董鴻志

摘? ?要：化學反應方程式既反映了一個化學結果，又隱含著形成這個化學結果的認識方式和推理路徑，以及將這種認識思路和推理邏輯進行拓展應用的基本方法。從知識到觀念、從定性到定量、從孤立到系統(tǒng)、從方法到素養(yǎng)開展的針對化學反應方程式的深度學習，構建了無機化學反應方程式認知模型，如此可深化學生對化學反應的系統(tǒng)化認識，進而可提升其化學學科核心素養(yǎng)。

關鍵詞：高中化學;化學反應方程式;深度學習;化學學科核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.8? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-010X（2021）11-0030-05

一、問題的提出

化學是在原子、分子的水平上研究物質的組成、結構、性質、轉化及其應用的一門基礎學科，其特征是從微觀層次認識物質，以符號的形式描述物質，在不同的層面創(chuàng)造物質。化學反應方程式就是一種重要的符號形式，它是化學反應宏觀變化與微觀本質的符號化表征。

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課標》）提出發(fā)展學生“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新意識、科學態(tài)度和社會責任”化學學科核心素養(yǎng)，并將“化學知識與技能的學習、化學思想觀念的建構、科學探究與問題解決能力的發(fā)展、創(chuàng)新意識和社會責任感的形成等多方面的要求融為一體”，這使得化學反應方程式的學習不能僅僅停留在簡單記憶、重復訓練的淺層次學習上，而應轉向發(fā)展學生對化學反應系統(tǒng)化認識的深度學習上。

二、化學反應方程式深度學習的內(nèi)涵

化學反應方程式的深度學習，是基于化學學科核心素養(yǎng)，以發(fā)展學生高階化學思維為目標的學習。通過對化學反應各個角度進行分析、反思、整合、遷移，完成對物質性質的理解、關聯(lián)、論證、解釋、預測，幫助學生形成結構化的認知模型。如此可使學生在面對陌生的物質時，能夠運用認知模型對物質的性質進行復雜推理和系統(tǒng)探究，并能提出創(chuàng)造性方案以解決實際問題，由此可不斷提升學生的化學學科核心素養(yǎng)。

化學反應方程式體現(xiàn)了物質的變化過程及變化結果，從微觀上揭示反應的本質，定量表達物質間反應的數(shù)量關系，隱含著物質間的變化規(guī)律和進行證據(jù)推理的方法?；瘜W反應方程式的深度學習，旨在從微粒變化、定量關系、原理規(guī)律、實證檢驗等角度，使學生建立宏微觀念、變化平衡的思想，并在科學探究中獲取分析、預測化學反應的判據(jù)，由此可激發(fā)學生進行創(chuàng)新實驗的意識，并能在對不同化學反應的深入研究中自我建構化學反應方程式的認知模型（如圖1所示）。如此可指導學生進行新化學反應的學習，并使其能以科學的態(tài)度和社會責任運用化學反應解決真實的問題。

三、化學反應方程式深度學習的策略

（一）從知識到觀念，深度剖析化學反應方程式的微粒變化本質，如此可發(fā)展學生宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)

化學反應方程式是宏觀變化、微觀本質和符號表征的結合體，蘊含了微粒觀、元素觀、分類觀、轉化觀、宏微結合、結構決定性質、動態(tài)平衡等諸多化學核心觀念和思想。深度學習化學反應方程式，要通過顯性的化學知識，抽象出隱含的觀念和方法，以此使學生學會從化學的視角對知識進行思維加工，并在零散、具體、孤立的知識中，借助核心觀念的指導，深刻感知物質及其變化的微觀本質，由此可逐步形成化學核心觀念，發(fā)展宏觀辨識與微觀探析化學學科核心素養(yǎng)。

1.利用特殊反應，樹立微粒觀。在高一，學生的認知層次停留在物質水平，在離子方程式的教學中運用的“寫、拆、刪、查”書寫步驟雖然順應了學生的認知發(fā)展規(guī)律，但束縛了學生直接從微粒的視角認識反應，同時也給學生準確把握反應的微觀變化實質帶來了障礙。

“向Na2SO3溶液中通入氯氣”是一個很好的從微?？捶磻乃夭摹W生按照先物質后微粒的思維模式，運用氧化還原反應規(guī)律書寫出了該化學反應方程式：Na2SO3+Cl2—Na2SO4+2NaCl，發(fā)現(xiàn)無法配平。此時，教師可引導學生從微粒觀出發(fā)，找到參加反應的微粒，直接寫出微粒的變化：SO32-+Cl2—SO42-+2Cl-，然后根據(jù)電荷守恒可寫出SO32-+Cl2+H2O=SO42-+2Cl-+2H+，由此再倒推化學反應方程式應寫為Na2SO3+Cl2+H2O=Na2SO4+2HCl或Na2SO3+Cl2+H2O=H2SO4+2NaCl，不論哪種形式，產(chǎn)物都是全電離，實質相同。至此，學生的思維豁然開朗，自覺在認識中同化了微粒觀，開啟了從微觀視角分析反應過程中微粒行為的深度學習模式。

2.分析反應過程，幫助學生樹立變化觀。例如將CO2通入澄清的石灰水實驗，在通入CO2的過程中會發(fā)生不同的反應，會先生成CaCO3，繼而生成Ca（HCO3）2。從微觀看哪些微粒在發(fā)生變化？如何變化？（1）寫出反應的離子方程式。（2）判斷參加反應的微粒。（3）當CO2不足時，為什么不能生成Ca（HCO3）2？（4）將CO2通入Ca（OH）2、KOH的混合溶液中會依次發(fā)生哪些變化？對應的現(xiàn)象是什么？這幾個問題可引導學生在初中所學知識的基礎上深入探究將CO2通入澄清石灰水的反應過程，如此可使學生對各微粒在反應的不同階段發(fā)生的變化有深刻的認識，進而對化學反應的認識從靜態(tài)的結果上升到動態(tài)的變化，由此可使學生體會到化學反應中蘊含的變化發(fā)展的核心觀念。

3.重視物質的分類，幫助學生強化元素觀、分類觀。常見無機化合物主題下的物質都是以元素為核心，基于化學反應的元素及分類特征，從單質到氫化物，再到氧化物、酸（或堿）、鹽，由點到線、由線到面，推出典型化學反應的。深度解析同一元素在不同類別物質中的化學反應以及不同元素在同類物質中的化學反應，可牢固樹立學生的元素觀、分類觀，如此化學反應方程式的學習才能舉一反三，觸類旁通。例如在“鈉及其化合物”的學習中，可以Na2O為例學習堿性氧化物的性質;以NaOH為例學習堿的性質;以Na2CO3、NaHCO3為例學習鹽的性質;以元素、物質的類別兩條主線認識物質組成、存在、性質的多樣性與有序性，學習利用實驗證據(jù)和思維推理形成分析預判化學反應的基本方法，由此可迅速提升學生對化學反應的認知水平以及用化學反應方程式表達化學反應的水平。

（二）從定性到定量，深度理解化學反應方程式的計量變化，體會化學反應中的各種變化，根植變化觀念和平衡思想

化學反應方程式中的化學計量數(shù)，不僅僅是質量守恒定律的體現(xiàn)，也是物質的結構特征、物質的性質強弱、反應物用量多少等的體現(xiàn)。深度理解化學反應方程式的計量變化，完成從定性到定量的深層次思維跨越，是提升學生化學反應認知水平的重要環(huán)節(jié)。

1.從物質的結構特征認識化學計量數(shù)?；诙ㄐ裕瑢W生往往只關注哪些微粒參與了反應，而不注重物質結構中微粒之間的數(shù)量關系，Ba（OH）2與H2SO4反應，就是典型的例子。陰陽離子的個數(shù)比是確定化學計量數(shù)的關鍵所在，這個反應方程式是引發(fā)學生思維從定性走向定量的起點，由此可開展以下幾個化學反應方程式的分析：向Ca（OH）2溶液中滴加Ca（HCO3）2溶液，向Ba（OH）2溶液中滴加NaHSO4溶液至完全沉淀，向Ba（OH）2溶液中滴加NaHSO4溶液至溶液呈中性，向Ca（OH）2溶液中加入少量的NaHCO3溶液，向Ca（OH）2溶液中加入過量的NaHCO3溶液。通過深度學習上述化學反應方程式，可使學生深植定量觀念，進而奠定定量認識化學反應的基礎。

2.從微粒的性質強弱認識化學計量數(shù)。在存在競爭反應的復雜體系中，微粒的性質強弱不同，微粒之間發(fā)生反應的先后順序及數(shù)量關系不同，會導致化學反應方程式的不同。

例如向FeBr2溶液中通入氯氣，由于Fe2+與Br-的還原性不同，因此隨著Cl2通入量的不同，會依次發(fā)生以下反應2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-和2Br-+Cl2=Br2+2Cl-。當2Br-+Cl2=Br2+2Cl-的反應開始發(fā)生后，就要考慮反應的Br-與Fe2+的定量關系，由此確定方程式中Fe2+、Br-、Cl2三者的化學計量數(shù)。此時化學反應的計量關系必須考慮微粒性質的強弱，同時還要探究競爭反應的先后順序與反應物性質之間的關系，如此才能科學認識化學反應的復雜性和規(guī)律性。通過深度學習以上內(nèi)容，可使學生逐步掌握確定化學反應方程式中數(shù)量關系的合理路徑，進而可實現(xiàn)思維的進階。

3.從數(shù)學函數(shù)關系認識化學計量數(shù)。將Fe投入稀硝酸中，其可被稀硝酸氧化為Fe3+，發(fā)生反應Fe+4H++NO3-=Fe3++NO2↑+2H2O，向其中繼續(xù)加入鐵粉，會發(fā)生Fe+2Fe3+=3Fe2+，這種情況的發(fā)生既和反應進程有關，又和反應能力有關。即當?shù)诙€反應發(fā)生時，原來已生成的產(chǎn)物也會隨之發(fā)生變化。這對學生的定量思維要求更高，如果能建立反應物用量與生成物多少的數(shù)學函數(shù)關系，并畫出相應的函數(shù)關系圖，無疑會深化學生對化學反應中化學計量數(shù)的認識。類似的還有向Na2CO3溶液中滴加鹽酸、將CO2通入澄清的石灰水、向明礬溶液中滴加Ba（OH）2溶液等，這些都可以通過畫圖，深化數(shù)學關系。

對數(shù)學關系的認識，是思維深度加工的結果。這給了學生解決復雜定量關系的思路，使學生能夠深刻理解反應物的用量、反應進程和生成物之間的定量關系。

（三）從孤立到系統(tǒng)，深度認識化學反應方程式中的原理規(guī)律，并自覺運用證據(jù)推理與模型認知等方法

在高中化學必修課程中僅涉及了幾種元素，化學反應的實例也很有限，提供的個例也是孤立的。所以若想僅憑此使學生掌握系統(tǒng)的、有聯(lián)系的物質整體通性，就必須要讓學生在化學反應方程式的學習中進行深度思考，并完善分析、預測化學反應的思維角度與思維方式，構建其與基本元素、常見物質知識匹配的化學原理和規(guī)律，并不斷同化相關化學反應，修正認知模型，如此才能使化學反應方程式的學習更加系統(tǒng)有序，使學生在面對陌生情境下的新物質時，能及時調用相關原理和規(guī)律，運用認知模型，迅速完成對新化學反應的解讀。

1.從復分解反應、氧化還原反應的角度認識反應規(guī)律?！墩n標》明確提出：“能從物質類別、元素價態(tài)的角度，依據(jù)復分解反應和氧化還原反應原理，預測物質的化學性質和變化”。也就是說，復分解反應和氧化還原反應是我們認識物質性質的兩個重要角度。因此每個化學反應的個例，都要納入物質類別和氧化還原反應的原理體系中，并根據(jù)同類物質氧化還原性質的相似性和差異性，以及化學反應的原理和規(guī)律，建立起整個化學反應系統(tǒng)，由此可構建結構化的知識體系和化學認知模型。

鈉元素是學習復分解反應規(guī)律的良好載體，所以在鈉元素化學反應方程式的學習中應重點掌握復分解反應的原理和規(guī)律。鐵元素、氯元素在反應中有價態(tài)變化，但是相對簡單，所以相應的化學反應方程式的學習應重點關注氧化還原反應的原理和規(guī)律。硫元素、氮元素所涉及的物質類別多、元素價態(tài)多，是兩種反應原理和規(guī)律的整合，因此每種物質的學習都是復分解反應和氧化還原反應原理、規(guī)律的綜合應用。例如SO2的學習，從酸性氧化物的角度來看，可把初中學習的CO2上升到SO2、酸性氧化物、同價態(tài)的含氧酸及其鹽的相互轉化系統(tǒng)的學習。從元素化合價的角度來看，借助SO2的還原性和氧化性，可構建起SO2與其他價態(tài)含硫物質的相互轉化系統(tǒng)。同時在學習中這還能使學生體驗從物質類別和氧化還原的角度研究化學反應的思維方法和邏輯推理路徑，并在后續(xù)硫酸、硝酸等物質的學習中反復強化，如此可使學生建立起含有同種元素的不同物質的化學反應轉化系統(tǒng)，進而可使化學反應的學習更加系統(tǒng)化、結構化。

2.從元素周期律（表）的角度認識反應規(guī)律。若要在不同元素的化學反應轉化系統(tǒng)之間建立立體縱向的聯(lián)系，就需要從元素周期律（表）的角度對各元素的性質進行比較分析，以認識相關反應規(guī)律。

堿金屬、鹵族元素、第三周期元素的性質是進行該項學習的典型個例，每個化學反應都是同主族、同周期元素性質相似性與遞變性的良好例子，即這不僅僅是一個反應，更是一類反應的代表。由此可建立起同主族、同周期元素間的相互轉化關系，進而可形成元素化合物的立體交叉化學反應系統(tǒng)。當化學反應完成了由孤立向系統(tǒng)的轉化后，化學反應規(guī)律就會縱橫于各個反應之間，為學生認識新物質提供有力保障，如此一來創(chuàng)新之路也就有了理論支撐。

（四）從方法到素養(yǎng)，在科學探究中深度內(nèi)化化學反應方程式的認知模型，由此可樹立學生的科學態(tài)度與社會責任感

所學化學反應方程式的增多，必然會使得學生建立一套正確書寫化學反應方程式的技巧和方法，但是僅有技巧和方法，沒有深度理解化學反應的本質，還是應對不了復雜情境下多變的化學反應。因此在學習過程中更為重要的是要讓學生深度體驗化學反應的研究過程，并深度思考、認識化學反應的角度、深度，然后形成并內(nèi)化為自己的認知模型，把程序化的方法技巧與原理規(guī)律相結合，如此才能逐步提高學生解決問題的關鍵能力，進而從根本上發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)。

1.科學探究凝練認知模型?；瘜W反應是科學探究的載體，化學反應方程式是科學探究的成果展示。在無機物性質的學習中，科學探究就是運用已有的化學反應規(guī)律，對未知反應進行預測、求證、判別的過程，而化學反應方程式則是對上述整個過程所得到結論的具體呈現(xiàn)。

對化學反應的探究一般會思考以下問題：“我要研究該物質的什么性質（從物質類別的角度、氧化還原的角度分析）？具備這種性質有沒有可能（物質在化學反應系統(tǒng)中的定位、類比、預測）？如果有可能，強弱如何（參照物的選擇）？選擇什么試劑完成反應（對試劑性質的判斷）？可能出現(xiàn)什么現(xiàn)象（對產(chǎn)物的預判）？未出現(xiàn)預判的現(xiàn)象，原因是什么（對反應原理、反應條件、實驗操作等的反思）？如何以化學反應方程式呈現(xiàn)探究的結果（宏觀、微觀、符號三重表征的統(tǒng)一）？”

在科學探究中運用證據(jù)推理，可建立問題與結果之間的邏輯關系。思考該采取怎樣的操作;如何控制條件以發(fā)生期待的反應，并減少干擾反應使現(xiàn)象更明顯;實驗結果如何精細化、準確化、定量化。這樣可使學生在探究中體驗認知模型，在認知模型的指導下設計科學探究。還能使學生在學習化學知識的同時，掌握化學學習的認識視角，進而建立起思考和處理問題的對策和模式。

2.聯(lián)想遷移發(fā)展認知模型。聯(lián)想遷移是從個例到一般、從已知到未知的推理過程，其不僅要注重表面規(guī)律，更要挖掘內(nèi)在聯(lián)系，澄清概念、原理，然后在遷移中辨析認知模型的適用條件，并不斷對其進行校驗與修正，如此可增強學生的思辨意識，使其能正確運用聯(lián)想遷移中的證據(jù)推理邏輯發(fā)展認識思路，進而可以此完善化學反應方程式的認知模型。

初中學習了“氫氣還原氧化銅”的實驗，學生可以將其類比遷移到氫氣還原氧化鐵，思考如果遷移到另一類物質，應該滿足什么條件呢？金屬冶煉、粗硅提純給了我們很好的啟發(fā)，抓住這兩個點，與學生一起分析氫氣性質的強弱及反應所需的條件，可使學生體會聯(lián)想遷移過程中思維的發(fā)散與收斂，進而可使學生掌握預測新化學反應（如氫氣能否還原氯化鐵）的基本原則和指向，發(fā)展已有的化學反應方程式認知模型。

3.在問題解決中強化認知模型。認知模型的形成與發(fā)展離不開問題解決中的自我體驗?；瘜W反應方程式就是對一個個化學問題的圓滿解釋，化學反應離不開化學問題，化學問題的每一次解決，都是對化學反應方程式認知模型的運用和強化，尤其是真實情境下的復雜化學問題，例如對84消毒劑的探究、酸雨的形成與防治等。在任務的驅動下，解決問題的過程更具有目的性和實用性，也增強了化學反應的親和性，使學生的思維更靠近反應，也更能體現(xiàn)認知模型在解決問題中的關鍵作用。如此一來學生也愿意投入更多的精力，結合生活、科技實際，去體驗解決問題的思維過程，在化學反應的宏觀現(xiàn)象中探索揭示微觀本質的路徑，去悟得認知模型，強化認知模型，并真正將認知模型納入自己的知識與智慧體系，如此可提升學生的化學學科核心素養(yǎng)。

化學反應方程式不僅僅是符號，而是對化學反應高度科學的概括。深度學習化學反應方程式，有利于學生在深度反思、評價、整合中完成思維的進階和化學反應方程式認知模型的構建，也為完善學生化學反應的認知體系，推動元素化合物知識學習的系統(tǒng)化、結構化，綜合貫通知識、能力和核心素養(yǎng)奠定了堅實的基礎。

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