核心素养导向下建构元素化合物认知模型的探讨

摘 要：元素化合物知识是在新课程改革背景下高中化学内容的重要组成部分，如何有效地建构元素化合物知识的认知模型，是当前面临的一个重要课题。文章主要探讨了核心素养导向下，如何构建高中元素化合物知识认知模型。

关键词：元素化合物;认知模型;核心素养

化学学科的核心是物质。因此元素化合物的性质应用与用途是化学学科的重要内容，更是高考题中的主要载体，充分体现了化学学科核心素养的几个观念：宏观辨识与微观探析、变化观、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任。但元素化合物涉及的种类多，学习素材广泛，物质变化复杂，物质结构微观结构抽象，普通学生学起来感觉凌乱、困难，仅会死记硬背单一物质性质而难于应用。因此在元素化合物的教学课堂中，应如何深入渗透学科核心素养，构建物质元素化合物的认知模型，有助于学生高效、有序和掌握大量的元素化合物的性质与反应，使繁杂的无机元素化合物知识网络化，并运用所学得的思维模型推断陌生物质的性質。建立分析解决问题的方法，是学生面对各类化学任务时自主调用物质性质的“导航仪”，建立有效的元素化合物认知模型，使元素化合物的核心知识、思维方法、学科核心素养融合为一体，从而使核心素养“落地”。

一、 用探究的思维主动构建认知模型

如果学生只是被动地接受外界信息，其记忆的保持率是有限的。尤其是元素化合物，物质种类多，性质复杂，物质之间的反应千变万化，如果能运用能探究的思维主动去理清物质变化的根本原因，感知事物性质的多样性，会大大增强教学的效果。如在氨气的喷泉实验探究过程中，让学生充分讨论思考：产生喷泉的原理是什么？什么操作可以引发喷泉？哪些气体和溶液可以做喷泉实验？喷泉水的颜色是什么，成分是什么？可以如何改进该实验？学生如果经常受到这种探究思维的训练，深刻地理解学习过程中应该具体问题具体分析，学习是灵活的。那么在以后的学习中就会主动运用这种思维进行建构认识模型。

教学案例一：实验室制取氢氧化铝的实验探究

学生分析：根据已有知识，可以推知氢氧化铝的制备应该可以用可溶性铝盐和碱反应得到，但碱的强弱对它的制取是否有影响？加入试剂的顺序有无影响？

设计实验方案并进行探究：

刚进行实验方案设计时，学生可能只想到用可溶性铝盐和碱就可制备得到氢氧化铝，这时候教师在教学过程中注意进行设疑，并引导学生分析，这时学生才能设计比较完整合理的实验方案进行探究，并得出制备的最佳方案。在这一主动探究的过程中，学生产生问题，讨论中碰撞不同的思维火花，然后通过实验获得的结论，从而转变为自己的见解，而不是被动地接受课本中的知识。

教学案例二：二氧化硫与氯水的漂白性原理探究

学生提出问题：二氧化硫与氯水的漂白性原理是否一样？

学生分析：氯水漂白是因为次氯酸有很强的氧化性，而二氧化硫属于化合漂白，因此原理可能不同。

学生设计实验方案如下，进行实验探究。

学生得到实验结论：二者的漂白原理不同，二氧化硫的漂白是暂时性的，氯水漂白是永久性的，而且二氧化硫不能使指示剂褪色。

学生在刚学完氯水的漂白性后，接触到另一物质的相似性质，自然会对它们原理感到好奇，此时教师可以适当引导学生设计实验进行探究，主动完成实验设计并探究得出结论，这时老师的点拨会起到事半功倍的作用。

二、 运用分类的思想构建认知模型

人类知识不是为了记忆而记忆，而最终目标是为了运用。化学元素化合物知识内容多且琐碎，导致学习的困难。所以在解决问题时难以提取所需要的知识，因此记忆的知识变成了僵化的、无价值的东西。如果将化学元素化合物知识按照一定的线索进行分类的话，有利于把握知识之间的复杂关系或内在联系。当需要运用时，就像查找图书馆经过分类收藏的书一样，可以轻易提取出来。所以分类法是重要的学习方法之一。

而教材在学习元素化合物知识前学生刚学完物质的分类，已有了一个概念“分类使看起来杂乱无章的物质变得整然有序”，所以在学习同样看起来很繁杂的元素化合物知识时也会想到将刚学到的知识应用于其中，从而认识分类法对于化学学习的重要性，这也是教材编排的真正意义所在。例如教材中，金属元素是按顺序为：按单质、氧化物、氢氧化物和盐类进行横向分类。对于具体物质按组成、结构、性质、用途进行纵向分类。学生可以通过学习某一物质知识，根据结构类推到同一类别物质的性质，能有效地建构元素化合物同一类别物质的认识模型。

教学案例三：金属性质

学生首先举例说明金属能发生哪些化学反应。

然后分析金属发生燃烧化学反应，写出化学方程式。

最后画出Na、Mg、Al的原子结构示意图，分析原子结构特点与化学性质的联系，得出金属性质相同点。

设计以下教学活动过程主要是引导学生通过对个别金属单质的化学性质的引入，从分析钠、镁、铝原子结构分析（最外层电子数少，易失电子），从而上升到金属类别的通性，让学生在学习过程中体验个别上升到类别这一学习过程。

又如在学习钠的氧化物时，教材中安排了思考与交流“氧化钠与水发生反应和氧化钙与水反应类似，请你写出氧化钠与水反应的化学方程式”，学生可以根据它们都是碱性氧化物，自己得出他们可能具有的性质，与教材和老师观点对照，发现自己是正确的，可以体会分类思想的重要意义以及实际应用价值，从而认识到“原来经过这样分类后，同一类的物质有一定的化学共性，如果知道某一陌生物质属于这一类，就可以大致得到它可能的性质”。但在学习到铁的氧化物时发现其不能与水反应，而氧化铝却有两性，这时学生会产生质疑，认识到它们除了共性外也有一些递变性，从而构建知识模型。

三、 基于原有知识构建新认知模型

学生新知识的获得是在原有认知的基础上构建起来的，所以在学习元素化合物知识时，教师要注意利用好原有的知识体系，将新旧知识串联起来。

如在学习二氧化硫性质作为酸性氧化物知识时，可以通过已学的CO2的性质进行类推，二氧化硫分别能与水、碱和碱性氧化物反应。而又可根据已有的氧化还原反应，分析硫元素化合价为中间价态可推知其有氧化性和还原性，然后按图1进行深入讨论，将原有知识迁移拓展，建构硫元素新的认知模型。

又如在引导学生探讨氢氧化铁和氢氧化亚铁的制备时，由于学生在之前已分析过氢氧化铝的制取，学生可以轻易推知制备的试剂（见图2），这样省下大部分精力来讨论氢氧化亚铁盐制备过程注意事宜。

学生用原来知识推测新知时，有时联想会比较狭窄，不够全面，有时可能也只是胡乱猜想，故教师在教学过程中要设置适当的情意问题，层层深入，引导学生去解决新问题，构建正确的新认知模型。

以上讨论了学习元素化合物知识认知模型建构的三种策略，认知模型的建构要视具体教学内容和教学目标而选择合适的策略，甚至同一教学内容可能会用到不同的策略。但是，不管运用哪种思路构建知识模型，必须把握好元素化合物知识内在的联系，层次分明，思路清晰，保证学生知识信息的顺利提取。为此，可以根据学生反馈情况及时做出调整，从而加以补充修正，使之更加完善。

参考文献：

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作者简介：

李勤瑜，广东省广州市，广州市花都区秀全中学。