高中生化学知识体系建构的教学案例研究——以《二氧化硫》的教学为例

■董　军

高中生化学知识体系建构的教学案例研究

——以《二氧化硫》的教学为例

■董军

建立具有内涵的体系和结构，能够体现已有的知识与新知识之间的本质关联，知识生长的脉络对新知识的认识起到促进作用，有助于学生对新知识的理解、记忆和应用，有助于认识学科规律、形成学科思想。为此，我们端正了教育思想，调整了教学顺序，提升了教学目标，在这个方面进行了长期的研究与实践，实现了在思想上、内容上和教学要求上经常性地进行学科体系的建构，并且让学生通过建构和应用化学知识体系，最终认识化学、学习化学和理解化学。

一、建构具体而有针对性的小体系

任何一门自然科学都有其完善的知识体系和结构体系，理解和掌握这些体系对于系统地学习、深刻地研究科学是非常必要的。但是，对于中学阶段的教学，不可能建立和学习“高、大、全、深”的体系，而是为了指导学生对某一部分知识的学习，为理解具体的知识和原理而进行体系建构。因此，我们建构的知识体系是属于局部性的知识体系，不是完整性的学科体系。它因教学内容而异、有大有小，随教学内容不断地建构与完善。

二、高中化学必修阶段常用的具体的体系举例

(一)化学反应及认识物质思路的体系

在初中阶段，学生学习了物质的分类和四大基本反应类型，两者结合则容易理解常见物质的基本性质及转化关系。高中阶段学习了氧化还原反应和离子反应，阐述了其反应的原理，并且用来表示反应的本质。

由上述三类具体的化学反应而建立起的中学化学反应体系，已经能够对物质的性质及转化进行多角度、由现象到本质的进行分析，从而从原理上认识物质的性质及其变化，也就形成了认识和研究具体物质的基本思路和程序。

(二)原子结构与元素性质变化规律的体系(“构-位-性”体系)

学习元素周期律既要有内容、有过程，更要有结论。在具体的教学过程中，从同周期元素性质的递变，到同主族元素性质的递变，都能用来构建原子结构与元素性质的关联体系，突出金属性和非金属性的变化规律及本质，强调结构决定性质的观点，再与元素周期表相结合，就形成了原子结构、元素周期表与元素性质的关联体系(即“构-位-性”体系)。

(三)结构决定性质的思想体系

在高中化学必修阶段，由于课程标准的要求，在教材中把《金属及其化合物》和《非金属及其化合物》都放在化学1中进行，而把《物质结构 元素周期律》放在化学2中进行。这样，学生对于元素知识的学习明显缺乏物质结构理论的指导，对元素周期律的学习也只是用归纳的思维，从具体的、已知的事实中归纳出规律。没有理论指导的演绎性思维，没有体现理论对于元素知识认识的指导性作用，使“结构决定性质”的重要观点没有经过逻辑推理、理论实践和应用的过程，学生对其作用和价值都不能真正很好地理解。

我们解决这个问题的方法是：把教材(人教版)化学1第四章《非金属及其化合物》调整到化学2作为第一章，而把化学2第一章《物质结构 元素周期律》调整到化学1作为第四章，两章对调。

调整后，《金属及其化合物》是“律”前知识，可用于归纳式思维学习元素周期律的素材；而《非金属及其化合物》则是“律”后知识，可用于应用元素周期律演绎式思维学习元素知识的素材。通过建立在事实知识基础上的归纳，建立了元素的性质与原子结构之间的关系，演绎推理得到非金属元素的性质递变规律，从而建立了两者对立统一的对应依存关系，建立了结构决定性质的观点，从而从结构和性质两个方面更好地促进对金属与非金属的学习，使学生在学习非金属及其化合物之前，就对非金属的结构和性质及其性质变化规律有能力进行推导而了解，对学习非金属是充满了期盼，期盼在学习的过程中验证自己的推论和观点，在学习的过程中会主动地建立“构-位-性”三者的对应与转换关系。

(四) 金属元素及其化合物与非金属元素及其化合物的对立统一体系

金属与非金属是原子结构特点相反、性质相反的对立体，并且随着原子结构差别的扩大，性质趋向“两极”。它们的化合物的性质也那样是性质相反的对立体，同样有着类似其单质性质的变化规律，性质变化趋向“两极”。但有意思的是，这两大类物质都能生成盐，并且越是“两极”的物质，越不能在自然界中长期稳定地存在；其相互化合、反应的能力越强，越容易生成盐，充分展现了金属元素及其化合物与非金属元素及其化合物性质之间的关系是对立统一关系，如同高山与大海、天地之阴阳、人间之男女，是完美的对立统一关系。

因此在元素化学教学的前期，就要为这个对立统一体系的建立，在知识上和思想上做好准备、积累素材；而在元素化学教学的后期阶段，既要补充和完善这个对立统一体系，又要及时应用这个关系指导学习。

(五) 对元素及其化合物知识的学习体系

鉴于已经形成的知识体系，对非金属元素的学习则主要是应用以上所述的体系设计教学要求和教学活动。在学习阶段，遵循“先单质、再化合，先物性、再化性，位构性、得性质，先转化(物质类别转化)、再氧还(氧化还原反应)，先共性、再特性”的新物质学习体系；在具体知识的应用阶段，还要充分考虑并用(科学、技术、社会、环境)的观点，应用知识分析解决具体、实际的问题，从而建立起元素化学的学习与应用体系(详见后面的课例)。

三、知识体系的构建过程

下面汇报我在《二氧化硫》一课教学时帮助学生建立知识体系，并应用于指导教与学的教学设计。

【知识结构】元素及其化合物知识的学习，应体现微观与宏观相结合的思想、体现结构决定性质的思想，把元素的性质与原子结构、把分类的思想和对比的方法建立在体系的框架中。

通过学生的思考、讨论，由此总结出在常见元素及其化合物之间的转化、性质递变和对立统一关系。

《二氧化硫》一课既是一个“建模”的过程，也是一个“用模”的过程。“建模”是指建立了金属元素与非金属元素之间对立统一的关系的模型，“用模”则是使用这个模型来指导二氧化硫的学习。

【教学设计】在学习二氧化硫时，学生已经具备就中学阶段应用元素及其化合物知识构建宏观的、全面的对立统一的体系，并应用于认识具体的物质的知识基础和思想方法基础。为此，通过具体的问题分析，让学生总结出学习元素化合物知识的思想和方法，形成体系，并应用于新课的学习中。因此，这类问题在课前以“前置作业”的形式给出。

新课的学习则根据由前置作业得到学习元素化合物知识认识方法模型，系统化地设计问题，引导学生用系统的眼光和科学的方法分析问题，实现边总结边建构体系，并且边应用体系学习新知识。

本着学以致用的原则，设计联系实际的问题，让学生在应用中解决问题，体现二氧化硫的性质、知识的应用和学科价值。

教学实录如下：

【前置作业】下列每一条叙述都体现了学习元素化合物知识的一种原理或方法，请回答。

①根据硫在周期表中位于第三周期第VIA族，则推知硫元素有较强的非金属性。推导的依据是什么？

④氯是一种常见金属，因此可以和某些金属、碱、碱性氧化物，以及某些盐溶液反应。做出以上结论的依据和方法是什么？

请对上述5个问题归纳并分析后，就如何系统而全面地学习具体的元素及其化合物，做出总结。

从回答上述问题可以总结到系统而全面地学习元素化合物知识可以使用的思想和方法。

依据分类的思想，采取类比类推的方法、对比的方法，借助同类物质的通性来初步学习未知物质的性质，化未知为已知；可以依据结构决定性质的思想，依据元素在元素周期表的位置或其原子结构去分析、判断其化学性质；可以依据已有的规律(如金属活动顺序等)去推导和学习，还可以依据化学反应原理(如氧化还原反应原理)去分析和学习。

由此构建了科学、全面、系统的学习元素化合物知识的认识体系，建立了相应的学习模型，指导学生科学、高效、自主地学习。

前置作业是谈观念、谈思想，而把“纸上谈兵”落到实处是“每课一题”。

【每课一题】1.对于同类物质可以采用类比类推的方法初步学习新物质的性质。请完成下表来认识二氧化硫的性质。

表1　二氧化碳与二氧化硫性质对比分析表1

表中“与过氧化钠反应”，既是检查学生的思维的全面性、完整性和严密性，也是为建立从氧化还原反应的角度分析物质，为学生在自主学习与交流中有突破性的收获留下种子。

2.怎样验证Fe3+离子具有氧化性？怎样思考？写出反应的离子方程式。

此题意在能超脱具体物质而从原理和类别的角度形成思路，并应用于本课于设计实验证明二氧化硫的氧化性之中。

【问题导学】问题1：二氧化硫的性质

问题1-1：二氧化硫的溶解性及亚硫酸的酸性强弱。

1.二氧化硫的物理性质：

观察在矿泉水瓶子(500mL)中的二氧化硫，扇闻其气味。注入20mL水，旋紧瓶盖，观察。测其pH，并通过计算，判断亚硫酸的酸性强弱。[提示：pH=lgc(H+)]。

2.二氧化硫的化学性质：

师生共同评阅每课一题的典型事例。并依据“先转化、再氧还，先共性、再特性”的思路和顺序，不断提出和解决问题。

问题1-2：请判断二氧化硫是具有氧化性、还原性，还是既具有氧化性又具有还原性？说明依据，并设计实验予以证明。

问题1-3：由二氧化硫的性质，你认为二氧化硫与过氧化钠反应的产物可能是什么？请设计实验予以证明。

问题1-4：二氧化硫漂白性的说明

表2　几种常见漂白剂漂白原理对比

随着对二氧化硫认识的不断深化，每课一题的《二氧化碳与二氧化硫性质对比分析表》也在问题的讨论和解决中不断地丰富和完善(见下表)。

表3　二氧化碳与二氧化硫性质对比分析表2

问题2：二氧化硫与二氧化碳的对比

问题2-1：如何区别二氧化碳与二氧化硫？请简述你的思路、方法和实验现象，并写出化学方程式。

问题2-2：怎样除去二氧化碳中的二氧化硫？请简述你的思路、方法和实验现象，并写出化学方程式。

问题3：二氧化硫与环境

学以致用。把基础的知识应用于大家关心的社会问题，是一种很好的教学策略。教师可设计以下问题和例题，与学生共同交流。

例题：已知某地区的酸雨是硫酸型酸雨。某同学进行了一次酸雨样品的采集和分析，每隔一段时间测定一次pH，记录数据如下：

时间开始8小时16小时24小时32小时40小时48小时pH5.04.84.54.34.24.04.0

请回答：

(1)开始时，雨水产生酸性的原因是什么？请用有关的化学方程式和电离方程式表示。

(2)雨水样品在放置时，pH变化的主要原因什么？请用必要的文字及化学方程式表示。

问题3-1：整治酸雨要从源头做起，要从工业烧煤锅炉去除二氧化硫做起。请设计一个物美价廉、方便易行的方案，写出其化学方程式。

问题3-2：处理意外事故中外撒、外泄、外溢的有毒、及腐蚀性的物质的思路往往是把它们转化为无毒、无腐蚀性的物质。依据这个思路，如果在公路上运输的二氧化硫或硫酸外泄，你会给消防救灾人员提出什么建议？

最后把答案和共识与知识结构体系结合在一起，形成了金属元素及其化合物与非金属元素及其化合物的对立统一体系。这个体系同样能够用于复习金属及其化合物的知识及应用。

由此可见，只要能够做到学习一种新的物质就把其具体的知识纳入到知识体系中，用具体的知识建立完善的结构。知识积累得越多，体系就越完整，原理就越明确，规律就越明显，就越具有指导意义和价值。

(作者单位：山东省淄博市教学研究室，山东淄博255030)