基于學科核心素養(yǎng)的元素化合物知識教學實踐

鐘秀芬

摘要：文章以“鋁及其化合物”知識新授課和復習課兩種課型進行闡述，建構(gòu)“認識模型”對元素化合物知識的學習所起到的作用，為學生學習該知識提供方法指導，使其能力提升。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);元素化合物;認識模型

中圖分類號：G632.41? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）40-0174-02

一、問題的提出

無機物主題的學習重點是發(fā)展學生“宏觀辨識與微觀探析”、“證據(jù)推理和模型認知”的化學學科核心素養(yǎng)，同時使學生的“科學探究與創(chuàng)新意識”、“科學態(tài)度與社會責任”、“變化觀點與平衡思想”等素養(yǎng)也都得到相應發(fā)展。[1]本文以“模型認知”形成對元素化合物相關(guān)的化學問題系統(tǒng)分析的思維過程，為學生學習該知識提供方法指導，使其能力提升。

二、元素化合物認識模型及化學學科能力要素

1.元素化合物認識模型?；谔囟ㄕJ識域的認識模型一般可以基于以下4大核心要素進行刻畫：認識對象、研究問題、能力任務、認識方式（認識角度和認識方式類型）[2]。元素化合物認識域的認識對象包括具體物質(zhì)（代表物）、具有共同特點的一類物質(zhì)（如堿、酸性氧化物、堿性氧化物、酸、金屬、鹽等）、含某種核心元素的一系列物質(zhì)、不同元素及其化合物等。這些認識對象經(jīng)常以保存、使用、檢驗、鑒定、分離、制備等實際問題形式作為載體，而其化學問題的實質(zhì)都是指向元素化合物的“性質(zhì)”或“轉(zhuǎn)化”。

學生在完成這些元素化合物有關(guān)的問題任務時候，常需利用某些概念原理知識所形成的特定角度認識和分析物質(zhì)，如運用物質(zhì)分類知識，即基于類別通性的認識角度;再如運用氧化還原反應知識，即基于化合價的認識角度;此外，基于代表物類比的思路方法，周期律、反應原理等也是認識元素化合物的重要角度。研究發(fā)現(xiàn)，學生基于特定認識角度形成的認識方式具有一定的穩(wěn)定性，而不同學生的認識方式各有不同，外顯為完成不同的能力任務時會有不同的表現(xiàn)。通過教學活動，可以幫助學生建立認識角度，形成特定認識角度的認識思路，發(fā)展學生的認識方式，提升能力表現(xiàn)水平。

2.學生化學學科能力要素。化學問題在轉(zhuǎn)化為具體任務時，可以根據(jù)學生解決這些問題時所調(diào)用的學科能力的不同（學習理解能力、實踐應用能力、探究創(chuàng)新能力），分成不同能力任務類型[3]。每一類學科能力又可分為不同的能力要素，進而就會有與能力要素對應的不同任務類型：A學習理解能力：A1觀察記憶，A2概括關(guān)聯(lián)，A3說明論證;B實踐應用能力：B1分析解釋，B2推論預測，B3實驗設計;C探究創(chuàng)新能力：C1綜合復雜問題解決，C2科學探究，C3創(chuàng)新思維。

三、基于學科核心素養(yǎng)的元素化合物認識模型構(gòu)建的教學實踐（以鋁及其化合物高三復習教學為例）

【學習目標】（1）通過物質(zhì)分類-價態(tài)二維圖復習回顧Al、Al2O3、Al（OH）3的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化;（2）通過“元素化合物認識模型”提高陌生情境下對綜合復雜問題的解決能力。

【重、難點】陌生情境下運用Al、Al2O3、Al（OH）3的性質(zhì)對綜合復雜問題的解決

環(huán)節(jié)一、鋁元素知識主線

【設計目的】探查原有認識，回顧模型

【教學思路】

1.課前作業(yè)：繪制鋁及其化合物的元素轉(zhuǎn)化關(guān)系圖。

2.評價學生繪制的轉(zhuǎn)化圖，構(gòu)建鋁及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系的二維圖，指導學生繪制二維圖。

【任務類型】A1觀察記憶;A2概括關(guān)聯(lián)

【學生發(fā)展意圖】采用二維圖，讓氧化還原和物質(zhì)分類內(nèi)化為學生分析和解決元素化合物問題的認識角度

環(huán)節(jié)二、氧化鋁、氫氧化鋁的性質(zhì)探究

【設計目的】直接用模

【教學思路】

1.取兩片形狀大小大致相等的鋁片分別加入試管1和試管2中，然后分別加入3ml 2moL/L稀鹽酸和NaOH溶液（均過量），觀察并記錄實驗現(xiàn)象，寫出相關(guān)反應的離子方程式。

2.取少量試管1中的溶液于試管3中，逐滴滴加NaOH溶液至過量，邊滴加邊振蕩。

3.取少量試管2中的溶液與試管4中，逐滴滴加鹽酸至過量，邊滴邊振蕩。

【思考】（1）預測現(xiàn)象與實際現(xiàn)象是否相同？（2）請結(jié)合平衡移動原理解釋Al（OH）3能溶解在鹽酸或NaOH溶液中的原因。（3）若由AlCl3制備Al（OH）3，應選用什么試劑？若由NaAlO2制備Al（OH）3，應選用什么試劑？（4）將上述實驗后試管3中的溶液與試管4中的溶液相混合，有何現(xiàn)象？

【任務類型】B1 分析解釋? B2 推論預測

【學生發(fā)展意圖】利用模型對金屬及其相關(guān)性質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系進行分析解釋。提高學生基于模型分析解釋能力

環(huán)節(jié)三、工業(yè)流程題中運用

【設計目的】深化用模

【教學思路】工業(yè)上用鋁土礦（主要成分為Al2O3，只含F(xiàn)e2O3雜質(zhì)）為原料冶煉鋁的工藝流程如下：

（1）寫出流程中反應①②的離子方程式。（2）寫出電解熔融Al2O3的工作原理。電解時為何要加冰晶石？（3）能用電解熔融的AlCl3的方法制鋁嗎？

【任務類型】B2 推論預測? B3 實驗設計

【學生發(fā)展意圖】在不斷地解決問題的過程中，讓學生發(fā)現(xiàn)解決的問題實際上就是：性質(zhì)和轉(zhuǎn)化。而認識的角度為二維。并在課堂上體會不同能力任務，建立不同化學學科能力

環(huán)節(jié)四、知識遷移

【設計目的】C3創(chuàng)新用模

【教學思路】

1.鉻（Cr）與鋁的性質(zhì)相似，如

Cr（OH）3+OH-→CrO2-+2H2O

探究：（1）往CrCl3溶液加入過量NaOH溶液可制得Cr（OH）3嗎？（2）對CrCl3·6H2O加熱脫水可得CrCl3嗎？（3）設計實驗證明Cr2O3的兩性（4）設計實驗CrO2-證明溶液酸堿性，并加以說明。

2.根據(jù)已學知識，預測Zn、ZnO、Zn（OH）2的性質(zhì)，并設計實驗證明。

【任務類型】C1復雜推理

【學生發(fā)展意圖】經(jīng)歷過對Cr的探究環(huán)節(jié)，完成相應鋪墊，通過對Zn、ZnO、Zn（OH）2性質(zhì)預測設，學生結(jié)合元素周期律基于元素化合物認知模型解決陌生物質(zhì)性質(zhì)探究

四、運用元素化合物認識模型對學習鋁及其化合物知識的教學效果分析

1.學生以類別和價態(tài)為核心的認識角度概括關(guān)聯(lián)分析物質(zhì)性質(zhì)的能力加強。認識角度是模型中最核心的變量，是學生分析和解決問題的思維基礎，對元素化合物的教學非常重要。通過教學實踐證明，在教學過程中凸顯認識角度的建立，有利于讓學生在面對陌生物質(zhì)時能夠主動地從物質(zhì)類別和價態(tài)兩個角度進行性質(zhì)預測并解決相關(guān)問題。在教學過程中，繪制和熟記二維圖并不是教學的目的，讓學生基于二維圖，建立類別和價態(tài)這兩個認識物質(zhì)性質(zhì)的角度，才是最有價值的。通過構(gòu)建“元素化合物認識模型”的教學和傳統(tǒng)授課教學比較，可見學生對鋁元素知識的認知角度和利用該認識角度的具體認識思路明顯不同。

2.基于“元素化合物認識模型”對陌生問題的分析和解決能力有所提高。模型的概括作用可以幫助學生在面對陌生情景下的各種化學問題都能選取核心認識角度，調(diào)用相應的推理模式，能夠以不變應萬變地解決多種問題。如課堂上預測Zn、ZnO、Zn（OH）2的性質(zhì)，并設計實驗證明。教學前，學生回答：它們分別是金屬單質(zhì)、金屬氧化物、金屬氫氧化物，都可以跟酸反應。教學后，學生回答：Zn與Al位于對角線位置，性質(zhì)相似，所以Zn、ZnO、Zn（OH）2既跟酸反應又跟堿反應，根據(jù)其化合價推測跟堿反應的產(chǎn)物是ZnO2-。從教學前后學生的回答可以看出，學生在面對陌生物質(zhì)時，從基于零散經(jīng)驗預測性質(zhì)到自主基于類別和價態(tài)預測物質(zhì)性質(zhì)，并能清晰準確地設計實驗驗證。

參考文獻：

[1]王磊.基于學生核心素養(yǎng)的化學學科能力研究[M].北京師范大學出版社，2017.

[2]王磊.2012—2013第一學期“高端備課”總結(jié)交流大會報告[R].2014.

[3]王磊.國家社科基金教育科學重點課題“中小學學科能力表現(xiàn)研究”開題報告[R].2011.