“鹽系三角圖”認知模型的構建及應用

張怡天

摘要： 在初中階段基于模型認知進行復習課的教學設計，搭建“鹽系三角圖”認知模型，有助于學生認識多種物質間的相互轉化，進行鹽類物質化學性質的歸納與總結。實踐證明，使用該認知模型滲透物質轉化思想，整合設計鹽類化學性質的復習，學生的課堂參與度高，自主性強，大大提高了復習效率。

關鍵詞： 認知模型建構； 初中化學； 鹽類化學性質復習

文章編號： 10056629（2022）10007904

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 問題提出

“模型”是對復雜和綜合性問題的化簡和規律性總結，能指導一線教師在設計復習課時讓知識形成連接，提煉出一定的方法以有助于學生進行實際應用。這樣的設計既縮短了課時，又可在學生掌握了認知模型后依據學情靈活地安排學生的自主探究實驗。換言之，認知模型是解決問題方法的具體表現形式，筆者嘗試使用“鹽系三角圖”便是這種表現形式之一，引導學生自主地進行并完成鹽類化學性質的復習，且實際應用于解決新的問題，實現真正意義上的授之以“漁”。

2 基于“鹽系三角圖”復習“鹽的化學性質”的教學設計與實施

該復習課通過建立同類物質的轉化關系建立認知模型，促使學生在建立模型的過程中發現這些同類物的轉化均有鹽的參與，“鹽系”中的“系”可理解為連接。課前需準備學練案將模塊環節內容打印給學生，課時安排為1課時（45分鐘），讓學生再經歷固著、強化、改造認知模型的高階過程。隨后可根據學情安排自主探究的課時，過程中教師真正退到“幕后”作為點撥者。

2.1 模塊一：嘗試建構“鹽系金屬三角圖”，初識建模作用

先給出學生如圖所示（見圖1甲）的三種金屬的相對位置圖，引導學生獨立完成上述金屬的相互轉化關系，用箭頭連接。基于人民教育出版社出版的九年級化學教材第八單元的有關金屬化學性質內容的學習，學生是能夠在較短時間內準確地搭建起三者之間的轉化關系的（見圖1乙）。隨后引導學生發現：被箭頭指向最多的是其中最不活潑的金屬；被箭頭尾端指向最多的是最活潑的金屬。在此基礎上，讓學生嘗試完成將Ag納入轉化關系圖中，便能呈現出金屬三角圖的拓展狀態（見圖1丙），進一步鞏固了這一模型建構方式的演練。

當上述鹽系金屬三角圖搭建起來時，學生只會將目光集中于金屬本身，并未明晰參與金屬間相互轉化的反應物其實屬于同一物質類別。教師可以通過問題鏈的設置來引發學生對此問題的思考：

實現金屬間相互轉化是哪些物質？（讓學生嘗試書寫出轉化關系的化學方程式）→這些物質屬于哪種類別？→這類物質在參與金屬間轉化的反應中，真正參與反應的微粒有哪些？

由此，將學生的注意力轉移到連接轉化關系的另一反應物“鹽”上。再通過類比，如參與Fe→Cu轉化的可以是硫酸銅、硝酸銅或氯化銅，不難發現酸根離子雖不同但轉化結果卻相同，教師再輔以微觀粒子示意圖來展現這一過程，學生便能清晰地認識到此類反應的微觀實質，從而對金屬活動性有了進一步的認識。

基于“鹽系金屬三角圖”的建構，反觀金屬與混合鹽溶液的習題，學生對金屬被置換的順序就會有具體的參考依據。如：

在Cu（NO3）2和AgNO3混合溶液中，加入一定量鐵粉，充分反應后過濾，關于濾渣成分說法錯誤的是：

A.可能有Fe B.可能有Cu C.可能有AgD.一定有Ag。

倘若鐵先置換出銅，銅會進一步轉化，直至轉化成“箭頭”指向最多的金屬即最不活潑的金屬銀全部被置換出來為止，說明金屬與混合鹽溶液發生反應時，是先反應至箭頭指向的“盡頭”。

通過模型轉化了“金屬活動性順序表”的表達方式，形成更為直觀的“鹽系金屬三角圖”，作為學生理解類似疑問的參考工具和思考相關問題的腳手架，將原本僅以簡單記憶的規律性語言內化成能活學活用的思維模型來應用。

2.2 模塊二：同質代換“鹽系酸三角圖”，形成建模思想

在“鹽系金屬三角圖”初步建構的基礎上，學生對于“鹽系三角圖”的架構已然熟識。因此，將其中金屬換成初中階段常見的三大酸“鹽酸、硫酸和硝酸”（如圖2甲），學生更能集中注意力專注于酸之間轉化關系的思考。教學過程中，教師可依循學情作鋪墊，如給予這樣的問題設置：

除去括號中的雜質，請選擇恰當的試劑，并將其化學式填寫在橫線上：HCl（H2SO4）??? 。

當學生解決了這一問題的同時，必然意識到除雜可以選擇轉化的思路得以實現。以指定方向的轉化設計，運用實際應用問題引導學生思考“鹽系酸三角圖”的建模方法，引導學生推理出“除去硝酸中硫酸”或是“除去鹽酸中硝酸”的可能性思考，從而用箭頭將三酸連接起來（如圖2乙），并且在箭號上標注出實現三酸轉化所參與的物質（如圖2丙）。

在輔助學生建構“鹽系酸三角圖”的過程中，學生很自然地提出了“反向轉化為何無法達成”“硝酸為何成為了被最多箭頭指向的物質”的問題，成為了課堂教學的生成性資源，為教學的延伸與拓展埋下了伏筆。此時，建構的三角圖有了“生命力”，既通過固定架構幫助學生解決類似除雜或轉化的實際問題，又激發了學生探尋究竟的同時為自主建構起新的三角圖創造出可能性。

以“硝酸一步轉化為鹽酸”為例，NO-3結合任意陽離子都無法形成難解離的物質，即NO-3很難通過復分解反應轉化為氣體或沉淀或水得以去除。在“鹽系酸三角圖”中參與轉化的其實是陰離子，而其中H+并未參與反應留存于溶液中。學生在自主探究中發現可用不參與復分解反應的Na+和K+等替代H+。由此“鹽系鹽三角圖”（如圖3）便在學生的自我探究中被發現。

2.3 模塊三：自主創構“鹽系堿三角圖”，內化提升

經歷上述“鹽系三角圖”的建構，學生已然意識到鹽類物質參與了多種類別物質的轉化，即是在復習鹽的化學性質。教學進行到當下，學生自主創構“鹽系堿三角圖”的內、外部條件已具備。因此，在本模塊中，不必向學生提供具體的三種“堿”，而交由學生自主選擇。通過學生的小組討論和獨立創構，學生自主完成了以下“鹽系堿三角圖”（如圖4）。

學生成功創構“鹽系堿三角圖”可能會帶有一定的偶然性，教師應當及時地通過設疑來引導學生思考，將原本無法言表的確定性變成縝密思考后的語言輸出，即雖然自己知道卻說不出理由，變為能通過語言表述

分享給其他的學習同伴并讓他人理解。這些問題可以如此設置：上述“鹽系堿三角圖”的共同之處在哪里？——在“鹽系堿三角圖”中，難溶性的堿為何不能進一步轉化為其他堿？——被箭頭尾端指向最多的物質為何只能是氫氧化鈣或氫氧化鋇這樣的堿？……促使學生反思創構過程中經歷的思索，把偶然的事物連接變為理性思考后的必然結果，想清楚建構此類模型的原理。

最后，輔以一道反饋性練習，將多組同類物質的轉化關系在同一道題中得以反映，進一步鞏固“鹽系三角圖”的建構成果。

例題：下圖中A～I是初中化學常見的物質，且分別由H、 N、 O、 Na、 S、 Cl、 Ca、 Cu中的兩種或三種元素組成。A、 B、 C物質類別相同，A、 G、 H、 I由兩種元素組成且H、 I為氧化物，汽車用鉛酸蓄電池中含有C，農業上可用D與F等配制波爾多液。圖中“—”表示兩端的物質之間能發生化學反應，“”表示物質間存在轉化關系，反應條件、部分反應物和生成物已略去。

（1） 寫出化學式：C ______? ， G ______ ， H ______? 。

（2） 寫出化學方程式：A→B? ______?? ， D→E?? ______?? 。

在本題中，由A、 B、 C所構成的三角關系以“C為汽車用鉛酸蓄電池中的成分”為突破口將此確定為“鹽系酸三角”關系。通過進一步分析，確定F為波爾多液中的鹽類物質，不然無法滿足C向F的轉化，這樣一來D也被確定為氫氧化鈣。而D→E和F→G的轉化關系則分別是“鹽系堿三角”關系和“鹽系鹽三角”關系中的一部分。

2.4 模塊四：自由改造“鹽系三角圖”，模型遷移

通過上述金屬、酸、堿、鹽四種同類物質間的三角轉化關系的呈現，更加突顯了鹽參與其中的重要作用，用歸納的方法以及滲透思維模型建構的方式總結了鹽類的化學性質。使得學生更加清晰而深刻地認識到鹽類物質化學性質的豐富性。

在小結鹽類物質的四點化學性質之后，用如圖5甲（說明：“→”表示物質之間存在相應的轉化關系，“—”或“⌒”表示物質間能發生反應）的方式表現出參與金屬、酸、堿等物質間的轉化，同時引導學生發現鹽與另外三種物質間同時存在連線和雙向箭頭，這說明鹽在參與反應時，物質的類別并未發生改變。進而轉化思路用更加明確的方式體現出鹽類物質的參與性及與其他物質間的關系：

嘗試將酸、堿、鹽、金屬等類別物質按以下要求完成鹽系‘三角的‘版圖繪制（要求：每個多邊形代表一類物質，多邊形‘接壤表示彼此能反應）。

圖5乙便是部分學生獨立完成的模型。筆者與學生共同討論，進一步整合了他們自主改造的“鹽系三角圖”，相對全面地展現了酸、堿、鹽的化學性質（見圖6）。令人意外的是，在之后的主題復習中，學生又發現部分較活潑的金屬（如鎂）可以在二氧化碳中燃燒，結合圖6，認為可以將金屬和非金屬氧化物之間打通彼此的接壤。

3 認知模型運用于“鹽類化學性質”復習教學的價值

2017版高中課標中明確將“模型認知”作為化學學科核心素養的重要組成部分，要求學生能根據物質及其變化的信息建構模型，建立解決復雜化學問題的思維框架［1］。這有助于更加直觀地理解并解決化學問題，為后續學習提供有力的思維導向和支撐，以實現化學的學科價值［2］。

利用“鹽系三角圖”認知模型的建構來整合設計鹽類化學性質的復習，從課堂學生的表現和多維反饋來看，都呈現出較為明顯的正影響。

（1） 復習課堂參與度高。因為必須在有學生互動參與下才能將教學內容不斷推進，故很難有“一言堂”情況發生。由于符合學生的認知規律，從跟隨到模仿再到自我創新，激發了學生的內動力使得課堂推進成為自發，能力的提升是外顯的。

（2） 該設計具有普適性。適合不同層次的學生掌握鹽類化學性質及其應用，后續在設計物質的制備、除雜等探究類習題時，學生完全可以依循業已建立的模型自主探究由易到難的習題，教師不必擔心課時消耗，可以根據學情作彈性設計。由于是依據模型方法建立的復習設計，所以可以進一步推廣到更多物質化學性質的復習中。

（3） 對學生的影響可延伸至課后。發現學生在轉化關系的認知模型形成后，很愿意主動建構更加復雜或別樣物質的轉化關系。在授課后的一段時間內，教師陸續收到了由學生自主編制的推斷題。

（4） 提升了相關習題的解題速度。學生在解答物質的制備、除雜、推斷等習題時，速度明顯提升，尤其是推斷題，能夠從物質類別的角度入手分析，大大縮短了搜尋時長。

4 結語

“鹽系三角圖”認知模型作為一種有效的認知工具，可以幫助學生把化學知識高度濃縮，將次要的非本質的信息濾去，使重要的本質性知識形成清晰的知識框架，納入學生已有的知識體系中，即使已經遺忘了的具體知識，學生也能通過認知模型重新學習模塊知識，從而擁有終身學習的能力［3］。教師只有不斷提高對化學學科知識及其內在思想方法的本原性、結構化的認識水平，才能更好地提升教師的學科理解能力，并在課堂教學中轉化為學生的學科理解能力，發展學生的學科核心素養［4］。因此，復習課需要教師在復習內容上抽絲剝繭地為學生提煉出多層次、多視角的認知模型，以助于學生認識物質和化學反應本質以及解決問題的一般思路。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（2017年版）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2018.

［2］王方波. 基于模型認知與建構的高中化學深度教學策略——以選擇性必修課程“走進電池的內部世界”為例［J］. 化學教學， 2021， （5）： 40～45.

［3］徐凱里， 陳永平. 基于模型認知的價類二維圖在元素化合物學習中的應用——以“自然界中硫氮元素的循環”教學為例［J］. 化學教學， 2020， （7）： 42～48.

［4］羅月旺， 張賢金. 基于學科整體理解視角的初中化學復習課教學——以“標簽中的化學：84消毒液你真的認識嗎”為例［J］. 化學教學， 2020， （11）： 48～52.