初中化学“变化观念”建构的教学策略

洪兹田 王锋 陈女婷

摘    要：“变化观念”着重从物质的动态层面研究化学变化，它贯穿于化学学习的始终。教师应在遵循学生认知发展规律的前提下，结合素养的核心内涵和提升的阶段性特点，梳理教材的逻辑顺序，整体规划设计“变化观念”的教学。教师可采用直观形象策略，增强学生的主体情感体验，促进“变化观念”的内化;引导学生多维分析化学变化的特征和本质，使其形成结构化思维;挖掘化学方程式的教学价值，深化学生对“变化观念”的理解，促使学生形成守恒思想。

关键词：初中化学;变化观念;化学变化;教学策略

“变化观念”从物质转化层面对学科思想进行了高度凝练，重点是研究化学变化的条件、规律、守恒、利用等物质的动态层面的问题。它体现了化学的学科思想和学科特点，贯穿于化学学习的始终。以下，笔者梳理了初中化学“变化观念”的内涵和特点，探索“变化观念”建构的教学策略，为核心素养在初中化学课堂教学中的落地提供借鉴。

一、“变化观念”的内涵解读

《义务教育化学课程标准（2011年版）》有关“变化观念”的内容如下：认识化学变化的基本特征;逐步了解化学反应的本质;逐步形成“在一定条件下物质可以转化”的观点;能用转化的观点看物质之间的关系;能用定量和能量的观点初步认识化学变化;能说明化学反应中的质量关系并进行简单计算;能用变化和联系的观点分析常见的化学现象，解释一些简单的化學问题。“变化观念”的内涵主要包括化学变化是有条件的、化学变化是守恒的、化学变化是有规律的、化学变化是可利用的等。

（一）化学变化是有条件的

世界是物质的，物质的变化无处不在，时时都在发生。这就要求我们用变化的眼光认识世界，用观察、实验的方法获取宏观物质变化的定性和定量的信息。物质的变化是有一定层次的（包括物理变化和化学变化），化学变化的本质特征是有新物质的生成。化学变化是有条件的，在一定条件下物质可以发生转化，反应条件不同，发生的变化可能也不同。

（二）化学变化是守恒的

从宏观角度看，发生化学变化的特征是有新物质的生成。从微观角度看，发生化学变化时反应物分子被破坏成原子，原子重新结合构成新的分子，众多新分子聚集成新物质。因此，化学反应前后，从宏观角度看物质种类发生变化而元素种类不发生变化，从微观角度看分子种类发生变化而原子种类和数目不发生变化。

（三）化学变化是有规律的

物质的组成、结构在很大程度上决定了物质的性质和变化。物质的组成、结构特点构成了物质变化的内因，反应条件构成了物质变化的外因。内因、外因相互作用、相互影响，导致物质发生相应的变化。化学反应在生成新物质的同时，还伴随着能量的变化，且以光、电、热等形式表现出来。不同形式的能量可以相互转化，转化过程中总能量没有改变，遵循能量守恒定律。质量守恒定律是所有化学反应都遵守的基本规律，也是分析化学反应前后质量关系的理论依据。物质之间的化学反应是按一定质量比（或粒子个数比）进行的，根据化学方程式计算可获得化学反应中相关物质的质量。化学反应的规律还有：酸、碱、盐反应的规律;燃烧的反应规律;化学反应的快慢与物质的性质、浓度、温度、催化剂等条件有关。不同基本反应类型的变化特征和规律不同，例如：用金属活动性顺序对有关的置换反应进行判断;复分解反应进行的条件是“两种化合物互相交换成分后，生成的另外两种化合物中有沉淀或气体或水”。

（四）化学变化是可利用的

化学反应在生成新物质的同时，还伴随着能量的变化，且以光、电、热等形式表现出来。化学变化中的物质变化和能量变化是可利用的。通过化学变化，人们可以获得有用物质或消除有害物质，使物质变化朝着对人类更有利的方向发展，更好地造福人类。同时，能量变化的最常见表现形式为热量的变化。化学反应可分为放热反应和吸热反应。通过化学反应，人们可以储存或释放能量。当今社会，人类生产生活中所需要的大部分能量都是通过化学反应产生的。有效利用化学变化中的能量变化作为能量的来源，可以满足人类生产和生活的需求。

二、建构“变化观念”的教学策略

（一）整体设计，促进“变化观念”的进阶

学科核心素养的达成和观念的建构都不是一蹴而就的，而是一个循序渐进、逐渐深化的过程。教师应在遵循学生认知发展规律的前提下，结合素养的核心内涵和提升的阶段性特点进行整体规划设计。以“变化观念”建构为例，教师在进行整体规划设计时，应明确“变化观念”包括哪些内容，这些内容分布在教材的哪些章节，该观念提升的阶段性特点（起点、障碍点和延伸点）是什么，教学关键点的突破策略是什么[1]。“变化观念”贯穿于人教版义务教育教科书《化学》九年级（以下简称“教材”）的绝大部分章节，其渗透和发展可分为四个阶段。第一阶段（从绪论到第四单元），认识化学变化的特征及本质，即从宏观变化入手获得感性认识，再从微观角度理解变化本质。第二阶段（第五单元），认识质量守恒定律及化学反应的表示方法，即从定性分析转到定量分析化学变化。第三阶段（第六、七单元），认识化学反应的物质变化、能量变化及其应用。第四阶段（第八、十、十一单元），认识置换反应，酸、碱通性及中和反应，复分解反应及其变化规律，即从变化的特征转向变化的规律。教师应整体规划设计教学，促进“变化观念”的精准化渗透、进阶式发展和高效性达成。

（二）直观呈现，感受变化的过程

1.利用宏观模型使变化过程直观化

物质变化的微观过程较为抽象，教师可利用宏观模型（如球棍模型、磁性黑板贴等）代替微观粒子，促进学生对物质变化微观过程及其本质的理解。

例如，在探究物质的变化时，教师可利用磁性黑板贴的宏观模型模拟物理变化和化学变化的过程。在模拟物理变化时，用磁性黑板贴模拟分子的整体运动，直观表现出物理变化过程中分子种类不变而分子间的间隔发生变化。在模拟化学变化过程时，用磁性黑板贴模拟分子的拆分和原子的组合，让学生直观感受化学变化的实质。

2.利用角色扮演使变化过程趣味化

由于物质变化的微观过程是看不见、摸不着且较为抽象的，学生普遍感觉枯燥乏味。教师可利用角色扮演（或动画）模拟物质变化的微观过程，使变化过程趣味化。

例如，在教材下册第十单元课题2中“中和反应的微观本质”的教学中，笔者让学生分别扮演Na+、H+、Cl-、OH-（以绘制的微观模型图示展现），配合音乐用肢体动作表演NaOH溶液和稀盐酸发生中和反应的微观过程。学生在趣味化的氛围中主动参与角色扮演，增进了对中和反应的过程、结果和本质的深层次理解。

3.利用实验现象使变化过程可视化

化学实验是激发学生学习化学的兴趣和动力的重要手段，也是学生感受和认识物质变化的最有效途径。教师让学生亲自动手操作实验，并仔细观察和分析实验现象，可以让学生对发生的物质变化和能量变化获得最直观的认识。

例如，稀盐酸与NaOH溶液的中和反应没有明显现象，教师可改变实验手段使学生通过可观测的现象获得相应认知。

（1）向溶液中滴加酚酞试液，溶液颜色会发生变化，这能让学生感受到化学反应中有新物质生成。

（2）改变滴加的酸或碱的量，使溶液显色不同，可让学生感受到化学反应中的反应物之间是按照一定比例进行反应的。

（3）让学生在反应前后触摸仪器外壁，他们可体验到化学变化过程中伴随着能量变化。

（4）用手持技术（数字化实验）的pH传感器和温度传感器，测出混合过程中溶液的pH及温度变化，可让学生感受到酸碱溶液在混合过程中的物质变化和能量变化[2]。

（三）建构“变化观念”，形成守恒思想

守恒思想是“变化观念”的重要组成部分。质量守恒定律是自然界普遍存在的基本定律之一，是守恒思想的支撑。运用学习进阶的方法开展教学，可以较好地促进核心概念的建构，促进“变化观念”的形成。

例如，在教材上册第五单元课题1“质量守恒定律”的教学中，笔者以波义耳、罗蒙诺索夫、施塔尔、拉瓦锡四位科学家关于“化学反应前后物质总质量变化”的“争鸣”导入，激发学生探究化学变化前后物质总质量变化的兴趣。笔者先以学生熟悉的水的电解为例，从微观领域分析，引导学生用微粒的观点推测化学变化前后物質的总质量相等。然后再让学生自主设计实验，应用定量探究的方法验证“化学反应前后质量守恒”的猜测，引导学生从微观视角解释质量守恒定律的本质原因。同时，笔者利用宏观模型展示并模拟分子的拆分和原子的组合，使学生更直观明了地体验化学变化的微观过程及其本质。此外，笔者又利用两个貌似违反质量守恒定律的实验，激发学生思维的碰撞，帮助学生深化对质量守恒定律的理解。需要注意的是，在知识的迁移运用中，教师要利用质量守恒定律在定性和定量分析方面的应用，帮助学生进一步体会化学反应前后原子种类、数目和质量“三不变”的观点。

（四）增强主体情感体验，内化“变化观念”

1.基于科学探究

以化学实验为主的科学探究是学习物质及其变化的基本方法，也是促进“变化观念”内化的重要途径。以科学探究为载体的学习活动，可增强学生的主体情感体验，帮助学生深度认识化学变化的规律和研究化学变化的思想方法。

例如，在教材下册第八单元课题3“铁制品锈蚀条件”的教学中，笔者以科学探究的基本程序为引领，设计如下学习活动过程。

（1）以问题“铁制品生锈需要的条件是什么”引导学生查阅相关资料，明确铁锈的主要成分，并对铁制品生锈条件进行猜想假设。

（2）让学生自主设计实验方案，用家庭生活用品进行家庭实验探究（提前一周进行），注意收集证据（含实验用品、操作方法及现象）。

（3）引导学生从条件控制、现象分析等方面梳理总结，得出铁制品生锈条件、防锈措施，拓展延伸“铁粉用作食品保鲜剂的原理”。

如此，学生在经历了完整的科学探究过程之后，就能学会控制实验条件进行对比探究，认识铁制品生锈过程中的物质变化及其现象，了解金属发生锈蚀的条件，知道防止金属锈蚀的原理及其应用，从而逐步形成“物质是变化的”“化学变化需要一定的条件”“物质的变化是可利用的”“物质的变化是可控制的”等观点[3]。

2.基于真实问题

真实而富有价值的问题情境为“变化观念”的建构提供了表现机会。教师在课堂上展示社会新闻、科技前沿、生活经验等与生产、生活实际紧密相关的各种变化的真实素材，有利于提升学生的参与意识，使其真切地感受发生的化学变化、特征及应用。

例如，“CaO—Ca（OH）2—CaCO3”（俗称“钙三角”）相互转化关系的复习教学[4]。

师：用酒精灯灼烧粉笔，如何证明该过程中CaCO3遇高温分解生成CaO？

生：将灼烧后的粉笔加水静置，若伴随放热现象，即可证明其中含CaO。

师：若CaO量少，则该反应放热可能不明显，是否有其他方案？

生：可用酚酞试液检验静置后的上层清液，若清液变红，证明分解生成CaO。同时，将粉笔研碎放入盐酸中，将生成的CO2通入静置后的上层清液。

师：指导学生结合实验现象书写“CaCO3→CO2，Ca（OH）2→CaCO3”的方程式。

如此，学生就能在真实的情境中感受物质变化的特征及其相互转化的规律，进而总结出转化过程中元素守恒的特点，习得无明显现象的反应发生的证明方法。

（五）多维视角分析，形成结构化思维

1.建构变化网络，深入理解化学变化特征

建构物质变化网络，有利于引导学生从结构化角度深化对化学变化的理解，树立物质间的反应是相互联系的观念。教师可基于元素守恒、反应类型、物质类别等视角建构物质变化特征网络图[5]。

（1）基于元素守恒视角。化学变化前后元素种类不变，因此可围绕核心元素（如C、O）建构物质变化的网络。

（2）基于反应类型视角。从四大基本反应类型出发，对所认识的化学变化进行分类。通过判断反应类型、理解反应条件、比较不同的反应，进一步建构物质变化的观念。

（3）基于物质类别视角。一是同一类物质具有相似的化学性质，因此可由典型代表物的研究拓展到类别通性。二是不同类别的物质（如单质、酸、碱、盐）间可相互转化。

此外，教师也可视情况，综合元素守恒、反应类型、物质类别等多维视角建构物质变化网络，帮助学生形成结构化思维。例如，以CO2为核心物质建构碳及其化合物间的转化关系网络图，凸显“变化观念”，着眼于物质观的建立与发展。这可以为后续从化合价和物质分类（即“价—类”二维）、化学反应类型、化学反应中的能量变化、有机物等多种角度，全方位、多层次地对“碳家族”进行梳理和整合作铺垫。

2.分析物質结构，深刻揭示化学变化本质

物质是由一定数目的微粒按一定的空间结构形成的。化学变化的过程是旧结构的破坏（旧键断裂）和新结构的形成（新键形成）。物质结构决定物质性质，物质性质反映物质结构。教师从微观层面研究物质结构，揭示物质结构与物质性质之间的关系，可以帮助学生从本质上认识物质变化的内因，即结构被破坏。同时，教师还要结合反应条件，即物质变化的外因对其进行具体分析，深刻揭示化学变化的本质，帮助学生更全面地认识变化条件、物质性质、物质变化，解决“变化观念”的基本问题。其中，物质性质即是否变化，物质变化又包括变化规律和变化本质，即怎样变化和为什么变化。

例如，教师引导学生分析原子结构中的核外电子排布情况，学生就能推断出物质发生化学反应的难易程度及反应进行的方向，也能更好地理解原子按一定的数量关系可结合成为种类繁多的分子的原因，从而对离子化合物和共价化合物产生初步的认识。又如，教师从离子角度分析酸与碱的反应，结合水的稳定性和微观模型图示，可帮助学生更好地认识中和反应的本质，更深刻地认识酸与碱之间的反应规律。

（六）挖掘化学方程式的教学价值，深化对“变化观念”的理解

化学方程式是一种高度凝练的符号化语言，蕴含着丰富的信息，是学生学习化学的通用语言和重要工具。深度挖掘化学方程式的教学功能和教育价值，可以深化学生对“变化观念”的理解。

化学方程式的教学功能及教育价值包括以下几个方面。

（1）从宏现的角度看，化学方程式反映了一个客观的化学反应事实，清楚地表达了反应物、生成物和反应条件。学生在分析反应条件的过程中，既能认识到化学变化的发生是有条件的，又能认识到反应条件可以影响化学反应的方向及反应进行的速度。由此，学生认识到可以调控（包括“促进”和“抑制”）化学反应的方向和进行的程度。

（2）从微观角度看，化学方程式反映了反应物、生成物之间微粒的数量关系，它能帮助学生更好地认识化学反应的本质。

（3）从质量的角度看，化学方程式能反映反应物、生成物之间的质量关系，体现了质量守恒定律。根据反应物、生成物之间的质量关系可进行有关化学方程式的计算，而控制物质的质量关系可达到控制反应进行程度甚至反应进行方向的目的[6]。

总之，要在初中化学阶段建构“变化观念”，教师应做到：首先，明确“变化观念”的核心内涵和提升的阶段性特点，并在此基础上进行整体规划设计;其次，利用直观形象策略，让学生感受变化过程的具象性;再次，让学生增强主体情感体验，并在“变化观念”的建构中形成守恒思想;最后，通过多维视角，引导学生分析化学变化的特征和本质，挖掘化学方程式的教学价值，形成结构化思维，深化对“变化观念”的理解。

参考文献：

[1]洪兹田，王锋.基于核心素养的“教材单元”整体备课——以“第一单元   走进化学世界”为例[J].课程教学研究，2021（3）：68-74.

[2]王锋.基于促进学生认知发展的教学案例——“酸和碱的中和反应”教学设计[J].化学教与学，2014（4）：55-57.

[3][5]陈友楼，张旭东.促进初中学生建构物质化学变化观的策略[J].化学教育，2013（12）：50-52.

[4]杨雪，张贤金，吴新建.基于观念培养的初中化学实验复习课研究——以“CaCO3、CaO、Ca（OH）2相互转化”为例[J].教学月刊·中学版（教学参考），2017（7/8）：99-103.

[6]王锋.社会主义核心价值观学科教育丛书·初中化学学科教育[M].北京：教育科学出版社，2016：24.