浙江 王愛富

促進學(xué)生化學(xué)學(xué)科思維的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)與能力，是化學(xué)教學(xué)追求的目標(biāo)。學(xué)科知識是形成學(xué)科思維的基礎(chǔ)，是發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)和能力的載體。面對大量的元素化合物性質(zhì)的知識學(xué)習(xí)，需要對具體的物質(zhì)性質(zhì)進行有效的整合，形成有序的、具有結(jié)構(gòu)化的知識體系。結(jié)構(gòu)化的知識是構(gòu)建策略性知識的有效方式，是形成策略性思維的有效途徑。

一、組織結(jié)構(gòu)化教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建策略性知識

心理學(xué)家奧蘇貝爾(David Pawl Ausubel)認為學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)是從教材的知識結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化而來的，好的知識結(jié)構(gòu)不僅有利于產(chǎn)生新知識，而且也有利于知識的應(yīng)用。促進學(xué)生從化學(xué)學(xué)科知識向化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化，結(jié)構(gòu)化的知識是實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。如無機化合物性質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用復(fù)習(xí)教學(xué)，面對大量的元素化合物性質(zhì)的知識學(xué)習(xí)，需要對具體的物質(zhì)性質(zhì)進行有效地整合，形成有序的知識體系，才能為具體的化學(xué)學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為學(xué)科素養(yǎng)提供知識基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)化的教學(xué)內(nèi)容突出了知識間內(nèi)在的邏輯關(guān)系，從原先的具體性知識的學(xué)習(xí)向核心觀念的建構(gòu)轉(zhuǎn)變，從知識結(jié)論的獲得向?qū)W科能力與素養(yǎng)的形成轉(zhuǎn)變，需要從不同的認識角度和認識思路進行多角度教學(xué)設(shè)計，發(fā)展與提高學(xué)生認識思路的結(jié)構(gòu)化與核心觀念的結(jié)構(gòu)化水平，形成深度學(xué)習(xí)的“具有思維文化”的課堂教學(xué)。元素化合物知識的結(jié)構(gòu)化教學(xué)內(nèi)容的思路可以從以下幾個角度進行組織：

(1)基于物質(zhì)的分類與轉(zhuǎn)化角度，按照化學(xué)學(xué)科知識之間相互轉(zhuǎn)化的邏輯關(guān)系構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的知識體系。

(2)基于物質(zhì)的來源與制備角度，構(gòu)建“物質(zhì)在自然界中的存在→制備→性質(zhì)→應(yīng)用”的結(jié)構(gòu)化教學(xué)知識體系。

【案例1】“鈉及其化合物性質(zhì)與應(yīng)用”結(jié)構(gòu)化教學(xué)單元

“鈉及其化合物性質(zhì)與應(yīng)用”結(jié)構(gòu)化教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建方法可基于“物質(zhì)在自然界中的存在→制備→性質(zhì)→應(yīng)用”的認知模型認識物質(zhì)及其變化的認識思路，以NaCl的來源及以NaCl為工業(yè)原料的物質(zhì)制備為認識思路的邏輯起點，構(gòu)建了“鈉及其化合物性質(zhì)與應(yīng)用”整個教學(xué)單元的框架基礎(chǔ)(如圖1)。

圖1 “鈉及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用”結(jié)構(gòu)化的教學(xué)單元

策略性知識構(gòu)建的關(guān)鍵在于形成結(jié)構(gòu)化的知識體系，結(jié)構(gòu)化的化學(xué)知識為學(xué)生提供學(xué)習(xí)和解決問題的活動依據(jù)和載體，是構(gòu)建策略性知識的有效方式。

二、多角度設(shè)計，培養(yǎng)策略性思維

心理學(xué)認為，作為認識者以何種方式“提問”取決于他選擇觀察的“視角”，認識者在不同的“視角”中將看到不同的知識圖景。教學(xué)內(nèi)容的選擇視角是教學(xué)設(shè)計的思維邏輯起點，多角度教學(xué)設(shè)計應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)認識角度和化學(xué)認識思路為依據(jù)。所謂認識角度是指對物質(zhì)及其變化的特征及規(guī)律進行認識的側(cè)面、角度或切入點；而認識思路是指對物質(zhì)及其變化的特征及規(guī)律進行認識的程序、路徑或框架?；瘜W(xué)認識角度一旦形成，就會啟發(fā)和指導(dǎo)學(xué)生化學(xué)思維的方向，幫助學(xué)生尋找解決陌生情境下復(fù)雜化學(xué)問題的突破口。策略性思維的核心是“發(fā)現(xiàn)解決問題的新途徑，發(fā)現(xiàn)組織信息的新方法和設(shè)計產(chǎn)品和系統(tǒng)的新手段”。在復(fù)習(xí)教學(xué)中應(yīng)高度重視學(xué)生化學(xué)認識角度和化學(xué)認識思路的形成，以此發(fā)展學(xué)生的策略性思維。

【案例2】“氮及其化合物”主題中的“氮的氫化物性質(zhì)與應(yīng)用”復(fù)習(xí)教學(xué)

氮及其化合物之間的轉(zhuǎn)化可以基于工業(yè)合成氨、工業(yè)生產(chǎn)硝酸和工業(yè)生產(chǎn)氮肥(硝酸銨等)三大工業(yè)生產(chǎn)原理為骨架，分別以氨和氮氣為起點的兩條氧化路線為基本線索形成氮及其化合物之間的邏輯關(guān)系(如圖2)。

圖2 氮及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖

根據(jù)“氮及其化合物”主題結(jié)構(gòu)的系列內(nèi)容，“氮的氫化物性質(zhì)與應(yīng)用”的復(fù)習(xí)教學(xué)要求為以原子結(jié)構(gòu)、元素周期律以及化學(xué)反應(yīng)原理為基礎(chǔ)，系統(tǒng)認識元素化合物的性質(zhì)，鞏固和提高元素化合物性質(zhì)之間轉(zhuǎn)化與應(yīng)用的認知方法，構(gòu)建元素化合物性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的一般認知模型。以問題情境為知識背景，從化學(xué)問題出發(fā)，以不同的認識角度來認識化學(xué)問題，以活動探究方式達到解決問題的目的，以解決問題來培養(yǎng)學(xué)生的策略性思維。

基于上述“氮的氫化物性質(zhì)與應(yīng)用”的復(fù)習(xí)教學(xué)，從設(shè)計意圖到設(shè)計思路，從化學(xué)學(xué)科的認識角度到認識思路全面分析如下(如圖3)：

圖3 “氮的氫化物性質(zhì)與應(yīng)用”復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計思路

以選取“氮的氫化物生成與性質(zhì)”學(xué)習(xí)任務(wù)的教學(xué)片段說明上述教學(xué)設(shè)計思路：

【化學(xué)問題1】化學(xué)問題的提煉應(yīng)根據(jù)教學(xué)要求以及學(xué)生的認知水平設(shè)計。

問題1.用化學(xué)方程式表示當(dāng)年A.弗蘭克等人制備氨的原理。

問題2.根據(jù)如圖N2和H2反應(yīng)生成氨氣的能量變化圖(如圖4)，從反應(yīng)的自發(fā)性看，在什么條件下有利于工業(yè)合成氨反應(yīng)的進行？請用過渡態(tài)理論解釋使用催化劑能加快反應(yīng)速率的原因。

圖4 工業(yè)合成氨的能量變化圖

問題3.根據(jù)合成氨反應(yīng)原理，利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件有哪些？

設(shè)計意圖分析：以氨的微觀結(jié)構(gòu)形成為基礎(chǔ)，以氨的宏觀合成的歷史實踐進一步認識氨的形成過程。以合成氨的發(fā)展歷史為背景，從化學(xué)反應(yīng)的方向、反應(yīng)的快慢、反應(yīng)的限度、反應(yīng)中的能量變化等角度認識氨的生成，以多角度設(shè)計來培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的策略性思維。

【問題情境2】工業(yè)上以氨為原料可以制備用作發(fā)射火箭燃料的氮的一種氫化物肼，最常見的方法是在丙酮作催化劑條件下，用次氯酸鈉與氨反應(yīng)制得。肼可用作發(fā)射衛(wèi)星的燃料，也可用形成肼——空氣燃料電池。

【化學(xué)問題2】在化學(xué)問題1的基礎(chǔ)上，進一步設(shè)計問題展開氮的其他氫化物的生成。

問題1.請用化學(xué)方程式表示制備肼的反應(yīng)原理，寫出氣態(tài)肼和NO2反應(yīng)生成氮氣和水蒸氣的熱化學(xué)方程式。

問題2.若電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液的肼—空氣堿性燃料電池，寫出該電池放電時的負極電極反應(yīng)式。

設(shè)計意圖分析：以聯(lián)氨的制備與應(yīng)用為背景，從反應(yīng)中的能量變化以及在實踐的應(yīng)用、物質(zhì)的性質(zhì)變化在制備中的應(yīng)用、物質(zhì)在水溶液中的電離行為等角度認識氨、聯(lián)氨的性質(zhì)、變化規(guī)律與應(yīng)用。

對化學(xué)反應(yīng)的研究，可以從反應(yīng)的方向、反應(yīng)的限度、反應(yīng)的快慢以及反應(yīng)伴隨著的能量變化等不同視角研究反應(yīng)的變化規(guī)律。在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)重視學(xué)生化學(xué)認識角度的分析，再如化學(xué)反應(yīng)中的能量變化曲線圖，可以從宏觀上即反應(yīng)物和生成物的總能量之間的相對大小、微觀上即反應(yīng)物中化學(xué)鍵斷裂時吸收的能量與生成物中新的化學(xué)鍵形成時放出能量的關(guān)系，以及反應(yīng)歷程即反應(yīng)的活化能等不同角度進行分析。認識角度是發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科思維方式的邏輯起點，當(dāng)然更應(yīng)注重學(xué)生認識思路的形成，逐漸形成認識物質(zhì)及其變化規(guī)律和特征的一般認知模型，這就是所謂的策略性思維。

解決問題是思維的一般形式，所以問題的解決是培養(yǎng)學(xué)生策略性思維的有效途徑。復(fù)習(xí)教學(xué)的根本目的是讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，利用所學(xué)的知識解決實際問題。對知識的多角度歸納提煉，有利于深刻理解和掌握有關(guān)的化學(xué)知識和核心概念，在對知識的理解、應(yīng)用中不斷概括、提煉，在問題的解決中領(lǐng)悟策略性思維。