李雪 李少坤

摘要：初中化學(xué)教學(xué)中，以分類觀、變化觀等化學(xué)核心觀念為指導(dǎo)，以建構(gòu)物質(zhì)的反應(yīng)和轉(zhuǎn)化思維導(dǎo)圖為載體，引導(dǎo)學(xué)生將碎片化的知識(shí)結(jié)構(gòu)化，進(jìn)一步建構(gòu)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的三角模型、類別轉(zhuǎn)化等認(rèn)知模型，再應(yīng)用模型解決物質(zhì)轉(zhuǎn)化和推斷的常見問題，培養(yǎng)學(xué)生的模型認(rèn)知觀念和能力。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué);核心素養(yǎng);物質(zhì)反應(yīng)和轉(zhuǎn)化;思維導(dǎo)圖;建構(gòu)認(rèn)知模型

文章編號(hào)：1008-0546（2022）02x-0062-04

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.02x.017

一、研究背景

根據(jù)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)中學(xué)生發(fā)展的具體要求，提出化學(xué)的課程目標(biāo)之一是：能依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架[1]。分類觀、變化觀是化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的重要組成部分，雖然物質(zhì)不同，但是物質(zhì)的類別相同，就有相似的化學(xué)性質(zhì)[2]，歸納一類物質(zhì)的通性和各自的特性，建立“類別→性質(zhì)→變化”的思維模型，是學(xué)習(xí)知識(shí)和解決問題的重要方法?；瘜W(xué)家們通過實(shí)驗(yàn)得出大量豐富的化學(xué)知識(shí)，這些化學(xué)知識(shí)之間不是孤立存在的，由于化學(xué)物質(zhì)之間的反應(yīng)、合成、轉(zhuǎn)化，對(duì)應(yīng)化學(xué)知識(shí)也擁有內(nèi)在的邏輯關(guān)聯(lián)，形成一定的結(jié)構(gòu)[3]。建構(gòu)和運(yùn)用思維導(dǎo)圖，能促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)雜亂無序的知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在邏輯，從而將碎片知識(shí)結(jié)構(gòu)化，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知的觀念和能力，提升學(xué)生建立模型并應(yīng)用模型解決問題的能力。

初中化學(xué)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和推斷類試題綜合性較強(qiáng)，需要學(xué)生進(jìn)行高階學(xué)習(xí)。對(duì)于物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和推斷試題，涉及的常見物質(zhì)很多，他們的化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)方程式也很多。大部分學(xué)生對(duì)此類知識(shí)的認(rèn)知，僅停留在單個(gè)物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)方程式的熟識(shí)階段，腦海里存儲(chǔ)的都是碎片化的知識(shí)點(diǎn)，沒有形成知識(shí)體系，解決物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和推斷類問題時(shí)，不能有效提取相應(yīng)知識(shí)，因此如何將學(xué)過物質(zhì)的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系整理歸納，形成結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系，并進(jìn)一步建構(gòu)認(rèn)知模型，形成解決此類問題的一般思路和方法，是教師在復(fù)習(xí)時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注的問題。本文從物質(zhì)分類入手，引導(dǎo)學(xué)生通過學(xué)習(xí)某種有代表性的物質(zhì)，自我建構(gòu)一類物質(zhì)的反應(yīng)和轉(zhuǎn)化思維導(dǎo)圖，進(jìn)一步建構(gòu)物質(zhì)反應(yīng)和轉(zhuǎn)化的認(rèn)知模型，并應(yīng)用模型解決物質(zhì)轉(zhuǎn)化和推斷的相關(guān)問題。

二、物質(zhì)轉(zhuǎn)化和推斷復(fù)習(xí)教學(xué)的設(shè)計(jì)流程

1.利用實(shí)驗(yàn)情境，建立“類別→性質(zhì)→變化”的認(rèn)知模型

[問題情境]如圖1實(shí)驗(yàn)室的藥品柜中，藥品是如何擺放？藥品可以分為哪些類別？為什么要分類擺放？

[學(xué)生反饋]分類擺放;藥品分為單質(zhì)、氧化物、酸、堿、鹽;......

[設(shè)計(jì)意圖]通過解決三個(gè)層層遞進(jìn)的問題，讓學(xué)生回顧物質(zhì)分類，并形成同類物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)具有相似性的認(rèn)知，例如酸、堿、鹽的通性，按類別學(xué)習(xí)物質(zhì)的性質(zhì)，可以起到事半功倍的效果。

[教師引導(dǎo)]能否將這種學(xué)習(xí)方法，遷移到其它類別物質(zhì)的學(xué)習(xí)中，并形成不同類別物質(zhì)之間相互反應(yīng)和轉(zhuǎn)化的關(guān)系，進(jìn)一步解決三角框圖類的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和推斷問題呢？

2.利用物質(zhì)反應(yīng)與轉(zhuǎn)化思維導(dǎo)圖，促進(jìn)零散知識(shí)結(jié)構(gòu)化

[問題情境]呈現(xiàn)與Fe相關(guān)的實(shí)驗(yàn)圖片（如圖2），通過現(xiàn)象推測(cè)可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)？師生一起整理Fe的思維導(dǎo)圖？

[學(xué)生反饋]鐵燃燒，與酸溶液反應(yīng)，與鹽溶液反應(yīng)......

[設(shè)計(jì)意圖]識(shí)圖辯反應(yīng)，既鍛煉學(xué)生證據(jù)推理的能力[4]，又復(fù)習(xí)與Fe相關(guān)的反應(yīng)與化學(xué)方程式，師生合作完成Fe的反應(yīng)和轉(zhuǎn)化思維導(dǎo)圖（如圖3），整個(gè)作圖過程中，引導(dǎo)學(xué)生理解“—“”→”的含義“：—”兩端連接的是反應(yīng)物，即化學(xué)方程式左邊的反應(yīng)物“;→”兩端連接的分別是反應(yīng)物、生成物，即化學(xué)方程式等號(hào)兩邊的物質(zhì)。啟發(fā)學(xué)生發(fā)散思維，將與鐵相關(guān)的零散的化學(xué)方程式，逐漸形成Fe的思維導(dǎo)圖，將知識(shí)結(jié)構(gòu)化。

學(xué)生通過模仿建構(gòu)Fe思維導(dǎo)圖的方法，借助有關(guān)Cu的相關(guān)實(shí)驗(yàn)圖片（如圖4），自主建構(gòu)Cu的反應(yīng)和轉(zhuǎn)化思維導(dǎo)圖（如圖5）。

通過對(duì)Fe、Cu有代表性的金屬單質(zhì)的研究，學(xué)生獨(dú)立總結(jié)出以金屬單質(zhì)這類物質(zhì)作為核心，建構(gòu)金屬的反應(yīng)和轉(zhuǎn)化思維導(dǎo)圖的結(jié)構(gòu)模型（如圖6）。

3.利用思維導(dǎo)圖，建構(gòu)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和推斷認(rèn)知模型

[問題情境]結(jié)合Fe反應(yīng)和轉(zhuǎn)化的思維導(dǎo)圖（如圖3），進(jìn)一步探究以下三個(gè)問題：1如何找出以Fe為核心的雙向轉(zhuǎn)化關(guān)系？2如何找出以金屬單質(zhì)為核心的三角轉(zhuǎn)化關(guān)系？3如何找出以金屬單質(zhì)為反應(yīng)物，轉(zhuǎn)化成其它類別物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系？

[設(shè)計(jì)意圖]在框圖式物質(zhì)轉(zhuǎn)化與推斷題中，經(jīng)?？疾槲镔|(zhì)間相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。在答題時(shí)如何能在眾多物質(zhì)中快速鎖定思考方向，成為學(xué)生的難點(diǎn)。因此通過對(duì)第一個(gè)問題的探究，引導(dǎo)學(xué)生快速找到能與鐵雙向轉(zhuǎn)化的物質(zhì)（如圖7），并總結(jié)找某物質(zhì)雙向轉(zhuǎn)化的方法，即找思維導(dǎo)圖中箭頭指出同時(shí)能指入的物質(zhì)。

其次，在框圖式物質(zhì)轉(zhuǎn)化與推斷題中，經(jīng)常考查物質(zhì)間的三角轉(zhuǎn)化關(guān)系。因此如何激發(fā)學(xué)生在有限的條件下，建立有代表性的三角轉(zhuǎn)化模型，并形成建模的意識(shí)，成為解決這類題的關(guān)鍵和重難點(diǎn)。在這個(gè)環(huán)節(jié)，教師通過設(shè)計(jì)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生建立金屬單質(zhì)間的三角轉(zhuǎn)化關(guān)系（如圖8，圖中只顯示了部分金屬轉(zhuǎn)化關(guān)系的代表），總結(jié)金屬三角轉(zhuǎn)化關(guān)系的原則：只能是活動(dòng)性強(qiáng)的金屬轉(zhuǎn)化成活動(dòng)性弱的金屬。再次引導(dǎo)學(xué)生思考：以上三角模型中，有沒有非金屬單質(zhì)可以參與其中？再次激活學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生將三角關(guān)系中單質(zhì)的范圍由金屬擴(kuò)大到非金屬，可以將圖8中的單質(zhì)Cu、Ag替換成H2，并總結(jié)出：?jiǎn)钨|(zhì)的三角轉(zhuǎn)化圖中，能轉(zhuǎn)化成H2的金屬，一定是在金屬活動(dòng)性順序表中，活動(dòng)性強(qiáng)于氫的金屬單質(zhì)。

最后，在框圖式物質(zhì)轉(zhuǎn)化與推斷題中，經(jīng)常考查不同類別物質(zhì)間的反應(yīng)與轉(zhuǎn)化關(guān)系，教師可引導(dǎo)學(xué)生從Fe這種金屬單質(zhì)出發(fā)，通過Fe的化學(xué)性質(zhì)，拓展到金屬的通性要考慮三個(gè)方面：能否與O2反應(yīng)，能否與酸（鹽酸、稀硫酸）反應(yīng)，能否與某些鹽溶液反應(yīng)，總結(jié)金屬單質(zhì)可以轉(zhuǎn)化成的物質(zhì)類別（如圖9）。另外對(duì)于金屬單質(zhì)除了考慮通性，還要考慮各自特性，比如在金屬活動(dòng)性順序表中，只有活動(dòng)性強(qiáng)于氫的金屬才能轉(zhuǎn)化成非金屬單質(zhì)H2。

4.利用類比遷移，深化物質(zhì)轉(zhuǎn)化與推斷中的模型認(rèn)知觀念

[教師引導(dǎo)]以上案例以Fe、Cu為代表，研究了金屬單質(zhì)這類物質(zhì)的反應(yīng)與轉(zhuǎn)化，學(xué)生在課后可以模仿這種方法，自主建構(gòu)非金屬單質(zhì)的反應(yīng)與轉(zhuǎn)化關(guān)系，如圖3中的非金屬單質(zhì)H2、C等。單質(zhì)的反應(yīng)與轉(zhuǎn)化可以用以上認(rèn)知模型來進(jìn)行學(xué)習(xí)，氧化物是否也能以類似的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)？接下來就以Fe2O3

（如圖10、圖11）和CaO為代表來建構(gòu)金屬氧化物的認(rèn)知模型。

[問題情境]類比學(xué)習(xí)，小組合作在草稿紙上自主構(gòu)建Fe2O3的思維導(dǎo)圖？

[學(xué)生遷移]學(xué)生交流并派代表板書思維導(dǎo)圖。

[教師引導(dǎo)]觀察Fe2O3的思維導(dǎo)圖，有沒有與Fe2O3實(shí)現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)化的物質(zhì)？以Fe2O3為主，能否實(shí)現(xiàn)氧化物之間的三角轉(zhuǎn)化關(guān)系？

[學(xué)生反饋]......

[教師引導(dǎo)]師生合作，得到更深層次的結(jié)論：1初中階段沒有與Fe2O3相互轉(zhuǎn)化的物質(zhì);2金屬氧化物的通性一般從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮：能否與還原劑反應(yīng)，能否與酸反應(yīng);3如果以Fe2O3為主，找出該思維導(dǎo)圖中可以建立的氧化物間的三角關(guān)系不止一種（如圖12），比如在CO2和H2O之間既可以連“→”，也可以連“—”，甚至可以在CO和CO2間連“?”，學(xué)生將三角關(guān)系從轉(zhuǎn)化拓展到相互反應(yīng)等不同的連接方式，利用發(fā)散思維，將范圍擴(kuò)大，自然建構(gòu)出此類物質(zhì)的三角轉(zhuǎn)化關(guān)系。

[師生總結(jié)]通過建構(gòu)Fe2O3的三角轉(zhuǎn)化模型，學(xué)生可以很容易將此方法遷移到CuO、CaO的學(xué)習(xí)中。在建構(gòu)CaO的認(rèn)知模型時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生注意：不僅要考慮金屬氧化物的通性，還要關(guān)注其特性，比如初中階段常見的反應(yīng)和轉(zhuǎn)化關(guān)系中，不考慮其與還原劑的反應(yīng)，但是CaO能與H2O在常溫下反應(yīng)放熱，在繪制CaO的思維導(dǎo)圖（如圖13）時(shí)，學(xué)生對(duì)金屬氧化物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系的理解將更加深刻。總結(jié)金屬氧化物能轉(zhuǎn)化的物質(zhì)類別時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)金屬氧化物轉(zhuǎn)化成堿（如圖14）是物質(zhì)特殊性質(zhì)的體現(xiàn)。

[設(shè)計(jì)意圖]學(xué)生在以上的訓(xùn)練中，逐漸強(qiáng)化了思維方式，形成了簡(jiǎn)單的認(rèn)知模型（如圖15），如雙向轉(zhuǎn)化關(guān)系、三角模型、類別轉(zhuǎn)化等。首先雙向轉(zhuǎn)化，要求A、B物質(zhì)互為反應(yīng)物和生成物的關(guān)系。其次三角模型關(guān)系有很多種，本節(jié)課只探究了部分物質(zhì)的部分三角關(guān)系，希望能為學(xué)生建立物質(zhì)的關(guān)系指出思考方向;最后對(duì)于類別反應(yīng)和轉(zhuǎn)化關(guān)系，既要求學(xué)生能對(duì)物質(zhì)分類，還要熟練掌握一類物質(zhì)的通性和特性，在對(duì)比中整理，在整理中完善，完整找出“—”“→”兩邊的物質(zhì)。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生明確，同一個(gè)反應(yīng)中，如果生成物不止一類，則箭頭指向的C類物質(zhì)就有多種。非金屬氧化物，如CO2、H2O等，都可以作為練習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生在課后整理完善和研究。

5.運(yùn)用認(rèn)知模型解決問題，提升模型認(rèn)知觀念和能力

[遷移應(yīng)用1]問題1：判斷下列說法的正誤。

（1）如圖16，若甲、乙、丙均為金屬單質(zhì)，則金屬活動(dòng)性甲<乙<丙

（2）如圖17，物質(zhì)甲、乙、丙一定不能都是單質(zhì)[學(xué)生反饋1]......

[遷移應(yīng)用2]問題2：（“—”表示相連的兩種物質(zhì)能發(fā)生反應(yīng)，“→”表示某種物質(zhì)可轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)。）如圖18中能體現(xiàn)某些物質(zhì)間變化關(guān)系的是[設(shè)計(jì)意圖]通過解決以上兩個(gè)問題，物質(zhì)類別與物質(zhì)反應(yīng)和轉(zhuǎn)化關(guān)系相結(jié)合，使學(xué)生的知識(shí)和能力進(jìn)一步升華，學(xué)生能從物質(zhì)類別的角度出發(fā)，既掌握一類物質(zhì)的通性，又熟悉個(gè)別物質(zhì)的特性，實(shí)現(xiàn)不同類別物質(zhì)之間的反應(yīng)和轉(zhuǎn)化;還能將物質(zhì)的雙向轉(zhuǎn)化和三角轉(zhuǎn)化關(guān)系蘊(yùn)含其中，充分鍛煉學(xué)生的發(fā)散思維，完善腦海中的各種三角反應(yīng)和轉(zhuǎn)化模型圖。

三、教學(xué)反思

初中化學(xué)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和推斷類問題涉及到知識(shí)點(diǎn)很多，框圖轉(zhuǎn)化的呈現(xiàn)方式也多種多樣，如何將知識(shí)和能力，以及學(xué)科核心素養(yǎng)很好地結(jié)合起來開展教學(xué)，是每位教師的共同目標(biāo)，筆者在區(qū)級(jí)的展示課中，以觀念建構(gòu)和模型認(rèn)知為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行了有效嘗試。如何優(yōu)化學(xué)生建構(gòu)模型的認(rèn)知過程[5]，幫助學(xué)生建構(gòu)適用性更強(qiáng)的模型[6]，有效培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知策略，構(gòu)建學(xué)科核心觀念，還需要在以后的教學(xué)中作進(jìn)一步的研究。

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