浅谈化学守恒知识的螺旋式编排与教学

    程芳芳 倪煜岚 禹小琴 王文博 李冰

    

    [摘要]依据人教版初高中化学教材的编写特点，对初高中化学守恒知识的螺旋式编排与教学进行分析，进而更好地促进教师的教与学生的学。

    [关键词]化学守恒知识;螺旋式编排;中学化学

    [中图分类号]G633.8 [文献标识码]A [文章编号]1674-6058（2020）05-0064-02

    “螺旋式课程”以学生的认知发展规律为基础，将知识与课程进行螺旋式编排。即随着学生认知能力的提升，不断去深化学科的知识层次，使相关知识在课程编排中呈螺旋式上升。而“螺旋式教学”则引申于“螺旋式课程”，它是在遵循学生认知规律与心理特征的基础上，使教学过程从易到难，从具体到抽象，使学生学到知识的同时提升学科能力。

    “变化观念与平衡思想”是化学学科核心素养之一，其中平衡思想中的守恒法是学生必须要掌握的解题方法。守恒法是通过对化学反应前后各守恒因素的分析及计算来求解化学反应的相关问题，比如质量守恒、得失电子守恒、物料守恒、电荷守恒等。平衡思想贯穿化学学习的始终，守恒法的教学也非一步到位。它在初高中化学课程的不同阶段、不同模块中逐级递进与深化，进而达到培养学生化学守恒思想的目的。螺旋式编排既符合课程背景下的“模块化”教学，也符合当前教育背景下“螺旋式上升”的教学理念。本文将对化学守恒知识在人教版初高中化学教材中的螺旋式编排与教学进行分析，以期更好地促进教师的教与学生的学。

    一级螺旋——建立守恒思想

    初中阶段的化学学习具有启蒙性与基础性。学生在学习“化学式与化合价”时初次应用到守恒知识，要求学生能以元素的化合价为桥梁，写出化合物的化学式或对化学式的对错进行辨别。这里所涉及的守恒知识便是化合价守恒，即化合物中元素正、负化合价的绝对值相等。

    【例1】重铬酸钾是一种有毒且有致癌性的强氧化剂，它被国际癌症机构划归为第一类致癌物质。重铬酸钾（K2Cr2O7）中cr元素的化合价为（ ）。

    A，+2 B，+4 C，+6 D，-2

    虽然初中生对重铬酸钾不熟悉，但是只要熟练掌握了化合价守恒，便能得到cr元素的化合价为+6。

    接着，学生在学习“质量守恒定律”时正式接触到守恒理论，质量守恒定律指出：参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和。此外，初中化学还涉及原子守恒、电荷守恒等。虽然该阶段所涉及的守恒知识较简单、易掌握，但知识的编排还是很关键的。只有让化学守恒思想逐渐渗透到学生的思维意识之中，才能让学生认识到守恒法在化学学习中的重要性，帮助学生初步建立起化学守恒思想，为以后更深层次的化学学习打下扎实的基础。

    在该阶段的教学中，教师应注重创设问题情境，通过相关情境提出问题，激发学生的思维能力，引发学生的思考与交流，进而促进学生对化学守恒的理解。如可运用Flash动画播放水分子分解的微观过程，帮助学生理解质量守恒定律;或者通过一些探究性问题加深学生对化学守恒的深度理解，如：点石真能成金吗？水真的能变成汽油吗？另外也可引导学生从生活情境中发现与化学守恒有关的现象或问题，再通过思考与总结，逐步建立起化学守恒思想。

    二级螺旋——深化守恒知识

    为适应学生的心理发展，满足学生发展的多元化需求，高中化学教材设置了必修模块与选修模块。与此相对应，同类型的知识由于深度不同，也就有了螺旋式编排。

    以守恒法为例，学生在必修1学习“离子反应”与“氧化还原反应”时，本质上是在应用电荷守恒与元素守恒，而在后续原电池、电解池等内容的学习中也应用到了相关守恒。针对氧化还原反应方程式的配平，学生不能像初中那样只考虑元素守恒，还需要考虑得失电子守恒、电荷守恒，这三种守恒缺一不可。

    【例2】Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00 mL葡萄酒样品，用0.01000 mol·L-1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为__。

    本题以食品中的抗氧化剂为背景，考查氧化还原反应方程式的书写。学生首先需要依据题目信息找准反应物与生成物，再结合相关守恒知识对反应方程式进行添项、配平，最后得到离子反应方程式：$2O52-+2I2+3H2O=2SO42-+4I-+6H+。

    由此看出，随着高中化学涉及物质种类增多、反应更复杂、知识综合性增强，對该阶段守恒法的应用有了更高的要求。它不仅要求学生掌握基本的守恒法，还要求学生学会提取题目中的有效信息，将多种守恒知识综合运用，从而写出正确的答案。在氧化还原反应的基础上应用相关守恒知识，是对学生守恒思想的进一步深化与巩固，它可以让学生意识到守恒思想在化学学习中的必要性与重要性。

    随着知识层次的加深，教师的教法也应呈螺旋式上升。该阶段的教学，教师除了要创设丰富的生活情境促进学生理解外，还要在学生已有的知识、经验基础上有意识地培养学生的主观能动性，激发学生探究知识的欲望，进而让学生成为学习的主人，主动地去发现问题并解决问题。同时，教师还要引导学生将新旧知识进行联结、同化，建构起属于自己的系统的知识结构。只有这样，才可以深化学生的守恒知识，并在潜移默化之中将守恒思想渗透到学生的学习之中。

    三级螺旋——提升守恒能力

    当学生具有一定的知识储备与能力素养后，对内容的编排以及教学提出了更高的要求。在选修4的相关知识中，要求学生对溶液中的微粒进行电荷守恒、物料守恒、质子守恒的书写与判断。除此之外，学生还需对混合溶液中微粒浓度的大小进行排序。该类型的题目，对学生的能力要求较之前又提升了一个档次。学生在进行守恒判断前，必须考虑溶液中部分基团的电离能力、水解能力、电离或水解是否会被抑制等因素，这些综合性知识无疑进一步提升了学生运用守恒知识的能力，深化了学生的守恒思想。

    而在弱电解质的电离平衡、盐类的水解和难溶电解质的溶解平衡中，知识难度进一步增大。在高考中，通常会以盐类水解为载体考查溶液的酸碱性、粒子浓度的大小比较等，或通过图像分析、反应条件控制等考查难溶电解质的溶解平衡。

    该高考题主要考查溶液中粒子浓度的大小关系。首先，学生需要准确写出H2C2O4溶液中存在的电荷守恒与物料守恒，再通过相关计算得到关于c（H+）的等式;其次，学生需要从题干数据中判断出HC2O4-的电离程度与水解程度的相对大小;最后，学生生还需要明确：向H2C2O4溶液滴入Na0H溶液后，溶液的总体积变大，c（总）<0.1000 mol·L-1。

    由此可以看出，高考对守恒知识的考查更注重其基础性与综合性。即将具有相关性的基础知识进行联结，对学生的素质与能力进行多角度的综合考查。

    根据建构主义理论，教师在该阶段的教学过程中，要鼓励学生进行各种交流讨论，让学生积极表达自己的见解，并能对不同的观点进行思考判断，通过不断否定、肯定的方式得出正确答案，形成自己的理解。如此教学，才能帮助学生把学习意义建构在对知识广度与深度的理解上，才能让学生在已有的知识、经验的基础上建构起对化学理论的深刻认知，从而提升化学守恒能力，建立属于自己的化学守恒观。

    通过对初高中守恒知识的分析可知，守恒知识在教材编排与教学方面都呈螺旋式上升。教材编排方面，从最初依据化合价守恒、质量守恒定律帮助学生建立守恒思想，到守恒知识的综合应用，使学生形成良好的守恒思维与能力，整体编排体现了学科知识的系统性与完整性;教学方面，从最初的创设问题情境，螺旋式上升到引导学生形成主观能动性，最后到促进学生学习的社会作用性，整个教学过程都在逐级递进与深化，体现了学生思维能力的可塑性以及教师教学的循序渐进。但是，在化学教学中，不是所有的知识都呈螺旋式上升的，所以究竟哪些知识适合“螺旋式”教学，还有待化学同行去深入研究与探索。