重視理解過程 發(fā)展學生素養(yǎng)

摘要：化合價是中學化學教學的難點。在很多課堂教學中，缺乏必要的引導學生對化合價概念理解的教學過程，而要求學生強記元素化合價的具體數(shù)值，造成了學生對化合價概念理解的弱化和素養(yǎng)養(yǎng)成的缺失。探討了引起化合價概念難以理解的原因，并通過分析當前化合價教學的利弊，提出了重視化合價概念理解過程的教學設計思路。

關鍵詞：理解過程；素養(yǎng)；化合價；化學教學

文章編號：1005–6629（2017）7–0045–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化合價是研究分子結構的核心概念，準確地理解和應用這個概念，在化學教學和科研中相當重要[1]。中學化學對這段內容的教學，普遍的觀點是概念過于抽象、難以理解，并且與后面的具體應用缺乏實質性的聯(lián)系。于是避開對化合價概念的理解，一味要求學生強記并大量練習便成了課堂教學的常態(tài)。關于化合價教學的研究不少，卻鮮有將重點放在如何引導學生理解這個概念基礎上，大多只是在化合價記憶方法上做文章。本文從化合價的概念出發(fā)，依據(jù)其中的難點，對如何實施促進學生理解化合價概念的課堂教學作一些探討。

1 化合價的概念難在何處

物質的種類千差萬別，組成變幻無方。化合價的概念可謂解開了物質組成的密碼，使紛繁蕪雜的物質組成變得有章可循起來。不過盡管如此，對剛接觸化學的初中學生來說，理解化合價概念所體現(xiàn)出的這種“章”卻也并不容易。

1.1 學生缺少必要的認知基礎

初三學生在學習化合價前，所涉及的物質很少，通常只是氧氣、氫氣及與之相關的少量的單質和化合物；物質組成的概念僅在元素的概念和化學式的意義中略有涉及，如水是由氫元素和氧元素組成的、一個水分子是由兩個氫原子和一個氧原子構成的等等。這些知識一來尚不夠豐富，二來完全是用告知的方式讓學生掌握的，而不是學生通過實驗探索獲得的結論，缺少真實的體驗。探索物質組成的經(jīng)歷、豐富的物質組成的知識是理解化合價概念的基礎，而學生顯然在這方面的認知是不夠的。

1.2 學生缺少對宏觀事實的微觀理解

對于初三學生而言，在學習化合價概念前，只能根據(jù)物質的性質區(qū)別一些不同的物質，進而了解到物質組成元素有別是物質種類各異的重要原因，對物質的理解，還只是停留在宏觀的層面，并且這種理解由于化學學習剛剛起步，尚處于不夠穩(wěn)固和深入的狀態(tài)。

化合價的概念是對物質組成的更深層的理解，是對構成物質的微觀粒子相互組合時規(guī)律的總結。這對學生理解化合價的概念增添了不小的難度。

1.3 概念的表述難以理解

在各版本的教材中，化合價的概念一般表述為：一種元素一定數(shù)目的原子跟其他元素一定數(shù)目的原子化合的性質，叫做元素的化合價。筆者了解發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)學生甚至部分教師都覺得這個概念完全讀不明白什么意思；有認為元素相互化合的性質，怎么會與具體的數(shù)值有關系？也有說“化合價”與“性質”兩個詞無論如何都好像聯(lián)系不到一起來。

為什么化合價的概念會令人如此難以理解呢？細品析之，會發(fā)現(xiàn)在這個概念中，“一種元素”、“一定數(shù)目”、“其他元素”、“一定數(shù)目”都是指向不具體的“集體名詞”，這四個變量給人強烈的不確定性；概念中句子的成分復雜，如果將句子中的修飾成分略去，變?yōu)椤靶再|叫化合價”，含義清晰了些，但性質一詞的修飾語長，本來修飾“性質”的重心在元素原子相互化合時“數(shù)目一定”（或元素原子個數(shù)比一定）的特征上，卻容易誤解成“化合”，變成“相化合的性質叫化合價”這樣半通不通的句子；化合價中的“價”，若解釋成類似于日常生活中商品的價格，似乎會令人有親近感，不過要說清楚價格的含義卻也不太容易。此外，對性質一詞理解的模糊、對“化合”一詞認識的呆板都在一定程度上增大了概念理解的難度。

2 當前教學形式之翳

直接讓學生記住各種元素的化合價，并進行強化訓練，可以在很短的時間內取得明顯的效果：學生很快能正確書寫各種物質的化學式、熟練運用化合價進行各種計算等。不過從教學上來說，這種教學結果、這樣的課堂品位[2]卻不能令人滿意。

首先對學生來講，這些數(shù)據(jù)的獲得缺少必要的推導過程，這對化合價概念的理解是不利的。而且強行記憶的數(shù)據(jù)是困難而低效的，如果這些數(shù)據(jù)是學生參與進去研究的結果，則運用和記憶起來會方便很多。況且直接讓學生運用這些沒有經(jīng)過自己論證的數(shù)據(jù)作為依據(jù)去推斷未知物質的組成，正如在事物論證中隨意引用一些來路不明的信息一樣，無益于嚴謹、求實的治學態(tài)度的發(fā)展。

化合價的概念，是將大量的已知物質的組成通過總結、歸納得出來的一般規(guī)律，因此準確地說，利用化合價書寫出的物質的化學式，只能是物質組成的一種大概率的存在，至于是否如此，還需實驗進一步驗證，這點在課堂教學中一定要讓學生感受到，以讓他們形成對科學結論持謹慎態(tài)度的科學素養(yǎng)。但上述的教學過程，卻把元素的化合價當成了一成不變的東西，一定程度上固化了學生的思維，并對研究的結果缺乏敬畏。曾經(jīng)有同事問起，F(xiàn)e4N中氮元素化合價到底是多少？很明顯思維也被禁錮了，在他看來任何化合物中的化合價都是可以簡單地進行標度的。其實在諸如非整比化合物、間充化合物以及金屬互化物中，經(jīng)典的化合價理論并不能完全適用。

3 化合價的概念教學過程的設計思路

化合價的教學，需要從研究物質的元素組成開始，通過研究多個樣品，讓學生感知其中蘊含的規(guī)律，使得這些規(guī)律像“剛從海里撈的魚”一樣新鮮（懷特海語）。先通過對各種元素質量之間關系，推及到微觀粒子之間的關系，進而推出化合價的概念，感受化合價概念的獲得過程。這樣化合價的概念就會變得具體、生動，并與相應的化合價數(shù)值互為表里，不再有距離感了。

3.1 體驗物質組成元素質量比恒定的特征

學生在學習化合價之前，已經(jīng)接觸了一些物質的化學式。學生不假思索地將這些化學式寫出來，便覺得它們是理所當然的存在，不會去考慮為什么氧化鎂中Mg和O是原子個數(shù)比1：1，也鮮有思考還有沒有其他可能性。雖說化合價描述的是粒子數(shù)之間的關系，但與學生一起探究時，還必須從學生熟悉的物理量——質量開始。課堂教學中，讓學生通過組成元素相同的化合物的多個樣品中的質量比求算（見表1、表2），“發(fā)現(xiàn)”元素的質量比為定值這樣的規(guī)律，從而讓學生體會“做學問要無疑處見疑”的道理。

3.2 探究組成元素質量比恒定背后的微觀本質

在學生充分體驗到物質組成元素質量比恒定的規(guī)律后，再引導學生進行思考質量比為定值的微觀本質。因為學生已經(jīng)學習了相對原子質量，只要對相對原子質量的意義理解到位（即倍數(shù)關系），即使沒有學習物質的量的概念，求解原子個數(shù)比也是容易的。上述原子個數(shù)比解法（3/24m）/（2/16m）=1：1；（24/24m）/（71/35.5m）=1：2。

在原子個數(shù)比得出后，讓學生寫出相應的化學式，并在此基礎上，將具體元素代入化合價的概念中進行訓練，比如：鎂元素和氧元素形成化合物時，元素的原子個數(shù)之比總為1：1；鎂元素和氯元素形成化合物時，元素的原子個數(shù)之比總為1：2等等，從而水到渠成，引出化合價的概念。由于是在研究具體物質基礎上得出的概念，這就使得化合價原本極為抽象的概念變得明確、清晰。這也同時引發(fā)了學生對微觀世界的好奇：為什么鎂原子和氧原子相互化合時，個數(shù)比總是1：1，是什么原因導致這樣的規(guī)律存在，等等。這些疑問雖然不能在本節(jié)課完成，卻為后面的學習打下了基礎、激起了興趣。

3.3 通過化學式歸納原子化合時數(shù)量關系中的規(guī)律

通過上面的努力，學生對化學式的意義達到了前所未有的深刻理解。這時不妨列出更多的化學式，讓學生總結其中的規(guī)律，并利用總結出來的規(guī)律，完成表3空格中的化學式。

實際教學中，學生通常不能用簡潔的語言來歸納其中的規(guī)律，但會產(chǎn)生這種感覺：一個氧原子相當于兩個氯原子。比如寫HCl時，思路大約是：一個氧原子需要兩個氫原子，一個氧原子相當于兩個氯原子，因此一個氯原子只需要一個氫原子。

這項活動不僅有助于學生歸納能力的培養(yǎng)，而且讓學生達到了“口欲言而不能、心求通而不得”的憤悱狀態(tài)，急于尋求更簡潔的表達方法來總結這些規(guī)律。

3.4 水到渠成引出元素化合價的具體數(shù)值

在學生處于憤悱狀態(tài)之時，不妨用這樣的語言進行啟發(fā)：一個氯原子只能與一個氫原子化合，一個氧原子卻可以與兩個氫原子化合，多像日常生活中的商品交換??！一本軟面抄可以換6支鉛筆，卻只可以換兩把圓規(guī)。如果軟面抄價格為6，那么鉛筆價格是多少？圓規(guī)價格是多少？如果氯原子在化合過程中價格為1，那氧呢？氫呢？上述表格當中的各元素化合價各為多少呢？（還可以列出更多化合物供學生訓練。）

然后設問：上述化合物為什么沒有金屬跟金屬形成的化合物？從而引出化合價有正負之分。適時設定氯的化合價為-1，再讓學生判定其他元素化合價的正負號和數(shù)值，并由此得出化合物中正負化合價代數(shù)和為零的結論。

3.5 用可變化合價打開學生的思維

在學生獲得較為豐富的化合價的知識并較為熟練運用后，創(chuàng)造認知沖突來進行可變化合價的教學可以有效地打破學生先前的固有認知，從而發(fā)展他們的思維。比如給出僅含有銅、氧兩種元素的化合物，列出其中兩種元素各自的質量，先讓學生預測化學式，學生基本都會認為是CuO，因為以前接觸過。這時再讓學生進行計算，求算其原子個數(shù)比，得到了化合物化學式為Cu2O，使得學生陷入認知失衡狀態(tài)，通過這種相異構想[3]——橫亙在認知結構中的阻礙進一步學習的概念的解決，引出可變化合價的概念。接著給出某化合物僅含鐵、氧兩種元素，并給出各種元素的質量，再經(jīng)歷猜想、驗證等過程，發(fā)現(xiàn)鐵元素化合價的可變性等等。

這樣通過學生對問題的解決，既鞏固了前面的知識，又加強了對化合價的認識。同時指出，可變化合價告訴我們，元素的原子在構成物質時，可能以多種方式相結合，甚至出現(xiàn)人類尚未認識的方式進行，因此在科學研究中，通過化合價書寫的化學式，尚需經(jīng)過實驗的進一步驗證，才能得出是否正確。從而打開思維，既有結論，又對結論保持謹慎、批判、實事求是的科學精神。

當前核心素養(yǎng)的概念一再被人提及，然而素養(yǎng)是在人與情境的互動中、在問題解決的過程中產(chǎn)生的，如果教學中缺乏必要的過程，學生核心素養(yǎng)的提升也只能是一種美好的幻影。以教學內容抽象、晦澀為理由，舍卻對概念理解的探究過程，僅對其結果“大快朵頤”，實在有買櫝還珠之嫌！因此對于中學化學的教學內容，正如布魯納所講的那樣：“任何學科的任何知識，都可以用智力上誠實的方式，教給任何階段的任何兒童?！睙o論多么困難，只要潛心研究，有必要也必然能設計出既有助于教學內容的把握和理解、有助于學生素養(yǎng)發(fā)展的教學過程來。

參考文獻：

[1]朱玉軍，李宗和.化合價的歷史演變[J].化學教育，2009，（11）：80～81.

[2]束長劍.淺談中學化學課堂教學的品位問題[J].化學教學，2015，（7）：29～31.

[3]陳霞，潘則南，許利閩.國外關于相異構想轉化的研究[J].化學教學，2015，（5）：8～11.