巧用图表突破概念教学难点

李少坤

摘要：初三“溶液”单元化学概念较多，学生难以理解概念的核心要素和概念之间隐含的逻辑联系。巧用图表促进学生厘清饱和溶液与浓溶液之间的关系，理解饱和溶液与不饱和溶液的转化方法以及结晶方法，理解溶解度与溶质质量分数之间的关系，以及构建本单元概念之间的逻辑联系，增强对单元概念的整体认知。

关键词：化学概念；图表；溶液单元；复习课

文章编号：1005–6629（2017）12–0047–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 研究背景

化学概念是将化学现象和事实经过分析、比较、抽象、概括等方法加工整理出来的理性知识，是已经剥离了表象的一种高级思维形态，反映着化学现象及事物的本质属性，是化学学科知识体系的基础，也是化学教学的核心内容[1]。

由于以下几点原因，初中学生对理解化学概念存在普遍困难[2]。一是学生的思维发展水平处于由具体形象思维向逻辑抽象思维、从经验型向理论型过渡的时期；二是学生往往采用死记硬背和练习巩固的方式学习化学概念，没有从本质上理解概念的核心要素；三是部分教师没有注意概念之间隐含的逻辑联系，没有将概念知识网络化。因此，化学概念是初中教学的难点之一，采用何种有效的方法或策略突破化学概念教学，成为教师进行概念教学设计时关注的重点问题。

2 “溶液”单元教学策略的确立

2.1 “溶液”单元的概念构成及教学中存在的问题

人教版实验教科书九年级《化学》第九单元“溶液”涉及较多的概念，内容丰富，关联复杂，具体的概念[3]及相互关系（如箭头所示）见图1。

在平时的教学中，笔者通过课堂观察和作业反馈发现部分学生对本单元的学习存在以下问题：一是没有厘清饱和溶液和浓溶液之间的关系，认为饱和溶液就是浓溶液；二是对某些概念的核心要素理解不透，导致不能准确理解饱和溶液与不饱和溶液的转化、结晶的方法等；三是不能准确把握溶液单元的概念之间量的變化关系，如将硝酸钾不饱和溶液转化成饱和溶液至有固体不溶时，溶解度、溶质质量、溶液质量、溶质质量分数的变化情况等。

笔者在2016年4月“国培计划”湖北省级团队骨干授课活动中，讲授了以“溶液”为主题的单元复习课，巧用图表有效突破了本单元概念教学的难点。

2.2 图表在“溶液”教学中的作用

帮助学生掌握概念的教学策略有概念关系图、直角坐标图和表格对比法等[4，5]。概念关系图是以知识之间的逻辑联系为核心，以发散思维的方式展开联想，帮助学生形成具有一定范畴和层级关系的知识网络结构图。直角坐标图是以“质点的运动变化过程”为核心，以数形结合为载体，帮助学生理解某一变化过程中引起量变情况的本质原因。表格对比法是以寻找概念或原理之间的相同点和相异点为基础，直观呈现概念的相关要素，通过辨析促进对概念和原理的理解。

在明确学生学习溶液概念时存在的问题，深入分析问题成因和概念教学策略的基础上，笔者采用直观的表格信息对比、直角坐标图中质点的运动变化、形象感性的图形等效变化等教学策略，促进学生理解概念的核心要素以及概念之间的关系，完善学生的认知结构，优化认知策略，以此形成对本单元概念的整体认知，最终达到有效建构“溶液”单元概念知识的目的。

3 利用图表的“溶液”单元教学设计及说明

3.1 促进学生厘清饱和溶液和浓溶液之间的关系

通过对本单元的学习，学生知道浓溶液是在一定质量的溶剂中溶解较多质量的溶质得到的溶液，饱和溶液是在一定条件下不能再溶解该溶质的溶液。学生往往在没有厘清饱和溶液和浓溶液之间的关系的情况下，认为饱和溶液就是浓溶液。为促进学生正确理解这两个概念之间的关系，笔者设计了如下教学过程。

问题情境：根据信息将表格填写完整，见表1（斜体字部分的内容为答案）。

引导学生根据信息分析氢氧化钙、硝酸钾充分溶解后，所得溶液是否为饱和溶液，是浓溶液还是稀溶液，并进一步分析饱和溶液与浓、稀溶液之间的关系。对比分析表格中的数据，学生得出结论是：饱和溶液、不饱和溶液都可能是浓溶液，也可能是稀溶液，但是在相同温度下，同种溶质的饱和溶液一定比它的不饱和溶液要浓。

接下来展示如下图形（见图2）。其中A表示在一定温度下浓的饱和溶液；B表示在一定温度下稀的饱和溶液；C表示在一定温度下稀的不饱和溶液；D表示在一定温度下浓的不饱和溶液。

显然，对表格数据进行对比分析，能有效促进学生厘清饱和溶液和浓溶液之间的关系，借鉴数学中的集合图形来描述有关化学概念之间的逻辑关系，则能更加直观形象地呈现出相似化学概念之间的区别与联系[6]。

3.2 强化对“溶液”单元概念核心要素的理解

3.2.1 促进学生理解饱和溶液与不饱和溶液的转化方法

为了促进学生理解饱和溶液与不饱和溶液转化方法的本质原因，形成科学合理的认知结构，笔者设计了如下教学过程。

首先引导学生回顾制作溶解度曲线的原理和方法，以及溶解度曲线包含的显性和隐性信息，然后创设问题情境，以数形结合的方式，分析坐标系中质点的运动变化规律，以及图形等效变化突破饱和溶液与不饱和溶液的转化方法这个教学难点。

问题情境：这是在一定温度下，处于A点的不饱和硝酸钾溶液，可以采用哪些方法使其转化成饱和溶液？转化过程中A点如何移动？（见图3）endprint

引导学生分析思考：曲线上的点表示饱和状态，要使处于A点的不饱和溶液转化成饱和溶液，只需采取一定的操作使A点移动到曲线上即可。通过引导，学生很容易理解在温度不变的情况下，向溶液中加入硝酸钾，使溶质的质量增加，此时溶液的温度不变，故A点竖直向上运动，直至移动到曲线上的B点，转化成饱和溶液；或者降低温度，此时溶液中溶质和溶剂的质量都不变，故A点水平往左向靠近溶解度曲线的方向移动（或A点向减小溶解度的方向移动），直至移动到曲线上的C点，转化成饱和溶液。

对于蒸发溶剂使硝酸钾不饱和溶液转化成饱和溶液，无法用上述图像中的“质点移动”来呈现其变化过程。接下来采用图形等效变化，以另一种直观图形来解决此问题，见图4。

在学生充分理解溶解度曲线含义的基础上，利用直观易懂的“图像中的质点移动”和“图形等效变化”等动态变化分析法，能有效促进学生理解不饱和溶液与饱和溶液转化方法的本质原因，也有助于学生将难以理解的化学概念转化为直观易懂的视觉信息，并将其转换成有意义的形式后进入自身信息编码系统[7]，并重新建构原有的知识结构，形成对饱和溶液概念的整体认知，达到有效学习化学概念的目的。

3.2.2 促进学生理解结晶方法

通过新授课学习，学生知道蒸发结晶和降温结晶这两种结晶方法，将氯化钠或硝酸钾的饱和溶液蒸发溶剂或者降低温度时，都会有晶体析出。教师在授课时大多数采用直接讲授或实验演示的方式告诉学生结晶方法：氯化钠应采用蒸发结晶，硝酸钾应采用降温结晶。但由于学生没有理解结晶方法内在的本质原因，故在学习过程中产生了迷思现象，做题时只会按教师讲授的方法生搬硬套，在结晶方法的选择问题上，经常出现错误，在描述用结晶法提纯物质的实验操作过程时，总感觉力不从心。

为了促进学生理解选择结晶方法的本质原因，笔者以计算表格数据，对比揭示本质原因，根據图像总结规律的方式开展教学，设计的教学过程如下。

问题情境1：氯化钠和硝酸钾在不同温度下的溶解度，见表2。现有分别用100g水配制成温度为100℃的氯化钠饱和溶液与硝酸钾饱和溶液。以上两种饱和溶液，可采用哪些方法得到晶体？并说明理由。

引导学生根据饱和溶液和溶解度的概念，分析从上述两种溶液中得到晶体的方法，初步理解蒸发结晶和降温结晶的原理。

问题情境2：若均采用降温结晶的方法，分别将上述溶液从100℃降低温度至20℃，分析两种溶液中析出晶体的质量各是多少？根据计算结果分析两种溶液最佳的结晶方法是什么？并将表格填写完整（斜体字的内容为对应的答案），见表3。

通过定量计算和对直观数据进行对比分析，达到了促进学生理解结晶方法的本质原因，达到对结晶方法科学认知的目的。

然后在回顾不同物质的溶解度随温度变化情况的基础上，寻找不同物质的溶解度随温度变化的特征，通过归纳总结特征中的相似性和规律，采用特征分类的方式，促进学生生成从个别物质到一类物质结晶方法的新认知图式——常见的结晶方法有三种，结晶的方法由该物质的溶解度随温度变化的情况来决定。即溶解度受温度变化影响不大，溶解度曲线较平缓的这类物质适宜采用蒸发结晶的方法；溶解度受温度变化影响较大，溶解度曲线较陡的这类物质适宜采用降温结晶的方法；溶解度受温度变化影响较大，且温度越高溶解度越小的这类物质适宜采用升温结晶的方法。具体图像和规律见图5。

通过将固体物质的溶解度曲线与适宜的结晶方法有机整合，学生在掌握结晶方法的同时，还能体验从个别到一般，从个性到规律，从共性到分类研究概念或物质性质的方法，体验基于思维发展的学习方式，为今后形成有效的学习方法打下良好的心理基础。

3.2.3 促进学生理解溶解度与溶质质量分数之间的关系

溶质的质量分数是指在一定质量的溶液中溶质质量所占的分数，此溶液可以是饱和溶液，也可以是不饱和溶液，学生可以通过溶剂的质量和溶解的溶质质量进行相关计算。溶解度是指在一定温度下，100g溶剂中，溶液达到饱和状态时，溶解的溶质质量。因此溶解度与溶质的质量分数之间存在着隐性的逻辑联系，若教师采用的教学方式和策略不当，学生便难以理解两者之间的关系，使之成为本单元的另一个教学难点。如何有效解决此问题是教师在单元设计中必须认真思考的问题。

笔者结合饱和溶液、溶解度和溶质质量分数概念的组成要素，利用简洁直观的图像表征形式，突破了此教学难点。具体活动过程如下。

问题情境：20℃时，氯化钠的溶解度为36.0g。在此温度下，将一定质量的氯化钠分多次加入到100g水中，边加边振荡，所得溶液的溶质质量分数如何变化？并用图像表示此过程中相关量的变化情况。

引导学生展开分析：溶液达到饱和状态之前，加入的氯化钠完全溶于水，溶质的质量分数不断增加；溶液达到饱和状态以后，加入的氯化钠不再溶解，溶质的质量分数达到最大值，即使继续加入氯化钠，溶质的质量分数也不再改变。图像变化情况见图6。

在此教学活动过程中，学生自发调用已有认知结构中饱和溶液、溶质质量分数和溶解度的概念，结合图像直观表征上述动态变化过程，并将这些概念有机整合，自主生成溶解度与溶质质量分数之间隐性关系的认知，形成新的认知图式。endprint

3.3 構建本单元概念之间的逻辑联系，增强对单元概念的整体认知

学习概念的过程中，将相互关联的知识有机地组织起来构成完整的信息系统，并以此形式对知识进行表征，其内在联系越紧密，结构化程度就越高，认知图式就会给予信息更多的关注，进而对信息进行加工，形成新的整体认知图式，最终达到提升学习效率的目的。为实现此目标，笔者以3.2.1中图3案例为基础，设计了如下问题情境。

问题情境：分别采用加溶质、降低温度、恒温蒸发溶剂的方法，使处于A点的硝酸钾不饱和溶液转化成饱和溶液，直至有固体不溶物的过程中，硝酸钾的溶解度、溶质的质量、溶剂的质量、溶液的质量和溶质的质量分数变化情况如何？具体内容见表4（表格中斜体字为对应的答案）。

在解决问题的过程中，学生自主利用本单元所有重要的概念和概念之间的相互联系，通过分析、推理和知识应用，建构了对本单元概念的整体认知。在对所有答案进行综合分析的过程中，学生又形成了新的认知：溶质的质量分数与溶剂质量及溶解的溶质质量有关；物质的溶解度越大，其饱和溶液的溶质质量分数也越大；溶解度随温度降低而减小的物质，其饱和溶液降低温度后，对应的点沿曲线向下运动，溶液中有晶体析出，剩余饱和溶液的溶质质量分数逐渐降低；饱和溶液恒温蒸发溶剂后，有晶体析出，剩余溶液依然是该温度下的饱和溶液，溶质的质量分数不变。

当学生对本单元的概念形成整体认知以后，采用变式练习，对习得的知识和方法进行运用、巩固和提升。例如向硝酸钾饱和溶液中加入硝酸钾、加水或将溶液升高温度后（不考虑水蒸发），其溶解度等相关量又如何变化？

4 展望

综上所述，运用图表进行概念教学能降低学生理解概念的难度；能促进学生整体建构概念之间的逻辑关系，使知识网络化、系统化；能促进学生有效提取、迁移和应用知识；能优化学生的学习方式和学习策略，促进学生建构有效的认知方式，形成新的认知图示，达到事半功倍的学习效果。

与此同时，我们也应该注意到不同的化学概念有不同的认知图式，不同的图表有不同的建构方法和策略，但是在促进学生深刻理解、灵活运用概念这一点上的作用是相同的。在化学概念教学中，如何帮助学生有效厘清化学概念的属性和相互联系，采用何种表征形式更有利于学生理解和掌握化学概念，如何科学创设问题情境有效促使学生养成主动建构化学概念图式的习惯，并在建构图式的过程中感悟图式的特征和作用，以此优化学生的认知策略和学习方式等等，需要我们在以后的教学中进行更深入的研究。

参考文献：

[1]刘知新.化学教学论（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2000：229～233.

[2]李凤根.中学生学习化学的困难和心理障碍分析及解决策略[J].新课程（教师），2010，（12）：161.

[3]王晶，郑长龙.义务教育教科书·化学（九年级下册）[M].北京：人民教育出版社，2012：26～45.

[4]朱勇.图式理论指导下的高中化学课堂有效教学策略研究[D].苏州：苏州大学硕士学位论文，2012：17～19.

[5]万里程.基于图式理论的化学问题解决障碍诊断及对策研究[D].武汉：华中师范大学硕士学位论文，2014：50～52.

[6]徐宜秋.运用图式理论指导初中化学概念教学[J].化学教学，2010，（9）：13～15.

[7]王珏.“图形组织者”在教学中的应用研究——以小学自然课为例[D].上海：上海师范大学硕士学位论文，2007：11～12.endprint