高考导向作用下的强化化学基本观念的教学探索

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  【摘要】鉴于高考的考核导向与化学学科的学习意义,在高三元素化合物复习中,以具体的元素化合物知识为载体,强化分类观、转化观、微粒观、实验观等化学基本观念的教学,从而提高学生头脑中知识的概括性水平,提升学生的思维品质与能力。
  【关键词】化学基本观念 分类观 转化观 微粒观 实验观 高三元素化合物复习
  【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)03-0030-03
  化学学科是从一个特殊的角度来引导人们认识物质世界的,这个特殊的视角就是从原子、分子层次上认识物质的组成、结构、性质和变化规律,用宏观、微观相联系的思维方式来考察周围物质世界的现象和变化。高中化学课程标准对"知识与技能"目标提出的要求:"了解化学科学发展的主要线索,理解基本的化学概念和原理,认识化学现象的本质,理解化学变化的基本规律,形成有关化学科学的基本观念。"显然,新课程标准把构建化学基本观念作为一种教育理念或目标予以倡导。
  一、化学基本观念教学的内涵
  化学基本观念是学生通过化学课程的学习,所形成的从化学的视角认识事物、解决问题的思想、观点和方法,即植根于学生头脑中的化学基本观念。化学基本观念是对具体知识的概括提升,具有超越事实的迁移价值;化学基本观念是学生基于自己的认知基础,对化学学科的深刻理解,是学生深入思考和内心体验的结果,它影响着学生分析和解决实际问题的思维方式和价值取向。
  山东师范大学毕华林教授对化学基本观念作如下分类:属于知识类基本观念有元素观、变化观、微粒观;属于方法类基本观念有分类观、计量观、实验观;属于情意类基本观念有化学价值观。与元素化合物知识相关的化学基本观念主要有微粒观、分类观、转化观、实验观等。
  学生学习高中化学的过程中获得的最有价值的东西不是具体的化学知识,而是通过对具体化学知识的学习所养成的化学头脑和化学意识,它表现为学生能够自觉运用化学科学的观点、思路和方法去认识物质及其变化、去分析问题和解决问题。因此,化学基本观念教学,就是以培养学生的化学基本观念为目标的化学教学,即主要围绕学生化学基本观念如何构建而展开的教学活动。
  二、高考试题中化学基本观念的渗透
  在中学阶段,化学基本观念渗透在化学知识的学习中,也渗透在高考的试题中。分析近三年浙江省理科综合考试中的化学试题,许多试题在考查化学知识的同时,巧妙地融入了化学基本观念的考查。以2012年浙江省理科综合考试中的化学试题为例(见表1)
  表1 试题中渗透的化学基本观念
  试题序号 试题基本知识内容 化学基本观念
  9 无机推断题:微粒半径比较;
  元素形成的化合物沸点比较;
  化合物中微粒数判断。 微粒观、守恒观
  13 物质组成推断
  (结合实验操作流程和现象): 元素观、
  CO32-、SO32-、Mg2+、Al3+、
  SIO32-等离子性质。 转化观、守恒观
  26 以CuCl2·2H2O晶体无水 实验观、
  CuCl2的制备、纯度测定为载体, 计量观、
  考核沉淀溶解平衡、盐类水解、 化学价值观
  氧化还原知识、考察化学用语的表达。
  化学高考试题可以带给我们这样的启示:化学基本观念并不是单独存在的,它总是寓于具体的化学知识当中,并通过它们表现出来。而具体化学知识也因承载和凸显化学基本观念而体现自身价值。若缺乏化学基本观念的支撑,具体化学知识就会缺乏内在联系与生命活力。
  三、强化化学基本观念的高三元素化合物复习策略
  元素化合物知识的特点是"形散而神不散"。形散,是指元素形成的单质和化合物种类很多,这部分知识零碎、散乱、多样、繁杂,复习时似乎无章可循。但元素化合物知识具有内在的化学基本观念,如物质微粒观、分类观、转化观等,这些基本观念就是元素化合物知识的"神"。在高三复习中教师要引导学生找到元素化合物的"神",即把强化化学基本观念的意识贯穿于每一节课。
  从认识论角度来说,要形成化学基本观念,必须经历学习具体知识、掌握化学思想和方法、形成完善的化学认知结构的过程,这个过程可作如下表述:
  1、定性定量相结合,量化微粒观
  宏观与微观的联系是化学不同于其他学科的特点,也是化学学科最具特征的思维方式。化学微粒观浅层次的内涵是指能从微粒种类的角度认识物质的组成,深层次的内涵是指从微粒间相互作用的角度认识物质的变化。对高三学生而言,物质微粒观的内涵必须由了解物质的微粒组成提升到从构成物质的微粒之间的相互作用方式以及相互作用剧烈程度的角度去理解和认识物质变化规律。
  【教学实例】学生在遇到"二氧化硫气体通入氯化钡溶液中,有何现象",通常都会做出错误的回答:"产生白色沉淀。"他们认为在二氧化硫的水溶液中存在亚硫酸根离子,钡离子与亚硫酸根离子结合产生亚硫酸钡沉淀。如何帮助学生建立正确思维方式?
  【教师问题设计】
  ①请写出亚硫酸的电离方程式
  ②溶液中有哪些微粒?浓度大小关系如何?
  【信息:常温下H2SO3 Ka1 = 1.2×10 -2 Ka2= 6.3×10 -8 】
  ③为什么二氧化硫气体通入氯化钡溶液中没有看到生成沉淀?
  ④再加入下列哪些试剂可以使该体系中产生亚硫酸钡沉淀?
  A、 NaOH溶液 B、 氨气 C、 氯气 D、 NaHCO3溶液
  【设计意图】高三复习阶段应将化学微粒观由定性升华为定量,不仅能定性判断存微粒的种类,还要能结合已学知识定量分析微粒的多少(浓度的大小)。以上的4个问题都是基于强化定量的微粒观而展开的。设计问题①②的目的是让学生明确问题的关键:SO32-虽然存在,但是H2SO3的第二步电离程度很弱,SO32-的浓度很小,因此不能达到产生BaSO3的浓度。问题④仍旧围绕量化的微粒观展开,只要通过平衡移动增大溶液中SO32-的浓度,那么能产生BaSO3沉淀。   在量化的微粒观的指导下,学生学会了正确的思维方式:微粒间能否发生作用不仅取决于微粒的种类,还取决于一定体积内微粒的数量。对于"CO2通入氯化钙溶液中不能产生沉淀的原因是什么",学生自然也能认识到问题的本质了。
  微粒观反映了人们对宏观物质的微观结构的空间想象能力,这种想象不是凭空臆测的,而是根据已有的科学理论、事实以及观察到的现象作出的科学推论。
  2、多种表征方式运用,强化分类观、转化观
  物质分类观是指人们在学习、研究形形色色的化学物质及其变化时,按照一定的规则将对象的多样性和复杂性转化为系统性和规律性的思维倾向。物质世界的复杂性和多样性,决定了人们不可能对所有物质和反应逐一研究。如果对物质进行科学的分类,再分门别类地研究它们的组成、结构、性质,就容易发现规律,把握物质的本质属性和内在联系。分类方法是化学研究的一种重要方法。
  【教学实例】学生在复习元素化合物时遇到的一大困难就是物质的种类多,转化关系多,很难在脑海中自主构建物质转化关系网络。笔者以铁及其化合物的高三复习课为例,来体现教师强化物质分类观、物质转化观的教学策略。
  【教师问题设计】
  ①请写出典型的含铁元素的物质
  ②请对上述含铁元素的物质进行分类。(还有其它的分类方法吗?)
  ③请找出合适的物质,实现不同价态的铁的微粒之间的转化。
  【设计意图】问题①激活学生已有的知识,为问题②明确分类范畴,问题②考核学生的分类观。学生首先回忆起初中化学的分类方法,按照单质、氧化物、盐、氢氧化物即物质组成的角度进行分类。问题②"还有其它分类方法吗"将引导学生从化合价的角度对这些物质进行分类,从氧化还原的角度理解这些物质之间的转化。
  建构主义学习观认为:如果学生对复杂的教学内容只能获得一种模型、一种理解方式,那么当他们把这种单一的表征方式运用于不同的情境时,他们常常是简单化的。因此需要从不同的角度来解释教学内容,使学生获得多种表征方式,从而深化他们的理解。在复习元素化合物时,要引导学生树立从物质组成和元素价态两个角度对物质进行分类的思维方式,并归纳出转化关系。如:铁及其化合物的转化关系可归纳如图1:
  这种模型图的优点是能够让学生清晰有条理的列举该元素典型的单质及化合物,明确该元素典型的价态分类,从而能从复分解反应和氧化还原反应两个角度去思考物质之间的转化。为体现大多数转化的实质即价态的变化,又可提炼为如图2,从图2中可以清晰的传达一种实现物质转化的思想:同种元素不同价态的微粒间的相互转化,一般先分析价态的变化特征,然后再去寻找合适的氧化剂或还原剂。这就是从化学的视角理解众多化学反应的方法,即使多年后学生忘记了具体的物质性质,但是他不会忘记分析物质转化的方法。
  3、协商合作交流,完善实验观
  实验观是指认识到化学实验的重要性,能用科学严谨的态度系统设计实验,用安全环保的方式操作实验,全面细致的观察、记录、解释实验现象的能力。实验是化学的灵魂,而实验观却是化学基本观念中最难以完善的一种。实验观的完善,不仅基于扎实的知识功底,还基于缜密且敏捷的思维,因此实验观的形成与完善是高级的复杂的心理活动的结果。
  建构主义者维果茨基认为:高级心理过程的发展需要经过社会协商和相互作用,所以学习中的合作备受重视。因此,在高三课堂教学中学生之间、师生之间的协商合作交流,是完善实验观的重要手段。
  【教学实例】在高三元素化合物教学中,每当遇到比较复杂的实验情境时,学生经常会发生思维的撞击。例如:
  已知某品牌墨粉的成分如下:Fe3O4晶体粉粒:占20-30% ,其余为不溶于水,且不与酸碱反应的有机成分等。预测定墨粉中Fe3O4晶体的含量,设计实验流程如下:
  问题:①试剂1成分是什么?如何判断恰好反应完全?
  ②试剂2成分是什么?如何判断恰好反应完全?
  答题情况:90%的学生给出错误答案,认为试剂①是H2O2溶液
  【教学环节】①教师组织讨论:"请说出你选择这种试剂的理由。"
  ②学生交流讨论。
  ③学生代表发言。
  ④教师组织总结:"定量测定实验要特别关注什么问题?
  坚持选择H2O2溶液的学生代表发言:"试剂1的作用是作为氧化剂,将+2价铁氧化为+3价铁,H2O2作氧化剂的优点是被还原后生成的产物为水,不带入杂质。我们高一高二的时候就都是这样考虑的,从来没错过。"
  反对选择H2O2溶液的同学发言:"若选择H2O2溶液,则双氧水加过量了无法根据实验现象加以判断。而双氧水过量的话,则会氧化碘离子生成更多的碘单质,对Fe3O4的定量检测产生影响。所以,试剂1应该选择酸性KMnO4溶液,若加过多了,马上就能显示出紫红色溶液。"
  两类代表性的观点在课堂中交锋都得以充分的表达,孰是孰非,已无需教师再下结论,那些本来思虑不周全的同学在他人的启发下都有所收获,从而完善自己的实验观。
  【设计意图】面对实验问题,学生在基础知识和思维的严密性上存在漏洞是非常普遍的现象。采用协商交流讨论的教学模式比教师的"一言堂"能更有效的帮助学生完善实验观:①学生之间的交流能够弥补教师一言堂的不足,避免学生被动的听讲;②能调动学生的参与积极性,给学生展示各种观点的机会,并能通过各种观点的比较修正并完善自己的观点,从而使基础知识更扎实,思维更缜密。
  协商交流讨论式的教学模式特别适用于实验教学,当然教师的引导作用也是不可忽略的:对于定量测定实验,要引导学生关注产生误差的因素,要关注试剂用量对后续试验的影响;对于成分检验实验,要引导学生考虑具体操作对实验现象明显性的影响,比如检验NH4+ 要"加热",要用"湿润"的红石蕊试纸……教师指明关注的大方向,学生们在前进的道路上合作探索,这样的教学模式才能使学生构建自己的实验观,并在借鉴他人智慧的基础上完善实验观。
  新课程倡导"以学生的发展为本",化学学科对每个学生的发展价值就在于培养学生从化学的视角认识、改造丰富多彩的物质世界的方法和能力,高考也正是以化学的学科价值为导向考查学生的学科能力。
  参考文献:
  1.浙江省普通高考考试说明[M].浙江省教育考试院. 2013
  2.皮连生. 教育心理学[M]. 2010
  3.卢巍.对化学基本观念及"观念建构"教学的认识[J].当代教育科学,2010,(18):63
  4.曾国琼.以"元素化合物物"知识为载体培养学生化学基本观念[J].中学化学教学参考,2013,(1-2):5-9
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