刘宇 王兴芳

摘要：以“氧气的思维导图构建物质认知模型”为项目的学习主题，呈现了初中化学物质主题复习项目化教学的案例。教学过程中以“氧气”为典型物质，通过学生自主构建的思维导图，使学生理解认识物质基本角度和物质核心知识;通过思维导图各部分关联的建立，使学生理解结构化知识有着逻辑的关联;通过氧气的思维导图构建和内部关联的确立，使学生形成物质的认知模型;同时教学过程以项目为框架、任务为驱动，问题为引领，关注学生认知和思维发展，促进学生化学核心素养的形成。

关键词：项目化学习;物质认知模型;思维导图;氧气

文章编号：1008-0546（2022）06-0005-07

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.06.002

一、项目内容分析

“世界是物质的，物质是变化的，变化是有规律的，规律是可探寻的”，这是化学自我的肖像。通过初中化学的学习，学生了解了我们生活的世界充满多样的物质，可用化学式来表示，可从多个角度进行认识;物质时刻发生着某些变化，化学变化能用方程式来表示，可从多个维度进行认识。我们通过实验研究物质及其变化，理解和掌握化学实验基本技能与方法、设计思路和实验思想成为我们开展化学实验的必备能力。在真实问题情境中解决化学问题，实现物质的转化与创造，使我们的生活更美好，是化学学习价值的体现，也是化学学习获得的成果。该成果依托王磊教授主编的《项目学习实验教材化学》[1]项目主题“梳理我的项目成果”（图1）进行项目式教学，以期学生通过项目化的方式、任务化的过程，完整亲历认知形成模型（任务1）、实验掌控方法（任务2）、运用体现价值（任务3）的过程，使学生在复习阶段化学基本知识与技能、观念与思维，能力与素养有显著变化。本文聚焦在任务1中梳理对物质的认识。

化学是在分子、原子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科，其特征是研究物质和创造物质[2]。通过《义务教育化学课程标准（2011年版）》化学概念分析可知，分子、原子是化学研究的尺度，物质是化学研究的对象，组成、结构、性质、转化及其应用是化学研究的内容，此概念核心就是物质，决定了初中化学教学内容以典型物质为主干，理论概念为支撑的教学体系。人教版初中化学教材以混合物空气为开端，依次展开了单质氧气、化合物水、碳单质及其氧化物（一氧化碳、二氧化碳）、性质相似的单质金属（铁）、性质相似的化合物（酸、碱、盐）等物质的研究;理论原理、化学用语等内容在研究物质主线内穿插研究，对物质的研究起到配合和支撑的作用。

在新授课阶段，对物质及其核心知识的研究和学习是分阶段、分层次进行的，这样的研究和学习往往会导致知识分散和割裂，学生习得的是静态化、碎片化的知识，学生能力素养处在低水平阶段徘徊。尤其面对真实世界中的化学问题，学生运用单一、碎片化的知识很难解决，问题解决必然是多种知识综合运用的结果。学生对物质及其知识关联化程度，是学生高阶能力和思维的表现，能直接反映学生解决真实问题水平的高低。为提高学生问题解决能力和学科素养水平，中考复习阶段需要改变新授课教学的不足，通过课堂教学的改进重构学生物质认识过程，让学生经历物质及其知识结构化的过程，根据结构化物质及其知识内在逻辑建立起它们直接紧密的关联，感受物质及其知识关联化的历程，从中抽提成方法与思路，使学生头脑中孤立分散的物质及其知识进行系统化的整合，变为浑然天成的整体。这样结构化、关联化的物质及其知识体系成为源头活水，为学生能力素养向上发展提供阶梯。

氧气是初中阶段研究的重要物质之一，承载着组成与结构、性质与变化、制备与应用等化学知识学习。同时，作为物质研究的理论和概念与氧气有交集，单质的概念是氧气分类的依据，质量守恒定律的理论是氧气制备的依据。基于以上分析，确定本项目任务以氧气为例，摒弃常规复习课中氧气知识条目化的罗列或“填空式”知识复现的学案，采用思维导图，从氧气认知角度（组成与构成、物性与化性、制备和用途）使知识结构化;借助递进性的驱动问题，在问题的解决中使知识关联化，建构出氧气的认知模型。为促进学生高阶思维发展，在氧气认知模型这种具体性关联的基础上，抓住关联知識的本质联系使之形成概括性关联，构建出物质的认知模型，为后续二氧化碳、金属、酸碱盐等物质的复习打下基础，并迁移应用陌生物质的学习，运用化学观念和思维进行真实世界中问题解决。

二、项目教学目标

1.通过氧气思维导图一级主题的思考，使学生知道研究氧气的基本角度：氧气的组成与构成，氧气物理性质和化学性质，氧气的制备和用途;通过氧气思维导图二级主题的辨析，使学生巩固氧气核心知识。初步学会使用思维导图整理主干知识、提炼必备思路，体会思维导图在知识系统化、思维外显化中的作用和价值;认识到物质的组成和构成、物性和化性、制备和用途是化学研究物质的基本角度，聚焦物质核心知识和必备技能。

2.通过系列驱动性问题的解决，使学生建构氧气认知角度、核心知识间的关联，促进学生由具体性关联转向概括性关联，提升学生概括关联的水平。学习证据推理和证伪假设，运用定性与定量、宏观与微观结合方式分析评价化学过程;初步体会物质认识角度，物质核心知识不是零散孤立的，而是系统关联的。

3.通过氧气的思维导图和氧气认知角度、核心知识间关联的建构，使学生形成氧气的认知模型。初步学习物质认知模型的形成过程，知道物质认知模型一级主题（认知角度）和二级主题（核心知识），依据逻辑关系自主建构认知模型各部分关联，形成认识物质的认知模型，发展学生模型认知核心素养。

三、项目逻辑及学习流程

“构建物质认知模型”项目逻辑及学习流程见表1。

四、项目实施过程及学生成果

1.关联导入

【问题驱动】在影片《流浪的地球》中通过点燃火星拯救了岌岌可危的地球，木星是如何被点燃的？

【教师支持】影片《流浪的地球》点燃木星的片段和木星气体主要成分。

【学生观点】木星气体主要成分为氢气在“点燃木星”中为可燃物，被木星引力捕获的地球大气中氧气在“点燃木星”中为助燃物，飞船在“点燃木星”中为反应条件点燃。

2.梳理氧气

【布置任务】学生分组从认知氧气的角度绘制思维导图。

【学生展示】展示同学绘制氧气认知角度的思维导图（见图2和图3）

【问题驱动】如何评价氧气思维导图？

【教师支持】氧气思维导图的评价视角：①认识氧气的角度是否完整：组成与构成、物理性质、化学性质、制备与用途;②氧气知识的概括是否全面（核心知识）：氧气由什么元素组成、什么微粒构成;物理性质：色态味、密度、溶解性;化学性质有什么;实验室和工业制备方法是什么，氧气有什么用途等。

【学生观点】各组同学氧气的思维导图都是以氧气的认知角度为一级主题，以氧气知识的内容为二级主题。各组的思维导图一级主题都完整，主要问题出现在二级主题下氧气核心知识的概括：①描述氧气构成微粒的层次不清，②氧气物理性质涵盖的内容模糊，③氧气的制备重视实验室制法忽略工业制法，④氧气化学性质归纳多而全，聚焦核心知识……

【教师总结】大家都能从氧气的认知角度和核心知识对思维导图进行评价，说明我们对氧气思维导图认识都达到了统一。

【布置任务】学生依据评价标准修正本组的思维导图

【学生展示】修正后氧气的思维导图（见图4）：

【教师总结】通过氧气思维导图绘制、展示、评价和修正，我们对氧气认知角度有了清晰的认识，也让我们对氧气核心知识有了明确的认识。那么，氧气的认知角度和核心知识有什么关联呢，就是我们下面要研究的问题。

3.建构关联

【问题驱动1】急救、登山、潜水利用的氧气化学性质还是物理性质？解释原因。

【教师支持】糖类在体内消化反应图片与资料

【学生观点】通过图片和资料信息，糖类在体内最终分解成葡萄糖，在细胞内与氧气反应提供能量，利用氧气的化学性质。

【问题驱动2】气割和气焊的氧气化学性质还是物理性质？解释原因？

【教师支持】气割、气焊的短视频和乙炔燃烧资料

【学生观点】通过图片和资料信息，气割和气焊是通过乙炔燃烧放出高温焊接或融化金属，利用氧气的助燃性为化学性质。

【教师总结】通过以上生活和生产中真实的事例，我们发现氧气的用途中都会反映氧气的性质，氧气的性质会决定氧气的用途，氧气性质和用途之间有紧密的关联（如图5）。

氧气性质=决定/反映=氧气用途

图5性质与用途关联

【问题驱动3】为什么这些物质可以制得氧气？

【教师支持】普利斯特里制得氧气的视频，实验室制备氧气的方程式。

【学生观点】化学反应前后元素种类不变，氧化汞、高锰酸钾或过氧化氢都含氧元素，它们在反应后能生成含有氧元素的氧气。

【教师总结】化学研究物质及其变化，物质变化是有规律可循的，它们的变化遵循质量守恒定律，物质反应时组成物质元素在反应前后不变，物质元素组成与物质化学变化之间有紧密的关联（见图6）。

【问题驱动4】实验室是如何收集氧气的？为什么可以这么收集氧气？

【教師支持】高锰酸钾和过氧化氢制取氧气的装置图和方程式

【学生观点】氧气可以用向上排空气法收集，氧气的密度比空气略大;也可以用排水集气法收集，氧气不易溶于水。

【教师总结】氧气为典型的气体，气体收集经常使用排空气集气法和排水集气法，排空气集气法的选择主要看气体的密度，排水集气法选择主要看气体的溶解性，气体收集方法与气体性质间有紧密的关联（见图7）。

【问题驱动5】工业制氧气和实验室制氧气的变化有什么不同？

【学生观点】工业制氧气没有生成新物质是物理变化，实验室制氧气生成新物质是化学变化。

【问题驱动6】从贮存氧气钢瓶中获得一瓶氧气和过氧化氢分解获得一瓶氧气，从微观角度分析这两种变化有什么不同？

【学生观点】前者是物理变化，分子种类不变间隔改变;后者是化学变化，分子种类改变。

【问题驱动7】在图8中，微粒示意图表示从氧气钢瓶中获得一瓶氧气，过氧化氢分解获得一瓶氧气的变化是否正确？

【学生观点】“从氧气钢瓶中获得一瓶氧气”是物理变化，氧分子的种类不变，氧分子之间的距离增大;部分氧气从钢瓶中转移到集气瓶中，氧分子的数目减少。“过氧化氢分解获得一瓶氧气”是化学变化，分子种类改变，过氧化氢分子变成氧分子和水分子;过氧化氢分子、水分子和氧气分子的数目比（2：2：1）符合质量守恒定律。

【教师总结】物质的变化宏观看物质种类是否改变，物理变化物质种类不变，化学变化物质种类改变;微观（初中范围内）看分子种类是否改变，物理变化分子种类不变，化学变化分子种类改变。在物质物理变化过程中关注物质数量改变对微粒数目的影响和物质化学变化遵循质量守恒定律。物质变化和物质构成间有紧密的关联（见如图9）。

4.形成模型

【布置任务】同学在氧气的思维导图中构建起认知角度和知识内容间关联

【学生展示】氧气的认知模型（如图10）。

【教师总结】在课堂中，同学们经历项目任务的解决，初步了解了认知物质的基本角度，即物质的组成与结构、物理性质与化学性质、制备与用途;构建了认知物质角度和知识内容关联，如将物质的制备与物质的组成构成关联起来，复习了物质变化理论，形成了认识物质的认知模型。化学就是在研究各种物质，研究物质有其基本角度，实验探究获得物质知识内容。认识角度是认识物质的骨架，提纲挈领;知识内容是认识物质的血肉，骨架与血肉相互依存，你我关联，构成有机整体。氧气的认知模型就是“骨架与血肉”的具体化，借助氧气的认知模型（图11）同学们拓展对物质认识，二氧化碳、铁、酸碱盐等物质认识思路皆如此，这样我们就能对物质的认知举一反三、触类旁通。

五、项目反思及改进意见

本项目主题为“基于氧气的思维导图构建物质认知模型”，它是专门为中考物质专题复习打造的，是为中考一轮复习打造的示范和样例。当中考化学从等级性考试转变到学业水平考试后，化学课堂迎来了一系列艰巨的挑战，这种挑战倒逼我们调整我们的课堂教学，特别是中考复习课的教学，在教学设计上做出变革，要放下自己熟悉的教学形式，跨出舒适区，接受挑战。以项目式教学为依托，以思维导图为工具重塑中考物质专题复习课，它给中考复习的化学教学带来明显的增益，学生从被动跟随走向主动参与，从低效重复走向高效建构，从注重知识走向关注思维。

1.如何让学生从“抄结构”到“建结构”

为促进学生思维发展，我们的中考复习课堂有一种追求，让学生的知识结构化、关联化。知识结构化的表现不是学生把老师优秀的结构图或思维导图抄到自己的笔记本上，或是在老师问答下完成学案上规划好的结构图或思维导图，也不是学生在老师的示范后的临摹，而应是学生同心协力源自自我思维的归纳和概括。学生“抄结构”的过程无法解决学生知识碎片化的问题，它对知识没有整体性的认识，也没有自主性的认知，只是在老师的“牵引”下完成知识复现。“建结构”则是学生自我主动建构、修正的过程，在学生自我输出的过程中反映出学生知识结构化的问题和知识细节化的不足，通过师生间问答、讨论、辨析，让学生知识结构化水平得以提升，知识细节化的能力得以加强。通过这样的自我构建的过程，学生的能力必然提高，水平必然长进，学生成长的精彩也会超乎你我的想象。

2.如何让知识从记忆到理解

中考要考出知识的学习过程，看学生是否经历了知识形成过程，知识在学生身上是生长出来的，不是凭努力记忆下来的。学的过程反映教的过程，就要看你的教学让学生记住知识还是理解知识。初中化学核心主干知识就是典型代表物及其性质，知识的理解就是建立物质知识间的关联，①物质性质、性质实验、实验现象的关联;②物质性质和物质用途的关联;③物质转化和元素组成的關联;④物质收集和物质性质的关联等等。当这些知识间的关联建立起后，知识不再是孤立的、隔阂的，知识就变得关联的、相干的，你中有我我中有你，通过典型代表物知识关联的确立触类旁通，促进学生知识由机械的记忆走向关联的理解。

3.如何让“关联”从具体到概括

典型代表物及其性质都是具体而明确的，如氧气密度比空气略大;它们知识间的关联也是具体而明确的，氧气可以用向上排空气法收集因为氧气密度比空气略大，这些知识及其关联只能进行氧气的问题解决，这样的知识及其关联有非常明显的局限性，限制了学生的思维广度和深度。我们由具体性关联走向概括性关联，气体不仅有氧气，排气法不仅有向上排气法还有向下排气法.气体排气法的确定是空气密度和气体密度比较的结果，这样抛开知识间的具体关联走向排气法和气体密度的概括关联，拓展知识及其关联实践运用的广度和深度，学生思维的广度和深度得以延展。同时，从具体的知识及其关联抽提出一般性思路和方法，更具有迁移性和拓展性。我们通过教学方式的变革促进学生学习方式转变，由具体性关联转向概括性关联，这样就会提高学生实践运用、创新迁移的能力，有利于学生化学学科核心素养的发展，尤其是“证据推理和模型认知”核心素养的发展。

参考文献

[1]王磊，魏锐，胡久华等.项目学习实验教材化学九年级（上、下册）[M].太原：山西教育出版社，2018.

[2] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012.