu C.可能有AgD.一定有Ag。

倘若鐵先置換出銅，銅會進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，直至轉(zhuǎn)化成“箭頭”指向最多的金屬即最不活潑的金屬銀全部被置換出來為止，說明金屬與混合鹽溶液發(fā)生反應(yīng)時(shí)，是先反應(yīng)至箭頭指向的“盡頭”。

通過模型轉(zhuǎn)化了“金屬活動性順序表”的表達(dá)方式，形成更為直觀的“鹽系金屬三角圖”，作為學(xué)生理解類似疑問的參考工具和思考相關(guān)問題的腳手架，將原本僅以簡單記憶的規(guī)律性語言內(nèi)化成能活學(xué)活用的思維模型來應(yīng)用。

2.2 模塊二：同質(zhì)代換“鹽系酸三角圖”，形成建模思想

在“鹽系金屬三角圖”初步建構(gòu)的基礎(chǔ)上，學(xué)生對于“鹽系三角圖”的架構(gòu)已然熟識。因此，將其中金屬換成初中階段常見的三大酸“鹽酸、硫酸和硝酸”（如圖2甲），學(xué)生更能集中注意力專注于酸之間轉(zhuǎn)化關(guān)系的思考。教學(xué)過程中，教師可依循學(xué)情作鋪墊，如給予這樣的問題設(shè)置：

除去括號中的雜質(zhì)，請選擇恰當(dāng)?shù)脑噭?，并將其化學(xué)式填寫在橫線上：HCl（H2SO4）??? 。

當(dāng)學(xué)生解決了這一問題的同時(shí)，必然意識到除雜可以選擇轉(zhuǎn)化的思路得以實(shí)現(xiàn)。以指定方向的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)，運(yùn)用實(shí)際應(yīng)用問題引導(dǎo)學(xué)生思考“鹽系酸三角圖”的建模方法，引導(dǎo)學(xué)生推理出“除去硝酸中硫酸”或是“除去鹽酸中硝酸”的可能性思考，從而用箭頭將三酸連接起來（如圖2乙），并且在箭號上標(biāo)注出實(shí)現(xiàn)三酸轉(zhuǎn)化所參與的物質(zhì)（如圖2丙）。

在輔助學(xué)生建構(gòu)“鹽系酸三角圖”的過程中，學(xué)生很自然地提出了“反向轉(zhuǎn)化為何無法達(dá)成”“硝酸為何成為了被最多箭頭指向的物質(zhì)”的問題，成為了課堂教學(xué)的生成性資源，為教學(xué)的延伸與拓展埋下了伏筆。此時(shí)，建構(gòu)的三角圖有了“生命力”，既通過固定架構(gòu)幫助學(xué)生解決類似除雜或轉(zhuǎn)化的實(shí)際問題，又激發(fā)了學(xué)生探尋究竟的同時(shí)為自主建構(gòu)起新的三角圖創(chuàng)造出可能性。

以“硝酸一步轉(zhuǎn)化為鹽酸”為例，NO-3結(jié)合任意陽離子都無法形成難解離的物質(zhì)，即NO-3很難通過復(fù)分解反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氣體或沉淀或水得以去除。在“鹽系酸三角圖”中參與轉(zhuǎn)化的其實(shí)是陰離子，而其中H+并未參與反應(yīng)留存于溶液中。學(xué)生在自主探究中發(fā)現(xiàn)可用不參與復(fù)分解反應(yīng)的Na+和K+等替代H+。由此“鹽系鹽三角圖”（如圖3）便在學(xué)生的自我探究中被發(fā)現(xiàn)。

2.3 模塊三：自主創(chuàng)構(gòu)“鹽系堿三角圖”，內(nèi)化提升

經(jīng)歷上述“鹽系三角圖”的建構(gòu)，學(xué)生已然意識到鹽類物質(zhì)參與了多種類別物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，即是在復(fù)習(xí)鹽的化學(xué)性質(zhì)。教學(xué)進(jìn)行到當(dāng)下，學(xué)生自主創(chuàng)構(gòu)“鹽系堿三角圖”的內(nèi)、外部條件已具備。因此，在本模塊中，不必向?qū)W生提供具體的三種“堿”，而交由學(xué)生自主選擇。通過學(xué)生的小組討論和獨(dú)立創(chuàng)構(gòu)，學(xué)生自主完成了以下“鹽系堿三角圖”（如圖4）。

學(xué)生成功創(chuàng)構(gòu)“鹽系堿三角圖”可能會帶有一定的偶然性，教師應(yīng)當(dāng)及時(shí)地通過設(shè)疑來引導(dǎo)學(xué)生思考，將原本無法言表的確定性變成縝密思考后的語言輸出，即雖然自己知道卻說不出理由，變?yōu)槟芡ㄟ^語言表述

分享給其他的學(xué)習(xí)同伴并讓他人理解。這些問題可以如此設(shè)置：上述“鹽系堿三角圖”的共同之處在哪里？——在“鹽系堿三角圖”中，難溶性的堿為何不能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為其他堿？——被箭頭尾端指向最多的物質(zhì)為何只能是氫氧化鈣或氫氧化鋇這樣的堿？……促使學(xué)生反思創(chuàng)構(gòu)過程中經(jīng)歷的思索，把偶然的事物連接變?yōu)槔硇运伎己蟮谋厝唤Y(jié)果，想清楚建構(gòu)此類模型的原理。

最后，輔以一道反饋性練習(xí)，將多組同類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系在同一道題中得以反映，進(jìn)一步鞏固“鹽系三角圖”的建構(gòu)成果。

例題：下圖中A～I(xiàn)是初中化學(xué)常見的物質(zhì)，且分別由H、 N、 O、 Na、 S、 Cl、 Ca、 Cu中的兩種或三種元素組成。A、 B、 C物質(zhì)類別相同，A、 G、 H、 I由兩種元素組成且H、 I為氧化物，汽車用鉛酸蓄電池中含有C，農(nóng)業(yè)上可用D與F等配制波爾多液。圖中“—”表示兩端的物質(zhì)之間能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，“”表示物質(zhì)間存在轉(zhuǎn)化關(guān)系，反應(yīng)條件、部分反應(yīng)物和生成物已略去。

（1） 寫出化學(xué)式：C ______? ， G ______ ， H ______? 。

（2） 寫出化學(xué)方程式：A→B? ______?? ， D→E?? ______?? 。

在本題中，由A、 B、 C所構(gòu)成的三角關(guān)系以“C為汽車用鉛酸蓄電池中的成分”為突破口將此確定為“鹽系酸三角”關(guān)系。通過進(jìn)一步分析，確定F為波爾多液中的鹽類物質(zhì)，不然無法滿足C向F的轉(zhuǎn)化，這樣一來D也被確定為氫氧化鈣。而D→E和F→G的轉(zhuǎn)化關(guān)系則分別是“鹽系堿三角”關(guān)系和“鹽系鹽三角”關(guān)系中的一部分。

2.4 模塊四：自由改造“鹽系三角圖”，模型遷移

通過上述金屬、酸、堿、鹽四種同類物質(zhì)間的三角轉(zhuǎn)化關(guān)系的呈現(xiàn)，更加突顯了鹽參與其中的重要作用，用歸納的方法以及滲透思維模型建構(gòu)的方式總結(jié)了鹽類的化學(xué)性質(zhì)。使得學(xué)生更加清晰而深刻地認(rèn)識到鹽類物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的豐富性。

在小結(jié)鹽類物質(zhì)的四點(diǎn)化學(xué)性質(zhì)之后，用如圖5甲（說明：“→”表示物質(zhì)之間存在相應(yīng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系，“—”或“⌒”表示物質(zhì)間能發(fā)生反應(yīng)）的方式表現(xiàn)出參與金屬、酸、堿等物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)鹽與另外三種物質(zhì)間同時(shí)存在連線和雙向箭頭，這說明鹽在參與反應(yīng)時(shí)，物質(zhì)的類別并未發(fā)生改變。進(jìn)而轉(zhuǎn)化思路用更加明確的方式體現(xiàn)出鹽類物質(zhì)的參與性及與其他物質(zhì)間的關(guān)系：

嘗試將酸、堿、鹽、金屬等類別物質(zhì)按以下要求完成鹽系‘三角的‘版圖繪制（要求：每個(gè)多邊形代表一類物質(zhì)，多邊形‘接壤表示彼此能反應(yīng)）。

圖5乙便是部分學(xué)生獨(dú)立完成的模型。筆者與學(xué)生共同討論，進(jìn)一步整合了他們自主改造的“鹽系三角圖”，相對全面地展現(xiàn)了酸、堿、鹽的化學(xué)性質(zhì)（見圖6）。令人意外的是，在之后的主題復(fù)習(xí)中，學(xué)生又發(fā)現(xiàn)部分較活潑的金屬（如鎂）可以在二氧化碳中燃燒，結(jié)合圖6，認(rèn)為可以將金屬和非金屬氧化物之間打通彼此的接壤。

3 認(rèn)知模型運(yùn)用于“鹽類化學(xué)性質(zhì)”復(fù)習(xí)教學(xué)的價(jià)值

2017版高中課標(biāo)中明確將“模型認(rèn)知”作為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，要求學(xué)生能根據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架［1］。這有助于更加直觀地理解并解決化學(xué)問題，為后續(xù)學(xué)習(xí)提供有力的思維導(dǎo)向和支撐，以實(shí)現(xiàn)化學(xué)的學(xué)科價(jià)值［2］。

利用“鹽系三角圖”認(rèn)知模型的建構(gòu)來整合設(shè)計(jì)鹽類化學(xué)性質(zhì)的復(fù)習(xí)，從課堂學(xué)生的表現(xiàn)和多維反饋來看，都呈現(xiàn)出較為明顯的正影響。

（1） 復(fù)習(xí)課堂參與度高。因?yàn)楸仨氃谟袑W(xué)生互動參與下才能將教學(xué)內(nèi)容不斷推進(jìn)，故很難有“一言堂”情況發(fā)生。由于符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，從跟隨到模仿再到自我創(chuàng)新，激發(fā)了學(xué)生的內(nèi)動力使得課堂推進(jìn)成為自發(fā)，能力的提升是外顯的。

（2） 該設(shè)計(jì)具有普適性。適合不同層次的學(xué)生掌握鹽類化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用，后續(xù)在設(shè)計(jì)物質(zhì)的制備、除雜等探究類習(xí)題時(shí)，學(xué)生完全可以依循業(yè)已建立的模型自主探究由易到難的習(xí)題，教師不必?fù)?dān)心課時(shí)消耗，可以根據(jù)學(xué)情作彈性設(shè)計(jì)。由于是依據(jù)模型方法建立的復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)，所以可以進(jìn)一步推廣到更多物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的復(fù)習(xí)中。

（3） 對學(xué)生的影響可延伸至課后。發(fā)現(xiàn)學(xué)生在轉(zhuǎn)化關(guān)系的認(rèn)知模型形成后，很愿意主動建構(gòu)更加復(fù)雜或別樣物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系。在授課后的一段時(shí)間內(nèi)，教師陸續(xù)收到了由學(xué)生自主編制的推斷題。

（4） 提升了相關(guān)習(xí)題的解題速度。學(xué)生在解答物質(zhì)的制備、除雜、推斷等習(xí)題時(shí)，速度明顯提升，尤其是推斷題，能夠從物質(zhì)類別的角度入手分析，大大縮短了搜尋時(shí)長。

4 結(jié)語

“鹽系三角圖”認(rèn)知模型作為一種有效的認(rèn)知工具，可以幫助學(xué)生把化學(xué)知識高度濃縮，將次要的非本質(zhì)的信息濾去，使重要的本質(zhì)性知識形成清晰的知識框架，納入學(xué)生已有的知識體系中，即使已經(jīng)遺忘了的具體知識，學(xué)生也能通過認(rèn)知模型重新學(xué)習(xí)模塊知識，從而擁有終身學(xué)習(xí)的能力［3］。教師只有不斷提高對化學(xué)學(xué)科知識及其內(nèi)在思想方法的本原性、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識水平，才能更好地提升教師的學(xué)科理解能力，并在課堂教學(xué)中轉(zhuǎn)化為學(xué)生的學(xué)科理解能力，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)［4］。因此，復(fù)習(xí)課需要教師在復(fù)習(xí)內(nèi)容上抽絲剝繭地為學(xué)生提煉出多層次、多視角的認(rèn)知模型，以助于學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)以及解決問題的一般思路。

參考文獻(xiàn)：

［1］中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2018.

［2］王方波. 基于模型認(rèn)知與建構(gòu)的高中化學(xué)深度教學(xué)策略——以選擇性必修課程“走進(jìn)電池的內(nèi)部世界”為例［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2021， （5）： 40～45.

［3］徐凱里， 陳永平. 基于模型認(rèn)知的價(jià)類二維圖在元素化合物學(xué)習(xí)中的應(yīng)用——以“自然界中硫氮元素的循環(huán)”教學(xué)為例［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2020， （7）： 42～48.

［4］羅月旺， 張賢金. 基于學(xué)科整體理解視角的初中化學(xué)復(fù)習(xí)課教學(xué)——以“標(biāo)簽中的化學(xué)：84消毒液你真的認(rèn)識嗎”為例［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2020， （11）： 48～52.