元素化合物知识“易学难记”的解决策略

1 元素化合物知识“易学难记”的解决策略 蒋 洁 元素化合物知识的教学令人感到尴尬：一方面“化学元素是化学的基础，以元素为核心概念的合成化学、成分分析、化学修饰、化学结构以及材料改性等等，构成了化学研究的主要内容，······元素化学的重要性和发展前景更是不言而喻”。另一方面学生对元素化合物知识“易学难记”，教师常常感叹学生记不住化学方程式；而学生说物质的性质，要用时“百度一下”即方便地查到，只因考试要用，无奈非得“记住”。元素化合物知识教学价值何在？要教给学生怎样的元素化合物知识？是我们要思考的问题。 我们通常所说的“元素化合物知识”是指某个物质的性质，属于加涅对学习结果分类中“言语信息”类中的“事实性知识”。事实性知识学习并不难，其难点在于记忆。可以利用认知心理发展起来的组织策略改进事实性知识的记忆。 另外，我们通常所说的“记住”，按布卢姆对认知过程的分类，属于“记忆/回忆”维度。回忆仅能得到学习的保持，而要达到学习的迁移，不仅要求学生回忆，而且要求学生理解并能够运用所学的东西。 既然单一的事实性知识有“易学难记”的特点，而仅能将知识停留在“记忆”的维度，在信息极易查找的时代意义不大。因此，以下从知识分类和认知程度两个维度上，提出元素化合物知识“易学难记”问题 的两个解决策略。 1 利用“线索”将元素化合物知识由单一命题组成整体性知识 奥苏伯尔认为，事实性知识是一种非概括的命题知识。就某个物质的某种性质而言，应属于事实性知识。单一的命题或事实按一定逻辑或线索组织成成块的知识，就是有组织的整体性知识，影响这类知识学习的最重要条件是认知结构（包括原有知识及其组织）。同时奥苏伯尔认为，所谓“智育”的目标就是塑造学生良好的认知结构。20世纪后期开展的专家与新手比较研究证实了奥苏伯尔关于塑造学生良好认知结构理论的重要性：研究表明，一个领域的专长完全是专家在该领域形成了良好的认知结构的结果。由此可以确定要教给学生怎样的元素化合物知识：与其教给学生单一的元素化合物知识，不如教学生将这些单一知识组织成知识块，帮助学生形成良好的元素化合物知识的认知结构。 中学阶段，至少有这样几个线索可以帮助学生将单一的元素化合物知识组织成由小到大的知识块。 1.1 用“认知图式”将某物质的单一性质组织成对该物质的认识 “图式”，就像是围绕某个主题组织起来的认知框架或认知结构，它为相互联系的观念留有“空位”。对某物质的认识图式可以是： 物理性质： ；观察外观、测量、水溶性实验等。 化学性质：从分类 ；类比，该物质是否具有它所属类别物质的通性，有无特殊之处。从化合价 ；该该物质中元素化合价在该元素可能的化合价中处于何种位置，有氧化性或还原性？从特性 ；： 存在： ；由物质性质决定。 用途： ；由物质性质决定。 其他： 。其它需要对物质进行补充说明的内容。 以上，可以将某种物质的独立的一个个性质组织成对该物质的整体性认识，同时也让学生知道，在学习新增物质时，可按上述图式设计实验或捕捉教材、文献中的关键信息，并一一填入相应的空位，为学生学习新物质提供方法。 1.2 以元素为线索将单一物质组织成物质转化网络图 1.2.1 以同种元素的不同物质类别为线索 按某元素的单质——氧化物——氧化物对应的水化物（酸或碱）——盐联结成网络图。 2

如钠元素的物质转化图： Na2O2 Na2CO3

Na NaOH Na2O NaHCO3

图1 钠元素物质转化关系图

1.2. 2 以同种元素的不同化合价为线索 如N元素的物质转化图： NH3 N2 NO NO2 HNO3

NH4Cl 图2 氮元素物质转化关系图 以上工作可视学生层次和学生所处的学习阶段，既可以给出网络图，让学生写出相应的化学方程式；给出物质，让学生画线联结；也可以让学生画网络图。在此过程中形成学生的元素观、转化观。 1.3 以分类思想将单一的元素知识组织为元素化合物知识块 如几种金属元素的性质可归纳为： 表1 金属元素知识块归纳表 物质的类别 性质 Na Mg Al

单质 与非金属反应 与水反应 与酸反应 与盐的溶液反应

氧化物 ······

氢氧化物 盐 发现金属的递变性 在不断地后继学习中，上表横坐标还可扩展到金属活动性顺序表中的金属。 相比较金属、非金属知识显得更为散乱，分类思想可以发挥更大作用。 表2 非金属元素知识块归纳表 H Si C N S O Cl 单质 还原性 还原性 氧化性 氧化性 氧化物 含氧酸 盐

发现同一类物质的化学共性和特性 3

人教版必修1第四章是以“氯”带非金属单质的学习，以“硫和氮的氧化物”带非金属氧化物的学习，以氨、硝酸和硫酸带非金属氢化物和非金属氧化物对应水化物的学习。当然这些工作不一定都在新课中完成。 在高中化学学习过程中，学生学习了一些单一的元素化合物逐步帮助他们形成元素化合物的认知结构，学生继续学习的新元素知识不断纳入此结构，并对原有认知结构不断补充和完善。 2 通过提升认知层次，提高元素化合物知识的迁移性 教育的两个最重要的目的是促进学习的保持和学习的迁移。学习的保持是旨在学习之后的某一时间内以教学中呈现的大致方式回忆出教材的能力；学习的迁移则是指运用已学的知识去解决新问题、回答新的提问或学习新内容的能力。与其让学生困难地“记住”，不如将其认知层次由“记忆”上升为理解、应用甚至于分析、评价。 2.1 从学习目标看为什么要提升元素化合物学习的认知层次 近年高考考查均以“能力”立意，更希望考查出学生在试题提供的新情境中运用所学知识解决问题的能力，即能够进行学习的迁移。如果我们将高考的考查目标作为学生经过中学学习后应达到的学习结果（学习目标），分析近年高考试题，在元素化合物的学习中，由低到高，学生应达成的目标是： （1）回忆事实性知识：知道一些典型物质的性质。这里典型物质指教材中出现的物质，这些物质是专家精选的化学物质中基础并有代表性的物质。 （2）应用程序性知识：知道认识物质的一般过程与方法并能将它应用到对新物质的学习上。 （3）理解概念性知识：理解中学元素化合物知识体系，将以上的单一物质的知识与认知方法联系起来，形成中学化学元素化合物知识体系，构建元素观、分类观、转化观。 （4）应用概念性知识、程序性知识：综合运用上述知识和方法解决新情境中的问题，如化工流程问题等。 要达到这样的学习目标，在于学生从初中升入高一到高三毕业的每一节课的学习中。高中理科学生元素化合物学习集中在两个阶段：一是新课教学，必修1第三、四章；二是高考复习阶段。两个阶段的学生群体不同、基础不同，应分配的教学目标也不同。新课应侧重在上述目标（1）、（2）和（3）的初级阶段，复习更重在目标（3）的高级阶段和目标（4）。 观察目前大多数的课堂，要达成教学目标，至少还要做两方面的努力，一是新课教学中应有更高层次的认知目标，要建立在学生地整个元素化合物知识体系的建构上。二是高考复习课约不是对新课知识的简单重复，而是有较新教学更高层次的教学目标，而这一目标的实现绝不仅仅在于盲目做题，在哪怕物质性质的再现复习中都应抱有更高层次的目标。 2.2 从两位教师的教学故事中看如何提升元素化合物学习的认知层次 甲、乙两位老师都要将学生从高一带到高三，关于氯气性质的教学，他们都要经历至少两个阶段，必修1的新授课和高考第一轮复习课。 2.2.1 新授课阶段 甲老师以一段氯气泄漏的新闻引入：“2005年3月29日，京沪高速路上一辆载氯的液罐车和对面来车相撞。目击者描述：‘一股黄绿色气体射向高空，有刺鼻的味道，眼睛也熏得睁不开。’消防员用水枪喷射，将附近居民疏散到一高坡上，但仍造成350人入院救治，28人中毒死亡。”然后让学生阅读课本、老师逐条讲解氯气性质、写方程式，最后让学生分析上段文字中表达的关于氯气性质信息。体现了“新课程倡导在自然界和社会生活背景中进行元素化合物知识的教学，培养了学生阅读、获取有效信息的能力。但在知识认知上，甲老师将注意力仅集中在氯气的性质上，关注的是记忆事实性知识。的 乙老师通过问题引入：“在前段时间的元素化合物学习中我们学习了一些具体的物质的 4

性质，描述一种物质的性质的基本框架是什么？这节课学习氯气，它是一种非金属元素单质，你之前学过的非金属单质有什么，由此预测氯气可能会有怎样的化学性质？”学生思考，按物质的认知图式提出氯气可能具有的性质，然后阅读课本、实验，与之前的假设对照，掌握氯气的性质。最后，老师再提出思考：你认为硫、氮气可能有怎样的性质？查阅资料简单了解它们的性质，与氯气及氧气的性质比较，说明相同和不同，性质相同或不同的原因可能是什么。乙老师将氯气的一条条性质的学习，放在两个更大的知识块中：一是物质的学习图式，二是非金属单质这一类别的物质。学生的认知除了记忆，还要将已有的物质学习图式“应用”到氯气这一新物质的学习上，在同类物质的比较中使认知上升到“分析”的层次。 2.2.2 高考第一轮复习阶段 甲老师设计学案上让学生填空：氯气在通常情况下是 色， 气味， 毒（填“有”或“无”）气体，密度比空气 （填“轻”或“重”）。然后给出氯气所发生反应的方程式的反应物部分，让学生填产物。最后让学生归纳网络图（如图3所示）。甲老师关注了基础知识的重现，最后归纳网络图使学生具有初步的元素观和物质转化观。 HCl Cl2 HClO

NaCl I2 NaHCO3

图3 氯元素物质转化关系图

乙老师要求学生按认识物质的框架，自己回忆并有序地写出氯气的性质，归纳以氯气为起点可以转化为哪些物质（归纳网络图），然后思考：哪些方法可以制得氯气，优缺点如何？氯气在生产和物质转化中主要作用是什么，有何优缺点？学生小结：氯气是较强的氧化剂，在实际反应中如果需要用到氧化剂的话，氯气是可以考虑的选项之一，但同时应考虑氯气有毒。乙老师让学生在物质认识框架的基础上有序地重现旧知，并对氯气在生产实际中的应用进行评价，为知识在新情境中的应用奠定基础。 不论是在新课中还是在复习中，甲老师将氯气的性质作为独立的知识来让学生记住，始终停留在单一知识的记忆上，如果他的元素化合物课都是这样完成的，学生得到的可能就是知道一种种物质的性质。乙老师将氯气的性质的学习放到更大的背景中去学习，关注的知识种类和认识程度都有提高，使氯气的性质不是单一的命题或事实的，而成为有组织的整体知识中的一部分。前者易学但也易忘，后者更具组织性，而不易忘。 甲老师使学生仅得到“学习的保持”，而乙老师使学生获得可迁移的知识。可见，同样的教学内容，由于老师关注的目标在知识类别和认知维度上不同，所采用教学活动不同，也必然导致学生的学习结果不同。 总之，在信息发达的今天，许多物质的性质被详细地列示在百度词条中，学习更有意义的元素化合物知识是对中学化学课堂的必然要求：由记忆单一的物质性质一构建良好的元素知识认知结构，获得可迁移的元素化合物知识。