围绕学科知识结构与思维方法组织教学

2017-12-06何彩霞

化学教学 2017年11期

摘要：以“化学反应”这一学科大概念为统领，提出“化学反应条件”知识框架及其统领下的整体教学思路，旨在帮助学生建立具体知识点与学科大概念、思维方法等之间的联系，让学生从中领悟更有普遍意义、具有持久迁移价值的学科知识结构和解决问题的思路与方法。基于课程教材与学情分析，结合具体案例，就“化学反应条件”学习过程与教学策略进行探讨。

关键词：化学反应；化学反应条件；知识结构；解决问题的思路方法；化学教学

文章编号：1005–6629（2017）11–0044–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

物质的化学变化（化学反应）是化学学科研究的基本问题，初步认识化学反应的基本特征、初步了解化学反应的本质、初步掌握常见的反应类型、质量守恒定律及化学反应的表示方法、催化剂对化学反应的影响、初步形成“在一定条件下物质是可以转化的”观点等[1]，是初中化学课程的重要内容。作为“化学反应”知识的重要组成部分，“化学反应条件”知识对于认识化学反应的规律、通过控制实验条件调控化学反应实现物质的生成、检验、分离和转化，以及发展学生的科学探究能力等都极为重要。

相比之下，初中阶段有关“化学反应条件”的内容较为孤立、零散。且有关反应条件的说法不尽一致：一是“术语”不同，有“条件”、“反应条件”、“影响因素”之说法；二是内涵或构成要素不同，如在“化学方程式”书写中，“反应条件”指温度、催化剂、光照等，说的是“参与反应的反应物”需要通过一定的外在条件而发生反应；而初中化学课程中“燃烧的条件”所讨论的内容，既包括参与反应的反应物，也包括温度；三是探讨的问题指向或关注点不一，如“分解过氧化氢制取氧气的反应中二氧化锰的作用”探讨的是利用催化剂“改变化学反应速率”；“燃烧的条件”、“复分解反应发生的条件”探讨的是“发生反应需要哪些条件”；而通过调控条件（燃烧时要有足够的空气、燃料与空气要有足够大的接触面积）使燃料充分燃烧，关注的是条件与反应结果的问题。概念上的不清晰会造成思维上的混乱，为此，现提出以“化学反应条件”来统整相关内容，并就其教学展开探讨。

1 聚焦學科知识本质，厘清“化学反应条件”知识框架

“条件”是指影响某一事物发生、存在或发展的因素[2]。据此，“化学反应条件”可以理解为影响化学反应的发生、过程（反应快慢、反应历程等）及结果（反应产物、能量转化、反应程度等）的因素，这些因素既包括参与反应的反应物（涉及具体的物质、物质所属类别、存在形态、浓度、用量等），也包括外在条件如温度、催化剂等。

考虑到初中阶段以感性认识为主，结合要探讨的问题指向，现提取“反应发生”、“反应快慢”、“反应结果”三个维度来系统认识“化学反应条件”与化学反应能否发生、反应的快慢、反应的结果之间的关系，由此认识参与反应的反应物（涉及具体的物质、物质所属类别、存在形态、浓度、用量等）、外在条件（涉及温度、催化剂等）是关乎化学反应发生、影响化学反应快慢及结果的重要因素（见表1）。

在实验室中，从化学反应得以实现的化学实验角度看，需要从化学试剂、化学实验仪器和装置、化学实验操作三个方面[3，4]来考虑实验条件的调控问题，这涉及一系列“技术”问题。理论上的“化学反应条件”知识与实验中的条件控制之间有很大的差别，理清它们之间的联系和不同，可以体会化学理论知识可以通过实验技术实现其价值。

综上所述，“化学反应条件”知识涉及多个层面（见图1），需要从其上位概念、本身的构成要素、探讨的问题指向以及实验条件的控制等多方面来加以理解。

当然，如表1和图1所示探讨的问题指向不同，影响化学反应的不同因素所起的影响作用也不同；即使探讨的是同一问题，这些因素所起的作用情况也不一样，一般是反应物的种类和性质起主要或决定作用，即在给定条件下，物质（或两种或两种物质混合时）能否反应、反应的快慢及反应的结果首先是由物质的本质属性或内部结构所决定的，同时受外在条件的影响。

上述“化学反应条件”知识框架，以“化学反应”这一学科大概念为统领，沟通了相关知识间的纵横关系，体现了化学学科独特的认识角度，蕴涵着解决特定问题的思路方法，有利于帮助学生建立起具有更为广泛联系的学科知识结构，能够为学生分析和解决相关问题提供思考路径。具体如下：物质在一定条件下发生化学反应生成新物质，符合质量守恒定律，伴随能量变化。反应物、外在条件是关乎化学反应发生、过程与结果的重要因素。从“化学反应条件”的角度研究化学反应，可从反应物（涉及具体的物质、物质所属的类别、存在形态、浓度、用量等）、外在条件（涉及温度、催化剂等）等方面去考虑它们对化学反应的发生、快慢与反应结果的影响。在实验室中，物质的化学反应通过一定的实验条件（化学试剂、仪器和装置、实验操作等）得以实现。因此，从整体上把握“化学反应条件”知识框架，具有理解具体化学反应知识和解决具体化学反应相关问题的作用，是学生能力形成与发展的关键所在。

2 基于课程教材与学情分析，规划“化学反应条件”学习过程

学生关于“化学反应条件”的学习贯穿于整个初三学习过程，是随着相关内容的学习而逐渐深入的。因此，有必要思考在把握“化学反应条件”知识框架的基础上，如何依据学生的认知特点来整体规划学习进程。如以“反应发生条件”为例，其学习任务和认知过程的整体思考见表2。

表2中的三方面学习任务，体现了力求发展学生从知识、实验技能方法到运用知识技能解决特定问题的教学思路，其中经历从简单到复杂、从个别到一般、再从一般到个别的学习过程。以此为基础，可以提炼出指向学生知识建构与能力生成的学习过程（如图2所示）。endprint

为了较好地从整体上把握学习内容及其认知过程，设计教学时还需要注意以下问题：

第一，要处理好整体与局部的关系。

“化学反应条件”本身是一个内在联系的整体，其构成要素包括反应物和外在条件两大维度，每一维度下还有具体的细化和分解，其探讨的问题指向涉及化学反应发生、反应快慢、反应结果三个方面，因此，在具体反应条件知识的教学时需要加以分辨和澄清。

作为“化学反应”知识的下属内容，“化学反应条件”与“化学反应的基本特征与常见现象”、“化学反应的类型”、“化学反应的表示方法”等内容，它们分别体现了化学反应知识的不同侧面或认识化学反应的不同维度，它们之间是相互联系的，共同承载着对“化学反应”知识的渗透、落实与具体化，它们组合或运作在一起能较为全面地反映或认识“化学反应”的整体内容。学生对“化学反应”的认识可随着这些方面的相关学习而逐渐累积、丰富和深入。

基于上述考虑，围绕“化学反应条件”知识框架设计教学时，需要在整体中把握局部，在学生已有的认知基础上寻找“生长点”，逐渐而连贯地扩展知识体系及认识角度，教给学生结构化的学科知识。

第二，要处理好个别与一般的关系。

“化学反应条件”知识框架是具有解释力和迁移应用价值的工具和方法，围绕这一知识框架组织教学，让学生学习有内在逻辑关联的知识内容，有利于改变由琐碎的事实、现象堆砌式的学习现状，使具体的知识学习更为高效。然而，“化学反应条件”知识框架是在研究具体的化学反应条件中概括总结出来的，它的形成与运用是需要一定基础的。首先需要使学生学习和掌握一些具体反应条件的知识，并通过比较、归纳，抽象等思维过程，让学生理解这些具体知识背后的本质的内在联系，实现从个别到一般的学习过程；其次，要通过演绎推理、运用转化的过程，将知识框架转化为解决特定问题的思路方法，并应用于分析和解决具体的相关问题，实现从一般到个别的学习过程，从而達成知识建构和能力生成的多元目标。按照奥苏伯尔的有意义学习理论，学生新知识学习中的思维活动，主要是由新的学习内容与学生原有的知识之间的关系所决定的。因此，要根据学生已有的认知基础，分析新、旧知识之间的相互关系，明确新知识学习中的思维类型，有利于确定对学生思维活动的启发方法（如图2所示），从而让学生采取恰当的方法学习相关知识，促进学生更好地掌握和理解所学知识。

3 基于“化学反应条件”视角下看“燃烧的条件”教学

如前所述，着眼于对学生发展的考虑，“化学反应条件”的教学需要兼顾知识、思维、能力等多个层面，不仅教知识，更要教会学生思考如何运用学科知识解决特定问题的思路方法。而解决特定问题的思路方法源自对学科知识结构与思维方法的把握，需要将其挖掘、外显出来，为解决特定问题指引思路。下面以人教版九年级《化学》教科书中的“燃烧的条件”[5]教学为例加以说明。

3.1 围绕学科知识结构与思维方法设计教学思路

学生在学习“燃烧的条件”之前关于燃烧、燃烧条件的已有认识是零碎的、不清晰的，有的甚至是错误的[6]。教师的教学任务既要引导学生从化学的视角去认识燃烧及燃烧的条件，将认识清晰化、正确化，更要帮助学生建立具体知识点与学科重要概念、思维方法等之间的联系，与学生已有的关于化学反应的认识建立联系，让学生的认识系统化、结构化和功能化。为此，现以“化学反应”为统领，将“燃烧的条件”与“化学反应条件”建立关联，设计如表3所示的教学思路。

在上述教学思路中，任务2学习活动的设计是教学的核心和关键所在，即：基于学生已有的认知基础，以具体个别的燃烧反应实例为载体，通过比较、分析，归纳出“化学反应的发生同时受反应物和外界条件的影响”的一般规律，帮助学生实现从个别到一般的学习过程，通过抽象概括初步形成探究化学反应条件的一般思路（如图3所示），使学生从一个新的角度来认识和研究化学反应。

3.2 通过“探究性活动”将思维方法外显

解决特定问题的思路和方法是在行动体验中获得的，教学中教师需要将知识背后的学科思维方法通过具体的活动任务外显出来，“燃烧的条件”的学习任务和系列问题设计（见表3）力图做到这一点。如其中任务2及其引导性问题的设计，为“提出问题（燃烧需要什么条件）”、“实验验证方案的设计与收集证据”等内容的学习提供了基本依据和方法上的支撑，使学生的认识不只是局限于简单地去做有关探究燃烧需要可燃物、氧气和一定温度的对比实验，而是能够让学生从化学学科角度去体会研究燃烧的条件所蕴含的“大思路”，即针对探究“燃烧的条件”这一任务，需要回归到“化学反应”概念本身，从“化学反应条件”去识别问题和变量，这样能让探究“燃烧的条件”这一活动更富含学科意义。这一思路可以成为学生分析和解决相关问题的方法工具，进而可以转化为学生认识和研究化学反应的能力。

3.3 借助“列表法”进行思考和表达

以实验为主开展探究性学习，是学习“化学反应条件”知识的主要方式。学习实验条件的控制、观察与记录实验现象、分析和表达实验结果、利用控制变量法设计实验方案等，是学生在课堂上经常需要完成的学习任务，也是发展学生识别和控制变量、设计实验能力的重要途径。然而，通过化学实验来探究“化学反应条件”相关问题，面对实验体系中多个要素及其要综合考虑的问题时，学生往往存在困难或障碍。针对这种情况，教学中可以引导学生采用“列表法”进行思考和表达。如针对人教版九年级《化学》教科书中的“实验7-1燃烧条件的实验”[5]，可分析如表4所示。endprint

针对探究的问题，把分析思考的方向、角度或内容指向以列表的方式（简称“列表法”）呈现出来，能够将分析问题的过程与思维可视化，有利于帮助学生组织相关知识和信息，引导学生清晰而有逻辑地思考，进而促进学生运用所学知识分析和解决相关问题。这对于初学者或基础薄弱的学生，可以达到改善学生学习的效果。因此，值得将“列表法”开发成为指导学生学习的有效工具。

4 结束语

以“化学反应”为统领，依據知识间的内在联系来统整“化学反应条件”教学内容，旨在帮助学生建立具体知识点与学科大概念、思维方法之间的联系，与学生已有的关于化学反应的认识确立关系，让学生逐渐而连贯地从中领悟更有普遍意义、具有持久迁移价值的学科知识结构和解决问题的思路与方法[7]，促进学生的认识系统化、结构化和功能化。由此，与之相对应的教学策略不能仅是局限于对事实的简单记忆和技能的机械训练，而是要围绕学科知识结构与思维方法展开教学，并依据学生的认知特点来设计学习过程。同时提供必要的知识运用场景，这样便于处理好整体与局部、个别与一般的关系，并以整体连贯的方式教给学生有组织的知识体系，有利于引导学生基于学科知识本质和思维方法去分析和解决相关问题，帮助学生实现知识建构并习得解决实际问题的方法和策略。只有这样，才能在教学中体现出整体性和连贯性，让化学教学超越这些具体知识点，使学生的学习更有意义。