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标题 基于认知地图建构的元素化学教学设计
范文 罗余凌




[摘? ?要]以《硫和含硫化合物的相互转化》为例，让学生完成对硫和含硫化合物的相互转化认知地图的主动建构，培养学生学习元素及其化合物知识的一般方法与模型。
[关键词]认知地图;元素;教学设计;硫和含硫化合物
[中图分类号]? ?G633.8? ? ? ? [文献标识码]? ?A? ? ? ? [文章编号]? ?1674-6058（2019）08-0062-02
一、研究背景
美国心理学家T.C.托尔曼曾通过动物在迷津中找到食物的实验提出了“认知地图”[1]这一概念。后续的心理学家如加涅、伯纳德等人将认知地图应用于教学。在教学中，认知地图的建构被认为是用图形的方式即形象模型将主体的逻辑和思维脉络表现出来，在短时记忆到长时记忆的过程中必不可少的对信息组织编码及原有知识整合的过程。由此可见，认知地图与“知识图谱、知识地图”是有本质区别的，前者是学习者主动建构知识体系的产物，而后者仅仅是他人现成的知识体系。
因此，笔者认为利用认知地图模型建构元素化学教学是可行的，现以苏教版教材中《硫和含硫化合物的相互转化》[2]一课的教学设计为例，对基于认知地图建构的元素化学教学设计进行研究。
二、教学设计
环节一：情境引入
[教师]播放印尼工人火山口采集硫黄的视频，并提问：大家对“硫黄”知多少？
[学生]积极举手发言：硫黄不溶于水;硫黄可以燃烧;硫黄可以制作黑火药，还可以加入香皂中制成硫黄皂。
[教师]肯定学生的回答，补充完善硫单质的其他性质，讲述人类对硫与含硫矿物的一些应用，并展示部分含硫矿物的图片。
设计意图：创设生活中真实采硫黄的情境，让学生感受游离态硫存在的真实性及其部分性质，并在欣赏含硫矿物美图的过程中感受化学之美，激发学生的化学学习热情以及对本节课内容做进一步探究的欲望。
环节二：实验探究
[教师提问]大家还知道哪些含有硫元素的化合物？
[学生]思考，并在草稿纸上书写含硫元素的化合物。
[教师]巡视并点评学生所写的含硫元素的化合物。
[教师提问]含硫物质多种多样，能否对它们进行分类呢？并指出分类依据。
[学生]与同桌交流，并举手发言：可以根据硫元素的价态将含硫化合物分成-2价、0价、+4价、+6价四类。
[教师追问]人类对硫元素的利用，从本质上看，就是实现含硫物质的相互转化，那么这些物质间是如何实现相互转化的呢？
[实验探究一]如图1所示，以SO2为核心，通过K1、K2的控制，实现含硫元素化合物之间的相互转化。
【步骤1】打开K2，关闭K1，向锥形瓶中注射浓硫酸，点燃酒精灯。片刻后，发现品红红色褪去，对U型管再加热，红色复现。
【步骤2】打开K1，关闭K2，SO2通入连续试管，高锰酸钾、溴水陆续褪色，硫化钠溶液中出现黄色浑浊。氢氧化钠用于尾气处理。
[学生]观察实验现象，并举手发言：不同价态的硫可以通过氧化还原反应实现相互转化;相同价态的硫可以通过非氧化还原反应实现相互转化。
[实验探究二]在实验探究一的基础上进行如下调整：
【步骤1】请学生预测实验现象。
【步骤2】打开K1、K2，从K2处通氮气排尽装置中的空气，关闭K2，向錐形瓶中注射浓硫酸，点燃酒精灯。观察BaCl2、Ba（OH）2和Ba（NO3）2溶液中的现象。
【步骤3】向装有BaCl2溶液的试管中注射过氧化氢，向装有Ba（OH）2和Ba（NO3）2溶液的试管中注射盐酸，观察现象。
[学生]描述实验现象，思考原因，写出反应方程式。
设计意图：改变教材文本中“交流与讨论”环节直接让学生按化合价书写含硫物质的题型，让学生自己书写含有硫元素的物质，并进行分类，学会从不同层次认识物质的多样性;增设创新实验，让学生从宏观上感受含硫化合物之间的相互转化，探究转化模式，培养学生“科学探究与创新意识”化学核心素养。
环节三：自主建构
[教师]肯定学生的回答，点评学生反应方程式的书写，并提问：刚才的系列实验中我们证实了含硫元素化合物之间的相互转化，我们能否将可以相互转化的物质用线连接起来，组建一张有特色的含硫元素物质间的转化地图呢？
[学生]分组交流讨论，并绘制相互转化地图。
[教师]巡视各组成果，用手机拍照（如图3所示），利用同步软件导入电脑，进行投影展示与点评。
[学生]分享自己所在组的设计理念，欣赏其他各组的成果。
设计意图：参照课本的“整理与归纳”环节，让学生分组交流讨论，自主构建含硫元素物质之间的相互转化知识地图，并通过主动参与构建知识体系的过程，培养学生的“模型认知”化学核心素养;通过现代数字媒体技术当场展现学生的成果，分享学生自己的设计理念，让学生感受探究成功的喜悦，培养学生的自信心。
环节四：应用地图
[教师提问]硫及含硫化合物之间的相互转化在生产生活中有着重要的应用，如硫粉可用于处理洒落的水银，请对照自己的转化地图，举例说明。
[学生] 积极举手发言：利用亚硫酸钠与浓硫酸反应可以制备SO2;利用硫黄燃烧生成SO2，再在催化剂作用下与O2反应生成SO3，最后转化为H2SO4，该过程用于生产硫酸。
[教师]硫酸钠广泛应用于化工、造纸、玻璃、染料、印染和医药等工业，请你设计生产硫酸钠的可能途径。
[学生]展示自己设计的方案：S→SO2→SO3→Na2SO4;S→SO2→Na2SO3→Na2SO4;H2S→SO2→H2SO4→Na2SO4。
[教师]点评学生的设计方案，并提问：这节课你有哪些收获？
[学生]认识了硫及其化合物之间的相互转化，成功绘制了属于自己的认知地图，很有成就感。
[教师]课后作业：绘制一张钠及其化合物相互转化的认知地图。
设计意图：通过认知地图的应用，感受其在学习中的价值与地位，培养学生从模型构建到认知再到应用的科学思维，同时布置相应作业，让学生自行绘制一张钠及其化合物相互转化的认知地图，使学生能将这种认知地图模型推广到其他元素及其化合物的学习中去，培养学生的“模型认知”化学核心素养。
三、教学反思
1.教学目标明确
本节课重点是学习硫及其化合物之间的相互转化，认识元素在物质中可以有不同价态，通过氧化还原反应可以实现含有不同价态的同种元素的物质之间的相互转化;学生在自主探究建构含硫元素物质的相互转化认知地图过程中，培养了“宏观辨识”“模型认知”等化学学科核心素养。
2.教学脉络清晰
本节教材文本内容不多，给教师提供了很大的教学创新空间。笔者在研究教材文本的基础上，设立了四个教学环节。从火山口采集硫磺以及喷发过程中含硫物质的转化素材入手，吸引学生，抛出任务，层层推进，并结合实验探究，实现了从分类到转化再到建构的认知过程，整个教学脉络清晰。
3.教学氛围融洽
本节课在设计上，有情境，有探究，有实验，更有学生自主建构与应用环节，学生参与度高，教学氛围融洽。尤其是自主建构认知地图环节，不再是照本宣科地将书本知识的整理与归纳强加给学生，充分调动了学生的学习积极性，学生的思维在交流与讨论中被触发，有如激流奔放 ，形成了汹涌的创新思维浪潮，勾勒出了一幅幅与众不同的认知地图。
4.教学哲理深刻
通过教学帮助学生建构硫元素化合物之间的转化關系认知地图，提升了学生对硫元素化合物的整体认知，建构了属于学生自己的完整知识体系。有学生在谈收获时提及“含硫元素物质间的相互转化地图可以作为一种认知模型推广到其他元素及其化合物的学习中”。由此可见，学生领悟到了“事物是普遍联系的”这一哲学道理，这不正是我们教育所追求的吗？正如德国著名物理学家诺贝尔奖获得者冯·劳厄曾经说过的：“教育所给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西。”
综上，教师只有不断地研读课程标准、教材文本、学生个体，方能设计出让化学学科核心素养落地生根、开花结果的课堂教学。
[? 参? ?考? ?文? ?献? ]
[1]? 皮连生.教育心理学[M].上海：上海教育出版社，2011.
[2]? 王祖浩.普通高中课程标准实验教科书·化学（必修1）[M].南京：江苏教育出版社，2009.
[3]? 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.
（责任编辑 罗 艳）
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更新时间：2025/4/11 8:51:50