问题链教学模式在高中化学基础理论复习中的应用_离子键论文

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化学基本理论的学习能帮助学生深入理解元素化合物知识,能促进学生化学知识的系统化和结构化,能帮助学生发展逻辑推理能力,能促进学生化学素养的提升。

一、高中化学基本理论的考查情况与复习现状

高中化学基本理论主要涉及物质结构和元素周期律、化学反应与能量变化、化学反应速率和化学平衡、水溶液中的离子平衡、电化学基础等方面。从近年高考考试说明的考查要求来看,对基本理论的要求层次总体较高;从近年高考试题的统计来看,基本理论知识试题所占的分值较大,难度和区分度较大;从近年的阅卷情况反馈来看,学生在基本理论部分的得分情况比较不理想。源于这类基本理论的试题通常以元素化合物知识为载体,或结合化学实验、或结合生产生活实际,或以图表呈现信息,其思维量较大,对学生的审题能力、解题能力的要求较高。

笔者于2013年1月对江苏省某两所普通高中的化学教师和部分高三理化类学生以“高中化学基本理论知识复习情况调查”为题进行调查,随后对学生在调研考试中的基本理论题得分情况进行统计,结果分析表明:(1)53.6%的教师和67.5%学生认为基本理论部分是高中化学教学的难点,其中“化学平衡移动”和“水溶液中的离子平衡”是基本理论部分的难点;(2)55%的学生认为基本理论“思维难度较大,理解透彻较为困难”;(3)51.3%的学生认为“听老师讲能懂得,自己做题有时会无从入手”;(4)39.3%的教师认为基本理论的复习“耗时较长,效益却不尽如人意”;(5)50%的教师在基本理论的复习中“主要采用习题训练的方式”展开,60.7%的教师认为“找不到更好的复习方式”;(6)两次考试中学生的基本理论试题的错误率均较高,得分率相对于其他而言较低;等等。

鉴于此,笔者提出应用“问题链教学模式”开展高中化学基本理论的复习并进行教学尝试。在教学中,课堂整体氛围良好,学生的参与积极性提高,思维的力度、强度明显上升,教学成效也有较大提升。

二、问题链教学模式

所谓“问题链”,是教师围绕一定的教学目标,结合学生已有认知水平,在教学过程中将学科知识和能力要求转换为具有层次性、系统性、相互独立却又相互关联的、系列的(一般在3个以上)教学问题组。问题链是一个有机的教学整体,以链状结构环环相扣,体现问题间的能级增益。

从不同的维度,问题链可以有多种不同的分类,比如从呈现方向看可分为正向链、逆向链、双向链等,从适用过程看可分为导入链、课中链、复习链;从问题指向看可分为聚焦链、发散链;从问题表现形式看可分为图表链、文字链、图文链,等等。但是,在教学实践中,尤其是高三化学过程中,往往不是某单一类型的问题链,而是多种类型问题链的综合应用。

问题链是教师为了使学生从“现有认知水平”到“最近发展区”所搭设的“脚手架”。王后雄提出设计问题链时应该关注的五个方面的问题,即“问题链”是否具有层次性、递变性、情境性和经济性等特点,是否集思考价值、智力价值和情意价值于一身等。

在中国知网以“问题链”为主题进行搜索并统计分析,表明当前问题链教学模式主要应用于中小学理科教学。问题链教学模式则是一种以问题链为核心的教学模式,这种教学模式有助于激发学生学习化学的兴趣,化解教学难点,启迪学生思路、训练思维,引导学生自主学习等。

三、问题链教学模式在高中化学基本理论复习中的教学实践

在高三化学基本理论复习过程中,教师应该根据不同教学内容的难度差异、学生的已有知识基础、高考的考试要求层次等多方面综合分析,设计不同形式的问题链,以满足不同理论专题复习的需要。笔者在高中化学基本理论复习的教学实践中将问题链教学模式构想为如下环节:

需要强调的是,由于这种教学模式针对的是基本理论知识的高考复习,因此就需要形成“知识点——解题技能——考查要求”的一体化,亦即在形成问题链的同时,教师既要精选课堂配套训练题,以便有针对性地进行解题指导,还要做好反思评价和巩固提升,以便做好补充跟进和训练强化。

1.案例1:化学键

[设计说明]对于化学键的考查主要集中在化学键、离子键、共价键的概念及判断、典型物质电子式的书写的考查,题目难度适中,注重细节和基础的考查,融合物质结构、元素周期律等知识以综合推断题的形式呈现。从试卷分析看,学生对“物质结构和元素周期律”知识掌握情况较好,得分情况良好(得分率约85%),而错误原因主要体现在审题不清或概念辨析。对于江苏高考而言,在试卷最后的选做题中,学生基本都选做《物质结构与性质》一题,因此在复习中可以将必修和选修内容进行适当整合。基于此,本课的问题链设计主要立足于对化学键知识体系的构建和细节的强化,通过追问、对比、辨析等方式展开课堂复习。

[课堂实录](片段)

(说明:以下实录中,T代表教师,S代表学生)

T:我们知道,化学反应的实质是什么?

S:旧化学键的断裂和新化学键的形成。

T:化学键的概念是怎样叙述的?

S:相邻原子间强烈的相互作用。

T:那么,化学键有哪些类型?又是如何进行定义的?

S:有离子键、共价键和金属键。离子键是使阴、阳离子结合成化合物的静电作用;共价键是原子间通过共用电子对形成的相互作用;金属键是金属阳离子和自由电子之间的静电作用。

T:(投影离子键、共价键的概念)请各小组深入讨论离子键、共价键的概念,并进行对比,我们能够获取哪些信息?(各小组自主讨论)

S1:组成微粒不同,离子键的是阴、阳离子,而共价键的是原子。作用力也不同,离子键的是静电作用,而共价键的是共同电子对。

S2:形成的条件不同,离子键通过得失电子形成,共价键通过电子对共同形成。

S3:离子键概念里说“结合成化合物”,而共价键的没说,这说明离子键存在于化合物里,共价键则不一定。(T:S3同学说得很好,请你继续说说离子键、共价键与单质、化合物,离子化合物、共价化合物的关系)从一些例子就能知道,离子键只存在于离子化合物里。共价键可能存在于单质里,比如、等非金属单质,也可能在化合物里,可能是离子化合物,也可能是共价化合物,比如HCl中只有共价键,是共价化合物,NaOH中有离子键,也有共价键,是离子化合物。

S4:我觉得可以再详细一点,只要含有离子键就一定属于离子化合物,离子化合物里一定含有离子键,也可能含有共价键,比如S3说到的NaOH,再如,也是既有离子键,又有共价键。而共价化合物中只能含有共价键,不能有离子键的。还有,形成离子键不一定要有金属元素,比如刚才说的,就都是非金属元素构成的。同样的,由金属元素和非金属元素形成的化学键也不一定是离子键,比如中就是共价键。

T:同学们分析的非常好,各小组讨论的都比较到位,尤其是S3和S4的小组,来,掌声表扬(鼓掌)。那如果只有两种非金属元素形成的化学键呢?

S:一定是共价键,当然可能是单质,也可能是化合物。

[反思评价]此问题链为“正向链”为主,辅以“发散链”。其中,在给出离子键、共价键的概念分析这个发散性问题后,各小组都进行了深入的讨论,在巡查中可以看出学生的参与积极性很高,而且讨论的广度、深度达到甚至超出了笔者的预想范围,比如对化学键与物质类别的关系的讨论。这个问题很好地促进了学生对化学键相关概念的分析和辨析,促成学生自主构建化学键与物质类别的关系。

2.案例2:电解池原理的应用

[设计说明]电化学内容是高考必考知识,对电解池的考查重在电解规律的应用(根据电子守恒计算、电极反应式的书写、溶液pH变化)。学生对电化学基本原理能较好地把握,但是在解题中往往存在思维定势,比如对离子放电顺序记得太死,难以实现根据题目信息作出灵活处理。基于此,本课的问题链设计是在学生基本掌握原电池和电解池基本工作原理的基础上,以“聚焦式问题链”和“发散式问题链”为主对典型例题进行剖析,既体现对考点的把握,也注重对解法的指导。

[问题链]笔者在教学中以云南师大附中2013届高三高考适应性月考卷(三)第28题图为例组织教学。

[反思评价]该课的问题链设计中既较好地帮助学生巩固电化学的基础知识,也更注重对思维的训练和解题能力的提升。如书写Y极的电极反应式就体现了对题目信息的处理。课后笔者对部分学生进行了访谈,学生反映该课的思维容量显著增大,经过问题链的持续驱动,能将相关知识基本“连成线、结成网”了,对题目的分析能力得到了很好的锻炼,也学会了要关注题目中的信息,破除了原有的对微粒放电顺序的思维定势。

3.案例3:水溶液中离子浓度大小比较

[设计说明]水溶液中离子浓度大小的比较是化学基本理论教学的重点,更是难点,是对弱电解质电离平衡和盐类水解知识的综合应用,一直是历年高考试题的核心热点和高频考点之一。在高考试题中,通常以压轴选择题的形式出现,是江苏等地的必考题之一,更是学生考试过程中的“恐惧题”、“猜测题”。此类题型的命题角度通常为三大守恒:物料守恒、电荷守恒和质子守恒,同时必然涉及“两个平衡”:盐类水解平衡和弱电解质电离平衡。因此,要引导学生在解题过程中注意“三大守恒”,能“分清主次”,即溶液中是以电离平衡还是水解平衡、一级电离还是二级电离、一级水解还是二级水解为主。基于此,本课的问题链设计以“递进问题链”为主,辅以“发散问题链”通过对精选题目的分析,帮助学生克服畏惧心理,进行解题技能方法的指导。

[课堂摘录]

(说明:以下为课堂实录略去学生活动的部分,仅是对问题链进行表述)

[问题1]室温下,将0.1氢氧化钠溶液逐滴滴加到20mL 0.1醋酸溶液中直至过量,请同学们写出该反应的离子方程式。

[问题2]请分析在此实验过程中,所得溶液的pH如何变化?能否用二维坐标图进行表述?溶液中溶质的组成情况如何变化?

[问题3]当V(NaOH)=0时,即右图中A点,此时溶液中的溶质仅为醋酸,那么该溶液中存在哪些微粒?如何分析得知的?这些离子的浓度大小顺序如何?并写出电荷守恒、物料守恒、质子守恒的表达式。

[问题4]此时为单一的弱酸溶液,若是单一的弱碱溶液呢,如0.1的氨水?若是二元弱酸溶液呢,如0.1溶液(25℃,=5.4×=5.4×)?

[问题5]当V(NaOH)=10mL时,即图中B点,此时溶液中的溶质组成情况如何?离子的浓度大小顺序如何?

[问题6]在pH变化图象中,介于A、B两点之间的任意溶液中,其溶质组成是否相同?离子浓度大小顺序是否相同?为什么?

[问题7]当pH=7时,即图中C点,此时溶液呈中性,其溶质组成情况如何?离子的浓度大小顺序如何?

[问题8]当V(NaOH)=20mL时,即图中D点,此时溶液中的溶质组成情况如何?离子的浓度大小顺序如何?

[问题9]D点的溶液为单一溶质盐溶液,那么如果是溶液呢?

[问题10]溶液是正盐溶液,如果是酸式盐溶液呢,如溶液?已知溶液呈碱性。

[问题11]那么如果是溶液?已知溶液呈酸性。

[问题12]在图象中,D点之后所得溶液中的溶质组成如何?其离子浓度大小顺序是否始终保持一致?为什么?

[问题13]结合上述分析过程,若已知某醋酸和醋酸钠的混合溶液,则该溶液显酸性、中性还是碱性?溶液中的离子浓度大小顺序如何?

[反思评价]在该课的教学过程中,以氢氧化钠溶液逐滴滴加到醋酸溶液中的实验过程,对单一溶液(弱酸、弱碱、正盐、酸式盐等)、混合溶液(弱酸和正盐、正盐和强碱等)都进行了分析和比较,帮助学生“分清主次”,同时也将“三大守恒”合理地融合进来,从学生反映来看,复习效果是良好的。其次,在教学中进行小组合作讨论,碰撞思维火花,激发思维活力,促进团队意识,也纠正化学用语规范。此外,本课还给学生留了一个问题“根据上述分析过程,请尝试分析将0.1氨水逐滴滴加到20mL 0.1盐酸中直至过量的情况”,以此督促学生进一步巩固提升。

高中化学基本理论部分注重思维品质的培养,与元素化合物部分有较大差异,因此在复习过程中就要更加关注学生思考的力度、广度和深度,培养学生主动思维意识和探究能力。笔者运用问题链教学模式开展基本理论复习已经取得较为明显的成效,学生在该类试题的得分率有显著的提高。当然,针对不同的基本理论怎样设计更加合理科学的问题链,仍然是有待继续深入探讨的课题。

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