基于知識結(jié)構(gòu)化的初中化學(xué)教學(xué)探索

吳良根

［摘 要］初中化學(xué)知識點較多、內(nèi)容龐雜，單純的記憶并不能很好地幫助學(xué)生進行知識建構(gòu)。將碎片化的知識結(jié)構(gòu)化，讓學(xué)生親身經(jīng)歷知識的獲取過程，采用思維導(dǎo)圖等形式將知識串線結(jié)網(wǎng)，可有效提升初中化學(xué)教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］知識結(jié)構(gòu)化；初中化學(xué)；教學(xué)案例

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）08-0076-04

一、化學(xué)知識結(jié)構(gòu)化簡述

在20世紀中葉，美國心理學(xué)家、教育家布魯納提出了“學(xué)科基本結(jié)構(gòu)”教學(xué)思想，他認為在任何學(xué)科的教學(xué)中都存在該學(xué)科特有的基本結(jié)構(gòu)，主要包括該學(xué)科的基本概念、基本原理及內(nèi)部規(guī)律等?；瘜W(xué)是一門研究物質(zhì)的科學(xué)，其研究對象主要是物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律等。物質(zhì)世界的層次性和結(jié)構(gòu)性，決定了化學(xué)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的層次性和結(jié)構(gòu)性?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準（2022年版）》將初中化學(xué)學(xué)科的知識分為五個板塊，即科學(xué)探究與化學(xué)實驗、物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用 、物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的化學(xué)變化、化學(xué)與社會·跨學(xué)科實踐。每一個板塊中都有一個相應(yīng)的大概念作為知識主線縱向貫穿，各知識點之間相互聯(lián)系橫向串聯(lián)，形成化學(xué)學(xué)科知識網(wǎng)絡(luò)。

初中化學(xué)知識雖然有一定的知識結(jié)構(gòu)體系，但總體來說，知識點龐雜、瑣碎，關(guān)聯(lián)性不夠緊密。面對眾多知識，學(xué)生較難清晰準確地將其內(nèi)化與掌握。傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)常常以羅列知識點為主要形式、以學(xué)生背誦記憶為主要手段，不僅增加了學(xué)生的記憶負擔(dān)，還讓化學(xué)學(xué)科成為“理科中的文科”。如此教學(xué)既不符合化學(xué)學(xué)科特點，又忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)和記憶的規(guī)律，更無法挖掘化學(xué)知識的潛在關(guān)系和內(nèi)在結(jié)構(gòu)。教師沒有有效梳理知識之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，不能深入挖掘知識背后所蘊含的學(xué)科思想方法、學(xué)科觀念和學(xué)科價值等，導(dǎo)致一部分學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)仍停留在記憶和背誦的層面，雖然他們已經(jīng)記住了相應(yīng)的知識，但面對新情境中的新問題時，卻不能有效調(diào)用相關(guān)知識解決問題，只能一籌莫展、束手無策。如此學(xué)習(xí)耗時費力，效果不佳，學(xué)生也因此逐漸失去了學(xué)習(xí)的興趣與熱情。

要改變這一現(xiàn)狀，教師就要以知識結(jié)構(gòu)化的理念設(shè)計和組織課堂教學(xué)。在日常教學(xué)中，教師要改變“教教材”的傳統(tǒng)做法，樹立“用教材教”的理念，對教材內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化重組與優(yōu)化，實施結(jié)構(gòu)化教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生通過實踐體驗將化學(xué)學(xué)科中最重要、最基本、最有價值的知識，學(xué)習(xí)方法和態(tài)度以及對化學(xué)學(xué)科的認識、價值觀等聯(lián)系起來。通過結(jié)構(gòu)化教學(xué)， 能夠使學(xué)生對知識的理解得到深化，促進學(xué)生形成結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

二、基于知識結(jié)構(gòu)化的初中化學(xué)教學(xué)案例

【案例1】“奇妙的二氧化碳”教學(xué)片段——二氧化碳滅火及與水的反應(yīng)

［實驗演示1］將幾小粒干冰投入盛有少量水的燒杯中，觀察現(xiàn)象。

師：干冰升華時需吸收大量的熱量，使得周圍的溫度明顯降低，空氣中的水蒸氣凝結(jié)為小水滴，從而產(chǎn)生白霧，呈現(xiàn)云霧繚繞的現(xiàn)象。當(dāng)旱情較為嚴重時，可以使用干冰進行人工降雨。這是因為在較低的溫度下，空氣中的水蒸氣會凝結(jié)成小水滴，當(dāng)小水滴持續(xù)聚集，就會形成降雨。

［實驗演示2］將二氧化碳倒入放有高度不一的點燃的蠟燭的容器中（如圖1）。

師：為了使實驗現(xiàn)象更加明顯，可用干冰代替二氧化碳氣體，即在一個燒杯里加入幾塊干冰，然后將干冰升華時產(chǎn)生的白霧慢慢倒入放有高度不一的點燃的蠟燭的容器中，觀察現(xiàn)象。

生1：蠟燭從低到高依次熄滅，說明二氧化碳不能燃燒，也不助燃。

生2：還說明二氧化碳的密度大于空氣。

師：該實驗既體現(xiàn)了二氧化碳不能燃燒和不支持燃燒的化學(xué)性質(zhì)，也體現(xiàn)了二氧化碳的密度大于空氣這一物理性質(zhì)。物質(zhì)的性質(zhì)決定物質(zhì)的用途，因此二氧化碳可用來滅火。那么是不是所有物質(zhì)都不能在二氧化碳中燃燒呢？

［實驗演示3］將燃燒著的鎂條放入盛有二氧化碳的容器中，觀察現(xiàn)象。

生3：鎂條燃燒更為劇烈。2Mg + CO2[點燃] 2MgO + C。

師：雖然二氧化碳常用作滅火劑，但有些活潑金屬可在二氧化碳中燃燒，所以并不是所有物質(zhì)的燃燒都適宜選擇二氧化碳作為滅火劑。

［活動探究1］如圖2所示，向集滿二氧化碳的塑料瓶中加入約1/3體積的水，立即旋緊瓶蓋，振蕩，觀察現(xiàn)象。

師：實驗現(xiàn)象說明了什么？

生4：二氧化碳能溶于水，使瓶內(nèi)壓力減小。

師：1體積水約能溶解1體積的二氧化碳氣體，增大壓強，還能溶解更多，生產(chǎn)汽水等飲料就是利用了二氧化碳這一性質(zhì)。

［活動探究2］將塑料瓶中的水倒入試管中，用玻璃棒蘸取少許涂在pH試紙上，測出其pH值；向試管中滴入紫色石蕊試液，觀察現(xiàn)象。

師：你觀察到什么現(xiàn)象？

生5：觀察到溶液顏色從紫色變成紅色。

師：這說明了什么問題？

生6：酸性溶液能使紫色石蕊試液變成紅色，說明試管中的溶液呈酸性。

師：二氧化碳與水反應(yīng)生成了一種酸——碳酸：H2O+CO2＝H2CO3。

［活動探究3］如圖3所示將變紅的溶液的一半倒入另一支試管，并用酒精燈加熱后，與剩余的另一半溶液進行比較。

師：加熱后，溶液顏色從紅色恢復(fù)成紫色，說明酸不存在了，也就是說明碳酸不穩(wěn)定，受熱后會分解：[△][H2CO3? ? ? ? ? ? H2O + CO2 ↑]。

［小結(jié)］二氧化碳氣體溶于水生成碳酸。碳酸的酸性較弱，且不穩(wěn)定，在加熱或溫度較高時，易分解為二氧化碳和水。我們?nèi)粘Ｉ钪泻鹊钠褪且环N溶解了二氧化碳氣體的飲料。

【案例評析】

布魯納認為：“獲得的知識，如果沒有完滿的結(jié)構(gòu)將它聯(lián)系在一起，那是一種多半會被遺忘的知識。”中學(xué)化學(xué)的學(xué)習(xí)應(yīng)按照由簡單到復(fù)雜、由低級到高級的順序螺旋式上升，如果零敲碎打，孤立學(xué)習(xí)，沒有一個系統(tǒng)的整體架構(gòu)，那么學(xué)生頭腦中的知識就會像一盤散沙?；谥R結(jié)構(gòu)化的化學(xué)教學(xué)，重點研究的是“如何教”，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)思路、教學(xué)方法等一系列有助于實現(xiàn)既定教學(xué)目標(biāo)的最優(yōu)教學(xué)方式。本課例是滬教版化學(xué)九年級教材中“二氧化碳”部分內(nèi)容的新授課教學(xué)片段。二氧化碳的知識學(xué)生不管是在生活中還是在以前的科學(xué)課程學(xué)習(xí)中已經(jīng)有所了解，如二氧化碳能滅火、二氧化碳不能供給呼吸、二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁等。這些知識較為零散，如果沒有系統(tǒng)組織，只靠死記硬背，學(xué)習(xí)效果是不佳的。

本節(jié)課中，要讓學(xué)生記住二氧化碳能滅火、二氧化碳能與水反應(yīng)生成碳酸的結(jié)論，看似簡單，實則不易。知識不是靠灌輸?shù)?，而是需要學(xué)生在體驗中建構(gòu)。知識是有結(jié)構(gòu)的，對于不同結(jié)構(gòu)的知識的認知方式是不相同的?；瘜W(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實驗教學(xué)在化學(xué)教學(xué)中具有舉足輕重的地位。教師可以通過“實驗—分析—歸納”，按照科學(xué)的認知方式組織實驗教學(xué)，使學(xué)生所掌握的知識網(wǎng)絡(luò)化、結(jié)構(gòu)化。本課例中安排了非常有效的實驗演示和活動探究環(huán)節(jié)，讓學(xué)生獲得沉浸式學(xué)習(xí)體驗。首先是“干冰升華，滅火先鋒”環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)對教材實驗進行了改進，用干冰升華產(chǎn)生的二氧化碳作為氣源，倒入放有高度不一的點燃的蠟燭的容器中，效果極佳，給學(xué)生留下了深刻的印象。其次是“水溶成酸，不強不穩(wěn)”環(huán)節(jié)。學(xué)生在生活中都有喝碳酸飲料的體驗，如何從其他角度來驗證，是該環(huán)節(jié)的教學(xué)難點。教學(xué)中向集滿二氧化碳的塑料瓶中加入水，振蕩。塑料瓶變癟的現(xiàn)象及發(fā)出的噼啪聲激起了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情。而試管內(nèi)溶液使紫色石蕊變紅的現(xiàn)象，讓學(xué)生感知到了二氧化碳不僅能溶于水，還能與水反應(yīng)生成酸；加熱后，溶液由紅色又恢復(fù)成紫色，說明生成的酸不穩(wěn)定，受熱易分解。通過實驗，讓學(xué)生更好地參與了知識的建構(gòu)。

【案例2】“燃燒與滅火”教學(xué)片段——燃燒條件的探究

師：同學(xué)們在生活中都見過不同物質(zhì)的燃燒，但你們有沒有想過，要產(chǎn)生燃燒現(xiàn)象，除要有燃料外，還要具備哪些條件呢？大家可以根據(jù)學(xué)過的知識和日常生活經(jīng)驗來猜測一下。

（學(xué)生紛紛猜測可能的條件）

師：大家的猜測是否正確呢？這得用事實來說話。

（播放視頻：活動探究1、活動探究2、活動探究3）

［活動探究1］用鑷子夾取兩團分別蘸有水和酒精的棉花，同時放在酒精燈上點燃。

［活動探究2］點燃兩支小蠟燭，將其中一支蠟燭用玻璃杯（燒杯）罩住。

［活動探究3］用鑷子分別夾取一根小木條和一小塊煤塊，然后同時放在酒精燈上點燃。

師：剛才的活動探究分別說明了什么？

生1：說明燃燒需要具備三個條件，即物質(zhì)具有可燃性，可燃物與氧氣接觸，溫度達到可燃物的著火點。

師：現(xiàn)在請同學(xué)們再觀看一段視頻，認真觀察。

（播放視頻：點燃煤爐中的蜂窩煤）

師：在點燃蜂窩煤的過程中，一共涉及幾種物質(zhì)的燃燒？這些物質(zhì)的點燃方式有何不同？為什么？

生2：在點燃蜂窩煤的過程中，先點燃紙，紙燃燒后引燃木頭，木頭燃燒后再引燃蜂窩煤，說明紙、木頭、煤燃燒所需要的溫度是不同的。

［板書］著火點：可燃物燃燒所需要的最低溫度。著火點是物質(zhì)的固有屬性。不同物質(zhì)的著火點不同。

師：上面我們提到的燃燒的三個條件是要同時具備呢，還是只要滿足其中的一個或兩個？

師：同學(xué)們的猜測是否正確呢？我們還是讓事實來說話。請看老師的演示實驗。

［實驗演示］在兩支試管中分別放入兩小顆白磷和紅磷，試管口插上橡皮塞，然后放入盛有熱水的燒杯中；另將一小顆白磷直接投入到該燒杯中（如圖4）。觀察實驗現(xiàn)象。

師：試管中的紅磷為什么沒有燃燒起來？（溫度沒有達到紅磷的著火點）熱水中的白磷為什么沒有燃燒起來？（熱水中溶氧量較少）如何能使試管中的紅磷燃燒起來？（將溫度升高至紅磷的著火點以上）如何能使水中的白磷燃燒起來？（將一支試管直接罩在熱水中的白磷上方，如圖5所示）

師：要使可燃物燃燒，需同時滿足燃燒的三個條件。

師：現(xiàn)在你能不能解釋在課始的實驗（略）中，手帕為什么沒有被燒壞？

（學(xué)生交流討論，根據(jù)燃燒的條件進行解釋）

師：燃燒是一種常見的現(xiàn)象，它給人類帶來了光明和溫暖，但如果控制不當(dāng)，將會給人類帶來災(zāi)難。

【案例評析】

采用結(jié)構(gòu)化教學(xué)，目的是使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能以整體視野認識事物及其變化規(guī)律。因此，教師在化學(xué)教學(xué)中可通過“啟發(fā)—討論（或?qū)嶒灒獞?yīng)用（鞏固）”等方式，讓學(xué)生積極自學(xué)、實驗、討論，使學(xué)生充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，真正成為主動、積極的知識探索者，使學(xué)習(xí)更加有效。

學(xué)生在開始正式的課堂學(xué)習(xí)前已有的知識經(jīng)驗或知識結(jié)構(gòu)是學(xué)習(xí)新知識的重要基礎(chǔ)。心理學(xué)研究表明，有意義的學(xué)習(xí)就是把新知識和原有知識聯(lián)系起來，將新知識納入原有知識結(jié)構(gòu)中，實現(xiàn)有效“同化”。如果原有的知識與新知識不一致，就要采用適合的教學(xué)策略，矯治不正確的觀念，從而達到“順應(yīng)”的目的。本課例的內(nèi)容是學(xué)生在生活中常見的一種現(xiàn)象——燃燒，所以當(dāng)學(xué)生被問“什么是燃燒？”時，他們會脫口而出：燃燒就是著火。其實“著火”是燃燒時產(chǎn)生的現(xiàn)象?？梢?，要建立燃燒的概念，光有生活經(jīng)驗還是不夠的。特別是生活經(jīng)驗中的某些觀念，如“水火不相容”等，從化學(xué)學(xué)科的視角來看，是片面的。因此，要建構(gòu)完整、科學(xué)的化學(xué)概念，必須糾正原有生活經(jīng)驗中的前科學(xué)概念（心理學(xué)上稱為“迷思概念”或“相異構(gòu)想”等）。其中一種有效的糾正策略就是設(shè)計對比實驗，讓學(xué)生在強烈的認知反差中破“舊”立“新”。該案例中的三個對比實驗讓學(xué)生建立了燃燒的三個條件，最后一個創(chuàng)新實驗更是可圈可點：將紅磷和白磷放在試管中，這樣即使燃燒，產(chǎn)生的五氧化二磷也不會逸散到空氣中造成環(huán)境污染，同時還引發(fā)了另一個問題：“放置在熱水中的白磷能在水中燃燒嗎？”學(xué)生通過思考，設(shè)計實驗，最后成功點燃了熱水中的白磷。學(xué)生在驚嘆中自然而然地糾正了“水火不相容”的錯誤觀點。

三、教學(xué)反思

認知心理學(xué)理論認為，只有組織有序的知識才能在一定的刺激下迅速地被激活，在需要應(yīng)用時成功地被提取。良好的知識結(jié)構(gòu)就是把原本龐雜的知識根據(jù)一定的要求劃分為不同的類型，或?qū)⑦@部分知識歸屬某種更大的范疇，形成知識組塊。教師在教學(xué)中有意識地實施結(jié)構(gòu)化教學(xué)，可以使學(xué)生將學(xué)到的知識形成網(wǎng)絡(luò)，幫助學(xué)生記憶，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和效果，加快學(xué)生知識的重新整合和深層內(nèi)化過程。

在化學(xué)課堂教學(xué)中教師要“一體化”設(shè)計和實施單元教學(xué)，把相關(guān)聯(lián)的知識點有效聯(lián)系起來，促進學(xué)生形成完整的知識結(jié)構(gòu)體系，從而有助于教師系統(tǒng)地對教學(xué)體系加以整體優(yōu)化設(shè)計。學(xué)生不僅要掌握必要的化學(xué)基礎(chǔ)知識，而且要經(jīng)歷體驗與探究，從而構(gòu)建化學(xué)知識結(jié)構(gòu)體系，真正掌握知識。因此，幫助學(xué)生形成良好的知識結(jié)構(gòu)，是當(dāng)前初中化學(xué)教師的一項重要任務(wù)，而研究結(jié)構(gòu)化教學(xué)策略是每一位初中化學(xué)教師的重要課題。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準：2022年版［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［2］? 周業(yè)虹.建構(gòu)結(jié)構(gòu)化知識體系 優(yōu)化初中化學(xué)課教學(xué)：以“質(zhì)量守恒定律”的教學(xué)為例［J］.基礎(chǔ)教育課程，2016（4）：11-13.

［3］? 徐立堂.基于初中化學(xué)知識結(jié)構(gòu)化的教學(xué)設(shè)計實踐：以人教版“金屬的化學(xué)性質(zhì)（第1課時）”為例［J］.福建基礎(chǔ)教育研究，2020（11）：106-108.

［4］? 林國山.初中化學(xué)實驗結(jié)構(gòu)化教學(xué)策略［J］.課程教材教學(xué)研究（中教研究），2017（Z6）：43-46.

［5］? 張瑩，羅佳蓉，朱金苗.中學(xué)化學(xué)知識結(jié)構(gòu)化呈現(xiàn)方式的研究［J］.安徽化工，2021（1）：164-168.

（責(zé)任編輯 羅 艷）