基于科學(xué)探究中構(gòu)建元素化合物的認(rèn)知模型

饒清祥 王美清

摘 要：鐵及其化合物的氧化性及還原性是高中化學(xué)知識(shí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)。氧化還原反應(yīng)知識(shí)點(diǎn)多且易混淆，利用探究鐵及其化合物學(xué)習(xí)能很好地將氧化還原理論化為實(shí)踐，化抽象為具體，在探究過程中，利用價(jià)類二維圖幫助學(xué)生構(gòu)建各物質(zhì)的性質(zhì)空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，形成價(jià)類認(rèn)知的思維模型，幫助學(xué)生突破元素知識(shí)與氧化還原知識(shí)的相結(jié)合。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知模型 實(shí)驗(yàn)探究 小組合作

隨著新課程的實(shí)施，在化學(xué)教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，學(xué)科核心素養(yǎng)的對(duì)象是學(xué)生，只有通過實(shí)際的課堂教學(xué)，才能培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力，筆者以鐵及其化合物為例，探討指向核心素養(yǎng)的教學(xué)方法，幫助學(xué)生構(gòu)建元素化合物的認(rèn)知模型。

一、素養(yǎng)為本的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

證據(jù)推理與模型認(rèn)知是高中化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，在探究鐵及其化合物的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生利用元素化合價(jià)、物質(zhì)類別的價(jià)類二維圖構(gòu)建物質(zhì)的性質(zhì)、化合價(jià)之間的轉(zhuǎn)化知識(shí)建立聯(lián)系，形成價(jià)類認(rèn)知的思維模型，構(gòu)建模型，并利用模型突破元素知識(shí)與氧化還原知識(shí)。在實(shí)驗(yàn)探究過程中，通過小組合作，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維、創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)探究精神，從而提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

根據(jù)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)及化學(xué)教學(xué)要求，確定了本節(jié)課具體核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。

（一）宏觀辨識(shí)與微觀探析——掌握鐵、亞鐵離子、鐵離子的化學(xué)性質(zhì)，了解亞鐵離子、鐵離子的常用檢驗(yàn)方法。

（二）證據(jù)推理與模型認(rèn)知——能依據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)推出合理的結(jié)論，構(gòu)建價(jià)類二維圖的思維模型，運(yùn)用模型合理預(yù)測(cè)未知物質(zhì)的性質(zhì)。

（三）科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)——通過小組合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探究實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生解決問題及實(shí)驗(yàn)探究的能力。

（四）科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任——了解鐵對(duì)人類生活的應(yīng)用。

二、基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)施

教學(xué)環(huán)節(jié)一：身邊的化學(xué)

當(dāng)一個(gè)人頭昏乏力、精神行為異常，如煩躁、易怒、注意力不集中;體力、耐力下降;口腔炎、舌炎;毛發(fā)干枯、脫發(fā)等，可能患有缺鐵性貧血，假設(shè)你是醫(yī)生，你會(huì)給什么建議？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生根據(jù)生活常識(shí)，缺鐵可以同時(shí)服用乳酸亞鐵片和維生素C。通過一個(gè)真實(shí)的生活情境，讓學(xué)生知道到在人類多姿多彩的生活中，化學(xué)無處不在，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引出本節(jié)課的內(nèi)容。

教學(xué)環(huán)節(jié)二：構(gòu)建價(jià)類二維圖

[學(xué)生小組討論]：生活中含鐵的物質(zhì)有哪些？這些物質(zhì)可以從什么角度將它們進(jìn)行分類？從什么思路去預(yù)測(cè)它們的性質(zhì)并加以驗(yàn)證掌握？

設(shè)計(jì)意圖：元素化合物知識(shí)多且雜，如果只是讓學(xué)生單一地去學(xué)習(xí)某元素化合物知識(shí)，而沒有培養(yǎng)學(xué)生過程性知識(shí)和程序性知識(shí)，就無法理清知識(shí)的潛在活力與學(xué)生內(nèi)在發(fā)展的邏輯關(guān)系，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中覺得易學(xué)但難記且費(fèi)時(shí)，也不可能將所有已發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)一一學(xué)完，若能掌握一種較簡(jiǎn)易實(shí)用學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)的認(rèn)知模型，形成分析理解元素化合物的基本思路和方法，必將達(dá)到事半功倍的作用。通過這節(jié)課引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)的知識(shí)構(gòu)建成元素及化合物的認(rèn)知模型，并把元素及化合物知識(shí)與氧化還原的知識(shí)相結(jié)合。幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)物質(zhì)的性質(zhì)認(rèn)知模型，理清元素及化合物性質(zhì)的學(xué)習(xí)規(guī)律并把此認(rèn)知模型遷移運(yùn)用于碳、氮、硫等變價(jià)元素知識(shí)的學(xué)習(xí)中。

“價(jià)類二維圖”是以物質(zhì)類別為橫坐標(biāo)，以核心元素化合價(jià)為縱坐標(biāo)的二維平面圖像，它直觀、形象地體現(xiàn)了以某元素為中心的“分類觀”“轉(zhuǎn)化觀”“元素觀”，容易讓學(xué)生將元素化合物知識(shí)系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，有助于學(xué)生形成學(xué)習(xí)元素化合物的基本思路和形成化學(xué)的基本概念。通過“價(jià)類二維圖”可以根據(jù)物質(zhì)類別分析物質(zhì)的通性，再依據(jù)核心元素化合價(jià)可以預(yù)測(cè)、分析物質(zhì)的氧化性、還原性，最后學(xué)習(xí)物質(zhì)“特性”的學(xué)習(xí)模式。

教學(xué)環(huán)節(jié)三

問題1：寫出下列關(guān)于鐵的物質(zhì)的化學(xué)式

鐵、氧化鐵、氧化亞鐵、四氧化三鐵、氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、氯化鐵、氯化亞鐵

問題2：請(qǐng)將“問題1”關(guān)于鐵的物質(zhì)進(jìn)行分類，分類的標(biāo)準(zhǔn)是什么？

設(shè)計(jì)意圖：分類觀指的是在學(xué)習(xí)和研究化學(xué)物質(zhì)過程中，遵照物質(zhì)變化的規(guī)律對(duì)研究對(duì)象的特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)、規(guī)律性的思維導(dǎo)向。它可以更好地理解化學(xué)學(xué)科的基本概念，又可以整體把握知識(shí)體系，對(duì)輕松系統(tǒng)掌握化學(xué)各模塊知識(shí)具有事半功倍的作用。

問題3：請(qǐng)將“問題1”關(guān)于鐵的物質(zhì)放入“價(jià)類二維圖”，各物質(zhì)之間能否反應(yīng)？如何反應(yīng)？

教學(xué)環(huán)節(jié)四：科學(xué)探究——設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究鐵及其化合物的氧化性或還原性

[閱讀]方法引導(dǎo)——預(yù)測(cè)某物質(zhì)具有氧化性，尋找具有還原性（或氧化性）的另一物質(zhì)，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)兩者能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。小組討論如何探究物質(zhì)的氧化性或還原性？

氧化還原認(rèn)知模型

設(shè)計(jì)意圖：從探究元素化合價(jià)的變化情況探析，分析得出氧化還原的本質(zhì)和規(guī)律，鞏固氧化還原的認(rèn)知模型。建立氧化還原概念，發(fā)展宏觀微觀辨析的素養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)探究1：探究氯化鐵的氧化性

氧化還原認(rèn)知模型1：氧化性（氧化劑）+ ？還原性（還原劑）

有現(xiàn)象，則證明

預(yù)測(cè)某物質(zhì)具有氧化性，加入具有還原性的物質(zhì)，才能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，且預(yù)期要有明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，證實(shí)兩者能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，才能證明這個(gè)物質(zhì)具有氧化性。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，討論優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)探究2：探究氯化亞鐵的還原性

氧化還原認(rèn)知模型2：還原性（還原劑）+？氧化性（氧化劑）

有現(xiàn)象，則證明

預(yù)測(cè)某物質(zhì)具有還原性（做還原劑），加入具有氧化性的物質(zhì)（做氧化劑），才能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，且預(yù)期要有明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，證實(shí)兩者能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。才能證明這個(gè)物質(zhì)具有還原性。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，討論優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論。

設(shè)計(jì)方案應(yīng)從原料的來源的難易、價(jià)格高低、環(huán)保、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等多種角度思考得出最優(yōu)方案，最后教師進(jìn)行引導(dǎo)小結(jié)。

設(shè)計(jì)意圖：化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，在教學(xué)中突出學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，學(xué)生通過自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、優(yōu)化方案、合作探究、分析現(xiàn)象、得出結(jié)論。從而增加學(xué)生的情感體驗(yàn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

教學(xué)環(huán)節(jié)五：構(gòu)建體系，提升思維，遷移應(yīng)用——針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)價(jià)類二維圖，利用模型運(yùn)用后面的教學(xué)

遷移應(yīng)用——氯化鐵制作印刷電路板。

先在塑料板上鍍一層銅，在設(shè)計(jì)好的銅線路上涂上一層石蠟，把板浸到氯化鐵溶液中，沒有被石蠟覆蓋住的銅就被反應(yīng)掉。試著寫出有關(guān)的化學(xué)方程式？

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)體系，總結(jié)氧化還原的知識(shí)與變價(jià)元素性質(zhì)的思路方法，利用價(jià)類二維圖為分析工具，將物質(zhì)間的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化巧妙聯(lián)系，形成系統(tǒng)的認(rèn)知模型。并能基于認(rèn)知模型，對(duì)探究其他物質(zhì)性質(zhì)提出合理可行的借鑒。

教學(xué)環(huán)節(jié)六：學(xué)以致用——生活中的化學(xué)

補(bǔ)鐵劑的主要成分是乳酸亞鐵片，為何還要加入維生素C？

設(shè)計(jì)意圖：前后呼應(yīng)，通過補(bǔ)鐵劑、Vc的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生再次體會(huì)化學(xué)在生活中的價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感?；瘜W(xué)已滲入每個(gè)人的日常生活，在改善人類的生活方面是一門實(shí)用和創(chuàng)造性的科學(xué)。性質(zhì)決定用途，只有熟知物質(zhì)的性質(zhì)，才能把他更好地用于我們的生活。

三、教學(xué)反思和結(jié)束語(yǔ)

從微觀角度認(rèn)知氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，構(gòu)建氧化還原反應(yīng)的認(rèn)知模型。結(jié)合元素的價(jià)類二維圖和實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，提高了學(xué)生分析問題，解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)探究能力，充分體現(xiàn)了以素養(yǎng)為本的教學(xué)理念。

學(xué)生通過模型認(rèn)知，學(xué)生能夠運(yùn)用價(jià)類二維模型陌生物質(zhì)進(jìn)行有效的推理，提升學(xué)習(xí)化學(xué)學(xué)科的方法。在教學(xué)過程中把實(shí)驗(yàn)放在核心的位置，學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、交流討論、完成實(shí)驗(yàn)、得出結(jié)論，通過思考問題、解決問題，突出學(xué)生的主體地位，使得課堂不再單調(diào)與枯燥，同時(shí)增強(qiáng)了同學(xué)之間的交流與合作能力。

核心素養(yǎng)時(shí)代，要求化學(xué)教師要不斷地進(jìn)行知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高自身的專業(yè)素養(yǎng)，拓展知識(shí)面，提高課堂的應(yīng)變能力，更好的駕馭課堂，這樣才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]楊玉琴.化學(xué)核心素養(yǎng)之“模型認(rèn)知”能力的測(cè)試研究[J].化學(xué)教學(xué)，2017（7）：9-15.

[3]康凱.論高中化學(xué)核心素養(yǎng)“模型認(rèn)知”思維在教學(xué)中的培養(yǎng)[J].新課程，2017（10下）：24.