■董　軍

高中生化學知識體系建構的教學案例研究

——以《二氧化硫》的教學為例

■董軍

建立具有內涵的體系和結構，能夠體現(xiàn)已有的知識與新知識之間的本質關聯(lián)，知識生長的脈絡對新知識的認識起到促進作用，有助于學生對新知識的理解、記憶和應用，有助于認識學科規(guī)律、形成學科思想。為此，我們端正了教育思想，調整了教學順序，提升了教學目標，在這個方面進行了長期的研究與實踐，實現(xiàn)了在思想上、內容上和教學要求上經常性地進行學科體系的建構，并且讓學生通過建構和應用化學知識體系，最終認識化學、學習化學和理解化學。

一、建構具體而有針對性的小體系

任何一門自然科學都有其完善的知識體系和結構體系，理解和掌握這些體系對于系統(tǒng)地學習、深刻地研究科學是非常必要的。但是，對于中學階段的教學，不可能建立和學習“高、大、全、深”的體系，而是為了指導學生對某一部分知識的學習，為理解具體的知識和原理而進行體系建構。因此，我們建構的知識體系是屬于局部性的知識體系，不是完整性的學科體系。它因教學內容而異、有大有小，隨教學內容不斷地建構與完善。

二、高中化學必修階段常用的具體的體系舉例

(一)化學反應及認識物質思路的體系

在初中階段，學生學習了物質的分類和四大基本反應類型，兩者結合則容易理解常見物質的基本性質及轉化關系。高中階段學習了氧化還原反應和離子反應，闡述了其反應的原理，并且用來表示反應的本質。

由上述三類具體的化學反應而建立起的中學化學反應體系，已經能夠對物質的性質及轉化進行多角度、由現(xiàn)象到本質的進行分析，從而從原理上認識物質的性質及其變化，也就形成了認識和研究具體物質的基本思路和程序。

(二)原子結構與元素性質變化規(guī)律的體系(“構-位-性”體系)

學習元素周期律既要有內容、有過程，更要有結論。在具體的教學過程中，從同周期元素性質的遞變，到同主族元素性質的遞變，都能用來構建原子結構與元素性質的關聯(lián)體系，突出金屬性和非金屬性的變化規(guī)律及本質，強調結構決定性質的觀點，再與元素周期表相結合，就形成了原子結構、元素周期表與元素性質的關聯(lián)體系(即“構-位-性”體系)。

(三)結構決定性質的思想體系

在高中化學必修階段，由于課程標準的要求，在教材中把《金屬及其化合物》和《非金屬及其化合物》都放在化學1中進行，而把《物質結構 元素周期律》放在化學2中進行。這樣，學生對于元素知識的學習明顯缺乏物質結構理論的指導，對元素周期律的學習也只是用歸納的思維，從具體的、已知的事實中歸納出規(guī)律。沒有理論指導的演繹性思維，沒有體現(xiàn)理論對于元素知識認識的指導性作用，使“結構決定性質”的重要觀點沒有經過邏輯推理、理論實踐和應用的過程，學生對其作用和價值都不能真正很好地理解。

我們解決這個問題的方法是：把教材(人教版)化學1第四章《非金屬及其化合物》調整到化學2作為第一章，而把化學2第一章《物質結構 元素周期律》調整到化學1作為第四章，兩章對調。

調整后，《金屬及其化合物》是“律”前知識，可用于歸納式思維學習元素周期律的素材；而《非金屬及其化合物》則是“律”后知識，可用于應用元素周期律演繹式思維學習元素知識的素材。通過建立在事實知識基礎上的歸納，建立了元素的性質與原子結構之間的關系，演繹推理得到非金屬元素的性質遞變規(guī)律，從而建立了兩者對立統(tǒng)一的對應依存關系，建立了結構決定性質的觀點，從而從結構和性質兩個方面更好地促進對金屬與非金屬的學習，使學生在學習非金屬及其化合物之前，就對非金屬的結構和性質及其性質變化規(guī)律有能力進行推導而了解，對學習非金屬是充滿了期盼，期盼在學習的過程中驗證自己的推論和觀點，在學習的過程中會主動地建立“構-位-性”三者的對應與轉換關系。

(四) 金屬元素及其化合物與非金屬元素及其化合物的對立統(tǒng)一體系

金屬與非金屬是原子結構特點相反、性質相反的對立體，并且隨著原子結構差別的擴大，性質趨向“兩極”。它們的化合物的性質也那樣是性質相反的對立體，同樣有著類似其單質性質的變化規(guī)律，性質變化趨向“兩極”。但有意思的是，這兩大類物質都能生成鹽，并且越是“兩極”的物質，越不能在自然界中長期穩(wěn)定地存在；其相互化合、反應的能力越強，越容易生成鹽，充分展現(xiàn)了金屬元素及其化合物與非金屬元素及其化合物性質之間的關系是對立統(tǒng)一關系，如同高山與大海、天地之陰陽、人間之男女，是完美的對立統(tǒng)一關系。

因此在元素化學教學的前期，就要為這個對立統(tǒng)一體系的建立，在知識上和思想上做好準備、積累素材；而在元素化學教學的后期階段，既要補充和完善這個對立統(tǒng)一體系，又要及時應用這個關系指導學習。

(五) 對元素及其化合物知識的學習體系

鑒于已經形成的知識體系，對非金屬元素的學習則主要是應用以上所述的體系設計教學要求和教學活動。在學習階段，遵循“先單質、再化合，先物性、再化性，位構性、得性質，先轉化(物質類別轉化)、再氧還(氧化還原反應)，先共性、再特性”的新物質學習體系；在具體知識的應用階段，還要充分考慮并用(科學、技術、社會、環(huán)境)的觀點，應用知識分析解決具體、實際的問題，從而建立起元素化學的學習與應用體系(詳見后面的課例)。

三、知識體系的構建過程

下面匯報我在《二氧化硫》一課教學時幫助學生建立知識體系，并應用于指導教與學的教學設計。

【知識結構】元素及其化合物知識的學習，應體現(xiàn)微觀與宏觀相結合的思想、體現(xiàn)結構決定性質的思想，把元素的性質與原子結構、把分類的思想和對比的方法建立在體系的框架中。

通過學生的思考、討論，由此總結出在常見元素及其化合物之間的轉化、性質遞變和對立統(tǒng)一關系。

《二氧化硫》一課既是一個“建模”的過程，也是一個“用模”的過程。“建?！笔侵附⒘私饘僭嘏c非金屬元素之間對立統(tǒng)一的關系的模型，“用?！眲t是使用這個模型來指導二氧化硫的學習。

【教學設計】在學習二氧化硫時，學生已經具備就中學階段應用元素及其化合物知識構建宏觀的、全面的對立統(tǒng)一的體系，并應用于認識具體的物質的知識基礎和思想方法基礎。為此，通過具體的問題分析，讓學生總結出學習元素化合物知識的思想和方法，形成體系，并應用于新課的學習中。因此，這類問題在課前以“前置作業(yè)”的形式給出。

新課的學習則根據(jù)由前置作業(yè)得到學習元素化合物知識認識方法模型，系統(tǒng)化地設計問題，引導學生用系統(tǒng)的眼光和科學的方法分析問題，實現(xiàn)邊總結邊建構體系，并且邊應用體系學習新知識。

本著學以致用的原則，設計聯(lián)系實際的問題，讓學生在應用中解決問題，體現(xiàn)二氧化硫的性質、知識的應用和學科價值。

教學實錄如下：

【前置作業(yè)】下列每一條敘述都體現(xiàn)了學習元素化合物知識的一種原理或方法，請回答。

①根據(jù)硫在周期表中位于第三周期第VIA族，則推知硫元素有較強的非金屬性。推導的依據(jù)是什么？

④氯是一種常見金屬，因此可以和某些金屬、堿、堿性氧化物，以及某些鹽溶液反應。做出以上結論的依據(jù)和方法是什么？

請對上述5個問題歸納并分析后，就如何系統(tǒng)而全面地學習具體的元素及其化合物，做出總結。

從回答上述問題可以總結到系統(tǒng)而全面地學習元素化合物知識可以使用的思想和方法。

依據(jù)分類的思想，采取類比類推的方法、對比的方法，借助同類物質的通性來初步學習未知物質的性質，化未知為已知；可以依據(jù)結構決定性質的思想，依據(jù)元素在元素周期表的位置或其原子結構去分析、判斷其化學性質；可以依據(jù)已有的規(guī)律(如金屬活動順序等)去推導和學習，還可以依據(jù)化學反應原理(如氧化還原反應原理)去分析和學習。

由此構建了科學、全面、系統(tǒng)的學習元素化合物知識的認識體系，建立了相應的學習模型，指導學生科學、高效、自主地學習。

前置作業(yè)是談觀念、談思想，而把“紙上談兵”落到實處是“每課一題”。

【每課一題】1.對于同類物質可以采用類比類推的方法初步學習新物質的性質。請完成下表來認識二氧化硫的性質。

表1　二氧化碳與二氧化硫性質對比分析表1

表中“與過氧化鈉反應”，既是檢查學生的思維的全面性、完整性和嚴密性，也是為建立從氧化還原反應的角度分析物質，為學生在自主學習與交流中有突破性的收獲留下種子。

2.怎樣驗證Fe3+離子具有氧化性？怎樣思考？寫出反應的離子方程式。

此題意在能超脫具體物質而從原理和類別的角度形成思路，并應用于本課于設計實驗證明二氧化硫的氧化性之中。

【問題導學】問題1：二氧化硫的性質

問題1-1：二氧化硫的溶解性及亞硫酸的酸性強弱。

1.二氧化硫的物理性質：

觀察在礦泉水瓶子(500mL)中的二氧化硫，扇聞其氣味。注入20mL水，旋緊瓶蓋，觀察。測其pH，并通過計算，判斷亞硫酸的酸性強弱。[提示：pH=lgc(H+)]。

2.二氧化硫的化學性質：

師生共同評閱每課一題的典型事例。并依據(jù)“先轉化、再氧還，先共性、再特性”的思路和順序，不斷提出和解決問題。

問題1-2：請判斷二氧化硫是具有氧化性、還原性，還是既具有氧化性又具有還原性？說明依據(jù)，并設計實驗予以證明。

問題1-3：由二氧化硫的性質，你認為二氧化硫與過氧化鈉反應的產物可能是什么？請設計實驗予以證明。

問題1-4：二氧化硫漂白性的說明

表2　幾種常見漂白劑漂白原理對比

隨著對二氧化硫認識的不斷深化，每課一題的《二氧化碳與二氧化硫性質對比分析表》也在問題的討論和解決中不斷地豐富和完善(見下表)。

表3　二氧化碳與二氧化硫性質對比分析表2

問題2：二氧化硫與二氧化碳的對比

問題2-1：如何區(qū)別二氧化碳與二氧化硫？請簡述你的思路、方法和實驗現(xiàn)象，并寫出化學方程式。

問題2-2：怎樣除去二氧化碳中的二氧化硫？請簡述你的思路、方法和實驗現(xiàn)象，并寫出化學方程式。

問題3：二氧化硫與環(huán)境

學以致用。把基礎的知識應用于大家關心的社會問題，是一種很好的教學策略。教師可設計以下問題和例題，與學生共同交流。

例題：已知某地區(qū)的酸雨是硫酸型酸雨。某同學進行了一次酸雨樣品的采集和分析，每隔一段時間測定一次pH，記錄數(shù)據(jù)如下：

時間開始8小時16小時24小時32小時40小時48小時pH5.04.84.54.34.24.04.0

請回答：

(1)開始時，雨水產生酸性的原因是什么？請用有關的化學方程式和電離方程式表示。

(2)雨水樣品在放置時，pH變化的主要原因什么？請用必要的文字及化學方程式表示。

問題3-1：整治酸雨要從源頭做起，要從工業(yè)燒煤鍋爐去除二氧化硫做起。請設計一個物美價廉、方便易行的方案，寫出其化學方程式。

問題3-2：處理意外事故中外撒、外泄、外溢的有毒、及腐蝕性的物質的思路往往是把它們轉化為無毒、無腐蝕性的物質。依據(jù)這個思路，如果在公路上運輸?shù)亩趸蚧蛄蛩嵬庑?，你會給消防救災人員提出什么建議？

最后把答案和共識與知識結構體系結合在一起，形成了金屬元素及其化合物與非金屬元素及其化合物的對立統(tǒng)一體系。這個體系同樣能夠用于復習金屬及其化合物的知識及應用。

由此可見，只要能夠做到學習一種新的物質就把其具體的知識納入到知識體系中，用具體的知識建立完善的結構。知識積累得越多，體系就越完整，原理就越明確，規(guī)律就越明顯，就越具有指導意義和價值。

(作者單位：山東省淄博市教學研究室，山東淄博255030)