奧斯本檢核表法的杠桿模型在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：在奧斯本檢核表法九大類問題的引導(dǎo)下，將杠桿模型應(yīng)用于高中人教版化學(xué)必修1中的氯、鋁元素及其化合物、分散系等教學(xué)片斷中，提升了價(jià)類圖、價(jià)荷圖以及思維導(dǎo)圖的教學(xué)效果，從變化觀念到平衡思想、定性與定量相結(jié)合，探索創(chuàng)新意識(shí)與系統(tǒng)思維并重的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：奧斯本檢核表法; 杠桿模型; 價(jià)類圖; 價(jià)荷圖

文章編號(hào)：10056629（2021）11005103

中圖分類號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

化學(xué)是一門創(chuàng)造性的基礎(chǔ)科學(xué)，新課標(biāo)已將創(chuàng)新意識(shí)列為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。創(chuàng)新不能局限于發(fā)現(xiàn)或發(fā)明，也不是少數(shù)學(xué)生的專利，如何在教學(xué)中創(chuàng)新，讓廣大學(xué)生參與到創(chuàng)新中來，成為我們關(guān)注的課題。管理學(xué)大師彼得·德魯克曾說：“創(chuàng)新不需要天才，但需要訓(xùn)練;不需要靈光乍現(xiàn)，但需要遵守‘紀(jì)律。”因此，探索具體可行的創(chuàng)新教學(xué)的方法是關(guān)鍵。

奧斯本是創(chuàng)造學(xué)和創(chuàng)造工程之父。他發(fā)現(xiàn)大部分人的思維總是自覺或不自覺地沿著長(zhǎng)期形成的思維模式來看待事物。即使看出了事物的缺陷和不足，也懶于進(jìn)一步思索，難有創(chuàng)新。因此，他發(fā)明了檢核表法，引導(dǎo)個(gè)人對(duì)照九大類75個(gè)問題進(jìn)行思考，啟迪思路，開拓想象，促進(jìn)產(chǎn)生新設(shè)想、新方案。這九類問題是： 能否他用、能否借用、能否改變、能否擴(kuò)大、能否縮小、能否代替、能否變換、能否顛倒、能否組合[1]。奧斯本檢核表法引導(dǎo)我們有方向、有步驟地探索創(chuàng)新之路。

杠桿是學(xué)生熟悉的簡(jiǎn)單機(jī)械之一，公式簡(jiǎn)明。F1×L1=F2×L2（F1動(dòng)力，L1動(dòng)力臂，F(xiàn)2阻力，L2阻力臂）。杠桿模型處于學(xué)生認(rèn)知的最近發(fā)展區(qū)。我們利用奧斯本檢核表法將杠桿模型應(yīng)用于人教版化學(xué)必修1的教學(xué)中。從創(chuàng)造學(xué)方法著手，在逐項(xiàng)檢核中，促使教師與學(xué)生拓展思維。

1 能否變換

氯及其化合物的教學(xué)常使用價(jià)類圖，橫坐標(biāo)通常按照單質(zhì)、氧化物、酸、鹽的順序排列。教材是以氯氣為核心展開，但價(jià)類圖中氯氣因?yàn)轫樞蛄?xí)慣，位置只能偏居一隅，表示物質(zhì)轉(zhuǎn)化不便;且價(jià)類圖只能定性，不能定量，影響了使用的范圍與效果。

奧斯本檢核表法提示我們“能否變換”，即現(xiàn)有事物能否變換排列順序、位置。筆者變換了價(jià)類圖橫坐標(biāo)順序，按照酸、單質(zhì)、鹽的順序排列，突出了氯氣在本節(jié)的中心地位;縱坐標(biāo)限定在±1之間，刪除氧化物與更高價(jià)，簡(jiǎn)化模型，突出重難點(diǎn)，如圖1所示?；蟽r(jià)升降法配平就像杠桿公式： 升價(jià)×還原劑系數(shù)=降價(jià)×氧化劑系數(shù)，可以定量地表示變價(jià)與系數(shù)之間的關(guān)系，定量研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化。如圖中用杠桿代替箭頭表示反應(yīng)Cl2+H2OHCl+HClO，將兩種產(chǎn)物上下對(duì)稱，使n（HCl）∶n（HClO）=1∶1的定量關(guān)系直觀呈現(xiàn)，有利于方程式教學(xué)。本節(jié)重難點(diǎn)“氯氣與水或NaOH、 Ca（OH）2的反應(yīng)”，在等臂杠桿模型中凸顯共性——對(duì)稱的歧化。同理，HCl與NaClO生成Cl2的歸中反應(yīng)，離子個(gè)數(shù)比也一目了然。橫坐標(biāo)位置變換還能產(chǎn)生有益的心理暗示： 加堿向右，加酸向左。如圖1上部，HClO加堿NaOH，向右生成NaClO;反之，NaClO、 Ca（ClO）2加強(qiáng)酸，向左生成HClO;下部也類似。脫離某些習(xí)慣的舒適區(qū)往往是創(chuàng)新最難邁出的一步。變換順序，刪減坐標(biāo)，杠桿替代，簡(jiǎn)化則更易接受新知，對(duì)稱則更能體現(xiàn)美感?；瘜W(xué)是美的，但只有睿智的教學(xué)才能讓學(xué)生充分感受到。

2 能否組合

吳文中等基于氧化還原和電荷守恒思想創(chuàng)造性地提出“價(jià)荷圖”，改進(jìn)了“鋁三角”關(guān)系圖[2]，但其橫坐標(biāo)的電荷數(shù)只用來分類，錯(cuò)失了以數(shù)定量的契機(jī)。

奧斯本檢核表法啟迪我們“能否組合”，即能否進(jìn)行原理組合、形狀組合、功能組合、目的組合。筆者以含鋁微粒的電荷數(shù)為橫坐標(biāo)，化合價(jià)為縱坐標(biāo)建立價(jià)荷圖，引入杠桿模型，如圖2所示。根據(jù)電荷守恒，以Al（OH）3為支點(diǎn)，構(gòu)建第一杠桿，向左需3個(gè)H+生成Al3+，向右需1個(gè)OH-生成AlO-2。將橫坐標(biāo)代入杠桿公式： n（Al3+）×3=n（AlO-2）×1，表現(xiàn)了反應(yīng)Al3++3AlO-2+6H2O4Al（OH）3↓中反應(yīng)物的比例關(guān)系。撤去縱坐標(biāo)，杠桿即可活動(dòng)。

在這三種含鋁微粒的平衡體系中，加酸，杠桿向左傾斜，Al3+增多;反之，加堿，向右傾斜，AlO-2增多。杠桿模型動(dòng)靜皆宜。

與“鋁三角”相比，杠桿模型有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，更準(zhǔn)確地定位Al（OH）3，是Al3+和AlO-2之間的過渡，將其置于酸堿之間，形象地表現(xiàn)其兩性。其次，通過力臂定量地呈現(xiàn)酸堿比例，有利于方程式教學(xué)。最后，將Al2O3融入平衡，根據(jù)鋁守恒可將Al（OH）3替換為0.5Al2O3，性質(zhì)與反應(yīng)同理可見。

此外，若以Al為支點(diǎn)，可構(gòu)建第二杠桿。兩根杠桿比較，前者為酸堿反應(yīng)，后者為氧化還原反應(yīng)，都遵循電荷守恒，因此同樣是向左需3個(gè)H+，向右需1個(gè)OH-，左酸右堿形象地呈現(xiàn)出物質(zhì)轉(zhuǎn)化方向上的共性，便于記憶。教學(xué)反饋顯示，學(xué)生方程式書寫的正確率得以明顯提升。價(jià)荷圖添加兩根杠桿，開發(fā)出新用途，成為含鋁微粒之間轉(zhuǎn)化的全景圖，從定性走向定量;將酸堿反應(yīng)與氧化還原兩種原理組合，通過兩根杠桿組合表現(xiàn)其共性;以兩性物質(zhì)為支點(diǎn)出發(fā)，既系統(tǒng)性地把握鋁的特性，又關(guān)注方程式配平細(xì)節(jié)，可替代常見的價(jià)類圖，這是功能與目的組合。

3 能否擴(kuò)大

分散系及其分類的教學(xué)常以山水為例，如教材中“樹林中的丁達(dá)爾效應(yīng)”[3]與空氣中的塵?；蜢F氣有關(guān)，這常引發(fā)學(xué)生的疑問： 空氣是膠體還是溶液？初中講空氣中的氣體組分，未提及懸浮顆粒與云霧?？梢哉f，空氣以氮?dú)鉃榉稚?，如僅研究氣體，空氣是溶液;如還研究懸浮顆粒等，則是膠體。這是選擇對(duì)象的問題。膠體的聚沉常以江河入海口島嶼的形成為例，也會(huì)引發(fā)類似疑問： 江河是溶液、膠體還是濁液？且不說長(zhǎng)江、黃河的差別，哪怕是同一河流，水質(zhì)受河段、天氣、季節(jié)等多因素影響差異很大，也無法分類。

參觀農(nóng)夫山泉水處理車間時(shí)，標(biāo)牌寫道：“源水取自新安江大壩內(nèi)70米以下深處，經(jīng)過砂濾、炭濾、百級(jí)膜、十萬(wàn)級(jí)膜……處理。”學(xué)生又問：“源水是溶液還是膠體？”新安江大壩正常蓄水位108米，水庫(kù)水相對(duì)靜止，水質(zhì)較穩(wěn)定。表層水有浮游生物、雜物與塵埃;底層水富含泥沙與生物，都含濁液;70米以下是中段偏下的水層，應(yīng)以溶液與膠體為主。十萬(wàn)級(jí)膜的孔徑可達(dá)十萬(wàn)分之一毫米，即10-8米，處在膠體微粒直徑范圍，可過濾大部分膠體微粒，避免瓶裝飲用水因膠體聚沉造成渾濁。

學(xué)生參觀發(fā)現(xiàn)河流湖泊水大都是溶液、膠體、濁液共存，在自然界這樣的共存很普遍。原來困擾于分類，其根源在于我們單一的認(rèn)知與簡(jiǎn)單的強(qiáng)化，導(dǎo)致系統(tǒng)思維的缺失。在樹狀分類法教學(xué)中，我們常不斷地追問：“下一級(jí)分類是什么？”常用思維導(dǎo)圖逐級(jí)呈現(xiàn)。思維導(dǎo)圖是發(fā)散思維的工具，一味使用易造成知識(shí)碎片化。在作業(yè)的強(qiáng)化下，學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)集中在具體物質(zhì)的分類上。如Fe（OH）3膠體制備實(shí)驗(yàn)，往往片面強(qiáng)調(diào)膠體，而極少關(guān)注反應(yīng)前FeCl3飽和溶液其實(shí)就有丁達(dá)爾效應(yīng)，瓶壁甚至有沉淀;反應(yīng)后FeCl3、 HCl溶液與膠體共存，即使有HCl逸出，也是極少量[4];膠體久置易渾濁。氫氧化鐵膠體制備前后都是溶液、膠體、濁液共存。這種系統(tǒng)思維的形成，需要我們走出去、站高處、看全局。

奧斯本檢核表法為系統(tǒng)思維提供了操作方法，提示我們能否擴(kuò)大適用范圍，增加使用功能。在樹狀分類法的思維導(dǎo)圖中只需添加一根杠桿，即可將溶液、膠體、濁液聯(lián)系在一起。如圖3所示，杠桿平衡表示三種分散系共存;傾斜表示在特定條件下側(cè)重表現(xiàn)某一種的特點(diǎn);運(yùn)動(dòng)則是三者轉(zhuǎn)化。如膠體可由溶液或濁液為原料制備，而溶液與濁液又以膠體為過渡相互轉(zhuǎn)化。杠桿模型于動(dòng)靜間更顯直觀，給涇渭分明的樹狀分類法注入了活力，讓學(xué)生不再錙銖必較，而以平和的心態(tài)，聯(lián)系與轉(zhuǎn)化地思考分析。杠桿模型幫助學(xué)生分類而不割裂，發(fā)散思維探微，系統(tǒng)思維平衡，既見樹木，也見森林。

4 結(jié)語(yǔ)

在學(xué)生逐步形成化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的道路上，奧斯本檢核表法為培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)搭建了切實(shí)可行的階梯。模型是認(rèn)知過去的腳手架，不是對(duì)想象未來的禁錮。奧斯本說：“想象力是人類能力的試金石?！备軛U模型自阿基米德至今，一直給人類美好的想象空間，在高中化學(xué)教學(xué)中可以廣泛地應(yīng)用。杠桿模型應(yīng)用于氯、鋁元素及其化合物、分散系的概念與應(yīng)用，改進(jìn)了傳統(tǒng)的價(jià)類圖與新生的價(jià)荷圖，將系統(tǒng)思維注入各種思維導(dǎo)圖中。從變化觀念到平衡思想，讓知識(shí)直觀易懂，讓創(chuàng)新落地生根。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔邑誠(chéng). 用奧斯本檢核表法實(shí)行創(chuàng)新型教學(xué)[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2012，（1）： 23～25.

[2]吳文中， 羅一芳. 基于“價(jià)荷圖”探究雙銅電極電解氫氧化鈉溶液實(shí)驗(yàn)[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2021，（2）： 31～34.

[3]王晶主編. 普通高中教科書·化學(xué)（必修第一冊(cè)）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2019： 6～9.

[4]嚴(yán)宣申. 制備氫氧化鐵膠體[J]. 化學(xué)教育， 2006，（8）： 33.