知识多维建模在“元素化合物”教学中的实践研究

刘必胜

摘要：从教高中化学多年，元素化合物知识教学一直以来都不及其他知识点教学那么自信，甚至都有了畏惧心理。这部分知识包含金属及其化合物和非金属及其化合物，内容太多，而且都需要学生的记忆。学生感觉乱，老师感觉找不到着力点。通过一个学期的教学尝试，作者发现了一个较为合理、高效的教学方法。教学中引导学生将“元素化合物”知识点、线、面、体的多维度建模，效果显著。文章就以“铁及其化合物”知识教学为例进行阐述，希望能起到抛砖引玉的作用，给同仁带来更多的思考和启发。

关键词：元素化合物;多维度建模;最近发展区

文章编号：1008-0546（2019）04-0013-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.04.004

一、问题提出

高一“元素化合物”教学在高中化学教学中占有相当重要的地位。对必修一元素化合物知识和高二小高考以及高三高考都起到了承上启下的作用。然而，与学生交流后发现，高中化学“元素化合物”知识的教学给学生的整体感觉是三个字“乱”、“散”、“男”累”。这部分知识给学生的印象就是太多、太乱需要记忆的地方过多。最后导致很多学生对本知识块的排斥。而对老师而言，尤其是年轻教师，教学上感觉没有抓手。因此，对“元素化合物”知识的教学研究和尝试就显得尤为重要了。

二、解决策略

从心理学角度讲，学习者对有序的事物认知能力远远强于对无序事物的认知。在教学中如果长期让学习者处于认知最近发展区之外，学习者必然学习兴趣下降，甚至厌学！严重的会影响到对这门学科的兴趣！而我们教育者应该做的就是要善于发现表面无序的知识背后隐藏的深层次有序。并且尽可能把这个有序直观、形象地展现出来。元素化合物知识的三维建模教学就是笔者的一次教学尝试。

知识点太多，学生自然会觉得凌乱，记忆太累，甚至会产生排斥心理。所以元素化合物知识教学设计的目标重点应该放在知识三维乃至多维度建模上，让这部分知识系统化、网格化、立体化、直观化。让知识由点连接成线，由线构建成面，再由面构建成体。各种元素及其化合物都按照这种教学模式引导学生知识建模，学生自然就会记忆轻松，学习效率上去了，最终必然会喜欢上这部分内容的学习。

三、教学实验设计

下面笔者就以“铁及其化合物”教学为例，突破分析。

1.知识点

每一种物质介绍可以理解为一个知识点。物质的结构、性质、制备、用途。

门卫三句话：1.你是谁？2.从哪来？3.到哪去？

物质的结构、性质、制备用途

以物质“氧化铁（Fe2O3）”为例：

物质的结构：铁元素与氧元素以离子键形成。电负性差值较大，具有离子化合物的共有性质。

物理性质：难溶于水，红棕色固体，熔沸点较高。

化学性质：由于难溶于水，所以碱性氧化物的许多化学通性无法体现，但是

制备：4Fe+3O2==2Fe2O3;2Fe（OH）3;==Fe2O3+3H2O;赤铁矿开采。

用途：铁红;工业冶炼铁。

其他铁元素对应物质介绍同上讲解。这部分知识应当放在新授课时讲解。

2.知识线（一维）

通过主要的一种元素贯穿的“单质-氧化物-酸（碱）-盐”建立一维知识线。铁及其化合物并不是孤立存在的，它们之间存在着内在的联系。它们之间可以在一定条件下相互转换。它们之间的转换条件需要重点讲解，可能有多种条件。实现知识点到线之间的一维建模，多条知识线逐步形成。

学生思考讨论完成以上物质之间相互转化的条件（可以有多种！）：________。

注：知识点和知识线可以在新授课当中进行，而后面的知识面和知识体则在复习课中完成。

3.知识面（二维）

单质-氧化物-酸（碱）-盐作为横向轴;化合价作为纵向轴;构建二维“价类图”。

思考讨论：结合化合价变化，认识以上物质之间相互转化。

属于氧化还原反应的有：纵向物质之间铁元素化合价改变的转化（横向物质间转化非氧化还原反应）。

属于氧化反应的有：纵向从下往上的转化（化合价升高的反应）。

属于还原反应的有：纵向从上往下的转化（化合价下降的反应）。

其中属于氧化反应的存在怎样的规律：纵向从下往上的转化（化合价升高的反应）。

其中属于还原反应的存在怎样的规律：纵向从上往下的转化（化合价下降的反应）。

4.知识体（三维）

离子反应作为第三维度，构建三维知识体。在图中判断哪些反应是离子反应，并且正确书写离子方程式。另外，在三维构建时，我们甚至可以不局限于“离子反应”为第三维度，我们也可以“速率与平衡及影响因素”为第三维度（如图5）。在高考实验综合题当中有关“反应条件的控制”经常会出现“速率与平衡类”问题的解决。

例如：反应9（Fe3+→Fe（OH）3↓），控制溶液的pH=3.3，Fe3+沉淀平衡几乎完全（（Fe3+）<10^-5mol/L）。工業上可利用此性质将铁和其他金属分离开来。达到三维知识体建模后，学生对“铁及其化合物知识”的认知豁然开朗，它不再是杂乱无章，而是一个有机的知识体系。

四、研究结果与反思

三维建模教学的后期实验对比整体效果非常明显。高一（3）班按照传统模式授课，高一（4）按照三维建模模式教学。原先这两个班级都是同层次班级，人数及性别比例接近且期中考试均分比较接近。后期测试情况对比如表1。

通过以上表格数据不难看出，元素化合物知识采用知识点线面体三维建模教学效果远远好于传统教学方式。

学生方面，“铁及其化合物”按照这种三维建模方式教学，后期其他元素及其化合物的学习学生也会有意识、无意识地按照这种模式学习。学习效率逐步提升，学习效果也更加明显。经过后续学生个别交流不难发现，学生对元素化合物这部分知识的学习远没有传统教学模式的学生感到困难、排斥。化学学习兴趣也明显得到较大提升。

老师方面，感觉采用三维建模方式教学后，课堂上学生与老师的距离越来越近，逐渐形成了互动，越

教越轻松。对元素化合物内容的教学也找回了自信，整体效果非常明显。

因此，我们教师在教学过程中需要引导学生将知识表面无序向有序建模。点线面体三维建模就是一个很好的尝试。当然，此次只是笔者的粗浅尝试。在今后的这部分知识教学中乃至其他部分知识教学过程中，笔者还会进一步改进和完善。没有最好，只有更好！希望能给各位同仁带来参考和启发。

参考文献

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