韋新平

摘要：?“變化觀念與平衡思想”為元素化合物復(fù)習(xí)提供了新的思維導(dǎo)向。通過(guò)對(duì)新課標(biāo)的文本分析，提出指向“變化觀念與平衡思想”的問(wèn)題解決策略：?拓寬對(duì)元素化合物性質(zhì)的多重認(rèn)識(shí)視角;建立“反應(yīng)條件方向”三元式問(wèn)題解決思維模型;在問(wèn)題情境中形成“三段式”分析思路。并從創(chuàng)設(shè)問(wèn)題鏈和結(jié)構(gòu)化認(rèn)識(shí)思路兩個(gè)方面探討了素養(yǎng)為本的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：?變化觀念與平衡思想;?元素化合物;?素養(yǎng)為本教學(xué);?教學(xué)策略

文章編號(hào)：?10056629（2021）07003905

中圖分類號(hào)：?G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：?B

1?“變化觀念與平衡思想”及其對(duì)復(fù)習(xí)的導(dǎo)向

“變化觀念與平衡思想”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成要素，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）指出：“認(rèn)識(shí)物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)和變化的，知道化學(xué)變化需要一定的條件，并遵循一定的規(guī)律……認(rèn)識(shí)化學(xué)變化有一定的限度、速率，是可以調(diào)控的。能多角度、動(dòng)態(tài)地分析化學(xué)變化，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題。[1]”為了便于在教學(xué)和評(píng)價(jià)中具體實(shí)施，“新課標(biāo)”將其劃分為4級(jí)水平。其中水平2強(qiáng)調(diào)“運(yùn)用動(dòng)態(tài)平衡的觀點(diǎn)看待和分析化學(xué)變化”;水平3強(qiáng)調(diào)“形成化學(xué)變化是有條件的觀念，認(rèn)識(shí)反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響”;水平4強(qiáng)調(diào)“能從不同視角認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的多樣性，能運(yùn)用對(duì)立統(tǒng)一思想和定性定量結(jié)合的方式揭示化學(xué)變化的本質(zhì)特征”[2]。

通過(guò)以上分析能夠發(fā)現(xiàn)，“變化觀念與平衡思想”中的“與”并非簡(jiǎn)單相加，而是兩者的有機(jī)融合。其中，有兩個(gè)方面特別值得關(guān)注：?一是多角度分析化學(xué)變化，即建立化學(xué)反應(yīng)的多維度認(rèn)識(shí)視角;二是形成“條件控制”觀念，從平衡視角動(dòng)態(tài)分析化學(xué)變化。這里的“條件”可理解為促進(jìn)物質(zhì)變化的一切影響因素。以上兩個(gè)方面相輔相成，前者側(cè)重于認(rèn)識(shí)的廣度，后者側(cè)重于認(rèn)識(shí)的深度。針對(duì)后者，如何形成化學(xué)變化的“條件控制”觀念？如何運(yùn)用“動(dòng)態(tài)平衡”的觀點(diǎn)分析化學(xué)變化？在實(shí)際問(wèn)題解決過(guò)程中兩者如何結(jié)合？這是需要我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中努力探索的問(wèn)題，也是能否有效落實(shí)“變化觀念與平衡思想”的關(guān)鍵。

化學(xué)研究的基本問(wèn)題是物質(zhì)及其變化，“變化觀念與平衡思想”則為化學(xué)物質(zhì)的研究提供了很好的思維導(dǎo)向。在高三化學(xué)眾多的復(fù)習(xí)專題中，元素及其化合物（以下簡(jiǎn)稱元素化合物）是高中化學(xué)知識(shí)體系的基礎(chǔ)，蘊(yùn)含了豐富的物質(zhì)及其變化規(guī)律，是化學(xué)基本概念、基礎(chǔ)理論與核心素養(yǎng)的知識(shí)生長(zhǎng)點(diǎn)[3]。然而，元素化合物專題復(fù)習(xí)同樣存在著物質(zhì)多樣、知識(shí)零散、性質(zhì)孤立、易學(xué)難記等困擾。在復(fù)習(xí)階段，以“變化觀念與平衡思想”為導(dǎo)向，融合專題知識(shí)間的關(guān)聯(lián)，有助于幫助學(xué)生建立化學(xué)變化的多維認(rèn)識(shí)視角，從“條件控制”與“動(dòng)態(tài)平衡”的視角分析元素化合物的性質(zhì)，能夠?yàn)閱?wèn)題解決打開(kāi)新的思路，為知識(shí)建構(gòu)提供新的框架，為思維與素養(yǎng)的提升注入新的活力。

2?指向“變化觀念與平衡思想”的元素化合物問(wèn)題解決策略

2.1?從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，拓寬對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的多重認(rèn)識(shí)視角

對(duì)于物質(zhì)的性質(zhì)往往存在多個(gè)認(rèn)識(shí)視角。“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”“用途反映性質(zhì)”“類別決定通性”以及“價(jià)態(tài)體現(xiàn)氧化性、還原性”等均為教師在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生分析元素化合物性質(zhì)的核心視角。其中，在復(fù)習(xí)中借助價(jià)類二維圖建立同一元素不同物質(zhì)間的價(jià)態(tài)、類別二維關(guān)系，是梳理元素化合物性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的重要途徑，成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。然而，無(wú)論從結(jié)構(gòu)、用途還是類別、價(jià)態(tài)，通常將其作為預(yù)測(cè)元素化合物性質(zhì)的靜態(tài)分析視角。從反應(yīng)原理層面變換視角，基于“條件控制”動(dòng)態(tài)層面認(rèn)識(shí)元素化合物的性質(zhì)，能為問(wèn)題解決提供新的思路。

問(wèn)題情境1?（1）生活當(dāng)中潔廁靈（含鹽酸）和84消毒液不能混合使用，原因是什么？（2）為什么Al（OH）3既能溶于酸又能溶于堿？（3）以上兩個(gè)問(wèn)題認(rèn)識(shí)元素化合物性質(zhì)的角度是什么？能否嘗試從化學(xué)平衡變化的角度進(jìn)行解釋。

對(duì)于問(wèn)題（1），可以結(jié)合元素價(jià)態(tài)根據(jù)氯元素的歸中反應(yīng)進(jìn)行解釋;也可以從氯水平衡：?Cl2+H2OHCl+HClO動(dòng)態(tài)變化的角度去認(rèn)識(shí)：?溶液混合后，條件發(fā)生了改變，增大了c（HClO）和c（HCl），觸發(fā)平衡逆向移動(dòng)，從而產(chǎn)生大量氯氣。對(duì)于問(wèn)題（2），可根據(jù)物質(zhì)類別通性作解釋：?氫氧化鋁是兩性氫氧化物，既能與酸反應(yīng)，也能與堿反應(yīng)生成鹽和水;也可以拓展到電離平衡動(dòng)態(tài)變化的層面，即氫氧化鋁既能發(fā)生酸式電離，也能發(fā)生堿式電離，更能揭示問(wèn)題的本質(zhì)：?Al3++3OH-Al（OH）3H2O+AlO-2+H+，加酸降低c（OH-）觸發(fā)氫氧化鋁堿式電離，加堿降低c（H+）促進(jìn)酸式電離。

問(wèn)題情境2?向溶有SO2的BaCl2溶液中通入某氣體，產(chǎn)生白色沉淀。則氣體與白色沉淀的成分是什么？試描述反應(yīng)的原理。

可以從SO2的價(jià)類二維視角進(jìn)行解釋：?SO2是酸性氧化物，能夠跟堿性氣體NH3在水中生成亞硫酸銨，再與BaCl2生成白色沉淀BaSO3。?SO2又具有還原性，能被Cl2、O2等氧化性氣體在水中氧化成H2SO4，隨后生成BaSO4;該問(wèn)題也可以通過(guò)構(gòu)建SO2+H2O+BaCl2BaSO3+2HCl平衡路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析：?由于不能“以弱制強(qiáng)”，所以反應(yīng)正向程度微乎其微，但是，通入氨氣中和HCl或加入氧化劑氧化BaSO3，能促使平衡正向移動(dòng)產(chǎn)生白色沉淀BaSO3或BaSO4。

無(wú)論元素化合物的靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)視角，其內(nèi)在都是對(duì)立統(tǒng)一的，從不同角度揭示了化學(xué)變化的本質(zhì)。從元素化合物價(jià)類二維認(rèn)識(shí)視角，拓展到化學(xué)變化的“條件控制”與“動(dòng)態(tài)平衡”視角，既能夠拓寬學(xué)生的視野，從多個(gè)維度認(rèn)識(shí)元素化合物的性質(zhì)，也能活化學(xué)生的思維，融合元素化合物和反應(yīng)原理等不同知識(shí)模塊間的聯(lián)系，增進(jìn)對(duì)學(xué)科知識(shí)的深層次理解，從而提高復(fù)習(xí)的效率。

2.2?依托化學(xué)平衡整合物質(zhì)性質(zhì)，建立“三元式”問(wèn)題解決思維模型

作為重要的符號(hào)表征方式，化學(xué)平衡方程式本身蘊(yùn)含了豐富的元素化合物信息，能夠聯(lián)結(jié)宏觀反應(yīng)現(xiàn)象與微觀反應(yīng)原理，動(dòng)態(tài)地表征出多樣的變化過(guò)程。依托化學(xué)平衡方程式，能夠以點(diǎn)帶線，將圍繞該元素化合物的多種性質(zhì)串聯(lián)在一起。例如，可以結(jié)合CO2+H2OH2CO3H++HCO-3這一個(gè)平衡方程式，從條件和方向動(dòng)態(tài)變化的角度認(rèn)識(shí)CO2的不同性質(zhì)（見(jiàn)表1）。

依托化學(xué)平衡整合元素化合物的性質(zhì)，能夠?qū)⒘闵⒌闹R(shí)集成在少數(shù)的幾個(gè)平衡方程式當(dāng)中，使碎片化的知識(shí)系統(tǒng)化，不失為元素化合物復(fù)習(xí)的一種有效策略。同理，也可以將NH3的制備、噴泉實(shí)驗(yàn)的原理、NH+4的檢驗(yàn)等原理的解釋整合在化學(xué)平衡方程式NH3+H2ONH3·H2ONH+4+OH-中，結(jié)合條件變化與平衡的走向，動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)NH3的性質(zhì)。

通過(guò)以上分析可以看出，化學(xué)反應(yīng)（平衡方程式）、條件變化和變化方向是從反應(yīng)原理層面解決元素化合物性質(zhì)相關(guān)問(wèn)題的三個(gè)重要“思維節(jié)點(diǎn)”，在問(wèn)題解決的過(guò)程中相互關(guān)聯(lián)、互相轉(zhuǎn)化、三位一體形成思維模型（見(jiàn)圖1）。其中，反應(yīng)是基礎(chǔ)，條件是手段，方向是結(jié)果。在具體問(wèn)題情境中，找出化學(xué)物質(zhì)的平衡關(guān)系，控制條件動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)化學(xué)反應(yīng)方向，構(gòu)建思維路徑，能夠有效解決問(wèn)題。

2.3?梳理問(wèn)題關(guān)鍵要素，建立問(wèn)題解決的“三段式”思維路徑

元素化合物作為高中化學(xué)知識(shí)體系的核心，在高考試題中占據(jù)著較大的內(nèi)容比重。其中，無(wú)機(jī)工藝流程題是考查元素化合物內(nèi)容的良好載體，能考查學(xué)生在真實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)情境中，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理分析流程框圖、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)對(duì)近幾年高考全國(guó)卷的分析，凸顯“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)的試題呈上升趨勢(shì)，且問(wèn)題解決線索具有一定的隱蔽性，需要學(xué)生獲取信息，梳理“反應(yīng)條件方向”三個(gè)關(guān)鍵要素，找出化學(xué)平衡，分析條件變化，判斷反應(yīng)方向，從而構(gòu)建問(wèn)題解決路徑（見(jiàn)圖2）。

問(wèn)題情境3?[2019全國(guó)Ⅰ卷，T26（3）]一種以硼鎂礦（含Mg2B2O5·H2O、?SiO2及少量Fe2O3、?Al2O3）為原料生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程如下：

在“過(guò)濾2”前，將溶液pH調(diào)節(jié)至3.5，目的是：?????。

可按以下思路分析解題路徑（見(jiàn)圖3）。

（1）?找出平衡：?H3BO3+H2OB（OH）-4+H+;

（2）?分析條件：?調(diào)節(jié)pH≈3.5，增大氫離子濃度;

（3）?判斷方向：?促進(jìn)平衡逆向移動(dòng)，生成硼酸。

圖3?硼酸分離問(wèn)題解決“三段式”思維路徑

除以上問(wèn)題外，還可針對(duì)其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)補(bǔ)充設(shè)問(wèn)，如用同種類型的問(wèn)題強(qiáng)化訓(xùn)練學(xué)生的思維能力：“溶浸”過(guò)程中適當(dāng)升溫除了能加快反應(yīng)速率還能達(dá)到什么目的？氣體“吸收”時(shí)適當(dāng)加壓能起到什么作用？“沉鎂”時(shí)若溶液pH調(diào)得過(guò)高對(duì)產(chǎn)品帶來(lái)什么影響？

問(wèn)題情境4?[2019全國(guó)Ⅲ卷，T26（5）]工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含F(xiàn)e、?Al、?Mg、?Zn、?Ni、?Si等元素）制備高純硫酸錳，工藝流程如下：

已知“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度過(guò)高，Mg2+沉淀不完全，原因是：?????。

可按以下思路分析解題路徑（見(jiàn)圖4）。

（1）?找出平衡：?MgF2（s）Mg2+（aq）+2F-（aq）;

（2）?分析條件：?酸度過(guò)高，F(xiàn)-與H+結(jié)合形成弱電解質(zhì)HF，F(xiàn)-濃度降低;

（3）?判斷方向：?平衡正向移動(dòng)，Mg2+沉淀不完全。

圖4?鎂離子沉淀問(wèn)題解決“三段式”思維路徑

可針對(duì)其他環(huán)節(jié)補(bǔ)充的同類型問(wèn)題：?加入氨水“調(diào)pH”時(shí)適當(dāng)加熱的目的是什么？“沉錳”過(guò)程中適當(dāng)提高溶液pH能提高M(jìn)nCO3產(chǎn)率的原因是什么？硫酸酸溶MnCO3時(shí)溫度不能過(guò)高的原因可能是什么？

類似問(wèn)題及解法在2020全國(guó)Ⅰ卷T26（6）、?2019全國(guó)Ⅱ卷T26（2）、?2017全國(guó)Ⅲ卷T27（3）、?2016全國(guó)Ⅲ卷T28（4）等試題中均有出現(xiàn)?！叭问健钡姆治鏊悸肥菍?duì)“三元式”思維模型的具體應(yīng)用，梳理“反應(yīng)條件方向”三個(gè)關(guān)鍵要素，樹(shù)立“條件控制”思想，明確物質(zhì)變化過(guò)程，有利于學(xué)生在陌生問(wèn)題情境中快速構(gòu)建思維路徑，靈活解決各類問(wèn)題。

3?指向“變化觀念與平衡思想”的元素化合物教學(xué)策略

3.1?創(chuàng)設(shè)問(wèn)題鏈，層層推進(jìn)認(rèn)識(shí)發(fā)展

發(fā)展核心素養(yǎng)并非一蹴而就，需要?dú)v經(jīng)知識(shí)解析、概念轉(zhuǎn)變和觀念建構(gòu)，最終形成認(rèn)識(shí)能力;需要在不同的教學(xué)階段逐步培養(yǎng)、分層落實(shí)，而問(wèn)題驅(qū)動(dòng)則為素養(yǎng)的提升搭建了認(rèn)識(shí)階梯。首先，在測(cè)試中合理利用高考試題驅(qū)動(dòng)學(xué)生思考，是提升素養(yǎng)的有效途徑。而一道完整的高考題考查的核心素養(yǎng)是多方面的，具體到“變化觀念與平衡思想”層面的問(wèn)題設(shè)置則相對(duì)較少。因而教師在命題過(guò)程中可以基于素養(yǎng)目標(biāo)對(duì)試題進(jìn)行合理改編，補(bǔ)充設(shè)問(wèn)。例如對(duì)于問(wèn)題情境3和情境4，可以整合信息素材，在工藝流程各環(huán)節(jié)中深入挖掘，以“條件控制”與“動(dòng)態(tài)平衡”為導(dǎo)向設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈。此外，教師還可以查閱文獻(xiàn)，搜集化工生產(chǎn)素材原創(chuàng)試題，繪制流程框圖，創(chuàng)設(shè)更豐富的問(wèn)題情境和更多樣的設(shè)問(wèn)方式。

其次，在高三常規(guī)復(fù)習(xí)課中，也可以打破知識(shí)模塊壁壘，融合不同專題內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，提出驅(qū)動(dòng)性系列問(wèn)題，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展。例如在復(fù)習(xí)鐵的化合物性質(zhì)時(shí)可以融合鹽類水解的影響因素相關(guān)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)以下問(wèn)題鏈：

（1）?寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)室制備Fe（OH）3膠體的離子方程式;

（2）?制備過(guò)程中為何要加熱，為何用蒸餾水而不用NaOH溶液？

（3）?倘若將氯化鐵溶液加熱直至蒸干，能否得到無(wú)水氯化鐵固體？

（4）?如何用FeCl3·6H2O晶體制備無(wú)水氯化鐵固體？

（5）?設(shè)計(jì)方案如何將FeCl2、?MgCl2、?AlCl3混合溶液分離（提供相關(guān)離子開(kāi)始沉淀及沉淀安全時(shí)的pH數(shù)據(jù)）;

（6）?設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證FeCl3的水解過(guò)程是可逆反應(yīng)且是吸熱的過(guò)程;

（7）?某同學(xué)向盛有H2O2溶液的試管中加入幾滴酸化的FeCl2溶液，溶液變成棕黃色;一段時(shí)間后溶液中有氣泡出現(xiàn)，并放熱，隨后有紅褐色沉淀生成。用平衡思想解釋生成沉淀的原因。

多角度且富有層次的設(shè)問(wèn)方式，有利于學(xué)生全方位地分析問(wèn)題，找出平衡，從“條件控制”與“動(dòng)態(tài)平衡”的視角更深入地認(rèn)識(shí)元素化合物的性質(zhì)。帶有一定開(kāi)放性的問(wèn)題如設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、提供方案等，也有利于發(fā)散學(xué)生思維，促進(jìn)思維在“反應(yīng)—條件—方向”三個(gè)方面靈活轉(zhuǎn)換，鞏固建立的問(wèn)題解決思維模型，層層推進(jìn)“變化觀念與平衡思想”認(rèn)識(shí)的發(fā)展。

3.2?結(jié)構(gòu)化認(rèn)識(shí)思路，立體化發(fā)展核心素養(yǎng)

元素化合物專題復(fù)習(xí)不能只是對(duì)新課知識(shí)的簡(jiǎn)單重復(fù)，應(yīng)體現(xiàn)更高層次的價(jià)值追求，幫助學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展經(jīng)歷一個(gè)由單一到多元、由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、由孤立到關(guān)聯(lián)、由現(xiàn)象到本質(zhì)的過(guò)程。這就需要學(xué)生對(duì)知識(shí)間的聯(lián)系有更加清晰的認(rèn)知，既要建立結(jié)構(gòu)化的知識(shí)關(guān)聯(lián)，也要建立結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識(shí)思路。因此，教師需要引導(dǎo)學(xué)生在不同的教學(xué)階段不斷豐富、變換和拓展對(duì)元素化合物的認(rèn)識(shí)視角，并以元素化合物為基礎(chǔ)融合不同專題知識(shí)間的關(guān)聯(lián)，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)思路的多樣化和立體化發(fā)展。認(rèn)識(shí)能力并非由學(xué)科知識(shí)簡(jiǎn)單加合而成，需要在教學(xué)活動(dòng)中，通過(guò)學(xué)生的主動(dòng)建構(gòu)、反思內(nèi)化和實(shí)踐應(yīng)用逐步形成[4]。因此，教師需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，提出有啟發(fā)性的問(wèn)題，如“以上問(wèn)題解決過(guò)程中你認(rèn)識(shí)元素化合物性質(zhì)的角度是什么”“問(wèn)題解決的關(guān)鍵信息是什么？請(qǐng)歸納這類問(wèn)題的共性”“請(qǐng)用流程框圖呈現(xiàn)這幾個(gè)關(guān)鍵要素間的聯(lián)系”等，讓學(xué)生在反思與實(shí)踐中將認(rèn)識(shí)思路外顯，實(shí)現(xiàn)知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。

培養(yǎng)學(xué)生的模型認(rèn)知能力對(duì)發(fā)展“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)有重要的價(jià)值和意義。在實(shí)際問(wèn)題解決過(guò)程中，從“條件控制”與“動(dòng)態(tài)平衡”視角梳理出反應(yīng)、條件、方向三個(gè)關(guān)鍵要素，建立“三元式”問(wèn)題解決思維模型，形成“三段式”分析思路，有助于學(xué)生形成條理化的思維線索、可視化的學(xué)科方法，從而快速明確物質(zhì)的研究方向和程序，減少對(duì)復(fù)雜、陌生問(wèn)題認(rèn)知與建模的時(shí)間，提高復(fù)習(xí)的質(zhì)量與效率[5]。認(rèn)識(shí)事物的角度與思路，不可能僅當(dāng)作知識(shí)講授，而需要教師創(chuàng)設(shè)多樣化的問(wèn)題情境，給學(xué)生創(chuàng)造自主調(diào)用的機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生內(nèi)化于心，外顯于行。值得一提的是，除了元素化合物，在化學(xué)平衡圖像分析等專題，“反應(yīng)條件方向”三元式的分析思路同樣能體現(xiàn)其工具性，為問(wèn)題解決搭建結(jié)構(gòu)化的思維模板，學(xué)生思維過(guò)程也不必拘泥于“反應(yīng)條件方向”的線性轉(zhuǎn)化，可以結(jié)合不同問(wèn)題進(jìn)行靈活變換，立體構(gòu)建問(wèn)題的解決路徑，最終實(shí)現(xiàn)思維、能力與素養(yǎng)的進(jìn)階式躍升與立體化建構(gòu)。

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