要充分发挥元素化合物对学科素养与关键能力培育的价值,显然不能采用传统的教学——即以具体元素化合物为中心,引导学生从组成、性质、制备、用途等方面进行系统、全面的学习。这样的教学,无法帮助学生自主地将有限的元素化合物具体知识“串线结网”形成系统的认识,无法引导学生形成自主研究陌生元素化合物的一般思路和方法,进而影响迁移应用与问题解决。为解决这一问题,研究者提出了解决目前教学问题的两种策略。[10]
1.基于具体物质的元素化合物知识的教学策略
对于高中化学课程重点研究的无机物,课程标准强调基于物质类属和物质核心元素的价态,开展物质性质的研究,从而掌握物质的主要化学性质,建立“价类二维”的元素化合物研究思维。教学的基本过程如图3-2-2所示。
图3-2-2 基于具体物质的元素化合物知识的教学策略
以下以“SO2的化学性质”为例加以分析。
环节一 基于类属的角度认识二氧化硫
[创设情境]展示硫在纯氧中燃烧的图片。为何集气瓶底部放少量氢氧化钠溶液?
[演示]向2个装有SO2气体的矿泉水瓶中分别倒入20mL氢氧化钠溶液和水。
[追问]水是怎么吸收二氧化硫的?
[活动1]设计实验探究水怎样吸收二氧化硫。
[追问]在整个实验过程中还发现二氧化硫有什么性质?
[交流总结]二氧化硫的物理性质和部分化学性质。
[归纳]二氧化硫是酸性氧化物。引导学生从物质类别的角度学习化学性质。
设计意图:结合具体情境,感知并验证二氧化硫的化学性质。归纳环节,将二氧化硫与水、碱反应的性质与二氧化硫的物质类属建立联系,帮助学生掌握在相关化学性质的基础上建构“类属—性质”的物质性质研究思路。
环节二 基于核心元素价态认识物质化学性质
[设问]请同学们依据二氧化硫中硫元素的价态,预测它有什么化学性质。
[情境]工业制硫酸中SO2被氧气氧化成三氧化硫,验证了哪个预测?
[活动2]设计实验并探究亚硫酸的还原性。
[总结]+4价硫元素的还原性。
[追问]从价态上预测+4价硫元素还有什么性质?
[情境]二氧化硫与硫化氢气体混合实验。要求学生根据现象分析二氧化硫的性质。
[总结]+4价硫元素的氧化性。帮助学生建构分析物质性质的核心元素观。
设计意图:从物质核心元素价态出发,预测物质的化学性质并通过实验加以验证,最后归纳核心元素价态与性质的关系,帮助学生建立“价态—性质”的学科思维。
环节三 认识二氧化硫的漂白性
[情境]用二氧化硫漂白食品的图片。
[总结]二氧化硫的漂白性及其应用。
环节四 小结
[总结]研究物质化学性质的一般方法:从类别、价态、特性角度研究。
设计意图:通过总结活动,进一步形成研究元素化合物性质的“价类二维”思维,并认识到化学学习应多角度、系统性认识物质的性质。
环节五 学以致用
[活动3]预测次氯酸的化学性质。(www.xing528.com)
设计意图:开展陌生物质化学性质的预测活动,巩固研究物质性质的“价类二维”思维方法,体会研究物质化学性质的一般思路。
通过上述案例分析可知:利用这一策略教学,要落实好预测物质可能具有的性质、总结物质具有的性质、抽提研究物质性质的思路方法三个任务。对于“预测物质可能具有的性质”环节,强调给学生充分思维的时空,激励学生基于物质组成、物质类属以及核心元素价态进行有理有据的全面预测;而“抽提研究物质性质的思路方法”环节,强调基于代表性元素化合物的“预测—验证—结论”等过程的学习,提炼研究物质性质的思路方法,从而形成自主研究陌生物质的能力。
2.基于转化的元素化合物知识的教学策略
采用该模式教学,通常给出一个具体的转化任务,强调学生设计转化路径、实现转化方案,并通过反思物质转化的路径,总括转化过程所反映的物质的化学性质,从而形成对物质化学性质的系统认识,其教学过程如图3-2-3。显然,设计符合学生认知的具体转化任务、基于“价类二维”思想设计转化的路径、总括核心物质的性质以及建构研究物质的思路方法与转化思路是教学的重点。
图3-2-3 基于转化的元素化合物知识的教学策略
以下以“含硫物质的转化”为例加以分析。
环节一 识别自然界中含硫物质转化的类型
[创设情境]展示“火山喷发”的图片。这样的现象伴随哪些含硫物质的转化?
[探究1]自然界中的含硫物质有哪些?是如何转化的?
[活动]学生填写学案:总结含硫物质的转化类型。教师帮助学生总结归纳自然界中硫的转化形式。
设置意图:结合自然情境,要求学生提取含硫物质及其转化知识并总结硫的转化类型,体现“从自然走进化学”的思想理念,并为探究含硫物质转化的条件作铺垫。
(过渡到实验室里研究不同价态硫元素的转化)
[设问]含硫物质由低价到高价转化应该加入什么物质?由高价到低价转化需要加入什么物质?
[探究2]+4价硫到+6价硫、+4价硫到0价硫的转化方案。
(学生结合自己已有的知识和提供的试剂,寻找方案、完成实验)
[总结]通过实验得出含有+4价硫的亚硫酸的氧化性、还原性。
[探究3]含+6价硫的浓硫酸如何转化为+4价硫的化合物?
(学生:寻找还原剂,设计实验方案,汇报)
[演示]浓硫酸与铜片反应,验证二氧化硫的生成,实现+6价硫转化为+4价硫。
设计意图:指导学生选择合适条件、制定合理方案,实现含硫物质的转化。这一任务能帮助学生巩固氧化还原反应原理、建立实现不同价态物质转化的研究思路,同时也为后续含硫物质性质的研究分析作铺垫。
环节三 基于转化关系认识物质性质
[提问](1)根据上述转化关系,浓硫酸具有哪些性质?(2)基于转化关系,请你预测:二氧化硫具有哪些性质?
(学生预测:酸性氧化物、氧化性、还原性、漂白性;教师演示实验,进行验证)
[总结]+4价硫元素的性质。帮助学生建构核心元素观。
设计意图:通过反思物质转化的路径,结合物质转化过程“价类”的转化,总括转化过程所反映的物质的化学性质,建立起对物质化学性质的系统认识,建构“‘价类’转化—物质性质”的研究思路。
环节四 小结
[小结]物质类别转化;化合价的转化;总结研究物质的一般思路。
设计意图:通过系统小结,建构“具体物质转化—物质‘价类’转化—物质化学性质”的研究物质性质及其转化的认识思路,深化“价类二维”研究元素化合物的化学思维,系统认识物质的化学性质。
3.两种元素化合物教学策略的对比
基于具体物质的元素化合物知识的教学,由于研究对象为具体的物质,虽然能够较为深刻地认识代表物可以发生哪些反应、生成什么产物,但对如何通过具体路径得到该代表物的认识会有困难,从而较难认识到相关物质之间的联系和转化,影响对相关物质的系统化、结构化的认识。基于转化的元素化合物知识的教学,由于物质间转化的路径是互为“可逆”的,而且转化过程设计是基于“价类二维”的视角,体现认识过程的有序性和认识思路的逻辑性,揭示了物质转化的条件性和规律性。因此,基于转化的元素化合物学习,更能帮助学生形成系统化、结构化的认识,深化对转化观的认识与理解,从而更有利于元素化合物的整体学习。
应该看到,虽然采用基于转化的教学对于元素化合物知识教学有更积极的作用,但这种教学思维要求较高,需要学生储备较为丰富的元素化合物知识,因而对于学习与思维水平相对较弱的学生群体不一定适合。为此,教学时应注意逐渐渗透、循序渐进地开展。
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