从化学思维的视角教学化学反应

摘    要：化学思维是化学学科素养的核心成分和基本保证，从化学的定义来看，物质的组成、结构、性质与化学反应紧密相连。因此，教师可从培养学生化学思维的视角出发，在教学中有机渗透化学核心素养。教师可借证据推理思维来证实反应发生，借模型认知思维来书写反应用语，借宏微结合思维来揭示反应实质，借归纳整理思维来认识反应类型与用途，从而实现思维素养在初中化学课堂中的落地。

关键词：化学思维;证据推理;模型认知;宏微结合;归纳整理

化学思维是人类在化学知识的形成和掌握过程中，逐步形成的以表示物质组成、结构、性质、变化和相互联系的概念、定律、原理等来间接、概括地反映化学事物，且独具特色的一类思维活动。在学生主体性的化学学习活动中需要也存在着化学思维。化学思维是化学学科素养的核心成分和基本保证[1]。它有助于学生领悟和形成正确的观念，培养化学探究兴趣，敢于质疑、创新、不怕困难的勇气，实事求是的态度和社会责任心等。

从化学的定义来看，物质的组成、结构、性质与化学反应紧密相连。因此，化学反应既是化学研究的主要对象，又是化学研究的核心问题。初中生先从定性角度学习了化学反应的定义、特征、现象、类型，再从定量角度学习了化学反应中各物质间的质量关系，即从化学反应的表象走向本质内涵学习的过程，最终构建出初中范围内的化学反应认识体系。本文所讲的中和反应是复分解反应的一种具体类型，也是人教版义务教育教科书《化学》九年级下册第十单元课题2的学习主题，在酸碱单元中地位相当重要。那么，如何将初中化学核心素养有机地渗透进中和反应的教学中呢？笔者从培养学生化学思维的视角作出了教学尝试，取得了良好的教学效果。

一、借证据推理思维来证实反应发生

化学教学中，证據推理就是基于化学原理、概念及相关化学事实等证据，通过比较分析、归纳演绎思维等形式，对猜想和假设进行证实和证伪，从而自主解决问题、获取新知的高阶思维过程。

（一）创设情境，萌发证据意识

证据意识是指学生在学习过程中潜移默化地重视证据并自觉地运用证据的心理觉悟[2]。意识始于自觉，而证据是科学结论得出的必要条件。恰当的情境是学生产生意识的前奏，也是学生开展探究并在实践中获取知识的源泉。针对笔者提出的探究问题“酸和碱是否发生化学反应”，学生不假思索地回答“会发生化学反应”。可见，在问题情境中，学生会潜意识地产生一种假设猜想。这样就为寻找证据指明了方向，学生很自然地过渡到想在稀盐酸与氢氧化钠溶液反应的真实情境中寻找答案。教学过程详见表1。

（二）参与设计，为搜集证据作准备

酸和碱反应的证据虽然可从生活经验中获得，但考虑到学生生活经验匮乏，即使他们在生活中接触过，也不会刻意留心感悟，即生活经验证据对当下部分学生来说没有足够的可信度，因此，笔者以实验为证据是对此反应假设的最佳应答。稀盐酸与氢氧化钠溶液混合时没有明显现象，这给学生的推理带来了困难。而反应现象作为一种直接证据，对实验结论的得出起着至关重要的推理作用。此时，教师要适当点拨引导，才能破除“没有现象”这一思维困境。

[教师启发]随着化学反应的进行，整个体系中各物质的量如何变化？

[学生表达]反应物的质量越来越少，而生成物的质量越来越多。

[提出问题]这对无明显现象的化学反应发生的证明有怎样的启迪呢？

[讨论交流1]可以来证明稀盐酸或氢氧化钠的消失，但我们不知道生成物是什么。

[讨论交流2]可借助酸碱指示剂，紫色石蕊溶液或酚酞溶液。

这一段教学活动目的明确，通过证明某种反应物的消失来表明反应的真实发生，最终将证据锁定在酸碱指示剂的变色上。学生积极展开小组合作，最终设计出以下4个实验。

实验1：在小试管中装入适量稀盐酸和紫色石蕊试液，用胶头滴管缓缓滴入氢氧化钠溶液。

实验2：在小试管中装入适量稀盐酸和酚酞试液，用胶头滴管缓缓滴入氢氧化钠溶液。

实验3：在小试管中装入适量氢氧化钠溶液和紫色石蕊试液，用胶头滴管缓缓滴入稀盐酸。

实验4：在小试管中装入适量氢氧化钠溶液和酚酞试液，用胶头滴管缓缓滴入稀盐酸。

上述以现象为证据的准备过程充分体现了下列逻辑思维：实验原理→实验设计→实验操作→实验现象。任何实验方案的设计都依存于实验原理的确立，即实验原理决定着实验设计，也是实验设计的理论基础。证实无明显现象的化学反应的发生一般有两种原理：一是证明某反应物或其构成粒子的消失或减少;二是证明某生成物或其构成粒子的产生。考虑到此时的学情，当学生提出“不知道生成物是什么”时，笔者没有在此拓展，而是选择了原理一进行实验设计。实验设计是实验操作的“图纸”，设计以画图的形式呈现（图略），具有直观性。虽然在实验操作后才能产生实验现象，但在逻辑思维中，预设的现象影响着实验设计。学生根据实验原理，很自然地联系到借助指示剂的变色能确立酸或碱是否存在，而产生的现象也为证据的出现埋下了伏笔。

（三）观察实验，获取证据而推理

分组完成4个实验后，学生发现最终试管中的颜色发生了改变，这说明原试管中的物质被消耗了，也意味着反应发生了。那么，运用什么证据来推知生成物呢？在上述实验中，学生滴加的试剂最终是过量的，剩余的反应物影响着生成物的判断。

[教师启发]怎样控制滴加试剂的量，进而推测生成物是什么？

[讨论交流]滴加的试剂与试管内物质恰好完全发生反应，这一时刻试管内的溶液可能是中性的。那么，氯化钠溶液是中性吗？

[教师引领]可以做实验来证明。

[实验观察]在紫色石蕊溶液中，滴加氯化钠溶液后，仍是紫色的。

[提出问题]上述4个实验中，哪个实验能比较明显地判断恰好完全反应？

[讨论交流]恰好完全反应时，溶液呈中性，其溶质只有氯化钠。实验1中，恰好完全反应时红色变为紫色;实验2中，恰好完全反应时颜色无变化;实验3中，恰好完全反应时蓝色变为紫色;实验4中，恰好完全反应时红色变为无色。实验2中无现象变化，故不能判断。实验1和3中现象变化不明显，而实验4的现象变化非常明显，所以选择实验4最合适。

[演示实验]教师演示第4个实验，向试管中逐滴加入稀盐酸，同时振荡，当红色刚变成无色时，停止滴加。

[观察推理]在红色刚变为无色时，此时溶液中溶质呈中性，从反应前后元素种类不变可推知生成物是氯化钠和水。

观察是实验过程中的重要环节，师生观察到的是表面的现象，而现象的背后隐藏着事物的本质，这需要思维来透析，才能成为证据。上述4个实验产生4种不同的现象，观察时，笔者强调各小组记录员要详细写下相应的现象，经过学生的比较、分析、取舍后，最终确定现象最明显最直观的实验4为实验对象，来证实稀盐酸与氢氧化钠反应的发生。同时，借助实验观察，学生意识到指示剂在变色的过程中，存在着溶液呈中性的时刻，并以此契机来推理出生成物。推理是指人根据证据在头脑中经过分析与综合，引出新判断、解决新问题的过程[3]。有深度的推理需要以多元证据为基础，进而展开综合分析思维并获得结论。在这个实验中，多元证据包括：（1）观察到的现象，如装有酚酞的红色溶液刚好变成无色;（2）化学事实，如氯化钠溶于水后呈中性;（3）化学定律，如化学反应前后元素种类不变。

二、借模型认知思维来书写反应用语

模型认知属于科学思维，也是化学核心素养之一。钱学森这样定义模型：“模型是通过对问题现象的分解，利用原理吸收一切主要的因素，略去一切不主要的因素，所创造出来的一幅图画……”可见，模型是一种表征系统，其根本属性在于表征研究对象，指出研究对象的关键特征或要素及其相互关系，具有描述、解释或预测功能[4]。

（一）丰富原型

我们在实验观察、证据推理中获得了稀盐酸和氢氧化钠溶液发生反应生成氯化钠和水的事实原型，但这只是教学个例，要得出共性，需要一组实验。因此，教师需要补充和丰富原型。教学时，笔者补充并实验完成“稀硫酸与氢氧化钡溶液”“稀硫酸与氢氧化铜溶液”两个反应，它们的共性是都能产生明显的现象，前一个生成了白色沉淀，后一个反应后蓝色固体消失并产生蓝色溶液。学生利用看见的现象和相关资料获知这两个反应已发生，且知晓生成物各是什么。

（二）构建模型

模型是将原型的本质特征提炼出来，并进行表征。不同模型对应着不同的研究方向，因而研究物质性质的模型可称为“性质模型”。性质模型是指对物质的性质用文字或表达式或图形等进行概括的一类模型[5]。化学反应的表达式常用化学方程式来表达，书写化学方程式属于系统认识化学反应的一个重要环节。

[提出问题]请大家用文字表达式从反应物、生成物的类别来概括其特征。

[学生表达]酸+碱=盐+水

[教師总结]我们把酸和碱生成盐和水的反应称为中和反应。

[提出问题]同学们能正确写出上述三个反应的化学方程式吗？

[学生展示]（略）。

[提出问题]请同学们观察，根据反应物组成，指出酸和碱的反应可以怎样有技巧性地写出生成物？

[发现交流]两种反应物互换成分进行组合。

[总结板书]先标价，画弧线，再交换，价不变。

模型构建需依附在具体的教学活动中，即用问题激发学生的意识，使其发现原型中的本质特征，并用文字表达式来概括出酸和碱反应的性质模型。模型的特点是简洁、直观，便于学生理解记忆。化学方程式是符号模型中的一种重要形式，技巧性地写出正确的化学方程式是学生化学素养的重要体现。部分学生在首次书写上述3个化学方程式时，主要是凭着感觉写的，没有提炼出书写的模型特征，这就使其对知识的掌握不具备稳定性。笔者教学时强调在反应物的组成上标注化合价，同时借口诀和画弧线相结合的数形模型来写出生成物的化学式，解决了学生常将生成物化学式写错的问题。这里的数形模型属于物理模型[6]。可见，这种模型形象地提炼出了中和反应的化学方程式书写特征，增强了书写的技巧性。

（三）应用模型

在化学学习中，模型可将已学知识具体化，使学生对酸碱反应的认识从感性走向理性。在教学中，应用模型其实就是预测、解释并解决新问题的过程。比如，运用性质模型可判断和书写陌生的酸碱反应化学方程式。笔者给出两个反应：（1）稀硫酸和氢氧化钠溶液;（2）稀盐酸和氢氧化钙溶液。学生应用模型，快速正确地书写出了相应的化学方程式，体验到了应用模型解决新问题的快乐。

三、借宏微结合思维来揭示反应实质

宏微结合是化学学习中的一种特有思维，即从宏观视角认识物质及其变化，并从微观角度揭示物质及其变化的本质。宏微结合必须依赖于具体的教学活动，因此，注重宏、微间的联系及思维方式的培育，便成为化学教学实践的关键，也是化学学习活动中的重中之重，自然也成为培育化学核心素养的重要途径之一[7]。初中化学要求学生先从分子、原子的角度认识部分化学反应，再从离子间的反应来重新认识酸、碱、盐之间的反应。

（一）宏观表达

教学时，笔者让学生感知真实情境，并观察实验现象，进而推理出稀盐酸和氢氧化钠溶液是真实反应的。书写化学方程式是宏观表达物质间发生反应的重要形式之一。化学方程式直观地说明了反应物、生成物以及反应条件，因此书写化学方程式后，教师可引导学生从宏观的视角来读出化学方程式的内涵。

（二）微观理解

教学中，教师要引导学生对宏观反应进行微观理解。其中，引领学生画出微观粒子图的过程便是微观理解的显性表达过程。认识到酸、碱、盐在水溶液中解离出离子，是微观理解酸、碱、盐之间反应的前提。教材呈现了反应前后的微观图，但并没有直观写出这一反应的微观实质，这给教师留下了教学的空间。“教材无非是个例子”，笔者在教学时采用不直接呈现微观图，而是让学生尝试画出微观图的策略。

[提出问题]请画出稀盐酸和氢氧化钠溶液恰好完全反应时，反应前后溶液中反应物和生成物的粒子图。

[黑板画图]（详见图1）。

在宏观物质反应中，氢氧化钠溶液与稀盐酸反应虽然从肉眼看来非常“平静”，但在微观视角下，却是“暗流涌动”的。因为看不见，所以学生觉得反应的本质抽象，而微观图的呈现则化抽象为形象，促进了学生的理解。学生通过画反应中的微观粒子图，训练了两类思维：一是定性思维，即谁能解离并拆成离子形式是关键，笔者认为教学时只需向初中生介绍常见的能解离的酸、碱、盐即可，不宜作深度拓展，因为离子方程式的书写不属于初中化学教学的范畴;二是定量思维，画微观粒子的相对数目受到化学计量数的制约，因而这里画出的粒子图是相对的，而不是绝对的。

（三）符号表征

用符号来表征粒子间的反应具有直观性，在反应前后的微观粒子图中寻找真正参与反应的粒子是符号表征的前提。鉴于离子方程式是高中化学的教学任务，这里可用离子间的反应表达式或用文字来呈现，对表达式中的守恒暂不作要求。

[提出问题]观察上图，有没有粒子没有参与反应？

[学生回答]钠离子和氯离子。

[引导思考]既然钠离子和氯离子并没有真正参与反应，那如何排除这一干扰呢？

[学生回答并画图]可将前后相同的粒子进行删除，留下的粒子便是真正参与反应的粒子和生成的粒子（图略）。

[学生归纳]真正参与反应的粒子是氢离子和氢氧根离子，生成了水分子。

[教师板书]H++OH-→H2O

化学符号是化学特有的语言，人们用符号来表示物质或相应的化学反应并进行思维，这已成为一种认识常态。从微观角度借助化学符号及关联来表征化学反应，从而揭示出化学反应的微观实质，这种思维方式为解决宏观问题提供了一种独特的视角，即宏观问题微观处理。学生较难理解的是氯化钠和水为生成的新物质，但钠离子和氯离子却不是生成的新粒子，这体现了宏微视角下的不同之处。笔者先从“新物质”与“新粒子”的定义进行区分，再从可操作的视角删除了前后没有参与反应的粒子，为寻找真正参与反应的粒子提供了教学范式。

（四）宏观再现

从氢氧化钠溶液与稀盐酸的这一反应中探析出微观反应實质是氢离子与氢氧根离子反应生成水分子。理论上，学习活动到达这一步时，教学目的已经达成，但笔者在此进行了逆向设计，即让学生围绕这一微观实质，开展小组合作讨论，然后举例说明还有哪些反应也可应用这一符号表征。这一设计实现了微观再向宏观的思维转化。当然，这节课不宜拓展像稀硫酸与氢氧化钡溶液、稀硫酸与氢氧化铜溶液之类反应的微观实质。

四、借归纳整理思维来认识反应类型与用途

（一）在发现中归纳

发现是归纳的前提，学习应是学生主动建构、探索发现的过程。在具体事件中自己发现，这样的获取显得意义重大。围绕酸和碱的反应，笔者设计了三处“发现教学”，培养了学生的归纳整理思维。一是学生从生成物如氯化钠、硫酸钡、硫酸铜、硫酸钠、氯化钙中发现它们在构成上的共性特征，归纳得出“盐”的初步定义。二是“中和反应”这一名词虽并不要求学生发现和创造，但学生可以在酸和碱反应的化学方程式中发现生成物的共性特征，进而归纳得出“酸+碱→盐+水”，对接“中和反应”。三是中和反应化学方程式配平的技巧归纳，教学中发现学生在书写这部分化学方程式时，“水”前面的化学计量数易被遗漏，于是笔者引导学生从“水”生成的本质出发，发现了“一个氢离子与一个氢氧根离子结合成一个水分子”的规律，由此得出“水”前面的化学计量数由反应前氢离子和氢氧根离子的个数决定。

（二）在思辨中归纳

思辨能力即思考辨析能力。辨析指对事物的情况、类别、事理等进行辨别分析，属于高阶思维。教学时，教师习惯了正向教学，学生在这种情况下得出的往往也是正向结论，即与教学过程同步产生。但随着与之相关知识的增多，学生头脑中就会形成与科学概念不一致的认识，即“迷思概念”。教师要对由概念衍生出来的“迷思”性说法有一定的预判，并引导学生开展思辨活动，这样有利于学生掌握新概念。从教的角度来看，“迷思”性说法的设计策略是将核心概念的关键词去掉或改动后，组织学生进行判断。如在学完“中和反应”概念后，笔者增加了一道思辨题：“生成盐和水的反应一定是中和反应吗？”教学时，笔者发现学生思辨的常见策略是举例证明。

[学生举例1]不一定是中和反应。例如：金属氧化物+酸→盐+水。

[学生举例2]不一定是中和反应。例如：非金属氧化物+碱→盐+水。

举例是针对问题，通过列举合适的、通俗易懂的、有代表性的事例来说明事物本质特征的方法。举例证明对学生来说具有很强的说服力，因为上述两个反应是学生已学过的化学事实，属于已知领域的知识，在判断新命题时起到了证据推理作用。

（三）在阅读中归纳

阅读是一种学习活动，教师可以让学生直接从文本中获取知识，但不同的学生阅读后的学习效果却不尽相同。因此，在学生自主阅读课本后，教师要用一定的方式引导学生归纳整理，形成自己的学习报告。化学反应是表达物质化学性质的外显形式，而化学反应的价值则体现在相应物质的用途上。在这节课中，笔者借助表格引导学生归纳整理物质的用途，渗透“性质决定用途”这一化学观念，详见表2。

考虑到学生在自主阅读中归纳整理出来的知识具有单一性，笔者增加了问题导思环节，以拓宽思维的广度，设置了一系列问题：“为什么改良酸性土壤用氢氧化钙而不用氢氧化钠？治疗胃酸分泌过多可否服用氢氧化钠或氢氧化钙？蚊虫叮咬处的皮肤上能否涂氢氧化钠溶液或石灰水？”这些问题有利于学生理清性质与用途的具体关系，即性质并不是决定用途的唯一因素。教师需要适时点拨，这样，学生才能在自主阅读归纳中建构完整的知识体系。

综上所述，化学思维既是教化学反应的关键，又是学化学反应的关键，还属于需要培育的核心素养。上海师范大学吴俊明教授认为：没有化学思维就没有化学认知活动，就没有化学认知;化学思维是化学认知活动的灵魂，是化学科学的“命根子”[8]。因此，引导学生认识化学反应需要从化学思维的视角来组织教学。

参考文献：

[1][8]吴俊明.关注化学思维   研究化学思维[J].化学教学，2020（3）：3-10，49.

[2]颜肖肖，林海斌，叶跃娟.基于证据推理   建构理性课堂——以“氨基酸”的教学为例[J].化学教学，2021（12）：30-35.

[3]刘东方，邹琳，孙闻，刘宇锋.证据推理能力模型的建构及在评价中的应用——以化学概念原理学习为例[J].中小学教学研究，2021（1）：78-82.

[4]张钧如，李佳，李晓燕，汪朝阳.浅谈化学模型要素的识别与生成策略[J].化学教学，2021（3）：29-34.

[5]徐新峰.学生化学学科思维的不足及应对对策[J].江苏教育（中学教学），2020（3）：55-58.

[6]王换荣，陈德坤，陈进前.化学核心素养之构建模型认知在教学中的应用[J].现代中小学教育，2019（1）：45-49.

[7]顾建辛.关于化学核心素养培育的微观思考——“宏观辨识与微观探析”素养培育中的目标与行为分析[J].化学教学，2019（1）：3-7，37.