學(xué)科大觀念引領(lǐng)元素化合物性質(zhì)的深度學(xué)習(xí)

喻華

摘要：高中化學(xué)元素化合物的教學(xué)，基本問題是“物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”，抓住學(xué)科大觀念的轉(zhuǎn)化觀這一核心概念展開教學(xué)，能避免學(xué)生學(xué)習(xí)的瑣碎化，促使學(xué)生對元素化合物知識的理解更深入。以二氧化硫的教學(xué)為例，把“轉(zhuǎn)化觀”作為固著教學(xué)具體概念和環(huán)節(jié)的“大觀念”，引導(dǎo)學(xué)生深度思考和學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：大觀念;轉(zhuǎn)化觀;深度學(xué)習(xí);課例研究

文章編號：1008-0546（2022）10x-0058-03中圖分類號：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

所謂學(xué)科大觀念是指能夠強(qiáng)有力地解釋化學(xué)有關(guān)現(xiàn)象，并提供對化學(xué)綜合考察的內(nèi)容。它是學(xué)科知識的本質(zhì)與核心，指明了學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)和方法?；瘜W(xué)物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化是學(xué)科的基本觀念，它也是元素化學(xué)的本質(zhì)與核心。物質(zhì)轉(zhuǎn)化的觀念可以將元素化合物知識結(jié)構(gòu)化，進(jìn)而揭示元素化合物本質(zhì)與內(nèi)在聯(lián)系。它是化學(xué)元素知識背后的“固著錨”。

高中的元素化學(xué)涉及鹵素、氧族、氮族、金屬鐵、鋁等。教師抓住轉(zhuǎn)化觀這一核心概念展開教學(xué)，可以避免學(xué)生學(xué)習(xí)的瑣碎化，促使學(xué)生對元素化合物學(xué)習(xí)和理解更深入。本研究中，以“硫及其化合物”這一單元中二氧化硫的教學(xué)內(nèi)容為代表，把“轉(zhuǎn)化觀”作為固著教學(xué)具體概念和環(huán)節(jié)的“大觀念”，引導(dǎo)學(xué)生深度思考和學(xué)習(xí)。

一、學(xué)科大觀念引領(lǐng)的教學(xué)設(shè)計思路

教材分析是明確大觀念的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。教師通過大單元主題教學(xué)設(shè)計，精準(zhǔn)定位教學(xué)內(nèi)容并進(jìn)行設(shè)計重構(gòu)。教材第三章“硫、氮及其循環(huán)”是學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)非金屬及其化合物的重要章節(jié)。其主要內(nèi)容包括：在氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等理論知識的基礎(chǔ)上，通過對硫、氮及其化合物的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步認(rèn)識元素及其化合物研究的基本思路和方法。本章強(qiáng)調(diào)從物質(zhì)類別和元素價態(tài)角度認(rèn)識物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化路徑，并通過實驗探究深入了解物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律。

本章旨在幫助學(xué)生形成認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)的角度，認(rèn)識元素及其化合物的內(nèi)在聯(lián)系及其轉(zhuǎn)化的重要價值，形成物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀。本章是在前面鹵素及其化合物的基礎(chǔ)上對非金屬元素板塊的進(jìn)一步拓展，關(guān)注學(xué)生能利用剛學(xué)習(xí)的氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等理論知識，從物質(zhì)類別和元素價態(tài)的二維角度去認(rèn)識物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化，為學(xué)生后續(xù)進(jìn)一步認(rèn)識元素周期律等化學(xué)理論，建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)觀念奠定重要的基礎(chǔ)。

本課是第三章第一節(jié)“硫及其重要化合物”中二氧化硫第二課時的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等理論知識的基礎(chǔ)上，運用第一課時掌握的二氧化硫的性質(zhì)，解決化工生產(chǎn)中二氧化硫的制備及含硫尾氣中二氧化硫回收等實際問題。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步認(rèn)識元素及其化合物研究的基本思路和方法，從物質(zhì)類別和元素價態(tài)角度認(rèn)識物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化路徑，認(rèn)識轉(zhuǎn)化的重要價值，形成物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀。

對本節(jié)中二氧化硫的分析可以進(jìn)一步辨明“轉(zhuǎn)化觀”。從物質(zhì)類別上看，二氧化硫是典型的非金屬氧化物，具有酸性氧化物的通性，能轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的酸和含氧酸鹽。從化合價分析，二氧化硫中硫元素為+4價，處于中間價態(tài)，硫元素可以繼續(xù)被氧化到高價態(tài)+6價，從而轉(zhuǎn)化成硫酸或硫酸鹽;硫元素還可以被還原到單質(zhì)硫或更低價態(tài)的-2價的硫化物。所以，二氧化硫就是硫及其化合物相互轉(zhuǎn)化的中心物質(zhì)。通過這節(jié)課讓學(xué)生全面認(rèn)識二氧化硫，學(xué)會合理利用各項性質(zhì)的應(yīng)用，提高社會責(zé)任意識。

二、落實大觀念的教學(xué)實踐

第一環(huán)節(jié)，設(shè)計一個真實具體的生活情境。讓學(xué)生思考，要解決問題需要哪些知識儲備？以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)探究的興趣，促使他們在探究的過程中將理解內(nèi)化，最終學(xué)以致用去解決實際問題。第二環(huán)節(jié)，設(shè)計一個框架或者思考模型。讓學(xué)生具備知識理解、原理內(nèi)化的抓手。引導(dǎo)學(xué)生思考，如何理解各種現(xiàn)象之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系？使他們深入地理解概念和原理。第三環(huán)節(jié)，設(shè)計解決問題過程，呼應(yīng)前面的生活情境，提出解決方案。讓學(xué)生在解決問題的過程中進(jìn)一步感悟二氧化硫的性質(zhì)及相關(guān)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)，促使他們獲得更深入的理解和學(xué)習(xí)遷移。表1是“硫及其化合物”一課的教學(xué)設(shè)計。

第一環(huán)節(jié)情境導(dǎo)入：教師展示“自然界中的硫循環(huán)”圖，請學(xué)生觀察其中硫元素的存在形式（見圖1）。

隨之，教師呈現(xiàn)另一張表“2001年工業(yè)二氧化硫的年排放量”，請學(xué)生分析圖1、表2信息。讓他們意識到二氧化硫的重要工業(yè)價值和它對環(huán)境所帶來的影響，并引發(fā)他們探討大量排放含硫尾氣對環(huán)境的危害。教師追加問題，進(jìn)一步提出：如何處理這些對環(huán)境有害的二氧化硫？尾氣中的二氧化硫該如何回收？

這個環(huán)節(jié)中，教師引入二氧化硫尾氣的驚人排放量，針對二氧化硫的性質(zhì)提出真實的問題，從而促使學(xué)生深入思考二氧化硫及其相關(guān)硫化合物的性質(zhì)，為進(jìn)一步理解轉(zhuǎn)化觀念奠定基礎(chǔ)。

第二環(huán)節(jié)建立轉(zhuǎn)化的模型：師生共同分析硫元素的價-類二維圖。教師通過“自然界中的硫循環(huán)”，引導(dǎo)學(xué)生觀察其中硫的存在形式，并列出相應(yīng)的化學(xué)式：H2S、SO2、SOS2-、H2SO4、SO3、H2SO3、Na2SO4、FeS、FeS2、Cu2S等等。

學(xué)生完成價-類二維圖;期間，教師進(jìn)行兩個引導(dǎo)：1、二氧化硫的類別分析，一是二氧化硫?qū)儆谒嵝匝趸铮哂兴嵝匝趸锏耐ㄐ?二是二氧化硫的價態(tài)分析，二氧化硫中的硫元素+4價，在中間價態(tài)，化合價可升可降。2、這些含硫化合物之間的價態(tài)升降變化關(guān)系。

硫元素的價-類二維圖是構(gòu)建物質(zhì)轉(zhuǎn)化模型的原型。化學(xué)的本質(zhì)即變化，價-類二維圖就是變化的顯性表示，轉(zhuǎn)化觀就隱含在這變化中。同時，通過物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)零散的元素知識結(jié)構(gòu)化，從而使化學(xué)概念和理論更加深入和精細(xì)化，也促使學(xué)生將轉(zhuǎn)化的觀念內(nèi)化。學(xué)生畫圖的過程是他們辨別硫及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系逐漸建構(gòu)元素轉(zhuǎn)化模型的過程。教師引導(dǎo)他們繪制、使用這張圖，用這張圖解釋和說明相關(guān)的問題。可以說，圖是串聯(lián)元素化合物復(fù)習(xí)的主線，由它串起一顆顆散落的珍珠（各種物質(zhì)）形成一根珍珠項鏈（元素關(guān)系）;圖更是一個“基站”，它既能發(fā)散出去又能聚攏回來，是研究物質(zhì)性質(zhì)、用途、相互轉(zhuǎn)化的信息中心。

師生合作定性完成轉(zhuǎn)化圖（見圖2）。討論并完成從二氧化硫“發(fā)散”（轉(zhuǎn)化）出去的物質(zhì)，和向二氧化硫“聚攏”（生成）的反應(yīng)。這個活動在學(xué)生心目中建立起“轉(zhuǎn)化觀”。

合作討論如何實現(xiàn)“發(fā)出去”和“收回來”的化學(xué)原理。通過分析和探索二氧化硫與相關(guān)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，再次強(qiáng)化氧化還原反應(yīng)、電子轉(zhuǎn)移的基本原理，夯實對化學(xué)概念和原理的本質(zhì)認(rèn)識。

第三環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化觀念內(nèi)化：呼應(yīng)先前的情境問題，提出解決方案。

教師展示圖1和圖3。從圖3可以看出我國對硫酸的需求與日俱增，也就是對二氧化硫的需求量增加。再次強(qiáng)調(diào)二氧化硫是重要的化工資源。

教師再引導(dǎo)學(xué)生看圖1“自然界中硫循環(huán)”，問人類活動所產(chǎn)生的二氧化硫都被合理使用了嗎？自然而然地引出“工業(yè)尾氣中二氧化硫的回收與再利用”課題。

學(xué)生依據(jù)氧化還原反應(yīng)的原理，提出想法，并討論與回答。

這個環(huán)節(jié)中，教師引導(dǎo)學(xué)生在氧化還原反應(yīng)理論知識的基礎(chǔ)上，運用前一課時掌握的二氧化硫的性質(zhì)，解決化工生產(chǎn)中二氧化硫的制備及含硫尾氣中二氧化硫回收等實際問題。學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識元素及其化合物研究的基本思路和方法，從物質(zhì)類別和元素價態(tài)角度認(rèn)識物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化路徑，認(rèn)識到物質(zhì)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)，形成物質(zhì)“轉(zhuǎn)化觀”和二氧化硫“物盡其用”的“價值觀”。

三、教學(xué)反思

綜觀本教學(xué)設(shè)計實施和學(xué)生課堂學(xué)習(xí)，大觀念不僅將化學(xué)現(xiàn)象、概念、原理整合為一個整體結(jié)構(gòu)，也將教學(xué)活動有效地統(tǒng)合起來達(dá)成學(xué)科核心目標(biāo)。①根據(jù)硫及其化合物的價-類二維圖探討二氧化硫的制備及尾氣回收，建立物質(zhì)變化觀，培養(yǎng)了變化觀念與平衡思想;②通過價-類二維圖建立物質(zhì)間轉(zhuǎn)化模型，應(yīng)用于解決二氧化硫的制備方案、尾氣回收方案。從宏觀和微觀結(jié)合上收集證據(jù)，依據(jù)證據(jù)從不同視角分析問題，推出合理的結(jié)論，學(xué)會證據(jù)推理與模型認(rèn)知;③在解決資源和環(huán)境問題時，學(xué)習(xí)化工生產(chǎn)中的聯(lián)合思想，感悟“物盡其用”的價值，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任感。

綜觀元素化合物的教學(xué)，基本問題就是“物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”;學(xué)習(xí)活動就是兩大基本任務(wù)：探尋“物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”的基本規(guī)律，建構(gòu)“物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”的科學(xué)理論。

總之，用一個核心的“大觀念“，將松散的元素化合物性質(zhì)統(tǒng)合起來，可用于解釋較大范圍的物質(zhì)的性質(zhì)，而且能夠使課堂探究教學(xué)有效地實施和展開。通過這些課堂的活動，也能使學(xué)生體驗到圍繞著“瑣碎”元素知識還具有更深刻的規(guī)律，進(jìn)而獲得學(xué)科核心素養(yǎng)?；瘜W(xué)核心觀念的抽象和概括應(yīng)該緊緊圍繞化學(xué)學(xué)科認(rèn)識的基本問題和基本任務(wù)，它的認(rèn)識水平高于“物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”的具體事實、化學(xué)概念、物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化規(guī)律及化學(xué)科學(xué)理論。

參考文獻(xiàn)

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