奧斯本檢核表法的杠桿模型在化學教學中的應用

摘要：在奧斯本檢核表法九大類問題的引導下，將杠桿模型應用于高中人教版化學必修1中的氯、鋁元素及其化合物、分散系等教學片斷中，提升了價類圖、價荷圖以及思維導圖的教學效果，從變化觀念到平衡思想、定性與定量相結合，探索創新意識與系統思維并重的教學方法。

關鍵詞：奧斯本檢核表法; 杠桿模型; 價類圖; 價荷圖

文章編號：10056629（2021）11005103

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

化學是一門創造性的基礎科學，新課標已將創新意識列為化學學科核心素養之一。創新不能局限于發現或發明，也不是少數學生的專利，如何在教學中創新，讓廣大學生參與到創新中來，成為我們關注的課題。管理學大師彼得·德魯克曾說：“創新不需要天才，但需要訓練;不需要靈光乍現，但需要遵守‘紀律?！币虼?，探索具體可行的創新教學的方法是關鍵。

奧斯本是創造學和創造工程之父。他發現大部分人的思維總是自覺或不自覺地沿著長期形成的思維模式來看待事物。即使看出了事物的缺陷和不足，也懶于進一步思索，難有創新。因此，他發明了檢核表法，引導個人對照九大類75個問題進行思考，啟迪思路，開拓想象，促進產生新設想、新方案。這九類問題是： 能否他用、能否借用、能否改變、能否擴大、能否縮小、能否代替、能否變換、能否顛倒、能否組合[1]。奧斯本檢核表法引導我們有方向、有步驟地探索創新之路。

杠桿是學生熟悉的簡單機械之一，公式簡明。F1×L1=F2×L2（F1動力，L1動力臂，F2阻力，L2阻力臂）。杠桿模型處于學生認知的最近發展區。我們利用奧斯本檢核表法將杠桿模型應用于人教版化學必修1的教學中。從創造學方法著手，在逐項檢核中，促使教師與學生拓展思維。

1 能否變換

氯及其化合物的教學常使用價類圖，橫坐標通常按照單質、氧化物、酸、鹽的順序排列。教材是以氯氣為核心展開，但價類圖中氯氣因為順序習慣，位置只能偏居一隅，表示物質轉化不便;且價類圖只能定性，不能定量，影響了使用的范圍與效果。

奧斯本檢核表法提示我們“能否變換”，即現有事物能否變換排列順序、位置。筆者變換了價類圖橫坐標順序，按照酸、單質、鹽的順序排列，突出了氯氣在本節的中心地位;縱坐標限定在±1之間，刪除氧化物與更高價，簡化模型，突出重難點，如圖1所示。化合價升降法配平就像杠桿公式： 升價×還原劑系數=降價×氧化劑系數，可以定量地表示變價與系數之間的關系，定量研究物質轉化。如圖中用杠桿代替箭頭表示反應Cl2+H2OHCl+HClO，將兩種產物上下對稱，使n（HCl）∶n（HClO）=1∶1的定量關系直觀呈現，有利于方程式教學。本節重難點“氯氣與水或NaOH、 Ca（OH）2的反應”，在等臂杠桿模型中凸顯共性——對稱的歧化。同理，HCl與NaClO生成Cl2的歸中反應，離子個數比也一目了然。橫坐標位置變換還能產生有益的心理暗示： 加堿向右，加酸向左。如圖1上部，HClO加堿NaOH，向右生成NaClO;反之，NaClO、 Ca（ClO）2加強酸，向左生成HClO;下部也類似。脫離某些習慣的舒適區往往是創新最難邁出的一步。變換順序，刪減坐標，杠桿替代，簡化則更易接受新知，對稱則更能體現美感?；瘜W是美的，但只有睿智的教學才能讓學生充分感受到。

2 能否組合

吳文中等基于氧化還原和電荷守恒思想創造性地提出“價荷圖”，改進了“鋁三角”關系圖[2]，但其橫坐標的電荷數只用來分類，錯失了以數定量的契機。

奧斯本檢核表法啟迪我們“能否組合”，即能否進行原理組合、形狀組合、功能組合、目的組合。筆者以含鋁微粒的電荷數為橫坐標，化合價為縱坐標建立價荷圖，引入杠桿模型，如圖2所示。根據電荷守恒，以Al（OH）3為支點，構建第一杠桿，向左需3個H+生成Al3+，向右需1個OH-生成AlO-2。將橫坐標代入杠桿公式： n（Al3+）×3=n（AlO-2）×1，表現了反應Al3++3AlO-2+6H2O4Al（OH）3↓中反應物的比例關系。撤去縱坐標，杠桿即可活動。

在這三種含鋁微粒的平衡體系中，加酸，杠桿向左傾斜，Al3+增多;反之，加堿，向右傾斜，AlO-2增多。杠桿模型動靜皆宜。

與“鋁三角”相比，杠桿模型有三個優點。首先，更準確地定位Al（OH）3，是Al3+和AlO-2之間的過渡，將其置于酸堿之間，形象地表現其兩性。其次，通過力臂定量地呈現酸堿比例，有利于方程式教學。最后，將Al2O3融入平衡，根據鋁守恒可將Al（OH）3替換為0.5Al2O3，性質與反應同理可見。

此外，若以Al為支點，可構建第二杠桿。兩根杠桿比較，前者為酸堿反應，后者為氧化還原反應，都遵循電荷守恒，因此同樣是向左需3個H+，向右需1個OH-，左酸右堿形象地呈現出物質轉化方向上的共性，便于記憶。教學反饋顯示，學生方程式書寫的正確率得以明顯提升。價荷圖添加兩根杠桿，開發出新用途，成為含鋁微粒之間轉化的全景圖，從定性走向定量;將酸堿反應與氧化還原兩種原理組合，通過兩根杠桿組合表現其共性;以兩性物質為支點出發，既系統性地把握鋁的特性，又關注方程式配平細節，可替代常見的價類圖，這是功能與目的組合。

3 能否擴大

分散系及其分類的教學常以山水為例，如教材中“樹林中的丁達爾效應”[3]與空氣中的塵?；蜢F氣有關，這常引發學生的疑問： 空氣是膠體還是溶液？初中講空氣中的氣體組分，未提及懸浮顆粒與云霧。可以說，空氣以氮氣為分散劑，如僅研究氣體，空氣是溶液;如還研究懸浮顆粒等，則是膠體。這是選擇對象的問題。膠體的聚沉常以江河入?？趰u嶼的形成為例，也會引發類似疑問： 江河是溶液、膠體還是濁液？且不說長江、黃河的差別，哪怕是同一河流，水質受河段、天氣、季節等多因素影響差異很大，也無法分類。

參觀農夫山泉水處理車間時，標牌寫道：“源水取自新安江大壩內70米以下深處，經過砂濾、炭濾、百級膜、十萬級膜……處理?！睂W生又問：“源水是溶液還是膠體？”新安江大壩正常蓄水位108米，水庫水相對靜止，水質較穩定。表層水有浮游生物、雜物與塵埃;底層水富含泥沙與生物，都含濁液;70米以下是中段偏下的水層，應以溶液與膠體為主。十萬級膜的孔徑可達十萬分之一毫米，即10-8米，處在膠體微粒直徑范圍，可過濾大部分膠體微粒，避免瓶裝飲用水因膠體聚沉造成渾濁。

學生參觀發現河流湖泊水大都是溶液、膠體、濁液共存，在自然界這樣的共存很普遍。原來困擾于分類，其根源在于我們單一的認知與簡單的強化，導致系統思維的缺失。在樹狀分類法教學中，我們常不斷地追問：“下一級分類是什么？”常用思維導圖逐級呈現。思維導圖是發散思維的工具，一味使用易造成知識碎片化。在作業的強化下，學生的關注點集中在具體物質的分類上。如Fe（OH）3膠體制備實驗，往往片面強調膠體，而極少關注反應前FeCl3飽和溶液其實就有丁達爾效應，瓶壁甚至有沉淀;反應后FeCl3、 HCl溶液與膠體共存，即使有HCl逸出，也是極少量[4];膠體久置易渾濁。氫氧化鐵膠體制備前后都是溶液、膠體、濁液共存。這種系統思維的形成，需要我們走出去、站高處、看全局。

奧斯本檢核表法為系統思維提供了操作方法，提示我們能否擴大適用范圍，增加使用功能。在樹狀分類法的思維導圖中只需添加一根杠桿，即可將溶液、膠體、濁液聯系在一起。如圖3所示，杠桿平衡表示三種分散系共存;傾斜表示在特定條件下側重表現某一種的特點;運動則是三者轉化。如膠體可由溶液或濁液為原料制備，而溶液與濁液又以膠體為過渡相互轉化。杠桿模型于動靜間更顯直觀，給涇渭分明的樹狀分類法注入了活力，讓學生不再錙銖必較，而以平和的心態，聯系與轉化地思考分析。杠桿模型幫助學生分類而不割裂，發散思維探微，系統思維平衡，既見樹木，也見森林。

4 結語

在學生逐步形成化學學科核心素養的道路上，奧斯本檢核表法為培養創新意識搭建了切實可行的階梯。模型是認知過去的腳手架，不是對想象未來的禁錮。奧斯本說：“想象力是人類能力的試金石?！备軛U模型自阿基米德至今，一直給人類美好的想象空間，在高中化學教學中可以廣泛地應用。杠桿模型應用于氯、鋁元素及其化合物、分散系的概念與應用，改進了傳統的價類圖與新生的價荷圖，將系統思維注入各種思維導圖中。從變化觀念到平衡思想，讓知識直觀易懂，讓創新落地生根。

參考文獻：

[1]崔邑誠. 用奧斯本檢核表法實行創新型教學[J]. 中學化學教學參考， 2012，（1）： 23～25.

[2]吳文中， 羅一芳. 基于“價荷圖”探究雙銅電極電解氫氧化鈉溶液實驗[J]. 中學化學教學參考， 2021，（2）： 31～34.

[3]王晶主編. 普通高中教科書·化學（必修第一冊）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2019： 6～9.

[4]嚴宣申. 制備氫氧化鐵膠體[J]. 化學教育， 2006，（8）： 33.