三角模型圖在“物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化”復(fù)習(xí)中的應(yīng)用

劉永茂 李少坤

摘要： 提出以變化觀、元素觀和分類觀等核心觀念建構(gòu)理念為指導(dǎo)，以“三角模型”為媒介，以認(rèn)識模型、建立模型、拓展模型、模型應(yīng)用等教學(xué)活動為主線，培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知能力，以此理解和掌握單質(zhì)、氧化物及酸堿鹽之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，突破物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化復(fù)習(xí)教學(xué)難點。

關(guān)鍵詞： 物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化; 初中化學(xué)教學(xué); 觀念建構(gòu)

文章編號： 10056629（2020）10008905

中圖分類號： G633.8

文獻標(biāo)識碼： B

1 研究背景

單質(zhì)、氧化物和酸堿鹽知識是初中化學(xué)核心知識之一，物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化與推斷是中考常見題型和考查重點。由于涉及的物質(zhì)多、性質(zhì)多、變化多，在以框圖的形式考查學(xué)生對物質(zhì)的性質(zhì)與變化掌握情況時，學(xué)生往往顯得力不從心，因而物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化等知識內(nèi)容成為教學(xué)的重點和難點。

宋心琦教授認(rèn)為，中學(xué)化學(xué)教學(xué)能夠使學(xué)生終身受益的，是影響他們思維方式和問題解決能力的具有化學(xué)特點的認(rèn)識論和方法論。學(xué)生能否牢固地、準(zhǔn)確地、哪怕只是定性地建立起基本的化學(xué)觀念應(yīng)當(dāng)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的第一目標(biāo)[1]。畢華林教授認(rèn)為在促進“觀念建構(gòu)”的化學(xué)教學(xué)中，教師所采取的每項策略都要指向是否有利于增進學(xué)生對化學(xué)學(xué)科特征和本質(zhì)規(guī)律的認(rèn)識，是否有利于激發(fā)學(xué)生高水平的思維活動，是否有利于學(xué)生將具體知識中的化學(xué)思想、觀點、方法等抽象出來，形成對化學(xué)基本觀念的“基本理解”[2]。王磊教授指出以觀念建構(gòu)為本的教學(xué)策略設(shè)計應(yīng)包括以觀念建構(gòu)為目的的情境設(shè)計、問題設(shè)計、小組活動設(shè)計和反思策略4個方面的內(nèi)容[3]。

培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”能力，提升學(xué)生將元素化合物知識關(guān)聯(lián)化、網(wǎng)絡(luò)化的能力，能有效突破元素化合物知識的教學(xué)難點。初中涉及的元素化合物之間的性質(zhì)關(guān)系是化學(xué)變化的體現(xiàn)，且化學(xué)變化中元素的種類不變。這些性質(zhì)關(guān)系通常能以三角模型來呈現(xiàn)，且種類繁多，但類別比較清晰，如碳三角、氧三角、酸三角、堿三角等。結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗和研究，筆者以變化觀、元素觀和分類觀等核心觀念建構(gòu)理念為指導(dǎo)，以“三角模型”為媒介，以認(rèn)識模型、建立模型、拓展模型、模型應(yīng)用等教學(xué)活動為主線，培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知能力，以此突破物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化復(fù)習(xí)教學(xué)難點，取得了良好的教學(xué)效果。

2 三角模型運用于“物質(zhì)間相互轉(zhuǎn)化”復(fù)習(xí)教學(xué)的設(shè)計流程

2.1 第一階段： 認(rèn)識模型，激發(fā)建模意識

基于變化觀和元素觀思想設(shè)計問題情境，以問題解決為核心，以圖形框架為載體，以關(guān)鍵信息（包括條件、組成、性質(zhì)、現(xiàn)象、用途、分類、圖形關(guān)系等）為線索，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中，形成將元素化合物知識關(guān)聯(lián)化、網(wǎng)絡(luò)化的意識，體會三角模型在歸納知識、提升思維和方法上的作用，激發(fā)學(xué)生建立模型復(fù)習(xí)物質(zhì)轉(zhuǎn)化知識的意識。

問題1 甲、乙、丙三種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系，見圖1（“→”表示反應(yīng)能一步實現(xiàn)，部分反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件均已略去）。請回答下列問題：

A. 若乙和丙為組成元素相同的氣體，則甲也可能是氣體

B. 若乙是初中階段最常用的溶劑，丙是單質(zhì)，則甲一定是硫酸

C. 若甲是純堿，乙是一種氣體肥料，則丙一定是碳酸鈣

D. 若甲、乙、丙含同種元素，乙是紅色金屬，則甲、乙、丙可能屬于不同類別的物質(zhì)

E. 物質(zhì)甲、乙、丙一定不能都是單質(zhì)

解析： 通過對例1的學(xué)習(xí)可知，A中甲可以為碳和氧氣，B中丙可能是氧氣，甲是過氧化氫，

乙是水;或者B中丙可能是氫氣，甲是鹽酸或硫酸，乙是水。

C中丙可以為碳酸鈣或碳酸鋇。D中乙為銅，則甲和丙可分別為氧化銅與硝酸銅。E涉及的物質(zhì)都是單質(zhì)，所以應(yīng)從不同類型的置換反應(yīng)去考慮，即可得出其中一種符合轉(zhuǎn)化關(guān)系的情況是甲為鎂，乙為鐵，丙為氫氣。故符合題意的選項是B、 C、 E。

2.2 第二階段： 歸納總結(jié)，自主建立模型

培養(yǎng)學(xué)生建立模型復(fù)習(xí)物質(zhì)轉(zhuǎn)化知識的意識是解決問題的起點，自主建立模型將元素化合物知識關(guān)聯(lián)化、網(wǎng)絡(luò)化是解決問題的關(guān)鍵。以解決上述兩個問題的經(jīng)驗為基礎(chǔ)，基于分類觀思想設(shè)計具有較強基礎(chǔ)性、開放性和誘導(dǎo)性的問題，激發(fā)學(xué)生高水平的思維活動，促進學(xué)生自主建構(gòu)三角模型，感悟模型的本質(zhì)規(guī)律，掌握建立模型的方法，實現(xiàn)潛移默化復(fù)習(xí)知識和促進學(xué)生認(rèn)識發(fā)展的目的[4]。

問題3 如設(shè)計如下三角轉(zhuǎn)化關(guān)系圖，要求學(xué)生從初中所學(xué)物質(zhì)中自主選擇符合圖中轉(zhuǎn)化關(guān)系的物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化關(guān)系寫在表1中（要求寫出盡可能多的轉(zhuǎn)化關(guān)系）。

解析： 在此過程中，教師可采用小組競賽的方式進行教學(xué)，看哪個小組學(xué)生寫的關(guān)系圖多，找出符合條件的物質(zhì)準(zhǔn)，所用時間少。寫完后，不同小組之間進行互評、說明理由并進行修改和補充，以此提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，并將學(xué)生的思維過程以顯性的方式呈現(xiàn)出來，促進學(xué)生主動建構(gòu)知識關(guān)系，學(xué)習(xí)用模型建構(gòu)知識的方法。

通過以上復(fù)習(xí)，可以引導(dǎo)學(xué)生從所含元素種類的角度，將單質(zhì)、氧化物、酸、堿和鹽中符合模型要求的常見轉(zhuǎn)化關(guān)系分類、歸納、整理出來，見表2。

2.3 第三階段： 變換圖形，拓展模型認(rèn)知

變式教學(xué)可以有效幫助學(xué)生理解學(xué)習(xí)對象的本質(zhì)屬性，建立學(xué)習(xí)對象與已有知識的內(nèi)在合理聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性、廣闊性、靈活性和獨創(chuàng)性，促進學(xué)生進行有意義的學(xué)習(xí)[5]。通過以上學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)具備一定的模型認(rèn)知能力和利用三角模型解決問題的能力。然而許多物質(zhì)轉(zhuǎn)化類問題并不是以三角模型的形式來呈現(xiàn)的，因此采用變式教學(xué)、變換圖形，尋找變式規(guī)律，拓展學(xué)生對三角模型的認(rèn)知尤為重要。筆者采用以下兩種變式進行教學(xué)，取得了較好的效果。

（2） 若三種物質(zhì)都為堿、金屬或者氧化物，情況又如何？

解析： 在解決上述問題的過程中，學(xué)生主動回顧所學(xué)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，自主設(shè)計轉(zhuǎn)化方向，以新的三角模型圖為載體，將物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)有機整合、關(guān)聯(lián)，尋找轉(zhuǎn)化規(guī)律，拓展模型認(rèn)知能力，增強類比歸納能力，進一步深化理解知識間的內(nèi)在聯(lián)系。學(xué)生經(jīng)過討論交流，補充完善，從物質(zhì)分類的角度，整理出了如下規(guī)律，見表3。

基于前面的學(xué)習(xí)過程，還可以設(shè)置問題： 若三種物質(zhì)都鹽，情況又如何？由于這個轉(zhuǎn)化關(guān)系涉及的面比較廣，而且在問題4中已經(jīng)復(fù)習(xí)過鹽的轉(zhuǎn)化，我們可以將其作為課外活動讓學(xué)生去完成，將轉(zhuǎn)化限定在常見的鈉鹽、鈣鹽、亞鐵鹽和銅鹽等物質(zhì)范圍內(nèi)，鼓勵學(xué)生尋找模型中各種鹽的位置規(guī)律，深化對不同鹽類物質(zhì)共性與個性的理解。

2.4 第四階段： 應(yīng)用模型，內(nèi)化知識

學(xué)習(xí)過程是學(xué)生自主建構(gòu)知識的過程，創(chuàng)設(shè)陌生的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)用相應(yīng)的模型解決新問題，有利于學(xué)生內(nèi)化知識，建構(gòu)化學(xué)學(xué)科核心觀念，發(fā)展學(xué)生以變化觀、元素觀和分類觀統(tǒng)領(lǐng)元素化合物知識的認(rèn)識方式和解決問題的能力[6];有利于學(xué)生體會模型法在復(fù)習(xí)物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)中的作用，提升模型認(rèn)知能力;有利于學(xué)生在實踐過程中反思、總結(jié)、歸納適合自身認(rèn)知特點的學(xué)習(xí)方法模型，促進學(xué)生學(xué)習(xí)策略的養(yǎng)成，提升學(xué)習(xí)效率;便于教師評測學(xué)生對知識、方法的掌握情況。設(shè)計的應(yīng)用情境如下。

[知識應(yīng)用1]A～F是初中化學(xué)常見的物質(zhì)，見圖5。按單質(zhì)、氧化物、酸、堿、鹽分類，A、 B、 C、 D、 E是五種不同類別的物質(zhì)，F(xiàn)是大理石的主要成分。圖中“—”表示相連的兩種物質(zhì)之間可以發(fā)生反應(yīng)，“→”表示物質(zhì)間存在相應(yīng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系（部分反應(yīng)物、生成物及反應(yīng)條件已略去）。請回答：

解析： 由于F為碳酸鈣，則能與F反應(yīng)的E物質(zhì)為酸，從整體圖形中拆解出學(xué)生已熟知的三角模型圖（見圖6），便可確定A和D分別為水和氫氣。又由于A、 B、 C、 D、 E是五種不同類別的物質(zhì)，A、 D、 E分別為氧化物、單質(zhì)和酸，余下B和C應(yīng)為堿和鹽，而水又可以和氫氧化鈣互轉(zhuǎn)，故可推出B為氫氧化鈣，C為碳酸鈉。

[知識應(yīng)用2]甲、乙、丙、丁四種物質(zhì)均為初中化學(xué)常見物質(zhì)，它們之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，見圖7。（“→”表示轉(zhuǎn)化關(guān)系，部分反應(yīng)物、生成物及反應(yīng)條件已略去），其中甲為初中階段最常見的溶劑。

（1） 若乙可用作補鈣劑，丁與乙物質(zhì)類別相同，則反應(yīng)丙→丁的化學(xué)方程式可能是_____。

（2） 在如圖所示轉(zhuǎn)化中，下列有關(guān)說法正確的是_______。

A. 若乙由一種元素組成，則乙可能為氫氣

B. 若乙為胃酸的主要成分，則丙和丁的物質(zhì)類別均可與乙相同

C. 若乙由三種元素組成，則乙物質(zhì)的類別可為酸、堿和鹽中任意一種

D. 丁有可能會轉(zhuǎn)化為丙

解析： （1） 乙為CaCO3，丁也為鹽類，根據(jù)對三角模型中物質(zhì)均為鹽的探究，可知“雙箭指向一物”的為硝酸鹽，則丁為Ca（NO3）2，丙可能為CaSO4或CaCl2。

（2） 若乙為氫氣，則無法完成三角轉(zhuǎn)化，故A錯誤;根據(jù)三角模型轉(zhuǎn)化規(guī)律，若乙、丙、丁均為酸，則乙一定為硫酸，丙為鹽酸，丁為硝酸，故B錯誤;從轉(zhuǎn)化生成水（甲物質(zhì)）的角度，乙可以為酸、堿、鹽中任何一種，且這三種物質(zhì)均可滿足三角轉(zhuǎn)化關(guān)系，故C正確;由前面所學(xué)模型可知，在乙、丙、丁三角轉(zhuǎn)化關(guān)系中，是可以實現(xiàn)丁轉(zhuǎn)化為丙的，如乙為氫氧化鈣，丙為碳酸鈣，丁為氯化鈣時，丁可以轉(zhuǎn)化為丙。故本小題的正確選項為C、 D。

3 結(jié)語

物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化涉及的物質(zhì)種類與性質(zhì)較多，知識的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性較強，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大，物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化類試題在中考里也經(jīng)常出現(xiàn)。在解決物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化問題過程中，需要學(xué)生熟知并有效提取知識以及它們之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系，也需要學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、思維縝密、邏輯性強。三角模型是解決此類問題的有效方法，是學(xué)生復(fù)習(xí)此類知識的有效策略，也有利于學(xué)生建構(gòu)化學(xué)學(xué)科核心觀念。如何優(yōu)化學(xué)生建構(gòu)模型的認(rèn)知過程，促進學(xué)生養(yǎng)成利用模型分析問題、解決問題的意識和習(xí)慣，幫助學(xué)生建構(gòu)新的、適用性更強的轉(zhuǎn)化模型，有效培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知策略，建構(gòu)學(xué)科核心觀念，還需要在以后的教學(xué)中作進一步的研究。

參考文獻：

[1]宋心琦， 胡美玲. 對中學(xué)化學(xué)的主要任務(wù)專論和教材改革的看法[J]. 化學(xué)教育， 2001， （9）： 9～13.

[2]畢華林， 辛本春. 促進“觀念建構(gòu)”的化學(xué)教學(xué)策略[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2011， （7）： 3～5.

[3]王磊， 張毅強， 喬敏. 觀念建構(gòu)為本的化學(xué)教學(xué)設(shè)計研究[J]. 化學(xué)教育， 2008， （6）： 7～12.

[4][6]王磊. 基于學(xué)生核心素養(yǎng)的化學(xué)學(xué)科能力研究[M]. 北京： 北京師范大學(xué)出版社， 2018： 119～120， 216， 252～257.

[5]陳權(quán)富. 高三化學(xué)復(fù)習(xí)課變式教學(xué)策略[J]. 課程教育研究， 2016， （36）： 102～103.