基于“認(rèn)知模型”的元素化合物復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)

王穎

一、引言

元素化合物知識(shí)是初中化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)的主要內(nèi)容，也是發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體。新課標(biāo)將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)劃分為“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”5個(gè)方面。關(guān)于“模型認(rèn)知”，新課標(biāo)指出“知道可以通過分析、推理方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，解釋現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律”。

二、三階認(rèn)知模型的構(gòu)建

認(rèn)知模型是主體（個(gè)體或?qū)W術(shù)共同體）在認(rèn)識(shí)某一特定對(duì)象過程中不斷形成的、相對(duì)穩(wěn)定、有層次結(jié)構(gòu)的組織和表征知識(shí)的系統(tǒng)。建立認(rèn)知模型，可以幫助學(xué)生濃縮提煉所學(xué)知識(shí)，將重要的本質(zhì)性知識(shí)形成清晰的知識(shí)框架，從而提高學(xué)科能力和學(xué)科素養(yǎng)。化學(xué)是從微觀層面解釋宏觀性質(zhì)的學(xué)科，宏觀與微觀的聯(lián)系是化學(xué)學(xué)科不同于其他學(xué)科的最特征的思維方式。“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應(yīng)用”是化學(xué)學(xué)科的重要觀念，本文主要基于這一觀念建構(gòu)初中化學(xué)元素化合物復(fù)習(xí)的認(rèn)知模型。

我們?cè)诔踔须A段認(rèn)識(shí)一種物質(zhì)，首先要知道它的元素組成，但無須根據(jù)元素種類推斷其性質(zhì)。在這節(jié)復(fù)習(xí)課中，我們運(yùn)用類比和遷移的學(xué)習(xí)方法重點(diǎn)復(fù)習(xí)了碳單質(zhì)的幾種同素異形體和碳的兩種氧化物的相關(guān)性質(zhì)。對(duì)于相同元素組成的物質(zhì)之間為什么會(huì)有性質(zhì)差異的問題，只要求學(xué)生簡(jiǎn)單了解是微粒構(gòu)成不同導(dǎo)致，不要求學(xué)生掌握具體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在充分掌握含碳物質(zhì)各方面性質(zhì)基礎(chǔ)上，要求學(xué)生解釋和解決與生活生產(chǎn)相關(guān)的簡(jiǎn)單問題。基于這個(gè)思路，我建立了以下認(rèn)知模型，從三個(gè)層次層層深入認(rèn)識(shí)物質(zhì)。

三、教學(xué)內(nèi)容分析

“碳和碳的氧化物”是初中階段一個(gè)全面研究元素及化合物知識(shí)的單元，涉及知識(shí)內(nèi)容較廣，化學(xué)反應(yīng)方程式繁多，物質(zhì)之間的聯(lián)系較為復(fù)雜。通過以往的學(xué)習(xí)，學(xué)生已對(duì)碳單質(zhì)及碳的氧化物的性質(zhì)和用途有了一定的了解。但因?yàn)槭巧蠈W(xué)期的內(nèi)容，再加上分散在多個(gè)課時(shí)學(xué)習(xí)，紛繁復(fù)雜的內(nèi)容學(xué)生記憶困難、容易混淆，難以把握復(fù)習(xí)重點(diǎn)和整理思路。所以急需將這塊內(nèi)容重新復(fù)習(xí)鞏固、串聯(lián)整合。通過本節(jié)復(fù)習(xí)課的教學(xué)，幫助學(xué)生將所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，并與碳、碳酸鈣的知識(shí)聯(lián)系起來，形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)以物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)為中心，密切聯(lián)系生活實(shí)際。通過以往的學(xué)習(xí)，學(xué)生已有由現(xiàn)象推知性質(zhì)，由性質(zhì)了解用途的思維，但對(duì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系還不了解，首先讓學(xué)生根據(jù)碳單質(zhì)“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—用途”之間的聯(lián)系建立認(rèn)知模型，然后遷移到碳的氧化物的性質(zhì)和用途及影響整理總結(jié)中去。最后用所學(xué)的知識(shí)解釋和解決一些生活中的實(shí)際問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

四、教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)

1.教學(xué)目標(biāo)

（1）知道碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相關(guān)的物理性質(zhì)，掌握它們的化學(xué)性質(zhì)及用途。了解一氧化碳和二氧化碳的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，以及它們的用途和影響。

（2）通過運(yùn)用類比、歸納的方法將物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途進(jìn)行整理和總結(jié)，建構(gòu)認(rèn)知模型。

（3）了解一氧化碳的毒性及一氧化碳和二氧化碳對(duì)環(huán)境的影響，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)、自我保護(hù)意識(shí)以及人與自然和諧統(tǒng)一的意識(shí)。

2.評(píng)價(jià)目標(biāo)

（1）通過碳的氧化物性質(zhì)和用途及影響的歸納和判斷，診斷學(xué)生利用認(rèn)知模型進(jìn)行分析和推理的水平。

（2）通過相關(guān)例題，診斷和發(fā)展學(xué)生設(shè)計(jì)和分析探究實(shí)驗(yàn)的水平。

（3）通過對(duì)解決環(huán)境問題和發(fā)展新技術(shù)的討論，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)化學(xué)價(jià)值的認(rèn)識(shí)。

五、教學(xué)實(shí)施過程

【引入】地球上現(xiàn)有的118種元素中，有一種特殊而又重要的元素。它在地殼中含量很少，僅占0.027%，含有該元素的物質(zhì)卻有八千多萬種。它的原子結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，由它構(gòu)成的物質(zhì)結(jié)構(gòu)卻千變?nèi)f化、紛繁復(fù)雜。它可以構(gòu)成世界上最堅(jiān)硬的物質(zhì)，也可以構(gòu)成世界上最軟的礦物質(zhì)。它是陪伴人類幾十萬年的老朋友，也是最新、最熱門的前沿材料。最重要的是，它是地球上一切生命的基礎(chǔ)，它就是——碳元素。

設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)碳元素重要性和特殊性的描述，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

【環(huán)節(jié)一】碳單質(zhì)

【學(xué)生活動(dòng)】快速回憶，完成學(xué)案上的內(nèi)容：

【提出問題】為什么金剛石、石墨、C60都是碳元素組成的單質(zhì)，而物理性質(zhì)卻有很大的差異？

【學(xué)生思考】碳原子的排列方式不同。

【提出問題】物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途之間存在怎樣的內(nèi)在關(guān)系？

【學(xué)生思考】構(gòu)成物質(zhì)的微粒的排列方式（晶體結(jié)構(gòu)）決定了物質(zhì)的物理性質(zhì);物質(zhì)的性質(zhì)決定物質(zhì)的用途（結(jié)構(gòu)→性質(zhì)→用途）。

【展示表格】

無定形碳

設(shè)計(jì)意圖：從微觀結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和用途三方面對(duì)比分析碳的三種同素異形體，初步建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的思維方式。通過對(duì)無定形碳的簡(jiǎn)單回顧，夯實(shí)對(duì)“同素異形體”的概念理解。

【教師提問】木頭電線桿或木樁在埋入地下之前，常要把埋入地下的一部分木頭表面稍稍烤焦，這是為什么呢？

【學(xué)生思考】木頭烤焦以后就變成了木炭，木炭與空氣、水分接觸不容易發(fā)生反應(yīng)，可以保存較長(zhǎng)的時(shí)間。

設(shè)計(jì)意圖：從碳單質(zhì)的物理性質(zhì)過渡到化學(xué)性質(zhì)。

【創(chuàng)設(shè)情境】單質(zhì)碳的化學(xué)性質(zhì)與溫度有關(guān)，如下圖所示：

【問題引導(dǎo)】圖中反映出單質(zhì)碳有哪些化學(xué)性質(zhì)？

【性質(zhì)探究】探究單質(zhì)碳的化學(xué)性質(zhì)。

①穩(wěn)定性：常溫下，碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑。→書寫字畫和檔案

②碳跟氧氣反應(yīng)（可燃性）→作燃料

③碳跟某些氧化物反應(yīng)（還原性）→冶煉金屬、制造煤氣

【教師活動(dòng)】通過對(duì)碳單質(zhì)的物理性質(zhì)差異分析和化學(xué)性質(zhì)與相應(yīng)用途的歸納總結(jié)，構(gòu)建初中階段學(xué)習(xí)物質(zhì)的基本認(rèn)知模型。

設(shè)計(jì)意圖：在復(fù)習(xí)過程中，通過碳的穩(wěn)定性、可燃性和還原性及其相關(guān)用途的回顧，再次確立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的學(xué)科思想，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建在三個(gè)逐漸深入的層次上認(rèn)識(shí)物質(zhì)的模型。

【環(huán)節(jié)二】一氧化碳和二氧化碳

1.CO2和CO的物理性質(zhì)比較

【課堂鞏固】一氧化碳、二氧化碳的物理性質(zhì)

（1）下列有關(guān)盛放某些氣體的集氣瓶，其擺放情況正確的是（? ）

（2）下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象只能反映二氧化碳物理性質(zhì)的是（? ）

設(shè)計(jì)意圖：簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)一氧化碳與二氧化碳的物理性質(zhì)，并用兩道例題加以鞏固，以此提高學(xué)生的分析能力。

2.CO2和CO的化學(xué)性質(zhì)比較

設(shè)計(jì)意圖：通過將一氧化碳與二氧化碳的共性和差異分類整理，學(xué)會(huì)對(duì)比、歸納的方法。

【教師提問】對(duì)比一氧化碳與二氧化碳性質(zhì)的不同，產(chǎn)生此差異的原因是什么？

【展示圖片】一氧化碳與二氧化碳的分子結(jié)構(gòu)對(duì)比

設(shè)計(jì)意圖：通過將一氧化碳與二氧化碳的共性和差異分類整理，學(xué)會(huì)對(duì)比、歸納的方法。

【教師提問】對(duì)比一氧化碳與二氧化碳性質(zhì)的不同，產(chǎn)生此差異的原因是什么？

【展示圖片】一氧化碳與二氧化碳的分子結(jié)構(gòu)對(duì)比。

【學(xué)生思考】得出結(jié)論：兩者分子結(jié)構(gòu)不同，所以物理和化學(xué)性質(zhì)不同。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用認(rèn)知模型認(rèn)識(shí)物質(zhì)和分析問題。

3.CO2和CO在生活中的作用的比較

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用模型在第三層次上認(rèn)識(shí)物質(zhì)。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)探討碳的氧化物對(duì)人類健康和社會(huì)發(fā)展帶來的雙重影響，在具有安全意識(shí)和綠色化學(xué)觀念的同時(shí)能欣賞化學(xué)對(duì)人類文明的貢獻(xiàn)，學(xué)會(huì)辯證地分析問題。

【學(xué)生活動(dòng)】觀看視頻：二氧化碳捕捉器

【課堂例題】“碳捕捉技術(shù)”是指通過一定的方法，將工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2分離并進(jìn)行儲(chǔ)存和利用。常利用NaOH溶液來“捕捉”CO2，基本過程如圖所示（部分條件及物質(zhì)未標(biāo)出）。

（1）“捕捉室”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：? ? ? ? ? ?___________________________

（2）在整個(gè)“捕捉”過程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)是：? ? ??_______________________

（3）下列有關(guān)敘述中錯(cuò)誤的是______（填序號(hào)）

①“高溫反應(yīng)爐”分離出的CO2可制成干冰，干冰常用于人工降雨。

②“反應(yīng)、分離室”中反應(yīng)結(jié)束后，將NaOH和CaCO3分離的操作名稱是過濾。

③整個(gè)流程中不涉及置換反應(yīng)。

④捕捉到的CO2還可制備其他化工產(chǎn)品，減少了溫室氣體排放。

⑤整個(gè)過程中，只有一種物質(zhì)可循環(huán)利用。

⑥“反應(yīng)分離室”中的反應(yīng)放出大量的熱。

⑦該捕捉技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是沒有消耗能源。

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合“二氧化碳的捕捉”，讓學(xué)生了解學(xué)習(xí)化學(xué)與生活生產(chǎn)之間的聯(lián)系，深刻理解化學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境之間的相互關(guān)系，感悟到化學(xué)的重要性。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用認(rèn)知模型分析解決問題，促進(jìn)學(xué)生體會(huì)認(rèn)知模型在解決陌生問題中的價(jià)值，以期能在酸堿鹽的學(xué)習(xí)中自主運(yùn)用模型認(rèn)識(shí)新物質(zhì)。

環(huán)節(jié)三：碳單質(zhì)及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系

【學(xué)生活動(dòng)】先在學(xué)案上自行書寫相關(guān)化學(xué)方程式，然后再與視頻中的參考答案比較。

設(shè)計(jì)意圖：構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生概括、總結(jié)、整理知識(shí)的能力。

六、教學(xué)反思

本節(jié)課涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，在備課過程中我根據(jù)學(xué)科、教材的特點(diǎn)以及學(xué)生的實(shí)際，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了多方位的整合和挖掘。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我還盡可能地選取與生活聯(lián)系密切的內(nèi)容，并輔以有針對(duì)性、有層次的課堂例題加以鞏固。構(gòu)建認(rèn)知模型有利于知識(shí)結(jié)構(gòu)化，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。利用認(rèn)知模型來復(fù)習(xí)元素化合物，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的聯(lián)系，并能遷移到其他物質(zhì)的認(rèn)識(shí)和復(fù)習(xí)中去。

但本節(jié)課內(nèi)容有限，沒有將認(rèn)知角度充分展開，例如沒有關(guān)聯(lián)二氧化碳的制法和自然存在等知識(shí)點(diǎn)，可以開放給學(xué)生補(bǔ)充完成。老師在教學(xué)過程中需深入理解模型和熟練運(yùn)用模型分析解決問題，從而幫助學(xué)生更好地理解模型、應(yīng)用模型，以便日后能自己建立模型。

參考文獻(xiàn)：

房宏.中學(xué)化學(xué)核心素養(yǎng)的構(gòu)成體系與培養(yǎng)策略[J].中小學(xué)教師培訓(xùn)，2016（6）：5-8.