建構(gòu)“元素守恒”模型化思維，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

彭敏兒

一、問(wèn)題的提出

化學(xué)計(jì)算是從量的方面來(lái)加深對(duì)化學(xué)概念和原理的理解，進(jìn)一步掌握物質(zhì)的性質(zhì)及其變化規(guī)律，有助于培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題以及運(yùn)用化學(xué)知識(shí)進(jìn)行有關(guān)量的計(jì)算能力。化學(xué)計(jì)算與知識(shí)和實(shí)驗(yàn)密切相關(guān)，是學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)自覺(jué)進(jìn)行綜合應(yīng)用的一種能力。初中階段的化學(xué)計(jì)算常常會(huì)遇到“多步反應(yīng)”的問(wèn)題，近四年廣州中考化學(xué)試卷中，涉及化學(xué)變化“多步反應(yīng)”計(jì)算。這類計(jì)算涉及一定的情境信息，大量元素化合物知識(shí)，紛繁復(fù)雜化學(xué)方程式，其重點(diǎn)是考查學(xué)生元素觀即元素守恒思想，考察學(xué)生對(duì)元素化合物知識(shí)的靈活應(yīng)用和遷移能力，對(duì)信息的采集和整合能力，對(duì)問(wèn)題的分析和解決能力。要求學(xué)生能運(yùn)用質(zhì)量守恒定律，從題目特定的情境的角度去分析物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，及核心元素的流向。學(xué)生對(duì)這類計(jì)算，完成的效果不理想。

1.學(xué)生在解決“多步反應(yīng)”計(jì)算時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的問(wèn)題

在心理層面：學(xué)生面對(duì)陌生情境、眾多的物質(zhì)和化學(xué)方程式，特別是涉及陌生的化學(xué)方程式時(shí)就會(huì)方寸大亂，無(wú)從下手。從而對(duì)此問(wèn)題產(chǎn)生了恐懼心理，畏難情緒，大部分學(xué)生考試時(shí)只要看到這種計(jì)算，總是把它留到最后做，或者隨便做做或直接放棄，導(dǎo)致得分率低。

在解題策略層面：學(xué)生對(duì)教材的化學(xué)方程式不夠熟練，對(duì)題目情境、素材、信息等涉及的陌生化學(xué)方程式，由于信息提取、整合不當(dāng)，導(dǎo)致方程式書(shū)寫不正確。解題時(shí)只關(guān)注宏觀物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系，目光只停留在核心元素的質(zhì)量不變情況。不理解計(jì)算原理，不能用元素守恒進(jìn)行簡(jiǎn)潔運(yùn)算，忽略了從微觀層面分析物質(zhì)的變化，導(dǎo)致不懂得從多步反應(yīng)過(guò)程中核心元素的原子種類、數(shù)目不變的角度分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。出現(xiàn)這樣的結(jié)果，都是源于學(xué)生沒(méi)有掌握一種好的思維模式、解題思路和方法。沒(méi)有對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分類、歸納，沒(méi)有對(duì)知識(shí)形成模式化方法、模式化思維、模式化過(guò)程。

2.“元素守恒”是發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的一種載體

從廣州中考的試題分析，發(fā)現(xiàn)題目雖然涉及“多步反應(yīng)”的物質(zhì)眾多，但是其中涉及計(jì)算的元素并不多，所以順著“元素守恒”的線索來(lái)分析，可以使看似復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題簡(jiǎn)單化，模型化。

“元素守恒”即化學(xué)反應(yīng)前后各元素的種類不變，各元素的原子個(gè)數(shù)不變，其物質(zhì)的量、質(zhì)量也不變。即宏觀上物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后種類發(fā)生變化，但是元素是守恒的，微觀上原子種類和數(shù)目也是守恒，保持不變的。不管是一個(gè)反應(yīng)還是多個(gè)反應(yīng)，不管給定的是反應(yīng)物還是生成物，不管過(guò)程轉(zhuǎn)化是完全的還是部分的，只要學(xué)生形成自覺(jué)跟蹤核心元素，尋找轉(zhuǎn)化過(guò)程，找出核心元素的質(zhì)量守恒或核心元素的原子守恒關(guān)系，就能快速理清頭緒，結(jié)合“三重表征”思維方式分析問(wèn)題，對(duì)此類型計(jì)算形成模型化思維，發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的學(xué)科素養(yǎng)。

在中考復(fù)習(xí)中，如果教師能引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“多步反應(yīng)”計(jì)算，運(yùn)用“元素守恒”的原則進(jìn)行思考，形成模型化思維，開(kāi)擴(kuò)學(xué)生的解題思路。在解題的思路和方法上助學(xué)生從新建立信心，對(duì)提高成績(jī)和綜合能力是非常有效的。筆者一直堅(jiān)持用“元素守恒”對(duì)“多步反應(yīng)”的化學(xué)計(jì)算進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)證明效果不錯(cuò)。

二、“元素守恒”的思維建模

“元素守恒”解題的核心是找到核心元素，利用核心元素的質(zhì)量守恒或該元素的原子守恒來(lái)分析，這里所說(shuō)的核心元素是指已知物質(zhì)和所求物質(zhì)中的守恒元素。雖然“多步反應(yīng)”計(jì)算涉及的物質(zhì)和化學(xué)方程式多，但是涉及計(jì)算的元素就那么幾種，一般情況下學(xué)生是可以跟蹤到核心元素，尋找到轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)，從而找出物質(zhì)間守恒元素的質(zhì)量關(guān)系或核心元素的守恒原子間的關(guān)系，從而建立起物質(zhì)間的關(guān)系來(lái)解決問(wèn)題。

1.“多步反應(yīng)”過(guò)程沒(méi)有引入或消耗含核心元素物質(zhì)

宏觀角度分析，已知物質(zhì)中核心元素的質(zhì)量和所求物質(zhì)中核心元素的質(zhì)量相等。微觀角度分析，核心元素在已知物中的原子個(gè)數(shù)和所求物中該元素的原子個(gè)數(shù)相等。思維模型如圖1所示。

2.“多步反應(yīng)”過(guò)程引入或消耗含核心元素物質(zhì)

宏觀角度分析，核心元素在已知物質(zhì)中的質(zhì)量和所求物質(zhì)中的質(zhì)量不相等。在整個(gè)過(guò)程中引入或消耗含該元素的物質(zhì)，如果引入：引進(jìn)元素的質(zhì)量和原該元素的質(zhì)量要相加才和最終該元素的質(zhì)量相等;如果消耗：原該元素的質(zhì)量要減去損失元素的質(zhì)量才和最終該元素的質(zhì)量相等。微觀角度分析，核心元素在已知物質(zhì)中的原子數(shù)目加上引進(jìn)的核心元素的原子數(shù)目（或減去消耗的核心元素的原子數(shù)目），就是所求物質(zhì)中該元素的原子數(shù)目。思維模型如圖2所示。

解題步驟如下：

（1）仔細(xì)閱讀，熟悉整體。將題目仔細(xì)閱讀一遍，找出已知物質(zhì)和所求物質(zhì)中的元素，熟悉“多步反應(yīng)”涉及已知物質(zhì)和所求物質(zhì)的化學(xué)方程式。

（2）結(jié)合情境，準(zhǔn)確定位。根據(jù)題目的情境、信息，觀察涉及的化學(xué)方程式，準(zhǔn)確跟蹤核心元素，理清轉(zhuǎn)化過(guò)程核心元素的原子守恒關(guān)系。

（3）確定關(guān)系，代入數(shù)據(jù)，解決問(wèn)題。

運(yùn)用“元素守恒”解決這類計(jì)算問(wèn)題就能化繁為簡(jiǎn)，可以減少很多不必要的麻煩。

三、“元素守恒”解“多步反應(yīng)”計(jì)算例談

例題.已知向飽和澄清石灰水中通入CO2直至過(guò)量，先生成CaCO3，再轉(zhuǎn)化為Ca（HCO3）2。理論上吸收4.4g CO2，需氫氧化鈣的質(zhì)量為 g。（計(jì)算結(jié)果精確到0.1g）

運(yùn)用“元素守恒”分析步驟如下：

責(zé)任編輯 邱 麗09BA541E-CFD6-4C7D-BAFA-AA6E4D581042