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  “元素价-类二维图”(以下简称二维图)是以物质的类别(单质、氧化物、酸、碱、盐等)为横坐标，以某元素的化合价为纵坐标，在二维平面内绘制含有某元素物质的图像^[1]。它是一种体现“元素观”“分类观”“转化观”指导下实现元素化合物知识结构化的工具，它的核心是元素，方法是分类，内涵是转化^[2]，所以被广泛应用于元素化合物的新授课和复习课中。在观察了高三化学元素化合物的复习课后，发现教师在帮助学生构建二维图框架后，学生更换元素再次使用二维图时，依然存在问题，问题背后的原因是什么？教师又应该如何解决呢？

  1   二维图在元素化合物复习课中的实践应用现状

  从中国知网以“元素化合物”“二维图”全文搜索共有134篇文章，其中2010年以来，中学化学教学、元素化合物、二维图的相关内容文章有5篇(见参考文献[2]-[6])，这5篇中新授课2篇、复习课3篇，都是以二维图为工具，其使用情况见表 1。

  表 1  文献中关于二维图的使用情况 Table 1.  Use of "valence-substance category two-dimensional graph" in the literature

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  文献编号和题目	元素	课型	关于二维图的观点	二维图使用的主要步骤
  [2]基于化学观念的“化学1”模块元素化合物的教学研究	Fe Na Al	新授课	是一种体现“元素观”“分类观”“转化观”指导下实现元素化合物知识结构化的工具。此工具化图示是以元素为核心，以价态类别为坐标的二维物质关系图，应用于不同元素时，坐标可能出现变化	(1)建构图示 (2)理解图示 (3)应用图示 (4)巩固图示
  [3] “元素价-类二维图”复习元素化合物策略探索	Fe N	复习课	元素化合物的复习平台，优化重组物质间的转化关系(脱离二维图的线性或网络转化关系)，培养学生的统摄思维和概括能力	(1)建构元素价-类二维图 (2)利用二维图分析物质性质 (3)优化重组图中转化关系  (线性或网络转化关系)
  [4]基于学科观念及方法建构的元素化合物单元教学设计与教学实效性研究	S	新授课	以价态和类别为坐标的二维转化关系图表达了元素化合物的知识结构	(1)从价态和物质类别的角度对含硫物质进行分类 (2)从价态变化和类别变化的角度分析转化过程 (3)初步建构二维转化关系图
  [5]如何把价类二维图转化为学生复习元素化合物知识的思路	S	复习课	价态二维图是复习元素化合物知识的一个较好的教学策略	(1)建坐标系，写出所复习的物质 (2)选择物质，建构具体物质的二维图 (3)概括抽取分析物质的一般方法 (4)迁移应用预测物质性质，建立新物质的二维图
  [6]整体把握和构建化学分类观的研究	Fe	复习课	利用分类建立二维图，利用二维图寻找制备物质的原料和途径	(1)利用多角度的分类建立铁及其化合物的二维图 (2)预测物质性质，总结研究物质性质的一般方法 (3)寻找制备物质的原料和途径的方法 (4)强化分类的作用和二维图的用途

  表 1  文献中关于二维图的使用情况
  Table 1.  Use of "valence-substance category two-dimensional graph" in the literature

  基于对5篇文章的比较可以归纳出二维图在教学实践中常被应用的内容、教学功能和实施步骤。

  1.1   二维图主要应用于硫、铁元素吗

  认为二维图主要应用于硫、铁元素，这不是一个巧合。其原因是硫、铁元素对应的物质类别和元素化合价的变化都比较丰富，同时在中学化学中涉及的反应数量较多，可以作为比较充分的证据支持学生建构相对完整的二维图，所以运用二维图学习这2种元素时，在内容上有着得天独厚的优势。

  对于其他元素，比如钠(化合价变化比较简单)、氯(物质类别信息不够丰富)等，在教学时应该怎样呢？这时教师就有了2种不同的教学处理方法：文献编号[3]的教师就从二维图又回到物质的转化关系图；文献编号[2]的教师继续使用二维图，只是让学生关注元素不同，其物质性质和转化特点也是不同的，反而突出了不同元素的特点，如钠元素以物质类别为主，氯元素以氧化还原为主等。

  1.2   二维图的教学功能和实施步骤

  综合5篇文章，二维图是一个工具，用于将元素化合物知识结构化。在二维图中包含学科思想方法、学习任务类型和一般教学步骤。

  从表 2可以看出，在教学实践中，二维图的学科思想方法、学习任务类型和一般教学步骤比较明确，即作者都在阐述二维图的使用方法，但是很少提及二维图在具体的教学实践过程中曾经出现的问题。因此重在从复习课中发现使用二维图的误区，针对问题, 从学生取证分析原因，进而提出教学改进的措施。

  表 2  二维图的学科思想方法、任务类型、一般步骤 Table 2.  Discipline thinking method, types of learning tasks, general teaching steps of "valence-substance category two-dimensional graph"

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  学科思想方法	学习任务类型	一般教学步骤
  (1)研究物质性质的一般方法	(1)预测物质性质	(1)建构、应用二维图
  (2)制备物质的一般思路	(2)寻找制备物质的原料和途径	(2)应用二维图

  表 2  二维图的学科思想方法、任务类型、一般步骤
  Table 2.  Discipline thinking method, types of learning tasks, general teaching steps of "valence-substance category two-dimensional graph"

  2   课堂使用二维图时学生的真实问题和教师的教学误区

  在进入高三年级元素化合物复习的课堂后，授课教师在这节课之前运用二维图复习了金属元素，即学生已经对二维图工具比较熟悉，本节课要复习硫元素，所以课的开始教师让学生独立地画出硫元素的二维图。就在这个过程中，有的学生可以顺利地画出二维图，有的学生却仍然不能独立地完成二维图，针对这2类学生，通过现场询问学生，发现了学生存在的2个真实问题。

  问题1：学生不能独立地画出二维图

  学生已经熟悉了二维图的工具，但是在课堂上，还有一些学生画图时，在写好了各个物质以后，仍然停下了笔，看着这些物质，迟迟不再动笔继续画出转化关系。为什么学生停顿在这里呢？询问了3位学生“不动笔的原因”，1位学生说：“不知道该怎么画？”2位学生说：“不知道有哪些反应？”

  学生不动笔的现象背后，可能有3种不同的原因，第1种可能是学生学习的化学反应是有限的，与二维图的完整性要求相比是碎片状的，不能满足二维图完整转化的需要，使学生停笔。第2种原因可能是学生对已有的化学反应遗忘较多，使他缺乏自信, 觉得自己画不出二维图。第3种原因可能是学生觉得二维图没有什么用，画出来也没有什么意义，所以懒得动笔画。

  针对这一现象和分析，访谈过一些高三教师，询问相应的对策。针对第1种、第2种原因有教师提出：把二维图中所有可能的转化关系，都以化学反应方程式的形式先给出，让学生有了齐全的反应作为参照，学生就敢画二维图了。针对第3种原因有教师提出：学生懒得画，我给学生画出来，不让他画，直接让他看。这2种教学对策是否抓住了学生问题的本质，是否能够有效地解决问题呢？进行了进一步地教学误区分析，见表 3。

  表 3  对教师教学误区的分析 Table 3.  Analysis of teachers' teaching misunderstandings

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  序号	学生现象分析	教师教学误区	教学误区分析
  ①	第1种原因是学生学习的化学反应是有限的，不能满足二维图完整转化的需要	把二维图中所有可能的转化关系，都以化学反应方程式的形式先给学生作为参照，让学生敢画二维图	这种方式，学生确实敢画二维图，但是除了学生已学过的反应以外，教师还要给出一些相对陌生的反应作为完成二维图的证据支持，学生会觉得需要知道的反应很多，加重学生的学习负担和心理负担
  ②	第2种原因是学生对已有的化学反应遗忘较多，没有信心去画出二维图
  ③	第3种原因是学生觉得二维图没有什么用，不愿意画	学生懒得画，我给学生画出来，不让他画，直接让他看	学生没有发现二维图的价值，此时教师要引导学生发现二维图的价值，而不是替代学生画图

  表 3  对教师教学误区的分析
  Table 3.  Analysis of teachers' teaching misunderstandings

  问题2：学生未能关注到二维图中的思想方法

  在课堂上，有很多学生能够画出二维图，学生在画转化线时，更多的是依据已有的反应，由于学生的学习背景有差异，知道的化学反应有差异，所以每个学生画出的二维图的转化线路也有差异。

  在画出二维图的学生中，也随机地询问了4位学生：“二维图(图 1)与普通的物质转化图(图 2)有什么差别？”其中有3位学生说没差别，1位学生说二维图有化合价和类别坐标。

  图 1  硫元素的二维图 Figure 1.  "Valence-substance category two-dimensional graph" of sulfur element

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  图 2  硫元素的转化关系图 Figure 2.  Transformation relation of sulfur element

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  认为“没差别”的学生显然没有重视“物质类别与价态的反应规律是二维图中的重要思想方法”，所以将二维图与普通转化图等同起来，只看到了转化关系，没有意识到转化关系中的规律。发现“二维图有化合价和类别坐标”的学生则意识到了这一点。

  针对这一现象和分析，也访谈过一些高三教师，询问相应的对策。有一些老师的观点是，对于像铁、硫这样的元素，各价态物质的性质比较丰富，就用二维图；而对于像氯、钠、铝等元素，用普通的转化图就能很直观地表达时，就不用二维图。类似这样的观点，在文献编号[3]中也曾经出现过。针对这个观点，要思考的是二维图在学生归纳知识结构时有怎样的功能？

  二维图是帮助学生把零散的元素化合物知识结构化的工具，它本身带着“分类的方法”和“研究物质性质的思想和方法”，这些都可以帮助学生构建一个完整的转化框架，但是这个转化框架是一个“应然”的结果，其中有些转化反应是学生学习过的，有些转化线路学生只是分析它“应该存在”或“可能存在”，只是学生没有更多的反应作证据罢了。所以二维图是一个将零散的元素化合物知识结构化的科学系统，它比通常的转化图多赋予了思想和方法，它是“应然”(应该发生的转化)的结果，而转化图是“实然”(学生已学过的转化)的结果。

  3   基于教学分析确定复习课中使用二维图的教学改进方法

  通过上述对学生出现的问题及教师教学的误区的分析发现，区分二维图与普通转化图的差别，关注二维图承载的思想方法是解决学生问题和教师问题的关键，因此教学改进的方法也要从这2个关键点出发。以下教学改进方法按照步骤顺序逐一阐述：

  3.1   运用“物质类别”和“氧化还原”的反应规律构建二维图

  二维图既然本身带着“分类的方法”和“研究物质性质的思想和方法”，其中的转化关系是一种“应然”的结果，那么教师在让学生画二维图的时候，学生可以抛开以前学过的化学反应，只从“物质类别的反应规律”和“氧化还原的反应规律”出发，画出某一元素应该存在的二维图。这时，即使学生对于已学过的反应有遗忘，有一些反应不会，学生也能很快地、自主地构建出二维图的结构框架。比如图 1中硫元素及其化合物全部转化的线，其中实线部分是学生已经学过的化学反应，虚线是学生未学过的化学反应，这2类化学反应，应该在复习课中区分对待，使其发挥不同的教学功能。

  3.2   明确二维图中的“已学过的化学反应”进行系统有效梳理

  学生自己画好了二维图框架，这只是依据“物质类别的反应规律”和“氧化还原的反应规律”的结果，是物质之间应该发生的转化关系，这其中包括学生熟悉的、已经学习过的化学反应，还包括学生不熟悉的、陌生的化学反应。教师要依据教材让学生明确应该掌握的化学反应，以实线转化标示出来，其余未知的反应用虚线标示出来。然后让学生系统书写实线转化对应的化学方程式，其中遗忘的化学反应可以通过阅读教材、实验再现进行落实，由此有效梳理已学过的化学反应。对于不熟悉的、陌生的转化关系，教师不要直接给出化学反应让学生记忆，这样会加重学生的学习负担，还不利于提高学生能力。

  3.3   链接“陌生问题情境”与其他未知的转化关系提升学生能力

  对于不熟悉的、陌生的转化关系，教师可以给出问题情境，让学生运用二维图解决陌生情境中的实际问题，通过陌生情境中的信息找到反应物的特点，通过二维图的转化思想，找到化学反应的变化路径，进而书写产物，完成陌生反应的化学方程式，使学生在实际问题应用的过程中，运用二维图的思想方法，提高解决实际问题的能力。

  例如，2014年北京高考理综26题中的一问要求学生写出“N₂O₄与O₂、H₂O化合的化学方程式”，从反应物看O₂是氧化剂，使N₂O₄发生价态改变，H₂O使N₂O₄发生物质类别改变，所以用二维图的转化思想就可以找到产物是HNO₃。

  由此可见，在复习课中使用二维图时，教师要让学生关注其包含的思想方法，关注其本身的科学体系，关注其实际应用，并且有针对性地将体系中的转化分成已知转化和未知转化，使学生能通过二维图巩固旧知识，学会新知识，并且把新旧知识统合在一起，既感受到二维图的价值，又在应用的过程中提高了解决问题的能力。以达到落实已学知识和提升学生运用二维图理解反应、书写陌生反应方程式的复习目标。

• 1. [1]

     张礼聪.中学化学教学参考, 2009(10): 19 http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=31690491

  2. [2]

     胡久华, 张银屏.教育科学研究, 2013(10): 56-62 http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/jykxyj201310010

  3. [3]

     黄海云, 吴庆生.化学教学, 2014(5): 34-35 http://www.hxjy.org/CN/abstract/abstract122.shtml

  4. [4]

     北京市第十五中学化学组.化学教育, 2010(增刊II): 341-347 http://www.hxjy.org/CN/abstract/abstract8785.shtml

  5. [5]

     贾喜珍.教学理论, 2014(6): 164-165

  6. [6]

     秦林, 商晓芹.高中数理化, 2013(6): 47-48 http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_gzslh201304035.aspx

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  图 1  硫元素的二维图

  Figure 1  "Valence-substance category two-dimensional graph" of sulfur element

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  图 2  硫元素的转化关系图

  Figure 2  Transformation relation of sulfur element

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  表 1  文献中关于二维图的使用情况

  Table 1.  Use of "valence-substance category two-dimensional graph" in the literature

  文献编号和题目	元素	课型	关于二维图的观点	二维图使用的主要步骤
  [2]基于化学观念的“化学1”模块元素化合物的教学研究	Fe Na Al	新授课	是一种体现“元素观”“分类观”“转化观”指导下实现元素化合物知识结构化的工具。此工具化图示是以元素为核心，以价态类别为坐标的二维物质关系图，应用于不同元素时，坐标可能出现变化	(1)建构图示 (2)理解图示 (3)应用图示 (4)巩固图示
  [3] “元素价-类二维图”复习元素化合物策略探索	Fe N	复习课	元素化合物的复习平台，优化重组物质间的转化关系(脱离二维图的线性或网络转化关系)，培养学生的统摄思维和概括能力	(1)建构元素价-类二维图 (2)利用二维图分析物质性质 (3)优化重组图中转化关系  (线性或网络转化关系)
  [4]基于学科观念及方法建构的元素化合物单元教学设计与教学实效性研究	S	新授课	以价态和类别为坐标的二维转化关系图表达了元素化合物的知识结构	(1)从价态和物质类别的角度对含硫物质进行分类 (2)从价态变化和类别变化的角度分析转化过程 (3)初步建构二维转化关系图
  [5]如何把价类二维图转化为学生复习元素化合物知识的思路	S	复习课	价态二维图是复习元素化合物知识的一个较好的教学策略	(1)建坐标系，写出所复习的物质 (2)选择物质，建构具体物质的二维图 (3)概括抽取分析物质的一般方法 (4)迁移应用预测物质性质，建立新物质的二维图
  [6]整体把握和构建化学分类观的研究	Fe	复习课	利用分类建立二维图，利用二维图寻找制备物质的原料和途径	(1)利用多角度的分类建立铁及其化合物的二维图 (2)预测物质性质，总结研究物质性质的一般方法 (3)寻找制备物质的原料和途径的方法 (4)强化分类的作用和二维图的用途

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  表 2  二维图的学科思想方法、任务类型、一般步骤

  Table 2.  Discipline thinking method, types of learning tasks, general teaching steps of "valence-substance category two-dimensional graph"

  学科思想方法	学习任务类型	一般教学步骤
  (1)研究物质性质的一般方法	(1)预测物质性质	(1)建构、应用二维图
  (2)制备物质的一般思路	(2)寻找制备物质的原料和途径	(2)应用二维图

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  表 3  对教师教学误区的分析

  Table 3.  Analysis of teachers' teaching misunderstandings

  序号	学生现象分析	教师教学误区	教学误区分析
  ①	第1种原因是学生学习的化学反应是有限的，不能满足二维图完整转化的需要	把二维图中所有可能的转化关系，都以化学反应方程式的形式先给学生作为参照，让学生敢画二维图	这种方式，学生确实敢画二维图，但是除了学生已学过的反应以外，教师还要给出一些相对陌生的反应作为完成二维图的证据支持，学生会觉得需要知道的反应很多，加重学生的学习负担和心理负担
  ②	第2种原因是学生对已有的化学反应遗忘较多，没有信心去画出二维图
  ③	第3种原因是学生觉得二维图没有什么用，不愿意画	学生懒得画，我给学生画出来，不让他画，直接让他看	学生没有发现二维图的价值，此时教师要引导学生发现二维图的价值，而不是替代学生画图

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