基于分类观与变化观的复习课教学设计

李雪 李少坤

摘要：初中化学教学中，以分类观、变化观等化学核心观念为指导，以建构物质的反应和转化思维导图为载体，引导学生将碎片化的知识结构化，进一步建构物质转化的三角模型、类别转化等认知模型，再应用模型解决物质转化和推断的常见问题，培养學生的模型认知观念和能力。

关键词：初中化学;核心素养;物质反应和转化;思维导图;建构认知模型

文章编号：1008-0546（2022）02x-0062-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.02x.017

一、研究背景

根据化学学科核心素养对中学生发展的具体要求，提出化学的课程目标之一是：能依据物质及其变化的信息建构模型，建立解决复杂化学问题的思维框架[1]。分类观、变化观是化学学科素养的重要组成部分，虽然物质不同，但是物质的类别相同，就有相似的化学性质[2]，归纳一类物质的通性和各自的特性，建立“类别→性质→变化”的思维模型，是学习知识和解决问题的重要方法。化学家们通过实验得出大量丰富的化学知识，这些化学知识之间不是孤立存在的，由于化学物质之间的反应、合成、转化，对应化学知识也拥有内在的逻辑关联，形成一定的结构[3]。建构和运用思维导图，能促进学生认识杂乱无序的知识点之间的内在逻辑，从而将碎片知识结构化，进一步培养学生模型认知的观念和能力，提升学生建立模型并应用模型解决问题的能力。

初中化学物质的转化和推断类试题综合性较强，需要学生进行高阶学习。对于物质的转化和推断试题，涉及的常见物质很多，他们的化学性质和化学方程式也很多。大部分学生对此类知识的认知，仅停留在单个物质的性质和化学方程式的熟识阶段，脑海里存储的都是碎片化的知识点，没有形成知识体系，解决物质的转化和推断类问题时，不能有效提取相应知识，因此如何将学过物质的性质和转化关系整理归纳，形成结构化的知识体系，并进一步建构认知模型，形成解决此类问题的一般思路和方法，是教师在复习时要重点关注的问题。本文从物质分类入手，引导学生通过学习某种有代表性的物质，自我建构一类物质的反应和转化思维导图，进一步建构物质反应和转化的认知模型，并应用模型解决物质转化和推断的相关问题。

二、物质转化和推断复习教学的设计流程

1.利用实验情境，建立“类别→性质→变化”的认知模型

[问题情境]如图1实验室的药品柜中，药品是如何摆放？药品可以分为哪些类别？为什么要分类摆放？

[学生反馈]分类摆放;药品分为单质、氧化物、酸、碱、盐;......

[设计意图]通过解决三个层层递进的问题，让学生回顾物质分类，并形成同类物质的化学性质具有相似性的认知，例如酸、碱、盐的通性，按类别学习物质的性质，可以起到事半功倍的效果。

[教师引导]能否将这种学习方法，迁移到其它类别物质的学习中，并形成不同类别物质之间相互反应和转化的关系，进一步解决三角框图类的物质转化和推断问题呢？

2.利用物质反应与转化思维导图，促进零散知识结构化

[问题情境]呈现与Fe相关的实验图片（如图2），通过现象推测可能发生的化学反应？师生一起整理Fe的思维导图？

[学生反馈]铁燃烧，与酸溶液反应，与盐溶液反应......

[设计意图]识图辩反应，既锻炼学生证据推理的能力[4]，又复习与Fe相关的反应与化学方程式，师生合作完成Fe的反应和转化思维导图（如图3），整个作图过程中，引导学生理解“—“”→”的含义“：—”两端连接的是反应物，即化学方程式左边的反应物“;→”两端连接的分别是反应物、生成物，即化学方程式等号两边的物质。启发学生发散思维，将与铁相关的零散的化学方程式，逐渐形成Fe的思维导图，将知识结构化。

学生通过模仿建构Fe思维导图的方法，借助有关Cu的相关实验图片（如图4），自主建构Cu的反应和转化思维导图（如图5）。

通过对Fe、Cu有代表性的金属单质的研究，学生独立总结出以金属单质这类物质作为核心，建构金属的反应和转化思维导图的结构模型（如图6）。

3.利用思维导图，建构物质转化和推断认知模型

[问题情境]结合Fe反应和转化的思维导图（如图3），进一步探究以下三个问题：1如何找出以Fe为核心的双向转化关系？2如何找出以金属单质为核心的三角转化关系？3如何找出以金属单质为反应物，转化成其它类别物质的转化关系？

[设计意图]在框图式物质转化与推断题中，经常考查物质间相互转化的关系。在答题时如何能在众多物质中快速锁定思考方向，成为学生的难点。因此通过对第一个问题的探究，引导学生快速找到能与铁双向转化的物质（如图7），并总结找某物质双向转化的方法，即找思维导图中箭头指出同时能指入的物质。

其次，在框图式物质转化与推断题中，经常考查物质间的三角转化关系。因此如何激发学生在有限的条件下，建立有代表性的三角转化模型，并形成建模的意识，成为解决这类题的关键和重难点。在这个环节，教师通过设计问题情境，引导学生建立金属单质间的三角转化关系（如图8，图中只显示了部分金属转化关系的代表），总结金属三角转化关系的原则：只能是活动性强的金属转化成活动性弱的金属。再次引导学生思考：以上三角模型中，有没有非金属单质可以参与其中？再次激活学生的思维，引导学生将三角关系中单质的范围由金属扩大到非金属，可以将图8中的单质Cu、Ag替换成H2，并总结出：单质的三角转化图中，能转化成H2的金属，一定是在金属活动性顺序表中，活动性强于氢的金属单质。

最后，在框图式物质转化与推断题中，经常考查不同类别物质间的反应与转化关系，教师可引导学生从Fe这种金属单质出发，通过Fe的化学性质，拓展到金属的通性要考虑三个方面：能否与O2反应，能否与酸（盐酸、稀硫酸）反应，能否与某些盐溶液反应，总结金属单质可以转化成的物质类别（如图9）。另外对于金属单质除了考虑通性，还要考虑各自特性，比如在金属活动性顺序表中，只有活动性强于氢的金属才能转化成非金属单质H2。

4.利用类比迁移，深化物质转化与推断中的模型认知观念

[教师引导]以上案例以Fe、Cu为代表，研究了金属单质这类物质的反应与转化，学生在课后可以模仿这种方法，自主建构非金属单质的反应与转化关系，如图3中的非金属单质H2、C等。单质的反应与转化可以用以上认知模型来进行学习，氧化物是否也能以类似的方式进行学习？接下来就以Fe2O3

（如图10、图11）和CaO为代表来建构金属氧化物的认知模型。

[问题情境]类比学习，小组合作在草稿纸上自主构建Fe2O3的思维导图？

[学生迁移]学生交流并派代表板书思维导图。

[教师引导]观察Fe2O3的思维导图，有没有与Fe2O3实现双向转化的物质？以Fe2O3为主，能否实现氧化物之间的三角转化关系？

[学生反馈]......

[教师引导]师生合作，得到更深层次的结论：1初中阶段没有与Fe2O3相互转化的物质;2金属氧化物的通性一般从两个方面进行考虑：能否与还原剂反应，能否与酸反应;3如果以Fe2O3为主，找出该思维导图中可以建立的氧化物间的三角关系不止一种（如图12），比如在CO2和H2O之间既可以连“→”，也可以连“—”，甚至可以在CO和CO2间连“⇋”，学生将三角关系从转化拓展到相互反应等不同的连接方式，利用发散思维，将范围扩大，自然建构出此类物质的三角转化关系。

[师生总结]通过建构Fe2O3的三角转化模型，学生可以很容易将此方法迁移到CuO、CaO的学习中。在建构CaO的认知模型时，引导学生注意：不仅要考虑金属氧化物的通性，还要关注其特性，比如初中阶段常见的反应和转化关系中，不考虑其与还原剂的反应，但是CaO能与H2O在常温下反应放热，在绘制CaO的思维导图（如图13）时，学生对金属氧化物的性质和转化关系的理解将更加深刻。总结金属氧化物能转化的物质类别时，引导学生体验金属氧化物转化成碱（如图14）是物质特殊性质的体现。

[設计意图]学生在以上的训练中，逐渐强化了思维方式，形成了简单的认知模型（如图15），如双向转化关系、三角模型、类别转化等。首先双向转化，要求A、B物质互为反应物和生成物的关系。其次三角模型关系有很多种，本节课只探究了部分物质的部分三角关系，希望能为学生建立物质的关系指出思考方向;最后对于类别反应和转化关系，既要求学生能对物质分类，还要熟练掌握一类物质的通性和特性，在对比中整理，在整理中完善，完整找出“—”“→”两边的物质。同时引导学生明确，同一个反应中，如果生成物不止一类，则箭头指向的C类物质就有多种。非金属氧化物，如CO2、H2O等，都可以作为练习内容，让学生在课后整理完善和研究。

5.运用认知模型解决问题，提升模型认知观念和能力

[迁移应用1]问题1：判断下列说法的正误。

（1）如图16，若甲、乙、丙均为金属单质，则金属活动性甲<乙<丙

（2）如图17，物质甲、乙、丙一定不能都是单质[学生反馈1]......

[迁移应用2]问题2：（“—”表示相连的两种物质能发生反应，“→”表示某种物质可转化为另一种物质。）如图18中能体现某些物质间变化关系的是[设计意图]通过解决以上两个问题，物质类别与物质反应和转化关系相结合，使学生的知识和能力进一步升华，学生能从物质类别的角度出发，既掌握一类物质的通性，又熟悉个别物质的特性，实现不同类别物质之间的反应和转化;还能将物质的双向转化和三角转化关系蕴含其中，充分锻炼学生的发散思维，完善脑海中的各种三角反应和转化模型图。

三、教学反思

初中化学物质的转化和推断类问题涉及到知识点很多，框图转化的呈现方式也多种多样，如何将知识和能力，以及学科核心素养很好地结合起来开展教学，是每位教师的共同目标，笔者在区级的展示课中，以观念建构和模型认知为出发点，进行了有效尝试。如何优化学生建构模型的认知过程[5]，帮助学生建构适用性更强的模型[6]，有效培养学生认知策略，构建学科核心观念，还需要在以后的教学中作进一步的研究。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]王磊，魏锐.学科核心素养发展导向的高中化学课程内容和学业要求[J].化学教育，2018（9）：48-53.

[3]王伟，王后雄.学科核心素养视域下的化学学科本质理解：意义与视角[J].化学教学，2019（11）：3-8.

[4]吴星.对高中化学核心素养的认识[J].化学教学，2017（5）：3-7.

[5]周正祥，杨玉琴.指向“证据推理与模型认知”的教学设计[J].化学教育，2018（23）：25-30.

[6]赵鈱，赵华“.证据推理与模型认知”的内涵和教学研讨[J].化学教学，2020（2）：29-33.

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