构建策略性知识 培养策略性思维——元素化合物知识复习教学

浙江 王爱富

促进学生化学学科思维的发展，培养学生化学学科素养与能力，是化学教学追求的目标。学科知识是形成学科思维的基础，是发展学生学科核心素养和能力的载体。面对大量的元素化合物性质的知识学习，需要对具体的物质性质进行有效的整合，形成有序的、具有结构化的知识体系。结构化的知识是构建策略性知识的有效方式，是形成策略性思维的有效途径。

一、组织结构化教学内容，构建策略性知识

心理学家奥苏贝尔(David Pawl Ausubel)认为学生的认知结构是从教材的知识结构转化而来的，好的知识结构不仅有利于产生新知识，而且也有利于知识的应用。促进学生从化学学科知识向化学学科核心素养的转化，结构化的知识是实现这种转化的关键。如无机化合物性质之间的转化与应用复习教学，面对大量的元素化合物性质的知识学习，需要对具体的物质性质进行有效地整合，形成有序的知识体系，才能为具体的化学学科知识转化为学科素养提供知识基础。

结构化的教学内容突出了知识间内在的逻辑关系，从原先的具体性知识的学习向核心观念的建构转变，从知识结论的获得向学科能力与素养的形成转变，需要从不同的认识角度和认识思路进行多角度教学设计，发展与提高学生认识思路的结构化与核心观念的结构化水平，形成深度学习的“具有思维文化”的课堂教学。元素化合物知识的结构化教学内容的思路可以从以下几个角度进行组织：

(1)基于物质的分类与转化角度，按照化学学科知识之间相互转化的逻辑关系构建结构化的知识体系。

(2)基于物质的来源与制备角度，构建“物质在自然界中的存在→制备→性质→应用”的结构化教学知识体系。

【案例1】“钠及其化合物性质与应用”结构化教学单元

“钠及其化合物性质与应用”结构化教学内容的构建方法可基于“物质在自然界中的存在→制备→性质→应用”的认知模型认识物质及其变化的认识思路，以NaCl的来源及以NaCl为工业原料的物质制备为认识思路的逻辑起点，构建了“钠及其化合物性质与应用”整个教学单元的框架基础(如图1)。

图1 “钠及其化合物的性质与应用”结构化的教学单元

策略性知识构建的关键在于形成结构化的知识体系，结构化的化学知识为学生提供学习和解决问题的活动依据和载体，是构建策略性知识的有效方式。

二、多角度设计，培养策略性思维

心理学认为，作为认识者以何种方式“提问”取决于他选择观察的“视角”，认识者在不同的“视角”中将看到不同的知识图景。教学内容的选择视角是教学设计的思维逻辑起点，多角度教学设计应以培养学生化学认识角度和化学认识思路为依据。所谓认识角度是指对物质及其变化的特征及规律进行认识的侧面、角度或切入点；而认识思路是指对物质及其变化的特征及规律进行认识的程序、路径或框架。化学认识角度一旦形成，就会启发和指导学生化学思维的方向，帮助学生寻找解决陌生情境下复杂化学问题的突破口。策略性思维的核心是“发现解决问题的新途径，发现组织信息的新方法和设计产品和系统的新手段”。在复习教学中应高度重视学生化学认识角度和化学认识思路的形成，以此发展学生的策略性思维。

【案例2】“氮及其化合物”主题中的“氮的氢化物性质与应用”复习教学

氮及其化合物之间的转化可以基于工业合成氨、工业生产硝酸和工业生产氮肥(硝酸铵等)三大工业生产原理为骨架，分别以氨和氮气为起点的两条氧化路线为基本线索形成氮及其化合物之间的逻辑关系(如图2)。

图2 氮及其化合物之间的转化关系图

根据“氮及其化合物”主题结构的系列内容，“氮的氢化物性质与应用”的复习教学要求为以原子结构、元素周期律以及化学反应原理为基础，系统认识元素化合物的性质，巩固和提高元素化合物性质之间转化与应用的认知方法，构建元素化合物性质及其转化的一般认知模型。以问题情境为知识背景，从化学问题出发，以不同的认识角度来认识化学问题，以活动探究方式达到解决问题的目的，以解决问题来培养学生的策略性思维。

基于上述“氮的氢化物性质与应用”的复习教学，从设计意图到设计思路，从化学学科的认识角度到认识思路全面分析如下(如图3)：

图3 “氮的氢化物性质与应用”复习教学设计思路

以选取“氮的氢化物生成与性质”学习任务的教学片段说明上述教学设计思路：

【化学问题1】化学问题的提炼应根据教学要求以及学生的认知水平设计。

问题1.用化学方程式表示当年A.弗兰克等人制备氨的原理。

问题2.根据如图N2和H2反应生成氨气的能量变化图(如图4)，从反应的自发性看，在什么条件下有利于工业合成氨反应的进行？请用过渡态理论解释使用催化剂能加快反应速率的原因。

图4 工业合成氨的能量变化图

问题3.根据合成氨反应原理，利于提高合成氨平衡产率的条件有哪些？

设计意图分析：以氨的微观结构形成为基础，以氨的宏观合成的历史实践进一步认识氨的形成过程。以合成氨的发展历史为背景，从化学反应的方向、反应的快慢、反应的限度、反应中的能量变化等角度认识氨的生成，以多角度设计来培养和发展学生的策略性思维。

【问题情境2】工业上以氨为原料可以制备用作发射火箭燃料的氮的一种氢化物肼，最常见的方法是在丙酮作催化剂条件下，用次氯酸钠与氨反应制得。肼可用作发射卫星的燃料，也可用形成肼——空气燃料电池。

【化学问题2】在化学问题1的基础上，进一步设计问题展开氮的其他氢化物的生成。

问题1.请用化学方程式表示制备肼的反应原理，写出气态肼和NO2反应生成氮气和水蒸气的热化学方程式。

问题2.若电解质溶液是20%～30%的KOH溶液的肼—空气碱性燃料电池，写出该电池放电时的负极电极反应式。

设计意图分析：以联氨的制备与应用为背景，从反应中的能量变化以及在实践的应用、物质的性质变化在制备中的应用、物质在水溶液中的电离行为等角度认识氨、联氨的性质、变化规律与应用。

对化学反应的研究，可以从反应的方向、反应的限度、反应的快慢以及反应伴随着的能量变化等不同视角研究反应的变化规律。在化学教学中应重视学生化学认识角度的分析，再如化学反应中的能量变化曲线图，可以从宏观上即反应物和生成物的总能量之间的相对大小、微观上即反应物中化学键断裂时吸收的能量与生成物中新的化学键形成时放出能量的关系，以及反应历程即反应的活化能等不同角度进行分析。认识角度是发展学生化学学科思维方式的逻辑起点，当然更应注重学生认识思路的形成，逐渐形成认识物质及其变化规律和特征的一般认知模型，这就是所谓的策略性思维。

解决问题是思维的一般形式，所以问题的解决是培养学生策略性思维的有效途径。复习教学的根本目的是让学生学会学习，利用所学的知识解决实际问题。对知识的多角度归纳提炼，有利于深刻理解和掌握有关的化学知识和核心概念，在对知识的理解、应用中不断概括、提炼，在问题的解决中领悟策略性思维。