基于認知地圖建構(gòu)的元素化學(xué)教學(xué)設(shè)計

羅余凌

[摘? ?要]以《硫和含硫化合物的相互轉(zhuǎn)化》為例，讓學(xué)生完成對硫和含硫化合物的相互轉(zhuǎn)化認知地圖的主動建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)元素及其化合物知識的一般方法與模型。

[關(guān)鍵詞]認知地圖;元素;教學(xué)設(shè)計;硫和含硫化合物

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標(biāo)識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）08-0062-02

一、研究背景

美國心理學(xué)家T.C.托爾曼曾通過動物在迷津中找到食物的實驗提出了“認知地圖”[1]這一概念。后續(xù)的心理學(xué)家如加涅、伯納德等人將認知地圖應(yīng)用于教學(xué)。在教學(xué)中，認知地圖的建構(gòu)被認為是用圖形的方式即形象模型將主體的邏輯和思維脈絡(luò)表現(xiàn)出來，在短時記憶到長時記憶的過程中必不可少的對信息組織編碼及原有知識整合的過程。由此可見，認知地圖與“知識圖譜、知識地圖”是有本質(zhì)區(qū)別的，前者是學(xué)習(xí)者主動建構(gòu)知識體系的產(chǎn)物，而后者僅僅是他人現(xiàn)成的知識體系。

因此，筆者認為利用認知地圖模型建構(gòu)元素化學(xué)教學(xué)是可行的，現(xiàn)以蘇教版教材中《硫和含硫化合物的相互轉(zhuǎn)化》[2]一課的教學(xué)設(shè)計為例，對基于認知地圖建構(gòu)的元素化學(xué)教學(xué)設(shè)計進行研究。

二、教學(xué)設(shè)計

環(huán)節(jié)一：情境引入

[教師]播放印尼工人火山口采集硫黃的視頻，并提問：大家對“硫黃”知多少？

[學(xué)生]積極舉手發(fā)言：硫黃不溶于水;硫黃可以燃燒;硫黃可以制作黑火藥，還可以加入香皂中制成硫黃皂。

[教師]肯定學(xué)生的回答，補充完善硫單質(zhì)的其他性質(zhì)，講述人類對硫與含硫礦物的一些應(yīng)用，并展示部分含硫礦物的圖片。

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)生活中真實采硫黃的情境，讓學(xué)生感受游離態(tài)硫存在的真實性及其部分性質(zhì)，并在欣賞含硫礦物美圖的過程中感受化學(xué)之美，激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)熱情以及對本節(jié)課內(nèi)容做進一步探究的欲望。

環(huán)節(jié)二：實驗探究

[教師提問]大家還知道哪些含有硫元素的化合物？

[學(xué)生]思考，并在草稿紙上書寫含硫元素的化合物。

[教師]巡視并點評學(xué)生所寫的含硫元素的化合物。

[教師提問]含硫物質(zhì)多種多樣，能否對它們進行分類呢？并指出分類依據(jù)。

[學(xué)生]與同桌交流，并舉手發(fā)言：可以根據(jù)硫元素的價態(tài)將含硫化合物分成-2價、0價、+4價、+6價四類。

[教師追問]人類對硫元素的利用，從本質(zhì)上看，就是實現(xiàn)含硫物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化，那么這些物質(zhì)間是如何實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化的呢？

[實驗探究一]如圖1所示，以SO2為核心，通過K1、K2的控制，實現(xiàn)含硫元素化合物之間的相互轉(zhuǎn)化。

【步驟1】打開K2，關(guān)閉K1，向錐形瓶中注射濃硫酸，點燃酒精燈。片刻后，發(fā)現(xiàn)品紅紅色褪去，對U型管再加熱，紅色復(fù)現(xiàn)。

【步驟2】打開K1，關(guān)閉K2，SO2通入連續(xù)試管，高錳酸鉀、溴水陸續(xù)褪色，硫化鈉溶液中出現(xiàn)黃色渾濁。氫氧化鈉用于尾氣處理。

[學(xué)生]觀察實驗現(xiàn)象，并舉手發(fā)言：不同價態(tài)的硫可以通過氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化;相同價態(tài)的硫可以通過非氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化。

[實驗探究二]在實驗探究一的基礎(chǔ)上進行如下調(diào)整：

【步驟1】請學(xué)生預(yù)測實驗現(xiàn)象。

【步驟2】打開K1、K2，從K2處通氮氣排盡裝置中的空氣，關(guān)閉K2，向錐形瓶中注射濃硫酸，點燃酒精燈。觀察BaCl2、Ba（OH）2和Ba（NO3）2溶液中的現(xiàn)象。

【步驟3】向裝有BaCl2溶液的試管中注射過氧化氫，向裝有Ba（OH）2和Ba（NO3）2溶液的試管中注射鹽酸，觀察現(xiàn)象。

[學(xué)生]描述實驗現(xiàn)象，思考原因，寫出反應(yīng)方程式。

設(shè)計意圖：改變教材文本中“交流與討論”環(huán)節(jié)直接讓學(xué)生按化合價書寫含硫物質(zhì)的題型，讓學(xué)生自己書寫含有硫元素的物質(zhì)，并進行分類，學(xué)會從不同層次認識物質(zhì)的多樣性;增設(shè)創(chuàng)新實驗，讓學(xué)生從宏觀上感受含硫化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，探究轉(zhuǎn)化模式，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”化學(xué)核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)三：自主建構(gòu)

[教師]肯定學(xué)生的回答，點評學(xué)生反應(yīng)方程式的書寫，并提問：剛才的系列實驗中我們證實了含硫元素化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，我們能否將可以相互轉(zhuǎn)化的物質(zhì)用線連接起來，組建一張有特色的含硫元素物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化地圖呢？

[學(xué)生]分組交流討論，并繪制相互轉(zhuǎn)化地圖。

[教師]巡視各組成果，用手機拍照（如圖3所示），利用同步軟件導(dǎo)入電腦，進行投影展示與點評。

[學(xué)生]分享自己所在組的設(shè)計理念，欣賞其他各組的成果。

設(shè)計意圖：參照課本的“整理與歸納”環(huán)節(jié)，讓學(xué)生分組交流討論，自主構(gòu)建含硫元素物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化知識地圖，并通過主動參與構(gòu)建知識體系的過程，培養(yǎng)學(xué)生的“模型認知”化學(xué)核心素養(yǎng);通過現(xiàn)代數(shù)字媒體技術(shù)當(dāng)場展現(xiàn)學(xué)生的成果，分享學(xué)生自己的設(shè)計理念，讓學(xué)生感受探究成功的喜悅，培養(yǎng)學(xué)生的自信心。

環(huán)節(jié)四：應(yīng)用地圖

[教師提問]硫及含硫化合物之間的相互轉(zhuǎn)化在生產(chǎn)生活中有著重要的應(yīng)用，如硫粉可用于處理灑落的水銀，請對照自己的轉(zhuǎn)化地圖，舉例說明。

[學(xué)生] 積極舉手發(fā)言：利用亞硫酸鈉與濃硫酸反應(yīng)可以制備SO2;利用硫黃燃燒生成SO2，再在催化劑作用下與O2反應(yīng)生成SO3，最后轉(zhuǎn)化為H2SO4，該過程用于生產(chǎn)硫酸。

[教師]硫酸鈉廣泛應(yīng)用于化工、造紙、玻璃、染料、印染和醫(yī)藥等工業(yè)，請你設(shè)計生產(chǎn)硫酸鈉的可能途徑。

[學(xué)生]展示自己設(shè)計的方案：S→SO2→SO3→Na2SO4;S→SO2→Na2SO3→Na2SO4;H2S→SO2→H2SO4→Na2SO4。

[教師]點評學(xué)生的設(shè)計方案，并提問：這節(jié)課你有哪些收獲？

[學(xué)生]認識了硫及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，成功繪制了屬于自己的認知地圖，很有成就感。

[教師]課后作業(yè)：繪制一張鈉及其化合物相互轉(zhuǎn)化的認知地圖。

設(shè)計意圖：通過認知地圖的應(yīng)用，感受其在學(xué)習(xí)中的價值與地位，培養(yǎng)學(xué)生從模型構(gòu)建到認知再到應(yīng)用的科學(xué)思維，同時布置相應(yīng)作業(yè)，讓學(xué)生自行繪制一張鈉及其化合物相互轉(zhuǎn)化的認知地圖，使學(xué)生能將這種認知地圖模型推廣到其他元素及其化合物的學(xué)習(xí)中去，培養(yǎng)學(xué)生的“模型認知”化學(xué)核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)反思

1.教學(xué)目標(biāo)明確

本節(jié)課重點是學(xué)習(xí)硫及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，認識元素在物質(zhì)中可以有不同價態(tài)，通過氧化還原反應(yīng)可以實現(xiàn)含有不同價態(tài)的同種元素的物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化;學(xué)生在自主探究建構(gòu)含硫元素物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化認知地圖過程中，培養(yǎng)了“宏觀辨識”“模型認知”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.教學(xué)脈絡(luò)清晰

本節(jié)教材文本內(nèi)容不多，給教師提供了很大的教學(xué)創(chuàng)新空間。筆者在研究教材文本的基礎(chǔ)上，設(shè)立了四個教學(xué)環(huán)節(jié)。從火山口采集硫磺以及噴發(fā)過程中含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化素材入手，吸引學(xué)生，拋出任務(wù)，層層推進，并結(jié)合實驗探究，實現(xiàn)了從分類到轉(zhuǎn)化再到建構(gòu)的認知過程，整個教學(xué)脈絡(luò)清晰。

3.教學(xué)氛圍融洽

本節(jié)課在設(shè)計上，有情境，有探究，有實驗，更有學(xué)生自主建構(gòu)與應(yīng)用環(huán)節(jié)，學(xué)生參與度高，教學(xué)氛圍融洽。尤其是自主建構(gòu)認知地圖環(huán)節(jié)，不再是照本宣科地將書本知識的整理與歸納強加給學(xué)生，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生的思維在交流與討論中被觸發(fā)，有如激流奔放 ，形成了洶涌的創(chuàng)新思維浪潮，勾勒出了一幅幅與眾不同的認知地圖。

4.教學(xué)哲理深刻

通過教學(xué)幫助學(xué)生建構(gòu)硫元素化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系認知地圖，提升了學(xué)生對硫元素化合物的整體認知，建構(gòu)了屬于學(xué)生自己的完整知識體系。有學(xué)生在談收獲時提及“含硫元素物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化地圖可以作為一種認知模型推廣到其他元素及其化合物的學(xué)習(xí)中”。由此可見，學(xué)生領(lǐng)悟到了“事物是普遍聯(lián)系的”這一哲學(xué)道理，這不正是我們教育所追求的嗎？正如德國著名物理學(xué)家諾貝爾獎獲得者馮·勞厄曾經(jīng)說過的：“教育所給予人們的無非是當(dāng)一切已學(xué)過的東西都忘記后所剩下來的東西。”

綜上，教師只有不斷地研讀課程標(biāo)準(zhǔn)、教材文本、學(xué)生個體，方能設(shè)計出讓化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落地生根、開花結(jié)果的課堂教學(xué)。

[? 參? ?考? ?文? ?獻? ]

[1]? 皮連生.教育心理學(xué)[M].上海：上海教育出版社，2011.

[2]? 王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)（必修1）[M].南京：江蘇教育出版社，2009.

[3]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

（責(zé)任編輯 羅 艷）