“盐系三角图”认知模型的构建及应用

张怡天

摘要： 在初中阶段基于模型认知进行复习课的教学设计，搭建“盐系三角图”认知模型，有助于学生认识多种物质间的相互转化，进行盐类物质化学性质的归纳与总结。实践证明，使用该认知模型渗透物质转化思想，整合设计盐类化学性质的复习，学生的课堂参与度高，自主性强，大大提高了复习效率。

关键词： 认知模型建构； 初中化学； 盐类化学性质复习

文章编号： 10056629（2022）10007904

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 问题提出

“模型”是对复杂和综合性问题的化简和规律性总结，能指导一线教师在设计复习课时让知识形成连接，提炼出一定的方法以有助于学生进行实际应用。这样的设计既缩短了课时，又可在学生掌握了认知模型后依据学情灵活地安排学生的自主探究实验。换言之，认知模型是解决问题方法的具体表现形式，笔者尝试使用“盐系三角图”便是这种表现形式之一，引导学生自主地进行并完成盐类化学性质的复习，且实际应用于解决新的问题，实现真正意义上的授之以“渔”。

2 基于“盐系三角图”复习“盐的化学性质”的教学设计与实施

该复习课通过建立同类物质的转化关系建立认知模型，促使学生在建立模型的过程中发现这些同类物的转化均有盐的参与，“盐系”中的“系”可理解为连接。课前需准备学练案将模块环节内容打印给学生，课时安排为1课时（45分钟），让学生再经历固着、强化、改造认知模型的高阶过程。随后可根据学情安排自主探究的课时，过程中教师真正退到“幕后”作为点拨者。

2.1 模块一：尝试建构“盐系金属三角图”，初识建模作用

先给出学生如图所示（见图1甲）的三种金属的相对位置图，引导学生独立完成上述金属的相互转化关系，用箭头连接。基于人民教育出版社出版的九年级化学教材第八单元的有关金属化学性质内容的学习，学生是能够在较短时间内准确地搭建起三者之间的转化关系的（见图1乙）。随后引导学生发现：被箭头指向最多的是其中最不活泼的金属；被箭头尾端指向最多的是最活泼的金属。在此基础上，让学生尝试完成将Ag纳入转化关系图中，便能呈现出金属三角图的拓展状态（见图1丙），进一步巩固了这一模型建构方式的演练。

当上述盐系金属三角图搭建起来时，学生只会将目光集中于金属本身，并未明晰参与金属间相互转化的反应物其实属于同一物质类别。教师可以通过问题链的设置来引发学生对此问题的思考：

实现金属间相互转化是哪些物质？（让学生尝试书写出转化关系的化学方程式）→这些物质属于哪种类别？→这类物质在参与金属间转化的反应中，真正参与反应的微粒有哪些？

由此，将学生的注意力转移到连接转化关系的另一反应物“盐”上。再通过类比，如参与Fe→Cu转化的可以是硫酸铜、硝酸铜或氯化铜，不难发现酸根离子虽不同但转化结果却相同，教师再辅以微观粒子示意图来展现这一过程，学生便能清晰地认识到此类反应的微观实质，从而对金属活动性有了进一步的认识。

基于“盐系金属三角图”的建构，反观金属与混合盐溶液的习题，学生对金属被置换的顺序就会有具体的参考依据。如：

在Cu（NO3）2和AgNO3混合溶液中，加入一定量鐵粉，充分反应后过滤，关于滤渣成分说法错误的是：

A.可能有Fe B.可能有Cu C.可能有AgD.一定有Ag。

倘若铁先置换出铜，铜会进一步转化，直至转化成“箭头”指向最多的金属即最不活泼的金属银全部被置换出来为止，说明金属与混合盐溶液发生反应时，是先反应至箭头指向的“尽头”。

通过模型转化了“金属活动性顺序表”的表达方式，形成更为直观的“盐系金属三角图”，作为学生理解类似疑问的参考工具和思考相关问题的脚手架，将原本仅以简单记忆的规律性语言内化成能活学活用的思维模型来应用。

2.2 模块二：同质代换“盐系酸三角图”，形成建模思想

在“盐系金属三角图”初步建构的基础上，学生对于“盐系三角图”的架构已然熟识。因此，将其中金属换成初中阶段常见的三大酸“盐酸、硫酸和硝酸”（如图2甲），学生更能集中注意力专注于酸之间转化关系的思考。教学过程中，教师可依循学情作铺垫，如给予这样的问题设置：

除去括号中的杂质，请选择恰当的试剂，并将其化学式填写在横线上：HCl（H2SO4）    。

当学生解决了这一问题的同时，必然意识到除杂可以选择转化的思路得以实现。以指定方向的转化设计，运用实际应用问题引导学生思考“盐系酸三角图”的建模方法，引导学生推理出“除去硝酸中硫酸”或是“除去盐酸中硝酸”的可能性思考，从而用箭头将三酸连接起来（如图2乙），并且在箭号上标注出实现三酸转化所参与的物质（如图2丙）。

在辅助学生建构“盐系酸三角图”的过程中，学生很自然地提出了“反向转化为何无法达成”“硝酸为何成为了被最多箭头指向的物质”的问题，成为了课堂教学的生成性资源，为教学的延伸与拓展埋下了伏笔。此时，建构的三角图有了“生命力”，既通过固定架构帮助学生解决类似除杂或转化的实际问题，又激发了学生探寻究竟的同时为自主建构起新的三角图创造出可能性。

以“硝酸一步转化为盐酸”为例，NO-3结合任意阳离子都无法形成难解离的物质，即NO-3很难通过复分解反应转化为气体或沉淀或水得以去除。在“盐系酸三角图”中参与转化的其实是阴离子，而其中H+并未参与反应留存于溶液中。学生在自主探究中发现可用不参与复分解反应的Na+和K+等替代H+。由此“盐系盐三角图”（如图3）便在学生的自我探究中被发现。

2.3 模块三：自主创构“盐系碱三角图”，内化提升

经历上述“盐系三角图”的建构，学生已然意识到盐类物质参与了多种类别物质的转化，即是在复习盐的化学性质。教学进行到当下，学生自主创构“盐系碱三角图”的内、外部条件已具备。因此，在本模块中，不必向学生提供具体的三种“碱”，而交由学生自主选择。通过学生的小组讨论和独立创构，学生自主完成了以下“盐系碱三角图”（如图4）。

学生成功创构“盐系碱三角图”可能会带有一定的偶然性，教师应当及时地通过设疑来引导学生思考，将原本无法言表的确定性变成缜密思考后的语言输出，即虽然自己知道却说不出理由，变为能通过语言表述

分享给其他的学习同伴并让他人理解。这些问题可以如此设置：上述“盐系碱三角图”的共同之处在哪里？——在“盐系碱三角图”中，难溶性的碱为何不能进一步转化为其他碱？——被箭头尾端指向最多的物质为何只能是氢氧化钙或氢氧化钡这样的碱？……促使学生反思创构过程中经历的思索，把偶然的事物连接变为理性思考后的必然结果，想清楚建构此类模型的原理。

最后，辅以一道反馈性练习，将多组同类物质的转化关系在同一道题中得以反映，进一步巩固“盐系三角图”的建构成果。

例题：下图中A～I是初中化学常见的物质，且分别由H、 N、 O、 Na、 S、 Cl、 Ca、 Cu中的两种或三种元素组成。A、 B、 C物质类别相同，A、 G、 H、 I由两种元素组成且H、 I为氧化物，汽车用铅酸蓄电池中含有C，农业上可用D与F等配制波尔多液。图中“—”表示两端的物质之间能发生化学反应，“”表示物质间存在转化关系，反应条件、部分反应物和生成物已略去。

（1） 写出化学式：C ______  ， G ______ ， H ______  。

（2） 写出化学方程式：A→B  ______   ， D→E   ______   。

在本题中，由A、 B、 C所构成的三角关系以“C为汽车用铅酸蓄电池中的成分”为突破口将此确定为“盐系酸三角”关系。通过进一步分析，确定F为波尔多液中的盐类物质，不然无法满足C向F的转化，这样一来D也被确定为氢氧化钙。而D→E和F→G的转化关系则分别是“盐系碱三角”关系和“盐系盐三角”关系中的一部分。

2.4 模块四：自由改造“盐系三角图”，模型迁移

通过上述金属、酸、碱、盐四种同类物质间的三角转化关系的呈现，更加突显了盐参与其中的重要作用，用归纳的方法以及渗透思维模型建构的方式总结了盐类的化学性质。使得学生更加清晰而深刻地认识到盐类物质化学性质的丰富性。

在小结盐类物质的四点化学性质之后，用如图5甲（说明：“→”表示物质之间存在相应的转化关系，“—”或“⌒”表示物质间能发生反应）的方式表现出参与金属、酸、碱等物质间的转化，同时引导学生发现盐与另外三种物质间同时存在连线和双向箭头，这说明盐在参与反应时，物质的类别并未发生改变。进而转化思路用更加明确的方式体现出盐类物质的参与性及与其他物质间的关系：

尝试将酸、碱、盐、金属等类别物质按以下要求完成盐系‘三角的‘版图绘制（要求：每个多边形代表一类物质，多边形‘接壤表示彼此能反应）。

图5乙便是部分学生独立完成的模型。笔者与学生共同讨论，进一步整合了他们自主改造的“盐系三角图”，相对全面地展现了酸、碱、盐的化学性质（见图6）。令人意外的是，在之后的主题复习中，学生又发现部分较活泼的金属（如镁）可以在二氧化碳中燃烧，结合图6，认为可以将金属和非金属氧化物之间打通彼此的接壤。

3 认知模型运用于“盐类化学性质”复习教学的价值

2017版高中课标中明确将“模型认知”作為化学学科核心素养的重要组成部分，要求学生能根据物质及其变化的信息建构模型，建立解决复杂化学问题的思维框架［1］。这有助于更加直观地理解并解决化学问题，为后续学习提供有力的思维导向和支撑，以实现化学的学科价值［2］。

利用“盐系三角图”认知模型的建构来整合设计盐类化学性质的复习，从课堂学生的表现和多维反馈来看，都呈现出较为明显的正影响。

（1） 复习课堂参与度高。因为必须在有学生互动参与下才能将教学内容不断推进，故很难有“一言堂”情况发生。由于符合学生的认知规律，从跟随到模仿再到自我创新，激发了学生的内动力使得课堂推进成为自发，能力的提升是外显的。

（2） 该设计具有普适性。适合不同层次的学生掌握盐类化学性质及其应用，后续在设计物质的制备、除杂等探究类习题时，学生完全可以依循业已建立的模型自主探究由易到难的习题，教师不必担心课时消耗，可以根据学情作弹性设计。由于是依据模型方法建立的复习设计，所以可以进一步推广到更多物质化学性质的复习中。

（3） 对学生的影响可延伸至课后。发现学生在转化关系的认知模型形成后，很愿意主动建构更加复杂或别样物质的转化关系。在授课后的一段时间内，教师陆续收到了由学生自主编制的推断题。

（4） 提升了相关习题的解题速度。学生在解答物质的制备、除杂、推断等习题时，速度明显提升，尤其是推断题，能够从物质类别的角度入手分析，大大缩短了搜寻时长。

4 结语

“盐系三角图”认知模型作为一种有效的认知工具，可以帮助学生把化学知识高度浓缩，将次要的非本质的信息滤去，使重要的本质性知识形成清晰的知识框架，纳入学生已有的知识体系中，即使已经遗忘了的具体知识，学生也能通过认知模型重新学习模块知识，从而拥有终身学习的能力［3］。教师只有不断提高对化学学科知识及其内在思想方法的本原性、结构化的认识水平，才能更好地提升教师的学科理解能力，并在课堂教学中转化为学生的学科理解能力，发展学生的学科核心素养［4］。因此，复习课需要教师在复习内容上抽丝剥茧地为学生提炼出多层次、多视角的认知模型，以助于学生认识物质和化学反应本质以及解决问题的一般思路。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2018.

［2］王方波. 基于模型认知与建构的高中化学深度教学策略——以选择性必修课程“走进电池的内部世界”为例［J］. 化学教学， 2021， （5）： 40～45.

［3］徐凯里， 陈永平. 基于模型认知的价类二维图在元素化合物学习中的应用——以“自然界中硫氮元素的循环”教学为例［J］. 化学教学， 2020， （7）： 42～48.

［4］罗月旺， 张贤金. 基于学科整体理解视角的初中化学复习课教学——以“标签中的化学：84消毒液你真的认识吗”为例［J］. 化学教学， 2020， （11）： 48～52.