基于学科核心素养的元素化合物知识教学实践

钟秀芬

摘要：文章以“铝及其化合物”知识新授课和复习课两种课型进行阐述，建构“认识模型”对元素化合物知识的学习所起到的作用，为学生学习该知识提供方法指导，使其能力提升。

关键词：核心素养;元素化合物;认识模型

中图分类号：G632.41     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）40-0174-02

一、问题的提出

无机物主题的学习重点是发展学生“宏观辨识与微观探析”、“证据推理和模型认知”的化学学科核心素养，同时使学生的“科学探究与创新意识”、“科学态度与社会责任”、“变化观点与平衡思想”等素养也都得到相应发展。[1]本文以“模型认知”形成对元素化合物相关的化学问题系统分析的思维过程，为学生学习该知识提供方法指导，使其能力提升。

二、元素化合物认识模型及化学学科能力要素

1.元素化合物认识模型。基于特定认识域的认识模型一般可以基于以下4大核心要素进行刻画：认识对象、研究问题、能力任务、认识方式（认识角度和认识方式类型）[2]。元素化合物认识域的认识对象包括具体物质（代表物）、具有共同特点的一类物质（如碱、酸性氧化物、碱性氧化物、酸、金属、盐等）、含某种核心元素的一系列物质、不同元素及其化合物等。这些认识对象经常以保存、使用、检验、鉴定、分离、制备等实际问题形式作为载体，而其化学问题的实质都是指向元素化合物的“性质”或“转化”。

学生在完成这些元素化合物有关的问题任务时候，常需利用某些概念原理知识所形成的特定角度认识和分析物质，如运用物质分类知识，即基于类别通性的认识角度;再如运用氧化还原反应知识，即基于化合价的认识角度;此外，基于代表物类比的思路方法，周期律、反应原理等也是认识元素化合物的重要角度。研究发现，学生基于特定认识角度形成的认识方式具有一定的稳定性，而不同学生的认识方式各有不同，外显为完成不同的能力任务时会有不同的表现。通过教学活动，可以帮助学生建立认识角度，形成特定认识角度的认识思路，发展学生的认识方式，提升能力表现水平。

2.学生化学学科能力要素。化学问题在转化为具体任务时，可以根据学生解决这些问题时所调用的学科能力的不同（学习理解能力、实践应用能力、探究创新能力），分成不同能力任务类型[3]。每一类学科能力又可分为不同的能力要素，进而就会有与能力要素对应的不同任务类型：A学习理解能力：A1观察记忆，A2概括关联，A3说明论证;B实践应用能力：B1分析解释，B2推论预测，B3实验设计;C探究创新能力：C1综合复杂问题解决，C2科学探究，C3创新思维。

三、基于学科核心素养的元素化合物认识模型构建的教学实践（以铝及其化合物高三复习教学为例）

【学习目标】（1）通过物质分类-价态二维图复习回顾Al、Al2O3、Al（OH）3的性质及其转化;（2）通过“元素化合物认识模型”提高陌生情境下对综合复杂问题的解决能力。

【重、难点】陌生情境下运用Al、Al2O3、Al（OH）3的性质对综合复杂问题的解决

环节一、铝元素知识主线

【设计目的】探查原有认识，回顾模型

【教学思路】

1.课前作业：绘制铝及其化合物的元素转化关系图。

2.评价学生绘制的转化图，构建铝及其化合物的转化关系的二维图，指导学生绘制二维图。

【任务类型】A1观察记忆;A2概括关联

【学生发展意图】采用二维图，让氧化还原和物质分类内化为学生分析和解决元素化合物问题的认识角度

环节二、氧化铝、氢氧化铝的性质探究

【设计目的】直接用模

【教学思路】

1.取两片形状大小大致相等的铝片分别加入试管1和试管2中，然后分别加入3ml 2moL/L稀盐酸和NaOH溶液（均过量），观察并记录实验现象，写出相关反应的离子方程式。

2.取少量试管1中的溶液于试管3中，逐滴滴加NaOH溶液至过量，边滴加边振荡。

3.取少量试管2中的溶液与试管4中，逐滴滴加盐酸至过量，边滴边振荡。

【思考】（1）预测现象与实际现象是否相同？（2）请结合平衡移动原理解释Al（OH）3能溶解在盐酸或NaOH溶液中的原因。（3）若由AlCl3制备Al（OH）3，应选用什么试剂？若由NaAlO2制备Al（OH）3，应选用什么试剂？（4）将上述实验后试管3中的溶液与试管4中的溶液相混合，有何现象？

【任务类型】B1 分析解释  B2 推论预测

【学生发展意图】利用模型对金属及其相关性质转化关系进行分析解释。提高学生基于模型分析解释能力

环节三、工业流程题中运用

【设计目的】深化用模

【教学思路】工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，只含Fe2O3杂质）为原料冶炼铝的工艺流程如下：

（1）写出流程中反应①②的离子方程式。（2）写出电解熔融Al2O3的工作原理。电解时为何要加冰晶石？（3）能用电解熔融的AlCl3的方法制铝吗？

【任务类型】B2 推论预测  B3 实验设计

【学生发展意图】在不断地解决问题的过程中，让学生发现解决的问题实际上就是：性质和转化。而认识的角度为二维。并在课堂上体会不同能力任务，建立不同化学学科能力

环节四、知识迁移

【设计目的】C3创新用模

【教学思路】

1.铬（Cr）与铝的性质相似，如

Cr（OH）3+OH-→CrO2-+2H2O

探究：（1）往CrCl3溶液加入过量NaOH溶液可制得Cr（OH）3吗？（2）对CrCl3·6H2O加热脱水可得CrCl3吗？（3）设计实验证明Cr2O3的两性（4）设计实验CrO2-证明溶液酸碱性，并加以说明。

2.根据已学知识，预测Zn、ZnO、Zn（OH）2的性质，并设计实验证明。

【任务类型】C1复杂推理

【學生发展意图】经历过对Cr的探究环节，完成相应铺垫，通过对Zn、ZnO、Zn（OH）2性质预测设，学生结合元素周期律基于元素化合物认知模型解决陌生物质性质探究

四、运用元素化合物认识模型对学习铝及其化合物知识的教学效果分析

1.学生以类别和价态为核心的认识角度概括关联分析物质性质的能力加强。认识角度是模型中最核心的变量，是学生分析和解决问题的思维基础，对元素化合物的教学非常重要。通过教学实践证明，在教学过程中凸显认识角度的建立，有利于让学生在面对陌生物质时能够主动地从物质类别和价态两个角度进行性质预测并解决相关问题。在教学过程中，绘制和熟记二维图并不是教学的目的，让学生基于二维图，建立类别和价态这两个认识物质性质的角度，才是最有价值的。通过构建“元素化合物认识模型”的教学和传统授课教学比较，可见学生对铝元素知识的认知角度和利用该认识角度的具体认识思路明显不同。

2.基于“元素化合物认识模型”对陌生问题的分析和解决能力有所提高。模型的概括作用可以帮助学生在面对陌生情景下的各种化学问题都能选取核心认识角度，调用相应的推理模式，能够以不变应万变地解决多种问题。如课堂上预测Zn、ZnO、Zn（OH）2的性质，并设计实验证明。教学前，学生回答：它们分别是金属单质、金属氧化物、金属氢氧化物，都可以跟酸反应。教学后，学生回答：Zn与Al位于对角线位置，性质相似，所以Zn、ZnO、Zn（OH）2既跟酸反应又跟碱反应，根据其化合价推测跟碱反应的产物是ZnO2-。从教学前后学生的回答可以看出，学生在面对陌生物质时，从基于零散经验预测性质到自主基于类别和价态预测物质性质，并能清晰准确地设计实验验证。

参考文献：

[1]王磊.基于学生核心素养的化学学科能力研究[M].北京师范大学出版社，2017.

[2]王磊.2012—2013第一学期“高端备课”总结交流大会报告[R].2014.

[3]王磊.国家社科基金教育科学重点课题“中小学学科能力表现研究”开题报告[R].2011.