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对比矩阵图在初中化学教学的应用

 论文栏目:初中化学论文     更新时间:2019/4/30 16:20:59   

摘要化学教材中关于氢氧化钠与盐酸反应、氢氧化钠与二氧化碳反应的证明的解释采用的是文字形式,让学生根据文字理解起来比较困难。利用对比思想解决问题时可借助对比矩阵图来突破重难点,不仅能呈现学生的思维方式,而且让学生有效参与课堂,提高课堂效率。

关键词对比矩阵图;初中化学;可视化

对比矩阵图是从多维问题的事件中,找出成对的因素,排列成矩阵图,然后根据矩阵图来分析问题,确定关键点的方法[1]。它是一种通过多因素综合思考,探索问题的好方法;从问题事项中,找出成对的因素群,分别排成行或列,找出方法[2]。初中生比较熟悉对比的方法,能简单比较两个物质或两个概念之间的异同。但是由于概括归纳能力的限制,用对比法解决比较复杂的问题对学生来说还有很大难度,光靠教师的语言表达,学生难以理解。教师利用对比矩阵图来引导学生对比、分析,不仅能帮助学生解决问题,而且能教会学生解决复杂问题的方法。笔者以“无明显现象反应的证明”为例,介绍对比矩阵图的应用实践。

一、教学设计说明

“无明显现象反应的证明”是初中的专题复习课,建立在学生学过的氢氧化钠溶液与盐酸反应、氢氧化钠溶液与二氧化碳反应的基础上。这节课不仅承接了已学内容——盐酸、氢氧化钠和碳酸钠的化学性质,也是已学知识的拓展和深化——利用对比矩阵图帮助学生找出证明氢氧化钠溶液与盐酸反应、氢氧化钠溶液与二氧化碳反应的方法,从而引导学生学会证明无明显现象反应发生的思路与方法。教材中的证明方法都是用文字描述的,学生在理解时有一定的难度。千言万语不如一张图,用对比矩阵图的表达方式更直观,让教师的讲解可视化,让学生的思维可视化。通过对教材中的文字分析构建出对比矩阵图的使用方法,让学生学会利用对比矩阵图来找出能证明反应发生的物质,从而去设计实验证明反应发生。另外,学生用对比矩阵图找证明方法的过程就显示出学生的思维过程。教师可以从学生的思维过程中发现学生的问题所在,再及时有针对性地指导学生,让学生及时解决自己的问题,从而提升教学效益。本节课的教学流程如图1所示。

二、教学过程

通过化学方程式的书写以及对所写化学反应的现象分析,发现氢氧化钠和盐酸、氢氧化钠与二氧化碳反应虽无明显现象但是确实发生反应了,那我们该怎样用实验来证明反应发生了呢?教师由此引出这节课的问题。

(一)利用教材中的方法探究证明的思路,构建对比矩阵图

首先,教材中证明氢氧化钠溶液和稀盐酸反应发生的分析采用了一段文字:“氢氧化钠溶液呈碱性,滴入酚酞试液后溶液变成红色,开始滴加盐酸时,溶液中部分氢氧化钠和盐酸反应,氢氧化钠有多余,溶液呈碱性,溶液依然呈红色;当溶液中的盐酸和氢氧化钠恰好完全反应时,溶液呈中性,变成无色。”利用这段文字来说酚酞无色,说明氢氧化钠没有了,证明氢氧化钠和盐酸发生了反应。学生在理解这段文字时,要在脑海中酝酿分析,要多花点时间才能理解。但是如果把文字描述换成对比矩阵图这种可视化的形式,学生理解起来比较轻松,而且还能举一反三,想出其他的方法来证明反应发生。利用对比矩阵图分析教材方法,构建对比矩阵图(见图2)。教材中选用的试剂是酚酞试液,利用的氢氧化钠的消失来证明反应发生,所以我们需要把酚酞在氢氧化钠溶液中的现象以及在反应后的溶液中的现象列出,进行对比。通过对比:酚酞遇氢氧化钠溶液变红色,遇氯化钠溶液不变色也就是无色。那么在氢氧化钠与稀盐酸的混合溶液中滴加酚酞试液显示无色,说明氢氧化钠在混合后没有了,即氢氧化钠被稀盐酸反应完了,同时也说明在反应前后溶液的酸碱性发生了变化,故可用酚酞来证明氢氧化钠与稀盐酸的反应发生。然后教材中证明氢氧化钠和二氧化碳的反应,实验之后的分析是:二氧化碳与氢氧化钠反应后,集气瓶中气体压强明显下降,空气通过玻璃管压入橡皮泡而使橡皮泡膨胀,说明氢氧化钠溶液和二氧化碳确实发生了反应。针对这段文字,有的学生就有困惑:为什么橡皮泡膨胀就说明反应发生了呢?压强下降说明什么呢?但是如改成对比矩阵图呈现,学生很快就能发现问题所在,如图3所示。因为橡皮泡的膨胀涉及的是压强变化,那我们就通过对比矩阵图来列出并比较反应物和生成物的状态。通过对比矩阵图,学生很快能发现:反应物有气体,生成物没有气体,所以随着反应的进行气体体积减少,压强也会减小,也就是反应物(二氧化碳气体)减少或消失,证明氢氧化钠和二氧化碳的反应发生。教材中这两个无明显现象的实验发生的证明都是利用试剂或工具证明反应物的消失的,通过构建的对比矩阵图发现要证明反应物的消失需要选用使混合前后出现不同现象的试剂或工具,也就是要使所证明的反应物的特征现象在反应后消失才能证明该反应物消失了,这才是解决证明反应发生的关键。

(二)利用对比矩阵图找出证明反应物消失的试剂,增强学生的对比意识

在证明反应物消失的时候,有的学生会仅仅考虑反应物的性质,忽略生成物的性质。教师利用对比矩阵图帮助学生主动进行对比,全面考虑问题。由于是从反应物的角度证明反应发生,所以要利用反应物的化学性质去找能让反应前后出现现象差异的试剂。1.从氢氧化钠的角度因为是从氢氧化钠的角度,所以要列出所选试剂在氢氧化钠溶液中的现象和在反应后溶液中的现象,进行对比。从图4可以看出反应前后出现现象差异(硫酸铜溶液和氢氧化钠溶液产生蓝色沉淀而在氯化钠溶液中无明显现象,氯化铁溶液和氢氧化钠溶液产生红褐色沉淀而在氯化钠溶液中无明显现象),所以能够选用来证明反应物(氢氧化钠)的消失。如选用硫酸铜溶液,如果不出现蓝色沉淀,即可证明氢氧化钠消失,从而证明反应已经发生且氢氧化钠反应完全。2.从稀盐酸的角度同样,从稀盐酸的角度,就需要学生列出试剂在稀盐酸和氯化钠溶液中的现象进行对比。从图5来看,前四种试剂会使前后出现不同的现象,可以通过相应现象的消失来证明稀盐酸的消失。但是硝酸银溶液在稀盐酸中和氯化钠溶液的现象是相同的,也就是说不管反应是否进行都能够产生白色沉淀,所以硝酸银溶液不能用来证明反应的发生。通过对比矩阵图列出现象,我们很容易发现哪些试剂能够利用,也能很快找到不能利用的原因。对比矩阵图引导学生在思考问题的时候进行对比,增强学生的对比意识,通过对比发现问题,解决问题。

(三)通过对比矩阵图证明生成物的存在,让学生的思维可视化

在二氧化碳和氢氧化钠的反应中,有些学生经常选用酚酞来证明反应的发生,因为他们只考虑碳酸钠溶液呈碱性,认为能证明碳酸钠的存在。通过列对比矩阵图(见图6),学生很快能发现酚酞在氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液中都是显红色的,前后出现相同的现象,不能用来证明反应的发生。教师也可以及时发现学生在思考问题时哪里出现问题,让学生的思维可视化。学生发现酚酞既不能用来证明氢氧化钠的消失,也不能用来证明碳酸钠的存在。而稀盐酸与氢氧化钠无明显现象,与碳酸钠有气泡产生。学生马上就能找到解决方案:在混合后的溶液中滴加稀盐酸如有气泡产生,则能证明碳酸钠的存在,也就是证明了生成物的存在,最终说明氢氧化钠与二氧化碳反应发生。

三、教学反思

文字表述只是线性的叙述,将文字叙述换成对比矩阵图的可视化形式,教师可以轻松表达复杂的教学过程。对比矩阵图能够把复杂的问题分解成几个简单的问题,从简单问题出手,寻找它们之间的逻辑关系,在对比分析的过程中解决问题。对比矩阵图的使用让整个教学过程、教学内容清晰化、可视化。知识之间存在着千丝万缕的联系,诸多知识构成一个严谨的知识系统,对比矩阵图在处理知识之间的关系方面有着非常明显的优势。这节课中为了证明两个化学反应的发生,在对比矩阵图中整合了盐酸、氢氧化钠和碳酸钠的化学性质,学生很快就能找出它们的异同点。因此,学生在完成对比矩阵图的绘制时除了要展现新知识,还要充分考虑新旧知识点之间的联系,有效地提高了学习的效率。显然,对比矩阵图能够让学生的思维可视化,让教师更好地了解学生的知识层次和思考方法,便于在今后的教学中进行有针对的指导。

参考文献:

[1]吴晓红,刘万毅,黄金莎.中学化学可视化教学设计与案例[M].北京:冶金工业出版社,2015:258.

[2]唐军.知识可视化工具支持学生有意义学习的调查及分析[J].现代教学,2013(5):70-71.

作者:吴海燕

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