基于知识结构化的初中化学教学探索

吴良根

［摘 要］初中化學知识点较多、内容庞杂，单纯的记忆并不能很好地帮助学生进行知识建构。将碎片化的知识结构化，让学生亲身经历知识的获取过程，采用思维导图等形式将知识串线结网，可有效提升初中化学教学效果。

［关键词］知识结构化；初中化学；教学案例

［中图分类号］    G633.8        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）08-0076-04

一、化学知识结构化简述

在20世纪中叶，美国心理学家、教育家布鲁纳提出了“学科基本结构”教学思想，他认为在任何学科的教学中都存在该学科特有的基本结构，主要包括该学科的基本概念、基本原理及内部规律等。化学是一门研究物质的科学，其研究对象主要是物质的组成、结构、性质及其变化规律等。物质世界的层次性和结构性，决定了化学学科教学内容的层次性和结构性。《义务教育化学课程标准（2022年版）》将初中化学学科的知识分为五个板块，即科学探究与化学实验、物质的性质与应用 、物质的组成与结构、物质的化学变化、化学与社会·跨学科实践。每一个板块中都有一个相应的大概念作为知识主线纵向贯穿，各知识点之间相互联系横向串联，形成化学学科知识网络。

初中化学知识虽然有一定的知识结构体系，但总体来说，知识点庞杂、琐碎，关联性不够紧密。面对众多知识，学生较难清晰准确地将其内化与掌握。传统的化学教学常常以罗列知识点为主要形式、以学生背诵记忆为主要手段，不仅增加了学生的记忆负担，还让化学学科成为“理科中的文科”。如此教学既不符合化学学科特点，又忽视了学生学习和记忆的规律，更无法挖掘化学知识的潜在关系和内在结构。教师没有有效梳理知识之间的结构关系，不能深入挖掘知识背后所蕴含的学科思想方法、学科观念和学科价值等，导致一部分学生的化学学习仍停留在记忆和背诵的层面，虽然他们已经记住了相应的知识，但面对新情境中的新问题时，却不能有效调用相关知识解决问题，只能一筹莫展、束手无策。如此学习耗时费力，效果不佳，学生也因此逐渐失去了学习的兴趣与热情。

要改变这一现状，教师就要以知识结构化的理念设计和组织课堂教学。在日常教学中，教师要改变“教教材”的传统做法，树立“用教材教”的理念，对教材内容进行结构化重组与优化，实施结构化教学，引导学生通过实践体验将化学学科中最重要、最基本、最有价值的知识，学习方法和态度以及对化学学科的认识、价值观等联系起来。通过结构化教学， 能够使学生对知识的理解得到深化，促进学生形成结构化的学习模式，提高学生的学习效率。

二、基于知识结构化的初中化学教学案例

【案例1】“奇妙的二氧化碳”教学片段——二氧化碳灭火及与水的反应

［实验演示1］将几小粒干冰投入盛有少量水的烧杯中，观察现象。

师：干冰升华时需吸收大量的热量，使得周围的温度明显降低，空气中的水蒸气凝结为小水滴，从而产生白雾，呈现云雾缭绕的现象。当旱情较为严重时，可以使用干冰进行人工降雨。这是因为在较低的温度下，空气中的水蒸气会凝结成小水滴，当小水滴持续聚集，就会形成降雨。

［实验演示2］将二氧化碳倒入放有高度不一的点燃的蜡烛的容器中（如图1）。

师：为了使实验现象更加明显，可用干冰代替二氧化碳气体，即在一个烧杯里加入几块干冰，然后将干冰升华时产生的白雾慢慢倒入放有高度不一的点燃的蜡烛的容器中，观察现象。

生1：蜡烛从低到高依次熄灭，说明二氧化碳不能燃烧，也不助燃。

生2：还说明二氧化碳的密度大于空气。

师：该实验既体现了二氧化碳不能燃烧和不支持燃烧的化学性质，也体现了二氧化碳的密度大于空气这一物理性质。物质的性质决定物质的用途，因此二氧化碳可用来灭火。那么是不是所有物质都不能在二氧化碳中燃烧呢？

［实验演示3］将燃烧着的镁条放入盛有二氧化碳的容器中，观察现象。

生3：镁条燃烧更为剧烈。2Mg + CO2[点燃] 2MgO + C。

师：虽然二氧化碳常用作灭火剂，但有些活泼金属可在二氧化碳中燃烧，所以并不是所有物质的燃烧都适宜选择二氧化碳作为灭火剂。

［活动探究1］如图2所示，向集满二氧化碳的塑料瓶中加入约1/3体积的水，立即旋紧瓶盖，振荡，观察现象。

师：实验现象说明了什么？

生4：二氧化碳能溶于水，使瓶内压力减小。

师：1体积水约能溶解1体积的二氧化碳气体，增大压强，还能溶解更多，生产汽水等饮料就是利用了二氧化碳这一性质。

［活动探究2］将塑料瓶中的水倒入试管中，用玻璃棒蘸取少许涂在pH试纸上，测出其pH值；向试管中滴入紫色石蕊试液，观察现象。

师：你观察到什么现象？

生5：观察到溶液颜色从紫色变成红色。

师：这说明了什么问题？

生6：酸性溶液能使紫色石蕊试液变成红色，说明试管中的溶液呈酸性。

师：二氧化碳与水反应生成了一种酸——碳酸：H2O+CO2＝H2CO3。

［活动探究3］如图3所示将变红的溶液的一半倒入另一支试管，并用酒精灯加热后，与剩余的另一半溶液进行比较。

师：加热后，溶液颜色从红色恢复成紫色，说明酸不存在了，也就是说明碳酸不稳定，受热后会分解：[△][H2CO3            H2O + CO2 ↑]。

［小结］二氧化碳气体溶于水生成碳酸。碳酸的酸性较弱，且不稳定，在加热或温度较高时，易分解为二氧化碳和水。我们日常生活中喝的汽水就是一种溶解了二氧化碳气体的饮料。

【案例评析】

布鲁纳认为：“获得的知识，如果没有完满的结构将它联系在一起，那是一种多半会被遗忘的知识。”中学化学的学习应按照由简单到复杂、由低级到高级的顺序螺旋式上升，如果零敲碎打，孤立学习，没有一个系统的整体架构，那么学生头脑中的知识就会像一盘散沙。基于知识结构化的化学教学，重点研究的是“如何教”，包括教学内容、教学思路、教学方法等一系列有助于实现既定教学目标的最优教学方式。本课例是沪教版化学九年级教材中“二氧化碳”部分内容的新授课教学片段。二氧化碳的知识学生不管是在生活中还是在以前的科学课程学习中已经有所了解，如二氧化碳能灭火、二氧化碳不能供给呼吸、二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊等。这些知识较为零散，如果没有系统组织，只靠死记硬背，学习效果是不佳的。

本节课中，要让学生记住二氧化碳能灭火、二氧化碳能与水反应生成碳酸的结论，看似简单，实则不易。知识不是靠灌输的，而是需要学生在体验中建构。知识是有结构的，对于不同结构的知识的认知方式是不相同的。化学是一门以实验为基础的自然科学，实验教学在化学教学中具有举足轻重的地位。教师可以通过“实验—分析—归纳”，按照科学的认知方式组织实验教学，使学生所掌握的知识网络化、结构化。本课例中安排了非常有效的实验演示和活动探究环节，让学生获得沉浸式学习体验。首先是“干冰升华，灭火先锋”环节，这个环节对教材实验进行了改进，用干冰升华产生的二氧化碳作为气源，倒入放有高度不一的点燃的蜡烛的容器中，效果极佳，给学生留下了深刻的印象。其次是“水溶成酸，不强不稳”环节。学生在生活中都有喝碳酸饮料的体验，如何从其他角度来验证，是该环节的教学难点。教学中向集满二氧化碳的塑料瓶中加入水，振荡。塑料瓶变瘪的现象及发出的噼啪声激起了学生的学习兴趣和探究热情。而试管内溶液使紫色石蕊变红的现象，让学生感知到了二氧化碳不仅能溶于水，还能与水反应生成酸；加热后，溶液由红色又恢复成紫色，说明生成的酸不稳定，受热易分解。通过实验，让学生更好地参与了知识的建构。

【案例2】“燃烧与灭火”教学片段——燃烧条件的探究

师：同学们在生活中都见过不同物质的燃烧，但你们有没有想过，要产生燃烧现象，除要有燃料外，还要具备哪些条件呢？大家可以根据学过的知识和日常生活经验来猜测一下。

（学生纷纷猜测可能的条件）

师：大家的猜测是否正确呢？这得用事实来说话。

（播放视频：活动探究1、活动探究2、活动探究3）

［活动探究1］用镊子夹取两团分别蘸有水和酒精的棉花，同时放在酒精灯上点燃。

［活动探究2］点燃两支小蜡烛，将其中一支蜡烛用玻璃杯（烧杯）罩住。

［活动探究3］用镊子分别夹取一根小木条和一小块煤块，然后同时放在酒精灯上点燃。

师：刚才的活动探究分别说明了什么？

生1：说明燃烧需要具备三个条件，即物质具有可燃性，可燃物与氧气接触，温度达到可燃物的着火点。

师：现在请同学们再观看一段视频，认真观察。

（播放视频：点燃煤炉中的蜂窝煤）

师：在点燃蜂窝煤的过程中，一共涉及几种物质的燃烧？这些物质的点燃方式有何不同？为什么？

生2：在点燃蜂窝煤的过程中，先点燃纸，纸燃烧后引燃木头，木头燃烧后再引燃蜂窝煤，说明纸、木头、煤燃烧所需要的温度是不同的。

［板书］着火点：可燃物燃烧所需要的最低温度。着火点是物质的固有属性。不同物质的着火点不同。

师：上面我们提到的燃烧的三个条件是要同时具备呢，还是只要满足其中的一个或两个？

师：同学们的猜测是否正确呢？我们还是让事实来说话。请看老师的演示实验。

［实验演示］在两支试管中分别放入两小颗白磷和红磷，试管口插上橡皮塞，然后放入盛有热水的烧杯中；另将一小颗白磷直接投入到该烧杯中（如图4）。观察实验现象。

师：试管中的红磷为什么没有燃烧起来？（温度没有达到红磷的着火点）热水中的白磷为什么没有燃烧起来？（热水中溶氧量较少）如何能使试管中的红磷燃烧起来？（将温度升高至红磷的着火点以上）如何能使水中的白磷燃烧起来？（将一支试管直接罩在热水中的白磷上方，如图5所示）

师：要使可燃物燃烧，需同时满足燃烧的三个条件。

师：现在你能不能解释在课始的实验（略）中，手帕为什么没有被烧坏？

（学生交流讨论，根据燃烧的条件进行解释）

师：燃烧是一种常见的现象，它给人类带来了光明和温暖，但如果控制不当，将会给人类带来灾难。

【案例评析】

采用结构化教学，目的是使学生在学习过程中能以整体视野认识事物及其变化规律。因此，教师在化学教学中可通过“启发—讨论（或实验）—应用（巩固）”等方式，让学生积极自学、实验、讨论，使学生充分发挥想象力、创造力，真正成为主动、积极的知识探索者，使学习更加有效。

学生在开始正式的课堂学习前已有的知识经验或知识结构是学习新知识的重要基础。心理学研究表明，有意义的学习就是把新知识和原有知识联系起来，将新知识纳入原有知识结构中，实现有效“同化”。如果原有的知识与新知识不一致，就要采用适合的教学策略，矫治不正确的观念，从而达到“顺应”的目的。本课例的内容是学生在生活中常见的一种现象——燃燒，所以当学生被问“什么是燃烧？”时，他们会脱口而出：燃烧就是着火。其实“着火”是燃烧时产生的现象。可见，要建立燃烧的概念，光有生活经验还是不够的。特别是生活经验中的某些观念，如“水火不相容”等，从化学学科的视角来看，是片面的。因此，要建构完整、科学的化学概念，必须纠正原有生活经验中的前科学概念（心理学上称为“迷思概念”或“相异构想”等）。其中一种有效的纠正策略就是设计对比实验，让学生在强烈的认知反差中破“旧”立“新”。该案例中的三个对比实验让学生建立了燃烧的三个条件，最后一个创新实验更是可圈可点：将红磷和白磷放在试管中，这样即使燃烧，产生的五氧化二磷也不会逸散到空气中造成环境污染，同时还引发了另一个问题：“放置在热水中的白磷能在水中燃烧吗？”学生通过思考，设计实验，最后成功点燃了热水中的白磷。学生在惊叹中自然而然地纠正了“水火不相容”的错误观点。

三、教学反思

认知心理学理论认为，只有组织有序的知识才能在一定的刺激下迅速地被激活，在需要应用时成功地被提取。良好的知识结构就是把原本庞杂的知识根据一定的要求划分为不同的类型，或将这部分知识归属某种更大的范畴，形成知识组块。教师在教学中有意识地实施结构化教学，可以使学生将学到的知识形成网络，帮助学生记忆，提高学生的学习效率和效果，加快学生知识的重新整合和深层内化过程。

在化学课堂教学中教师要“一体化”设计和实施单元教学，把相关联的知识点有效联系起来，促进学生形成完整的知识结构体系，从而有助于教师系统地对教学体系加以整体优化设计。学生不仅要掌握必要的化学基础知识，而且要经历体验与探究，从而构建化学知识结构体系，真正掌握知识。因此，帮助学生形成良好的知识结构，是当前初中化学教师的一项重要任务，而研究结构化教学策略是每一位初中化学教师的重要课题。

［   参   考   文   献   ］

［1］  中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准：2022年版［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］  周业虹.建构结构化知识体系 优化初中化学课教学：以“质量守恒定律”的教学为例［J］.基础教育课程，2016（4）：11-13.

［3］  徐立堂.基于初中化学知识结构化的教学设计实践：以人教版“金属的化学性质（第1课时）”为例［J］.福建基础教育研究，2020（11）：106-108.

［4］  林国山.初中化学实验结构化教学策略［J］.课程教材教学研究（中教研究），2017（Z6）：43-46.

［5］  张莹，罗佳蓉，朱金苗.中学化学知识结构化呈现方式的研究［J］.安徽化工，2021（1）：164-168.

（责任编辑 罗 艳）