物质的分类相关概念及其教学分析，本文主要内容关键词为：物质论文,概念论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
所谓分类就是根据对象的共同点和差异点，将对象区分为不同种类，并且形成有一定从属关系的不同等级的系统的逻辑方法。化学学科上物质的分类就是根据物质在组成、结构、性质、用途等某一方面的共同点或不同点将物质分成不同种类的科学方法。
一、物质的分类相关概念的知识层级结构
“物质的分类”是课程标准要求学生在中学阶段必须建立的基本的化学观念。对于多达几千万种的物质，人们要想认识它们的规律性，就必须运用分类的方法，分门别类地进行研究。这既反映了化学科学的发展规律，也符合学生的认知规律。物质是化学科学的重要研究对象，运用分类的方法对物质进行研究，进而感受分类方法对于化学科学研究和一般科学研究的重要作用，这必将为化学必修课程的学习，乃至整个高中阶段的化学学习奠定重要的基础。图1是对物质的分类及其相关概念的梳理和呈现。
二、物质的分类相关概念的学生学习分析
1.学生认识发展分析
学生在物质的分类及其相关概念学习中应在以下几个方面得到相应的发展：
（1）能够认识分类这种科学方法对化学研究的作用，形成分类观。
分类对化学研究的作用在于：对物质进行科学的分类，再分门别类地研究它们的组成、结构、性质、用途，就容易找到规律，把握物质的本质属性和内在联系，并反过来利用这些规律去发现或制备对人类生产生活有用的新物质、新材料。例如，在高中化学课程中研究二氧化硫的性质时，就应该首先对二氧化硫进行物质分类。二氧化硫属于酸性氧化物，因此二氧化硫可以和水反应生成亚硫酸；可以和碱反应生成盐和水；可以和碱性氧化物发生反应生成盐。二氧化硫中硫元素的价态处于中间价态，因此二氧化硫既可以用作氧化剂，又可以用作还原剂。用作氧化剂时，可以和硫化氢等还原剂发生反应；用作还原剂时，可以和酸性高锰酸钾溶液、氧气、氯气等发生反应。这样只需对二氧化硫的特性再加说明就可以了。
（2）可以帮助学生形成正确的化学物质观。
化学物质是化学科学研究的物质客体，是化学运动的物质承担者，因此，中学生对化学物质了解的深度和广度直接影响到其化学物质观的形成和对化学科学的认识。对化学物质进行适当的分类，其意义是显而易见的，它能使繁杂的化学物质系统化、条理化；不同的分类角度和维度有助于人们多角度、多层次、更全面、更深刻地认识化学物质，体会化学物质的多样性和统一性；正确的分类能够使化学物质中所蕴含的主要矛盾凸显出来，从而指导对其本质的深入了解并预见新的化学物质。由此可见，从可持续发展的角度上看，帮助学生更系统、更深刻地认识化学物质、形成正确的化学物质观，是至关重要的。
（3）能够在物质的分类的学习中实现以下几个方面的层级发展。
关于物质分类的相关内容，分散在义务教育阶段、高中必修学习阶段和选修学习阶段。在义务教育阶段，根据物质的组成进行静态分类，将物质分为纯净物和混合物，纯净物分为单质和化合物，化合物中又提到了氧化物这个分类。在义务教育阶段，并没有明确提出分类这种方法。
高中必修学习阶段涉及了分类的依据、分类的一些具体结果以及分类的应用。将学生对分类的认识由静态发展到动态，由宏观组成发展到微观结构。学生进一步认识到氧化物可以根据和酸、碱发生反应中的表现分为酸性氧化物、碱性氧化物等，为将来二氧化硫、二氧化硅等氧化物性质的预测奠定坚实的基础；认识到电解质可以根据在水溶液或熔化状态下的行为分为酸、碱和盐，使解释酸、碱和盐之间的复分解反应的实质成为可能；认识到根据物质在氧化还原反应中的表现分为氧化剂和还原剂，为后续章节中从氧化还原的角度认识二氧化硫、二氧化氮、氨、浓硫酸、硝酸等物质的性质奠定基础，使深入认识和解释义务教育阶段学习的一些常见的氧化剂、还原剂成为可能。鉴于此，物质分类观的形成应该是在高中必修阶段。
高中选修阶段是对物质分类视角的进一步扩大，分类的依据更加靠近物质的微观结构和本身的性质，更加强调物质分类在学习化学、研究化学中的重要应用。如“有机化学基础”模块，将分类的依据扩展到根据物质的微观结构——官能团进行分类，将分类的结果扩展到烯烃、炔烃、芳香烃、卤代烃、醇、醛、酸、酯等。这样分类可以让学生从官能团出发预测、分析一类物质具有的性质，进一步彰显该种分类的功能。再如“物质结构与性质”模块，将分类的依据扩展到根据物质的微观结构——晶体结构进行分类，将分类的结果扩展到金属晶体、离子晶体、原子晶体和分子晶体等。这样分类可以促使学生结合晶体的构成微粒、微粒间的相互作用和微粒的堆积情况预测或者是解释某一类型晶体的性质，进而理解该晶体的具体应用。
这样3个阶段，对学生认识发展来说，是一个由模糊分类到分类观念的形成再到分类扩展的一个过程，我们用下页图2表示这种发展关系。
（4）能够在物质分类的相关应用方面形成一定的能力。
物质的分类观形成后，学生逐步形成解决问题的能力。这些能力包括：根据一定的问题情境，选择一定的分类依据对物质进行分类的能力；根据物质所属类别以及该类别物质具有的性质进行迁移，预测该物质性质的能力；结合分类对物质性质和应用进行解释、说明的能力。
2.学生学习困难分析
学生在学习这部分知识以及解决相关问题的活动中存在的困难分为2个层面，首先是学生认识方式转变上的困难；其次是学生学习一些具体的知识时所存在的困难，这种困难相对而言容易克服。
（1）对学生认识方式转变上的困难分析。
学生认识方式的转变不是一蹴而就的事，远比学习具体的物质分类的知识难度要大。例如物质的分类首先是从静态或者动态的不同角度进行分类，静态主要指从物质的宏观组成或者微观构成的角度进行分类；动态主要指从物质在变化过程中的表现进行分类。学生往往习惯于从静态的视角进行分类，并且认为所属类别是一成不变的。这种固有的认识方式使学生对动态角度进行分类的理解难上加难。例如，根据物质在氧化还原反应中的表现，可将反应物分为氧化剂和还原剂。其中在氧化还原反应中，所含的某种元素的化合价降低的反应物，称为氧化剂；所含的某种元素的化合价升高的反应物，称为还原剂。从概念我们可以看出，氧化剂、还原剂是从物质的性质角度进行的分类，是从动态的角度进行的分类，哪种物质是氧化剂还是还原剂不是固定不变的，取决于物质在氧化还原反应中的表现。这点和静态的角度对物质进行分类是不相同的，静态的角度对物质进行分类不会随便发生变化。例如，对于
这种物质所进行的分类，在不同的氧化还原反应中就有所不同。
（2）对学生学习一些具体的知识时所存在的困难的分析。
①学生可以理解一些简单的物质分类的结果，但是在分析研究化学物质时，不能自觉地应用物质分类的知识来解决问题。
例如，对于能与碱或酸反应的氧化物来说，可以分为酸性氧化物和碱性氧化物。对于这样的分类知识学生是清楚的，但当遇到实际问题时，学生往往想不到从物质分类的角度来研究物质性质。无机化合物是这样，有机化合物也是同样的道理。
②学生对物质分类的内涵和外延理解不够清楚，造成一些具体分类的错误。
学生在进行物质分类时，往往是从物质的表观现象出发，而不关注分类的依据、分类的对象等。例如，学生根据硫酸溶于水可以电离出自由移动的离子，错误的将硫酸归属为离子化合物，而实际上这是电解质和非电解质的分类依据，并不是离子化合物和共价化合物的分类依据。再如，学生把单质认为是非电解质，这是因为学生没有关注到对于电解质和非电解质是在化合物这样的分类对象中进一步区分的，也就是对电解质和非电解质的上位概念是化合物掌握得不够清楚。
③学生不易理解强电解质和弱电解质的关系，往往和物质的溶解性相混淆。
强电解质指的是在水溶液里完全电离的电解质，弱电解质指的是在水溶液里部分电离的电解质。学生易将强电解质和弱电解质的概念和物质的溶解性相混淆。实际上难溶于水的化合物未必就是弱电解质，如
等难溶于水的化合物均为强电解质，原因是溶解在水中的那部分已经完全电离成离子了，符合强电解质的概念——“完全电离”；易溶于水的化合物也未必就是强电解质，如
等，它们都易溶于水但在水溶液中却部分电离出离子，因此它们都是弱电解质。从不同的角度对物质进行分类，必然可能出现分类的交叉。因此必须准确把握概念，才能达到准确分类，进一步准确分析物质性质的目的。
④面对一种化合物类型的晶体，学生不易准确地判断到底是离子晶体、分子晶体还是原子晶体；面对一种非金属单质类型的晶体，不易准确地判断到底是原子晶体还是分子晶体。
对于化合物来讲，分为离子化合物和共价化合物。如果是离子化合物就应该属于离子晶体；如果是共价化合物形成的晶体可能是分子晶体也可能是原子晶体。此处的判断有2个难点，第一如何准确的判断该化合物属于离子化合物还是共价化合物；第二如何分析该化合物是通过分子间作用力形成晶体还是直接通过共价键形成晶体。对于非金属单质类型的晶体来说，到底是原子晶体还是分子晶体取决于该单质晶体是通过分子间作用力形成的还是直接通过共价键形成的。
三、物质的分类相关概念的教学关键问题
新教材把物质的分类作为一种科学的方法提出，同时强化了其在研究物质性质中所起的重要指导作用。这样的设计充分体现了新课程在课程内容改革上的重大转变——“重视学生化学基本观念的形成，重视学生对化学核心概念的深入理解”。高中化学新课程认为：学生能否牢固地、准确地、哪怕只是定性地建立起基本的化学观念，应当是中学化学教学的第一目标，背诵或记忆某些具体的化学事实性知识，当然是有价值的，但是更重要的价值在于它们是化学观念及某些基本观念的载体。看来，新教材关于这部分的教学对老师们来讲是全新的，同时也就面临着各种机遇和挑战。在教学中具体怎样解决我们所面临的教学问题呢，我们从以下几个方面进行分析。
（1）运用观念建构为本的教学，帮助学生理解元素与物质的关系是对物质进行分类的基础，建立“元素观”。
观念建构为本的教学，是针对具体性知识记忆为本教学存在的问题和弊端而提出的。在观念建构为本的教学中，我们也选择和讲授具体性知识，但具体性知识的作用更多的是用作支撑观念建构的工具和载体。我们的最终目标是要在这些具体性知识基础上通过不断的概括提炼而形成深层的、可迁移的观念或观念性知识。在观念建构为本的教学中，教学与学习的目标是为了形成和建构起本学科的观念体系，内容的选择也是以观念为核心，选择那些能形成和体现这些观念的具体知识内容。同时，由于观念的建构，需要学生在有意义的、真实的、具有挑战性的学习环境中，以积极主动的态度，通过参与具有驱动性的问题和活动，“既动手又动脑”，独立地或与同学或与老师合作去探究和发现知识之间的联系和隐藏在事实背后的重要思想和观点，在与老师、同学或其他人的交流与讨论过程中去碰撞和转变自己的观念，最终建构起自己的观念体系。
怎样帮助学生理解元素与物质的关系是对物质进行分类的基础呢？我们通过下面的教学来达到目标。首先充分利用鲁科版教材中提供的名为“丰富多彩的物质世界”的图片，由此创设问题情境：“110多种元素是如何组成几千万种物质的？应怎样对数量众多的物质进行分类？各类物质之间具有怎样的关系？”引导学生思考。教学过程中，教师让学生尽可能多地列举他们所知道的物质，然后根据列举的物质，提出问题“组成这些物质的元素有哪些？除了列举的这些物质，这些元素还能组成哪些物质？”学生运用已有的对元素与物质关系的认识进行解答。教师再提出问题“元素是怎样组成物质的”，旨在提升学生对元素与物质关系的新认识。学生得出结论：每一种元素都能自身组成物质，一种元素可以与其他种类的元素组成物质，相同的元素还可以组成不同的化合物。至此，有关元素与物质关系的问题已经全部讨论清楚了。教师再引导学生对教材中的交流研讨中的4个问题进行讨论。通过揭示每一个问题所对应的意图或实质，引导学生根据问题深入思考元素与物质之间究竟是怎样的一种关系，大大提升学生对元素与物质关系的认识水平。在此基础上，师生共同总结：所有的物质都是由最基本的成分——“化学元素”组成的。通常我们见到的物质千变万化，只是化学元素的重新组合，在化学反应中元素不变。到这里，教师可以引导学生回顾一开始提出的问题“你们现在能解释为什么110多种元素能够组成几千万种物质吗？”为了巩固和及时评价学生对元素与物质关系的认识，教师还可以结合教材中的迁移应用，让学生通过自己画图或解释教材上的图来引导学生建立其他元素的物质家族和认识物质家族之间的关系。教师及时强化“通过具体元素能够找到其对应的物质家族——单质及其化合物；通过具体物质能够找到核心元素”这一元素与物质关系的认识功能。紧接着教师提出问题，数量繁多的物质如何进行研究，从而引出要对物质进行分类。对于物质的分类方法，可以让学生根据不同的分类标准对列举出的物质进行分类，从学生熟悉的物质的组成与性质的分类标准开始，引导学生体会从不同角度可以得到不同的分类结果。
（2）运用建构主义理论的教学，帮助学生理解物质分类的多元化，运用物质分类的相关知识解决问题，完善“分类观”。
物质分类的多元化实质上包含了从多个角度对物质进行分类和物质分类的层级化。随着课程难度的推进，对物质的分类从表观的根据物质组成分类，过渡到根据物质性质进行分类，根据物质的微观结构进行分类；而分类的结果也一步步细化，最初是对物质进行分类，过渡到对化合物进行分类，进一步过渡到对电解质进行分类；或者是进一步过渡到对有机化合物进行分类，甚至发展到对烃或者是烃的衍生物进行分类。从这些分类的依据以及分类的结果，我们可以感受到物质分类的多元化。物质分类的多元化决定了可以从多个视角认识物质的结构、性质和功能。因此理解物质分类的多元化和应用多元化的分类解决问题，二者是紧密结合的，是物质分类观形成的两大要素。
在必修1关于物质分类的基础、依据、结果、应用教学完成后，首先引导学生绘制物质分类及其应用的概念图（如下页图3）。其次，让学生对图示中的物质进行具体化。例如，这部分学习完成后，学生对氧化钙形成的认识为：从组成的角度进行分类，属于纯净物中的化合物，化合物中的无机化合物，无机化合物中的氧化物，氧化物中的碱性氧化物。由此，可以分析得出氧化钙应该可以和哪些物质发生表现其性质的化学反应。例如，氧化钙可以和水发生反应，形成氢氧化钙；氧化钙可以和酸发生反应生成盐和水等。最后，设置相应的问题引导学生解决，强化学生激活概念图示中的相应点来解决问题，形成相应问题的解释力。例如，对于鲁科版教材中“元素与物质分类”一节的练习与活动中的第1题（见下页图4），学生怎样利用概念图示进行解决呢？
对于问题（1），生石灰属于哪种类别的物质？可以根据概念图，从多个维度进行解答，例如，生石灰属于纯净物→化合物→无机化合物→氧化物→碱性氧化物。问题（2）、（3）是针对生石灰的性质提出的，碱性氧化物的分类是针对性质提出的，表征的是物质在变化过程中的表现，因此从这个分类角度进行分析，得出相应的结论。由于氧化钙可以和水反应，因此可以用作干燥剂；氧化钙还可以和酸性氧化物、酸等发生反应。
必修1中接下来的教学是围绕混合物的进一步分类，探讨一种重要的分散系——胶体的性质展开的，而后是对化合物进一步分为电解质和非电解质，物质在氧化还原反应中的表现分为氧化剂和还原剂，目的在于进一步建构物质分类的有关知识，强化物质分类的应用，指导学生对物质性质的学习。这个阶段学生关于物质分类及应用的概念图进一步发展，看待物质的视角进一步丰富，对物质性质的解释力进一步加强。
必修2和选修模块的教学，进一步推进了物质的分类以及分类的应用。这些模块关于分类的知识都是从结构的角度提出的，帮助学生从微观的角度进一步建构关于物质分类的图示。这个阶段学生看待物质的视角深入化，对物质性质的解释侧重于从最本质的结构出发，更具有说服力。到这一阶段教学完成后，学生形成的概念图就趋于完善了。整个教学完成后，我们可以通过下面的问题来测查学生的“分类观”的形成情况：在
胶体中，逐滴加入HI稀溶液，会出现一系列变化。（1）先出现红褐色沉淀，原因是________。（2）随后沉淀溶解，溶液呈黄色，写出此反应的离子方程式________。（3）最后溶液颜色加深，原因是________，此反应的离子方程式是________。（4）用稀盐酸代替HI稀溶液，能出现上述哪些相同的变化现象？________。
关于“物质的分类”的整体教学思路实际上是分为以下几个层次进行讨论的：第一层次是从元素的组成对物质进行分类；第二层次是引导学生从不同的角度对物质进行分类；第三层次是对物质的分类进行应用的阶段。首先是在必修1第三章和第四章中，紧紧围绕着无机元素化合物的教学展开的；到了选修阶段，不同的模块对物质分类的应用进一步扩展，例如，“有机化学基础”模块中引导学生从官能团的角度对各类有机化合物的性质进行讨论；到了高三复习阶段，学生对物质分类的应用逐步达到综合、联系的水平。