价类二维图在元素化合物教学中的应用研究

杨光丽 李学强

摘  要  元素化合物知识是我国高中化学课程内容的重要

组成部分，由于本身具有知识点零散、规律性弱等特点，导致学生学习效果不佳。因此，将价类二维图这一学习工具广泛应用到元素化合物基础知识教学中，能够帮助学生建立有序的思维模型。以硫元素为例，设计教学案例，探究价类二维图在元素化合物教学中的教育价值。

关键词  高中化学；元素化合物；价类二维图；硫元素；核心素养；实验

中图分类号：G633.8    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）07-0074-04

0  引言

元素化合物知识是高中化学必修部分的重点内容，它可归纳到陈述性或事实性知识的类别，比重上约占我国普通高中化学课程教学内容的60%[1]。该部分内容既为学生后续学习高中化学知识打下坚实的基础，而且是初中化学与高中化学衔接的重要内容[2]。

由于传统教学模式的局限性，学生普遍认为元素化合物知识繁难杂乱。究其原因，主要在于所建立的知识结构错综复杂，导致学生在应用过程中对知识提取困难，不能进行有效迁移[3]。如何改变这种教学困境，使学生从死记硬背化学方程式以及题海战术中脱身而出，形成科学的思维模式？这就需要运用科学的学习工具作为元素化合物知识学习的总抓手或支架。通过研究元素化合物教学策略，笔者认为价类二维图是系统学习元素化合物知识的有效工具。

1  价类二维图与普通转化图对比

价类二维图模型展示图如图1所示，它是认识思路外化的一种具体表现形式，充分体现了物质分类思想和氧化还原核心概念对于元素化合物知识的指导作用，蕴含一定的逻辑性和化学思维。利用此工具，不仅能够帮助学生对已知物质的化学性质及相互转化关系进行有效复习，而且能够帮助学生从多种角度预测未知物质具有的化学性质，推测陌生物质之间的转化关系，建立有序的思维模型，进而提高学习效率[4]。

普通转化模型图如图2所示，它是传统教学中一种常见的转化关系图，体现了物质与物质之间的联系以及完成相应转化所需要具备的条件。这种转化关系图更加强调学生对零散知识点的记忆能力，仅仅表现在所给物质之间的转化，没有规律可循，不能培养学生分析问题以及解决问题的能力。这种转化图往往在初中及小学阶段比较常见，它能够有效锻炼学生的记忆能力，但在高中阶段由于知识点难度加深，不能仅仅依靠机械记忆解决问题，如果依然使用普通转化图，教学效果会因教学内容的增多而受到影响。

通过对比价类二维图与普通转化图可得，普通转化图只能反映某些物质之间的转化关系，学生只有记住转化方程式才可能顺利完成相关物质间的转化。如果以这样的方式长期进行教学，学生很容易形成机械的学习方法——记住便能得分。久而久之，随着学习内容的增多，学生的记忆量会加重，从而丧失学习兴趣。

价类二维图能将学生碎片化的知识进行有序处理，学生能够从化合价以及物质类别的角度去分析问题，而非死记硬背。因此，应用这一新的学习工具，无疑能够大幅度提高中学生的自主学习效率，对于熟悉物质的性质以及转化关系记忆更加深刻，对于陌生物质的性质及转化也能从容不迫地展开合理推理与分析。价类二维图构建过程也是学生认知结果不断发展完善的过程。

2  教学案例设计：以硫元素为例

2.1  教学目标

首先，通过构建价类二维图，帮助学生掌握含硫元素物质的性质及转化关系，进而建立完整的知识体系；

其次，通过小组合作及实验环节，培养学生的科学探究能力及小组协作能力；

最后，通过对含硫元素化学物质的研究与学习，帮助学生树立从化学视角解决问题的科学理念。

2.2  教学重难点

教学重点：从物质类别以及化合价的角度，探究含硫元素物质的性质。

教学难点：含硫元素物质之间的转化。

2.3  教学过程

教学环节1：含硫元素物质价类二维图的构建。

【教师活动】回忆旧知，抛出问题，让学生试着写出所学过的含硫元素化合物。

【学生活动】

1）直接写出所见过的含硫元素化合物；

2）从硫元素常见化合价的角度出发，写出相对应的化合物；

3）从物质类别的角度出发，按照氢化物、单质、氧化物、酸、盐进行分类，写出相应类别所对应的物质。

【教师活动】综合学生的思维方式，建立含硫元素物质的价类二维图直角坐标系，将学生所列举的含硫元素物质填充至价类二维图中，如图3所示。

【设计意图】从学生已有的知识出发，列举出含硫元素的化合物，引导学生从价类二维图的两个分类视角对物质进行分类，初步建立起从元素价态、物质类别二维视角分析物质的思维模型，让学生认识到同种元素可以组成不同价态、不同种类的物质。同时，引入这种新的学习工具，引起学生的注意，激发其学习兴趣，有利于教学活动的顺利进行。

教学环节2：含硫元素物质性质的探究。

【教师活动】以硫元素代表物质SO2为例，结合价类二维图，让学生预测该物质可能具有的性质。

【学生活动】四人为一个小组展开讨论。

学生观点1：从物质类别角度分析，SO2属于酸性氧化物，预测其具有酸性氧化物的通性。

学生观点2：从化合价的角度分析，SO2中S为+4价，处于硫元素的中间价态，根据已学的氧化还原反应知识，预测其既可以发生氧化反应，又可以发生还原反应。

学生观点3：通过预习，了解到SO2具有特殊的性质——漂白性。

【实验探究】验证学生观点1。

可选试剂：SO2气体、NaOH水溶液、澄清石灰水、蒸馏水、无色酚酞、紫色石蕊、pH试纸。

【学生活动】

1）探究性实验操作：SO2气体水溶性及与水反应实验探究。

2）用酸碱指示剂测定SO2水溶液的酸碱性，用pH试纸测定SO2水溶液的酸碱度。

3）探究性实验操作：SO2气体与碱反应实验探究，选择合适试剂。

4）类比CO2具有的化学性质可得SO2可以与碱性氧化物发生反应。

【教师总结】收集实验数据，得出结论，验证学生观点1成立：SO2是一种酸性氧化物，可溶于水，并与水反应，同时能与碱以及碱性氧化物发生反应。

【实验探究】验证学生观点2。

可选试剂：SO2气体、H2S水溶液、Na2S水溶液、酸性KMnO4溶液、氯水、溴水、碘水。

【学生活动】

1）选择上述合适的还原试剂，进行探究性实验操作：SO2具有氧化性的实验探究。

2）选择上述合适的氧化试剂，进行探究性实验操作：SO2具有还原性的实验探究。

【教师活动】收集实验数据，得出实验结论，验证学生观点2成立：SO2既有氧化性又有还原性。

【实验探究】验证学生观点3。

可选试剂：SO2气体、品红溶液、紫色石蕊试液、溴水。

【学生活动】探究性实验操作：SO2具有漂白性的实验探究，选择合适的试剂，观察并记录实验现象。

【教师活动】通过实验探究，验证学生观点3成立：SO2具有漂白性。

【设计意图】通过价类二维图预测物质具有的化学性质，让学生深刻体会价类二维图这一学习工具的实用性。设计实验探究环节，让学生感受化学学习中的“提出假设—进行实验—收集数据—得出结论”层层递进过程，从而培养学生实事求是、认真严谨的科学精神。

教学环节3：含硫物质的相互转化。

【教师活动】根据构建的含硫元素价类二维图连接相应物质常见的转化路线，如图4所示。

【学生活动】以小组为单位，展开讨论，结合氧化还原反应知识，完成相应物质之间的转化，并书写化学方程式。

【设计意图】在构建的价类二维图上连接起物质的转化路线，突出价类二维图这一学习工具的简便性与实用性，无形中为学生分析问题提供思路和角度，有利于问题的快速解决。

教学环节4：组间汇报，成果展示。

【教师活动】根据学生代表展示的化学方程式，与学生展开分析，从物质类别和化合价角度分析转化是否准确。通过分析，与已学的氧化还原反应知识建立联系，完成含硫元素物质转化知识整合，氧化还原反应类如表1所示，非氧化还原反应类如表2所示。

【学生活动】组内成员之间分享本节课的学习收获，模仿硫元素价类二维图可重新构建其他元素价类二维图，感受价类二维图这一学习工具在元素化合物模块中的重要作用。

【设计意图】通过教师分析转化方程式，有利于及时校正学生在书写过程中可能会出现的失误，进而强化重难点知识，达到知识点的升华和巩固。设置小组交流讨论环节，有助于达成教学目标。

3  价类二维图在元素化合物教学中的教育价值

3.1  有助于学生建立完整的知识体系，培养发散性思维

元素化合物本身具有知识点零散、规律性弱等特点。价类二维图是学习元素化合物知识的重要工具，它能将学生零散的、混乱的知识系统化、条理化，使学生从繁杂的化学方程式中解脱出来，有条理地分析问题。

3.2  有助于学生学习方式的转变，提高学习效率

对于元素化合物知识，学生常采取死记硬背的学习方式，并依托大量的习题进行巩固。这种方式不仅会增加记忆负担，而且容易造成知识的遗忘。价类二维图能够从根本上转变学生的学习方式，帮助学生从题海中脱身，从化学元素本质出发，科学合理地分析问题。

3.3  有助于调动和激发教师团队研究的积极性

教师的知识储备，教育教学方法的精准性与巧妙性，很大程度上影响着学生对于本学科学习兴趣的建立与学习习惯的养成。在众多元素化合物知识教学策略中，价类二维图有着独特的优势。教师应该将这一有效工具与自己的教学实践相结合，不断创造新的教学模式。

3.4  有助于化学学科核心素养的有效落地与持续发展

学科核心素养是本学科的灵魂和支柱，《普通高中化学课程标准（2017年版）》中强调要培养学生的“证据推理与模型认知”这一学科核心素养。价类二维图作为一种有效的学习工具，能够帮助学生建立科学有序的思维模型，以学生已有的化学知识作为推理分析的证据。学生利用此工具在分析和解决实际问题的过程中，不仅可以发展化学学科核心素养，而且符合现代科学育人的标准与理念。

4  价类二维图应用到实际教学中的建议

4.1  教学目标的确立应围绕价类二维图展开

教学目标是教学的导向以及教学效果评判的标准。价类二维图应用到实际教学中时，教师需要以价类二维图为核心确立三维教学目标：首先，要让学生认识价类二维图这一学习工具；其次，要学会应用价类二维图分析、解决问题；最后，要确保价类二维图能够发展学生的化学学科核心素养。

4.2  价类二维图主要应用在元素化合物教学模块

价类二维图能够对知识点进行规律性整合以及系统化处理，这也是价类二维图这一学习工具的独特优势，尤其对于元素化合物这类零散的、规律性较弱的知识点更有效果。价类二维图应用过程中着重凸显氧化还原核心概念以及物质分类思想，因此，在应用价类二维图时，教师首先要了解学生对基础知识的掌握情况。

4.3  价类二维图应结合探究性教学策略

价类二维图作为一种学习工具，本身具有一定的探究性和综合性特点，如果与传统的教学模式相结合，不能有效发挥它的教育价值。因此，在教学过程中，教师需要应用探究性教学策略，一般以实验性探究和典型例题探究为主。教师根据教学内容，选择合适的呈现方式，让学生在探究的过程中感受价类二维图的实用性，从而增强对价类二维图这一学习工具的认可度。

4.4  突出以学生为本的教学理念

教师在设计教学活动时，要摒弃传统教学中的“满堂灌”模式，适当增加学生活动。一般以小组讨论、学生实验、小组代表发言等形式设计学生活动，确保教师和学生在课堂上有充分的互动与交流机会，从而增强课堂活跃气氛。应用价类二维图预测陌生物质性质以及推测转化关系时，学生的独立思考、大胆猜测，小组间的交流讨论，对于解决问题至关重要。因此，教师需要给学生设置相应的活动，为学生提供展示自我的平台。

5  结束语

综上所述，对于高中化学学习，不但要不断增加化学知识储备，而且要掌握有效的学习工具与模型。良好的学习工具结合巧妙的教学策略，就能够达到事半功倍的课堂教学效果。教师应该将价类二维图作为一种学习工具介绍给学生，让学生能够利用此工具多角度分析问题、解决问题，在学习过程中感受化学学科的内涵与化学探究的魅力，从而激发学习兴趣，最终实现化学学科核心素养的培养与提升。

参考文献

[1] 姜言霞，王磊，支瑶.元素化合物知识的教学价值  分析及教学策略研究[J].课程·教材·教法，2012，32（9）：106-112.

[2] 张曦.基于分类观、转化观的元素及其化合物教学研究[D].武汉：华中师范大学，2018.

[3] 傅新军.巧用“类价二维图”，构建思维模型[J].新课程，2018（12）：147.

[4] 周瑶，王磊，杜德娟，等.初、高中化学衔接教学研究：以“物质的分类”授课为例[J].化学教学，2015（8）：28-33.

*项目来源：宁夏回族自治区国内一流学科建设项目（No.NXYLXK2017A04）。

作者：杨光丽，宁夏大学化学化工学院在读硕士，研究方向为学科教学（化学）；李学强，通信作者，宁夏大学化学化工学院，教授，研究方向为学科教学（化学）以及有机化学（750021）。