學(xué)習(xí)化學(xué)有進(jìn)階，設(shè)計(jì)作業(yè)要分層

羅書(shū)昌

【摘要】學(xué)習(xí)進(jìn)階理論對(duì)教材研究和作業(yè)設(shè)計(jì)都有一定的指導(dǎo)作用。通過(guò)重點(diǎn)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、守恒觀念和有機(jī)化學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)整體研究，依據(jù)學(xué)生思維進(jìn)階和課標(biāo)要求，將教材劃分為初中化學(xué)、高中化學(xué)必修、高中化學(xué)選擇性必修和高中化學(xué)強(qiáng)基計(jì)劃等四個(gè)階段，并指出每個(gè)階段的主要任務(wù)和要求。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)以上四個(gè)階段的相關(guān)問(wèn)題設(shè)計(jì)作業(yè)，使作業(yè)有層次有梯度，提高作業(yè)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】學(xué)習(xí)進(jìn)階；教材研究；分層作業(yè)

所謂學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，“進(jìn)”就是學(xué)生認(rèn)知水平和思維能力螺旋提升的進(jìn)展，“階”就是把學(xué)生學(xué)習(xí)某些重要必備知識(shí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)依據(jù)某些標(biāo)志性的要求劃分成各個(gè)階層，既要注重必備知識(shí)的整體性系統(tǒng)性，又要必備知識(shí)在不同學(xué)習(xí)階段的層次性。學(xué)習(xí)進(jìn)階理論對(duì)教材研究和作業(yè)設(shè)計(jì)都有一定的指導(dǎo)作用。

一、教材研究

教材是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的載體。運(yùn)用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論對(duì)教材中重要的必備知識(shí)進(jìn)行整體系統(tǒng)地研究，將教材劃分為初中化學(xué)、高中化學(xué)必修、高中化學(xué)選擇性必修和高中化學(xué)強(qiáng)基計(jì)劃等四個(gè)階段，每個(gè)階段都有相應(yīng)的目標(biāo)和要求，進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)，有利于提高教學(xué)質(zhì)量。以下選取物質(zhì)結(jié)構(gòu)、守恒觀念和有機(jī)化學(xué)進(jìn)行舉例闡述。

宏觀辨識(shí)和微觀探析是中學(xué)化學(xué)最基礎(chǔ)最重要的核心素養(yǎng)，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)是貫穿化學(xué)的核心觀念，教學(xué)中要遵循螺旋上升循序漸進(jìn)原則。初中階段，初步了解分子、原子和元素的概念，原子的結(jié)構(gòu)及其核外電子排布簡(jiǎn)單規(guī)律（了解1—20號(hào)元素原子結(jié)構(gòu)示意圖）、化合價(jià)、元素周期表的周期和族等。高中化學(xué)必修階段，熟練掌握原子的結(jié)構(gòu)及其核外電子排布規(guī)律，元素周期表的構(gòu)造以及與核外電子排布的關(guān)系，元素周期律以及與核外電子排布的關(guān)系等，化學(xué)鍵以及與化學(xué)反應(yīng)能量變化的關(guān)系等。高中化學(xué)選擇性必修階段，從能層、能級(jí)、原子軌道等多角度理解原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其核外電子排布規(guī)律；豐富元素周期表的知識(shí)（周期、族、區(qū)）以及與核外電子排布的關(guān)系；深度認(rèn)識(shí)原子半徑、電離能、電負(fù)性等元素性質(zhì)的意義及其周期性變化規(guī)律；深入了解共價(jià)鍵的形成、類別和特點(diǎn)，并能從鍵的極性角度認(rèn)識(shí)有機(jī)物的性質(zhì)及其反應(yīng)機(jī)理；以微粒間的作用力為線索認(rèn)識(shí)分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，認(rèn)識(shí)晶體的結(jié)構(gòu)、類型與性質(zhì)。高中化學(xué)強(qiáng)基計(jì)劃階段，熟練運(yùn)用主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù)、自旋方向等四個(gè)量子數(shù)描述原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并能解釋相關(guān)規(guī)律；能夠準(zhǔn)確判斷復(fù)雜分子中某些原子的雜化方式及其一些鍵角的相對(duì)大?。荒軓奈⒘６逊e方式的角度認(rèn)識(shí)晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和周期性，理解四面體空隙、八面體空隙、立方體空隙等，利用空間想象能力確定微粒的三維原子坐標(biāo)、以及計(jì)算鍵長(zhǎng)、鍵角、配位數(shù)、晶體密度和空間利用率等復(fù)雜問(wèn)題。

養(yǎng)成守恒觀念也要遵循螺旋上升循序漸進(jìn)過(guò)程。初中階段，初步認(rèn)知質(zhì)量守恒定律，宏觀上了解參加反應(yīng)的反應(yīng)物總質(zhì)量等于生成物總質(zhì)量；知道溶液稀釋過(guò)程中溶質(zhì)的質(zhì)量保持不變；原子呈電中性即原子核（質(zhì)子）所帶正電荷總數(shù)等于核外電子所帶負(fù)電荷總數(shù)；分子呈電中性即分子中所有元素的化合價(jià)的代數(shù)和等于零。高中化學(xué)必修階段，熟練掌握質(zhì)量守恒定律，微觀認(rèn)知化學(xué)變化前后原子種類和個(gè)數(shù)保持不變是質(zhì)量守恒定律的原因；理解電子守恒，氧化還原反應(yīng)中氧化劑的電子總數(shù)等于還原劑失電子總數(shù)或化合價(jià)升高總數(shù)等于化合價(jià)降低總數(shù)；理清電荷守恒，離子反應(yīng)中等號(hào)兩側(cè)離子所帶電荷數(shù)相等，溶液呈電中性即陽(yáng)離子所帶正電荷總數(shù)等于陰離子所帶負(fù)電荷總數(shù)；感知能量守恒：在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中總能量的變化量與斷鍵吸收的能量成鍵釋放的能量的加和性近似相等；運(yùn)用溶液稀釋過(guò)程中溶質(zhì)的物質(zhì)的量保持不變進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。高中化學(xué)選擇性必修階段，運(yùn)用能量守恒在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中總能量的變化量與斷鍵吸收的能量成鍵釋放的能量的加和性近似相等進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，判斷反應(yīng)方向；理清物料守恒，某組成元素電離水解等物質(zhì)轉(zhuǎn)化中其種類和數(shù)目保持不變，以及組成元素間存在的定量關(guān)系保持不變；掌握電荷守恒，電解質(zhì)溶液陰離子所帶負(fù)電荷總數(shù)等于陽(yáng)離子所帶正電荷總數(shù)。高中化學(xué)強(qiáng)基計(jì)劃階段，熟練運(yùn)用能量守恒，計(jì)算吉布斯自由能并判斷反應(yīng)的方向和程度；綜合物料守恒、電荷守恒和質(zhì)子守恒規(guī)律，能解決有關(guān)分布系數(shù)等復(fù)雜問(wèn)題。

學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)也是有進(jìn)階的。初中階段，初步知道有機(jī)物的概念和組成元素；初步了解與生活密切相關(guān)的甲烷、乙醇等有機(jī)物的組成元素、化學(xué)式，蛋白質(zhì)、糖類、油脂、維生素等基本有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分的組成元素、化學(xué)式和營(yíng)養(yǎng)功能；認(rèn)知塑料、合成纖維、合成橡膠等高分子材料對(duì)日常生活、現(xiàn)代工業(yè)、國(guó)防科技等的貢獻(xiàn)，同時(shí)由于過(guò)量不當(dāng)?shù)厥褂迷斐砂咨廴疚：?。高中化學(xué)必修階段，知道有機(jī)分子的空間結(jié)構(gòu)、碳原子的成鍵特點(diǎn)和常見(jiàn)官能團(tuán)，認(rèn)識(shí)甲烷、乙烯、乙醇、乙酸等典型有機(jī)物的性質(zhì)，知道常見(jiàn)的氧化還原、加成取代、加聚縮聚等有機(jī)反應(yīng)類型，結(jié)合實(shí)例感悟有機(jī)高分子、糖類、油脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物的重要應(yīng)用價(jià)值。高中化學(xué)選擇性必修階段，通過(guò)深入學(xué)習(xí)有機(jī)物的組成與結(jié)構(gòu)，烴及其衍生物、生物大分子、有機(jī)高分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用，建立“組成、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的基本觀念；形成基于官能團(tuán)、化學(xué)鍵、共價(jià)鍵的極性與反應(yīng)類型認(rèn)識(shí)有機(jī)物思維模型；設(shè)計(jì)科學(xué)綠色的重要有機(jī)物的合成路線，培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。高中化學(xué)強(qiáng)基計(jì)劃階段，運(yùn)用共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)等電子效應(yīng)理論理解有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和有機(jī)反應(yīng)機(jī)理，能設(shè)計(jì)出重要有機(jī)物的復(fù)雜科學(xué)綠色的合成路線，解決復(fù)雜的有機(jī)問(wèn)題。

二、作業(yè)設(shè)計(jì)

在教材研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出分層的適合學(xué)生需求的典型作業(yè)，有利于提質(zhì)減負(fù)。以下提供教師設(shè)計(jì)的兩道作業(yè)和學(xué)生設(shè)計(jì)的兩道作業(yè)進(jìn)行舉例說(shuō)明。

作業(yè)1：金屬活動(dòng)性順序表在中學(xué)化學(xué)中應(yīng)用較為廣泛，請(qǐng)結(jié)合金屬活動(dòng)性順序表回答下列問(wèn)題。

（1）實(shí)驗(yàn)室用鋅與稀硫酸制取氫氣，請(qǐng)寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式 ；（2）晉葛洪《抱樸子內(nèi)篇·黃白》中記載“以曾青（CuSO4溶液）涂鐵，鐵赤色如銅”，請(qǐng)寫(xiě)出所涉及化學(xué)方程式 ；（3）寫(xiě)出金屬銅與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式 ；（4）寫(xiě)出硝酸銅受熱分解的化學(xué)方程式 ；（5）寫(xiě)出工業(yè)上冶煉金屬鋁的化學(xué)方程式 ；（6）設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，使銅和稀硫酸溶液能發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ；（7）寫(xiě)出金屬活動(dòng)性順序表中位于第三周期的元素符號(hào) ；（8）寫(xiě)出金屬活動(dòng)性順序表中最外層只有一個(gè)電子的元素有 種；（9）解釋王水能夠溶解金的原因 ；（10）金屬鋰若放在金屬活動(dòng)性順序表中，你認(rèn)為放在什么位置比較合理，并說(shuō)明理由 。

【參考答案】

（1）Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑（初中階段）；（2）Fe+CuSO4=

FeSO4+Cu（初中階段）；（3）3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+

4H2O（高中化學(xué)必修階段）；（4）2Cu（NO3）2加熱2CuO+4NO2↑+O2↑（高中化學(xué)必修階段）。依據(jù)金屬活動(dòng)順序表掌握硝酸鹽受熱分解規(guī)律：鉀鈣鈉的硝酸鹽受熱分解生成亞硝酸鹽；金屬活動(dòng)順序表中從Mg到Cu對(duì)應(yīng)的鹽受熱時(shí)生成金屬氧化物、NO2和O2；金屬活動(dòng)順序表中Cu以后的金屬對(duì)應(yīng)的鹽受熱時(shí)生成金屬單質(zhì)、NO2和O2。（5）（高中化學(xué)必修階段）。依據(jù)金屬活動(dòng)順序表掌握金屬冶煉的規(guī)律：鉀鈣鈉鎂、鋁因其金屬還原強(qiáng)常采用電解法制備；金屬活動(dòng)順序表中從Zn到Cu常采用熱還原法制備；金屬活動(dòng)順序表中Ag以后的金屬常采用熱分解法制備；（6）方案1：加熱蒸發(fā)稀硫酸，增大硫酸濃度，使稀硫酸變?yōu)闈饬蛩?，銅與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和二氧化硫（高中化學(xué)必修階段）方案2：設(shè)計(jì)成電解池，銅作陽(yáng)極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液，總反應(yīng)為：銅與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和氫氣（高中化學(xué)選擇性必修階段）；（7）Na、Mg、Al（高中化學(xué)必修階段）；（8）7（K、Na、H、Cu、Ag、Pt、Au）（高中

化學(xué)選擇性必修階段）；（9）Au+4HCl+HNO3=H[AuCL4]+

NO+2H2O，金不溶于濃硝酸，金能溶于王水，王水是濃硝酸和濃鹽酸按照體積為1：3混合的。由于氯離子的配位作用，形成[AuCL4]-，降低了金的電極電勢(shì)，增強(qiáng)金的還原能力；同時(shí)增大氫離子濃度，增強(qiáng)濃硝酸的氧化性。（高中化學(xué)強(qiáng)基計(jì)劃階段）；（10）依據(jù)E（Li+/Li）=-3.04VE（K+/K）=-2.93V，金屬鋰應(yīng)排在金屬活動(dòng)性順序表的首位，鉀的前面。依據(jù)元素周期表可知金屬性：K>Na>Li，根據(jù)斜對(duì)角線相似性，鋰的金屬性與鎂相似，但依據(jù)電極電勢(shì)可知在金屬活動(dòng)性順序表鋰的金屬性強(qiáng)于鉀。因?yàn)榻饘倩顒?dòng)性順序主要依據(jù)金屬在水溶液中的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)大小排列的，既考慮金屬單質(zhì)金屬鍵的強(qiáng)弱和金屬原子失電子能力，又考慮金屬離子在水溶液中的水合焓，因?yàn)長(zhǎng)i+的半徑比K+的半徑小得多，即Li+的離子勢(shì)比K+的離子勢(shì)大得多，水合焓對(duì)電極電勢(shì)的影響程度較為顯著造成的。（高中化學(xué)強(qiáng)基計(jì)劃階段）

作業(yè)2：碳酸氫鈉可用于治療胃酸、發(fā)酵焙制糕點(diǎn)、泡沫滅火劑等。回答下列有關(guān)碳酸氫鈉的問(wèn)題：

（1）碳酸氫鈉俗名為 ；屬于哪類物質(zhì) （填“酸”“堿”或“鹽”）；（2）碳酸氫鈉可用于治療胃酸，請(qǐng)寫(xiě)出碳酸氫鈉與胃酸（鹽酸）反應(yīng)離子方程式 ；（3）碳酸氫鈉與明礬混合產(chǎn)生大量的二氧化碳，可用于滅火劑，請(qǐng)寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的離子方程式 ；（4）澄清石灰水中加入過(guò)量的碳酸氫鈉溶液，會(huì)變渾濁，請(qǐng)寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的離子方程式 ；（5）碳酸氫鈉受熱易分解，已知：①2NaOH（s）+CO2（g）==Na2CO3（s）+H2O（g）ΔH1=-127.4 kJ·mol-1，②NaOH（s）+CO2（g）==NaHCO3（s）ΔH1=-131.5 kJ·mol-1反應(yīng)2NaHCO3（s）==Na2CO3（s）+H2O（g）+CO2（g）的ΔH= kJ·mol-1；（6）已知常溫下碳酸的兩級(jí)電極常數(shù)：H2CO3，Ka1=4.3×10-7，Ka2=5.6×10-11，在0.1mol/L碳酸氫鈉溶液中，①其質(zhì)子守恒關(guān)系式為 ；②判斷該溶液中c（H+）與c（OH-）大小關(guān)系并通過(guò)計(jì)算說(shuō)明理由 ；③判斷該溶液中c（CO32-）與c（OH-）大小關(guān)系并通過(guò)計(jì)算說(shuō)明理由 ；（7）人體血液中的碳酸和碳酸氫鹽存在平衡：H+ + HCO3- H2CO3，當(dāng)有少量酸性或堿性物質(zhì)進(jìn)入血液中時(shí)，血液的pH變化不大。測(cè)得某人體血液的pH=7.40（100.4≈2.5），求該人體血液中的碳酸和碳酸氫根濃度之比為 ；（8）已知，H2CO3，Ka1=4.3×10-7，Ka2=5.6×10-11；H2CO3（aq）H2O（l）+CO2（g），K（H2CO3）=600；Ksp（BaCO3）=2.6×10-9。請(qǐng)通過(guò)計(jì)算判斷0.1mol/L碳酸氫鈉溶液與0.1mol/L氯化鋇溶液混合是否有沉淀生成？ 。

【參考答案】

（1）小蘇打、鹽（初中階段）；（2）HCO3-+H+=CO2↑+H2O（高中化學(xué)必修階段）；（3）3HCO3-+ Al3+ =3CO2↑+Al（OH）3↓（高中化學(xué)選擇性必修階段）；（4）Ca2++2HCO3-+2OH-= CaCO3↓+CO32-+2H2O（高中化學(xué)必修階段）；（5）+135.6（高中化學(xué)選擇性必修階段）；（6）c（CO32-）+c（OH-）= c（H2CO3）+c（H+）c（H+）<c（OH-）Kh=Kw/Ka1=2.3×10-8>Ka2水解大于電離c（CO32-）>c（OH-）HCO3- +HCO3-H2CO3+CO32-K=Ka2/Ka1=1.3×10-4>Kh=Kw/Ka1=2.3×10-8自耦電離大于水解電離（高中化學(xué)選擇性必修階段）。

作業(yè)3：化合物M（圖1）是一種從海南諾麗果中提取出的有機(jī)新物質(zhì)，具有降血糖等功效。假設(shè)你是一位高考命題專家，以下面兩個(gè)有機(jī)合成路線為情景，模仿海南高考化學(xué)試題命制一道選擇題和一道有機(jī)綜合高考試題，并分享你的設(shè)計(jì)思路，考查其他小組，請(qǐng)對(duì)方給予評(píng)價(jià)。

學(xué)生命題Ⅰ：化合物M（圖1）是一種從海南諾麗果中提取出的有機(jī)新物質(zhì)，具有降血糖的功效。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（? ? ）

A.M的分子式為：C12H19O2

B.1mol M最多與4mol H2發(fā)生加成反應(yīng)

C.M分子式中存在1個(gè)手性碳原子

D.M分子中含有2種官能團(tuán)

【參考答案】? A

A選項(xiàng)考查鍵線式與分子式的關(guān)聯(lián)，以及不飽和度（高中化學(xué)必修階段）；B選項(xiàng)考查官能團(tuán)的定量反應(yīng)，羰基、碳碳雙鍵與氫氣反應(yīng)均為1：1（高中化學(xué)必修階段）；C選項(xiàng)考查碳原子的成鍵特點(diǎn)，手性碳原子的特點(diǎn)和判斷（高中化學(xué)選擇性必修階段）；D選項(xiàng)考查常見(jiàn)官能團(tuán)的認(rèn)知（高中化學(xué)選擇性必修階段）。

學(xué)生命題Ⅱ：

（1）有機(jī)物B的名稱是 ；A與足量H2反應(yīng)的產(chǎn)物是 。（2）B的核磁共振氫譜有 組峰；（3）C→D的反應(yīng)類型是 。（4）M中所含官能團(tuán)名稱為： ；（5）有機(jī)物X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式： 。

【參考答案】

（1）3-氧代丁醛（CH3）2CHCH2CH（OH）CH3（高中化學(xué)必修階段）；（2）3（高中化學(xué)選擇性必修階段）；（3）羥醛縮合反應(yīng)（高中化學(xué)選擇性必修階段）；（4）羰基、碳碳雙鍵（高中化學(xué)選擇性必修階段）；（5）（CH3）2CH=O（高中化學(xué)選擇性必修階段）。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳潔.基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的高中化學(xué)整體性教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究[D].銀川：寧夏大學(xué)，2021.

（基金項(xiàng)目：本文系海南省教育科學(xué)規(guī)劃2021年度一般課題“高中化學(xué)分層次、多類型作業(yè)設(shè)計(jì)的研究與實(shí)踐”的階段性成果，課題編號(hào)QJY20211034）