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基于“三线三视角”开展高中元素化学的教学

摘要:元素化学是中学化学的基本内容之一,是进一步学习其他内容的基础,学生在学习这部分知识时总是存在较大障碍,可以从“元素线”、“方法线”和“价值线”三线以及“物质的类属通性”、“氧化还原性”和“特性”视角引导学生建构元素化学知识。

  关键词:元素化学教学;知识结构化;模型建构
  文章编号:1005�C6629(2016)10�C0021�C04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
  1 问题的提出
  元素化学,是指元素的单质及其常见化合物的组成、结构、主要物理及化学性质、制备、用途和存在的描述性知识,是高中化学的基本知识构成。元素化学为化学其他板块知识如基本概念、基本理论、实验和计算等的学习,提供丰富的感性素材。唐有祺院士提出“化学家的工作,主要是耕耘元素周期系”[1],可以作为对元素化学重要性最精辟的注解。
  在高中化学的整个学习过程中,学生必然会遇到许多困难。元素化学的学习是学生遇到的主要障碍之一。元素化学的学习困难主要来自以下三个方面:首先是元素化学知识的“本体”困难。高中元素化学知识有几个显著特点:“繁”――所学元素种类多(课程标准要求的元素有10种,教材实际涉及到的则更多),较繁杂;“乱”――每种典型元素的常见代表物涉及到的化学反应多,易混乱;“难”――物质发生化学反应的情形复杂、类型多,难记忆;“杂”――每种元素的代表物包含的知识层次多,易混杂。其次是元素化学知识的“应用”困难。元素化学是中学化学其他所有板块知识的载体,知识应用非常广泛,可以与化学所有板块的知识融合起来,考查学生的化学学科素养。具体表现在:①与氧化还原反应理论相融合考查;②与物质结构、元素周期律、周期表理论相融合考查;③与电解质溶液、离子反应理论相融合考查;④与化学实验知识相融合考查;⑤与化学计算相结合考查[2]。第三是其他因素带来的困难。如高中阶段对学生的学习能力、学习习惯、学习方法等提出了较高的要求,高中起始年级的学生一时较难适应。因此,对高中元素化学的教学应把握好课程标准,立足能力培养,理解、用好教材,重新建构元素化学学习的新视角。
  2 高中元素化学教学的“三线三视角”
  高中化学在知识的深广度、学习能力要求和学习方法上都提出了更高的要求,即对学生的化学学科素养要求更高。诚如许多学生所言,高中元素化学知识与初中相比较,确实给人以繁、乱、杂、难之感,成了许多学生高中化学学习的障碍。为了破除这种学习障碍,使元素化学知识结构化是一种行之有效的学习途径,是帮助学生自主建构知识系统,实现知识转化为素养的重要环节。
  “如何教”,是教师设计课堂教学策略必须重点考虑的问题。教师应考虑教学内容、教学思路、教学方法和教学手段等有助于实现既定教学目标的最佳教学方式。认知心理学认为,只有组织有序的知识才能在一定的刺激下被激活,在需要应用时才能成功地提取[3]。帮助学生建立知识结构化,是中学化学教学的重要任务之一。知识结构化是指把所学的知识划分为不同的部分或归入某种更大的范畴,在头脑中组织起来,形成知识组块,进而形成良好的知识结构[4]。因此,研究如何让学生学会和掌握知识结构化的方法,则是化学教师研究的重要课题。结合教学实践,就有效帮助学生形成结构化元素化学知识的“三线三视角”做一简要阐述。
  2.1 建构元素化学的“三线”结构
  元素化学知识的“三线”是指“知识线”、“方法线”和“价值线”,见图1所示。
  为了教学方便,可以把知识线、方法线和价值线称为“大三线”,而将知识线中的元素线、价态线和物质线称为“小三线”。
  2.1.1 知识线
  (1)“元素线”――以某种具体元素为线索建构
  学习完某种元素时,最基本的要求是让学生知道该元素的单质和常见的化合物有哪些,由此逐步丰富学生对物质世界的认识,形成该元素的“元素线”。教学中要有意识逐步培养学生遵循物质分类的思维规律,按照一定的物质类别顺序,能够有序、熟练地写出该元素常见单质和化合物的化学式,画出该元素的“元素线”。如硫元素的一种“元素线”,见图2所示。
  世界上的所有物质都是由元素组成的,这是化学科学的一个基本观念。“元素线”强调从“元素中心”的视角、用分类观整体性认识物质。通过建构“元素线”,使学生更好地认识物质与元素的关系,更好地了解元素在自然界中可以游离态或化合态存在,因此物质有单质与化合物之分。
  (2)“价态线”――以“中心元素”的化合价变化为线索建构
  在“元素线”的基础上,按照所学中心元素化合价的变化规律,以化合价升高或降低的顺序排列含该价态的物质,即得到该元素的“价态线”。如硫元素的一种“价态线”,见图3所示。
  元素的“价态线”并不是物质间实际转化的关系线,它是以核心元素的化合价变化为线索,让学生熟知该元素常见的化合价及每种价态对应的物质,建立起元素化合价与物质的对应关系。建构“价态线”的目的,是帮助学生养成从元素化合价变化的视角分析、判断该价态下的元素,其化合价能升或降的思维习惯,进而分析该价态下对应的具体物质可能具有的氧化还原性,以及它们之间的转化规律。
  (3)“物质线”――以某种元素的常见物为线索建构
  如果说“元素线”和“价态线”是从横向建构知识线,那么,“物质线”则是对知识线的纵向建构。“物质线”是在“元素线”和“价态线”的基础上,以某种具体代表物为建构对象,内容涵盖该物质主要知识结构的一种思维线索。“物质线”的主要内容有:物质的组成、结构、性质、制备、应用、存在和保存等(可根据具体物质删减涵盖内容),见图4所示。
  “物质线”是学习某种具体物质时的纵向思维模型,是元素化学最重要的知识构成和知识基点之一,因此也是教学中应着力培养学生进行自主建构的内容之一。
  2.1.2 方法线
  “方法线”的建构目标主要是,在元素化学知识的学习过程中,让学生归纳出物质结构与性质的学习方法及化学反应的学习方法。以鲁科版高中《化学2》教材为例,在第1章“原子结构与元素周期律”中,通过学习原子结构、元素周期律和周期表等知识,将元素的性质与原子结构密切联系起来,从中发现和掌握物质化学性质的变化规律,进而从本质上认识元素性质存在共性与递变性的原因。
  由此可以看出,“方法线”实际上是一条“暗线”,隐藏在每种物质的结构和性质的学习过程中,并随着学习物质种类的增加而不断得到强化。例如,“分类比较、类比迁移”的方法在元素化学的学习中有着广泛的应用。在学习完CO2的性质后,让学生总结出酸性氧化物的通性,进而推出后面所学SO2的性质;通过比较CO2和SO2中C和S的化合价,应用氧化还原反应的理论知识,可以分析得出它们具有的氧化性或还原性。由此不难看出,对于物质通性的学习都可以采用此法。如总结出酸的通性、碱的通性、金属单质的通性、非金属单质的通性等进行迁移应用。这样,通过运用联想、迁移的方法去认识同类物质的共性,从中发现规律,可以逐步克服对物质化学性质学习的畏难心理。
  “方法线”中另一条隐含的线索是化学反应的“规律线”。规律是事物之间内在的必然联系。物质之间的转化及其发生的化学反应是有规律的,而规律是可以被发现和掌握的。理解和掌握了化学反应之间的规律,就能避免学生因死记硬背而产生对化学方程式恐惧、混乱、乱用、误用等问题。在化学反应的诸多规律中,中学阶段与学生关系最为密切的反应规律主要有:复分解反应、置换反应、氧化还原反应和离子反应等四类反应类型(类型之间可能会有交叉,但不影响研究)。在具体教学中,通过大量实例分析、归纳这四类反应的反应特点和反应规律,引导学生逐步熟练掌握四类化学反应的规律,对于学生从本质上突破化学方程式和离子方程式的书写大有裨益。
  2.1.3 价值线
  价值线则从情感态度与价值观的教育目标出发,加深学生对常见元素及其化合物学习意义的认识,深刻体会元素化学对促进社会进步和提高人类生活质量方面的重要影响,理解科学、技术与社会的相互作用,形成科学的价值观和实事求是的科学态度,提升合作精神、激发创新潜能、提高实践能力。
  2.2 建构物质化学性质学习的“三视角”
  在元素化学的学习中,掌握物质性质尤其是化学性质,无疑是最重要的。物质的化学性质复杂多变,这也折射出物质世界的复杂性和多样性。学习物质化学性质知识时,倘若能使知识结构化,则有利于学生形成有效的思维模型,养成良好的思维习惯[4]。从教学实践观察,分类比较、迁移应用的方法是使知识结构化的有效方法之一。
  “三视角”的建构对象为物质的化学性质。在学习某种物质的化学性质时,采用分类与比较的思维方法,引导学生从“物质的类属通性、氧化还原性和特性”三个视角进行归纳总结,培养学生自主建构该物质化学性质的知识结构图,见图5所示。
  在运用“三视角”进行学习的过程中,必须紧密结合元素化学“三线”中的“方法线”的物质结构与性质的规律和化学反应的规律,自觉运用“方法线”中的有关规律进行分析、判断和理解有关化学反应的特征,这样才能对物质的化学性质达到深刻理解和记忆。如利用元素周期律,加深理解和掌握同周期或同主族元素形成的物质化学性质的相似性和递变性;利用氧化还原反应、离子反应等规律进行分析、判断和深刻理解物质的各种化学反应特征,最终达到熟练掌握和应用物质化学性质的目的。
  在具体学习某种物质的化学性质时,先从组成和结构特点让学生分析、确定该物质的类属,进而按照该类属得出其可能具有的化学通性;继而再让学生从元素化合价可能升降的角度,分析得出该物质可能具有的氧化性或还原性;最后研究该物质是否具有其他的特殊性质。例如,铝在一定条件下能与非金属单质、酸(氧化性酸和非氧化性酸)、强碱、盐溶液、某些金属氧化物反应,是一种化学性质较复杂、涉及化学反应较多的金属单质,学生对此非常惧怕。教学中,教师讲解后让学生采用“三视角”法,自主分析、建构铝的化学性质结构图,收到了比较好的教学效果,见图6所示。
  需要说明的是,这里所提出的化学性质“三视角”,只是分析物质化学性质的三个角度,并不是划分物质化学性质的三个绝对类别。例如,金属的通性又常表现为金属的还原性,铁、铝常温下遇浓硫酸、浓硝酸发生钝化,既体现了铁、铝的还原性,也可以认为是铁、铝的化学特性。因此,除物质的通性外,其他性质的归类可根据学生个人的学习情况做一些个性化的调整。另外,从教学实践中发现,由于初中所接触的化学物质种类较少,学生难以形成物质的类属通性,而熟练掌握物质的类属通性无疑是非常重要的。因此,在高中元素化学的学习过程中,教师要舍得花时间、通过多种方式(作业、比赛、板报、作品展览等)让学生逐步了解和完善各类物质化学通性的建构,掌握了单质、酸、碱、盐、氧化物等各类物质的化学通性,就为元素化学的学习打下了坚实的基础。
  3 结语
  教学实践表明,在高中元素化学的学习中,学生常常存在许多困难。将元素化学知识结构化,可以有效帮助学生突破学习难点,提升学习能力和学习品质,在教学中还有许多问题值得探索。教师只有了解学生的学习情况,才能有针对性地进行教学研究,解决学生的实际困难。经过几年来的教学实践探索,立足于知识结构化和思维模型建构的元素化学教学的“三线三视角”,对于培养学生归纳、整合知识的能力和创新能力,提升学生思维品质都有一定的促进作用。
  参考文献:
  [1]宋心琦.课程标准高中化学(必修)元素化学教学之我见[J].化学教学,2012,(3):3~7.
  [2]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准(实验)[S].北京:人民教育出版社,2003:8.
  [3][4]王晓艳.中学化学知识结构和策略研究[D].济南:山东师范大学硕士学位论文,2010:7.
  [5]郑长龙.化学课程与教学论[M].长春:东北师范大学出版社,2005:126,131.
  [6]王磊主编.普通高中课程标准实验教科书・化学1(必修)[M].济南:山东科学技术出版社,2012.
  [7]王磊,胡久华.普通高中课程标准实验教科书・化学1(必修)教师用书[M].济南:山东科学技术出版社,2012.

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