学科大观念引领元素化合物性质的深度学习

喻华

摘要：高中化学元素化合物的教学，基本问题是“物质及其转化”，抓住学科大观念的转化观这一核心概念展开教学，能避免学生学习的琐碎化，促使学生对元素化合物知识的理解更深入。以二氧化硫的教学为例，把“转化观”作为固着教学具体概念和环节的“大观念”，引导学生深度思考和学习。

关键词：大观念;转化观;深度学习;课例研究

文章编号：1008-0546（2022）10x-0058-03中图分类号：G632.41文献标识码：B

所谓学科大观念是指能够强有力地解释化学有关现象，并提供对化学综合考察的内容。它是学科知识的本质与核心，指明了学科的基本结构和方法。化学物质的相互转化是学科的基本观念，它也是元素化学的本质与核心。物质转化的观念可以将元素化合物知识结构化，进而揭示元素化合物本质与内在联系。它是化学元素知识背后的“固着锚”。

高中的元素化学涉及卤素、氧族、氮族、金属铁、铝等。教师抓住转化观这一核心概念展开教学，可以避免学生学习的琐碎化，促使学生对元素化合物学习和理解更深入。本研究中，以“硫及其化合物”这一单元中二氧化硫的教学内容为代表，把“转化观”作为固着教学具体概念和环节的“大观念”，引导学生深度思考和学习。

一、学科大观念引领的教学设计思路

教材分析是明确大观念的关键环节。教师通过大单元主题教学设计，精准定位教学内容并进行设计重构。教材第三章“硫、氮及其循环”是学生系统学习非金属及其化合物的重要章节。其主要内容包括：在氧化还原反应、离子反应等理论知识的基础上，通过对硫、氮及其化合物的学习，进一步认识元素及其化合物研究的基本思路和方法。本章强调从物质类别和元素价态角度认识物质之间的转化路径，并通过实验探究深入了解物质之间的转化规律。

本章旨在帮助学生形成认识物质性质的角度，认识元素及其化合物的内在联系及其转化的重要价值，形成物质转化观。本章是在前面卤素及其化合物的基础上对非金属元素板块的进一步拓展，关注学生能利用刚学习的氧化还原反应、离子反应等理论知识，从物质类别和元素价态的二维角度去认识物质之间的相互转化，为学生后续进一步认识元素周期律等化学理论，建立“结构决定性质”的化学观念奠定重要的基础。

本课是第三章第一节“硫及其重要化合物”中二氧化硫第二课时的学习内容。在氧化还原反应、离子反应等理论知识的基础上，运用第一课时掌握的二氧化硫的性质，解决化工生产中二氧化硫的制备及含硫尾气中二氧化硫回收等实际问题。通过本节课的学习，进一步认识元素及其化合物研究的基本思路和方法，从物质类别和元素价态角度认识物质之间的转化路径，认识转化的重要价值，形成物质转化观。

对本节中二氧化硫的分析可以进一步辨明“转化观”。从物质类别上看，二氧化硫是典型的非金属氧化物，具有酸性氧化物的通性，能转化为对应的酸和含氧酸盐。从化合价分析，二氧化硫中硫元素为+4价，处于中间价态，硫元素可以继续被氧化到高价态+6价，从而转化成硫酸或硫酸盐;硫元素还可以被还原到单质硫或更低价态的-2价的硫化物。所以，二氧化硫就是硫及其化合物相互轉化的中心物质。通过这节课让学生全面认识二氧化硫，学会合理利用各项性质的应用，提高社会责任意识。

二、落实大观念的教学实践

第一环节，设计一个真实具体的生活情境。让学生思考，要解决问题需要哪些知识储备？以此激发学生学习探究的兴趣，促使他们在探究的过程中将理解内化，最终学以致用去解决实际问题。第二环节，设计一个框架或者思考模型。让学生具备知识理解、原理内化的抓手。引导学生思考，如何理解各种现象之间的转化关系？使他们深入地理解概念和原理。第三环节，设计解决问题过程，呼应前面的生活情境，提出解决方案。让学生在解决问题的过程中进一步感悟二氧化硫的性质及相关转化的本质，促使他们获得更深入的理解和学习迁移。表1是“硫及其化合物”一课的教学设计。

第一环节情境导入：教师展示“自然界中的硫循环”图，请学生观察其中硫元素的存在形式（见图1）。

随之，教师呈现另一张表“2001年工业二氧化硫的年排放量”，请学生分析图1、表2信息。让他们意识到二氧化硫的重要工业价值和它对环境所带来的影响，并引发他们探讨大量排放含硫尾气对环境的危害。教师追加问题，进一步提出：如何处理这些对环境有害的二氧化硫？尾气中的二氧化硫该如何回收？

这个环节中，教师引入二氧化硫尾气的惊人排放量，针对二氧化硫的性质提出真实的问题，从而促使学生深入思考二氧化硫及其相关硫化合物的性质，为进一步理解转化观念奠定基础。

第二环节建立转化的模型：师生共同分析硫元素的价-类二维图。教师通过“自然界中的硫循环”，引导学生观察其中硫的存在形式，并列出相应的化学式：H2S、SO2、SOS2-、H2SO4、SO3、H2SO3、Na2SO4、FeS、FeS2、Cu2S等等。

学生完成价-类二维图;期间，教师进行两个引导：1、二氧化硫的类别分析，一是二氧化硫属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性;二是二氧化硫的价态分析，二氧化硫中的硫元素+4价，在中间价态，化合价可升可降。2、这些含硫化合物之间的价态升降变化关系。

硫元素的价-类二维图是构建物质转化模型的原型。化学的本质即变化，价-类二维图就是变化的显性表示，转化观就隐含在这变化中。同时，通过物质的相互转化，实现零散的元素知识结构化，从而使化学概念和理论更加深入和精细化，也促使学生将转化的观念内化。学生画图的过程是他们辨别硫及其化合物之间的转化关系逐渐建构元素转化模型的过程。教师引导他们绘制、使用这张图，用这张图解释和说明相关的问题。可以说，图是串联元素化合物复习的主线，由它串起一颗颗散落的珍珠（各种物质）形成一根珍珠项链（元素关系）;图更是一个“基站”，它既能发散出去又能聚拢回来，是研究物质性质、用途、相互转化的信息中心。

师生合作定性完成转化图（见图2）。讨论并完成从二氧化硫“发散”（转化）出去的物质，和向二氧化硫“聚拢”（生成）的反应。这个活动在学生心目中建立起“转化观”。

合作讨论如何实现“发出去”和“收回来”的化学原理。通过分析和探索二氧化硫与相关物质的转化反应，再次强化氧化还原反应、电子转移的基本原理，夯实对化学概念和原理的本质认识。

第三环节转化观念内化：呼应先前的情境问题，提出解决方案。

教师展示图1和图3。从图3可以看出我国对硫酸的需求与日俱增，也就是对二氧化硫的需求量增加。再次强调二氧化硫是重要的化工资源。

教师再引导学生看图1“自然界中硫循环”，问人类活动所产生的二氧化硫都被合理使用了吗？自然而然地引出“工业尾气中二氧化硫的回收与再利用”课题。

学生依据氧化还原反应的原理，提出想法，并讨论与回答。

这个环节中，教师引导学生在氧化还原反应理论知识的基础上，运用前一课时掌握的二氧化硫的性质，解决化工生产中二氧化硫的制备及含硫尾气中二氧化硫回收等实际问题。学生进一步认识元素及其化合物研究的基本思路和方法，从物质类别和元素价态角度认识物质之间的转化路径，认识到物质转化的本质，形成物质“转化观”和二氧化硫“物尽其用”的“价值观”。

三、教学反思

综观本教学设计实施和学生课堂学习，大观念不仅将化学现象、概念、原理整合为一个整体结构，也将教学活动有效地统合起来达成学科核心目标。①根据硫及其化合物的价-类二维图探讨二氧化硫的制备及尾气回收，建立物质变化观，培养了变化观念与平衡思想;②通过价-类二维图建立物质间轉化模型，应用于解决二氧化硫的制备方案、尾气回收方案。从宏观和微观结合上收集证据，依据证据从不同视角分析问题，推出合理的结论，学会证据推理与模型认知;③在解决资源和环境问题时，学习化工生产中的联合思想，感悟“物尽其用”的价值，培养学生科学态度与社会责任感。

综观元素化合物的教学，基本问题就是“物质及其转化”;学习活动就是两大基本任务：探寻“物质及其转化”的基本规律，建构“物质及其转化”的科学理论。

总之，用一个核心的“大观念“，将松散的元素化合物性质统合起来，可用于解释较大范围的物质的性质，而且能够使课堂探究教学有效地实施和展开。通过这些课堂的活动，也能使学生体验到围绕着“琐碎”元素知识还具有更深刻的规律，进而获得学科核心素养。化学核心观念的抽象和概括应该紧紧围绕化学学科认识的基本问题和基本任务，它的认识水平高于“物质及其转化”的具体事实、化学概念、物质及其转化规律及化学科学理论。

参考文献

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