思维导图在高中无机化学教学中的应用

思维导图在高中无机化学教学中的应用 张邱1  邹雪连2 （1 北京市东直门中学  北京  100007；2 北京市第一中学  北京 100009 ） 【摘要】无机化学部分需要记忆的内容多，许多学生学习有困难。介绍一种基于应用“思维导图”的学习和复习高中无机化学的方法。通过引入一、二维坐标系，横纵坐标分别为酸碱性、氧化性还原性来把关键物质模糊定位，从而达出各种物质的转化关系。 【关键词】无机化学  思维导图    坐标系    模糊定位    酸碱性    氧化性、还原性 一． 问题的提出和研究背景 高中化学的难点之一就是要记忆的内容特别多，尤其是无机化学部分。很多学习化学有困难的学生都是因为化学方程式记不住或者记不准。不少人认为“化学是理科中的文科”，笔者不这样认为。老师和学生总试图找到一种理解基础上记忆的方法，以下介绍笔者通过实际教学出的，基于应用“思维导图”的学习和复习高中无机化学的方法。 “思维导图(Mind Mapping)”是英国著名脑思维学者、堪称世界记忆之父的东尼·博赞（Tony Buzan）在20世纪70年代初期创立的一种新型笔记方法，它以放射性思考为基础，是一个简单、高效、放射性、形象化的思维工具。“思维导图”在教学中的应用，是以人本主义思想为基础，以神经学、心理学研究成果为依据，以建构主义理论、多元智能理论为指导，以“学会学习、学会思维”为理念，强调教师、学生互动的积极学习的新方法。它将传统教学所导致的机械学习转变为有意义的学习建构；注重人的学习能力、创新能力的培养，体现了学习方法人性化的理念。 二． 深入分析教材的内在本质特征 高中阶段无机化学反应主要分为：氧化还原反应、酸碱反应、沉淀反应、络合反应。沉淀反应相对较少且简单，络合反应在高中阶段不作，所以只介绍氧化还原反应和酸碱反应。 《必修一》第三章金属元素及其化合物首先介绍钠及其化合物，笔者认为意图是贯彻酸碱反应。然后是铝及其化合物，设计意图贯彻酸碱反应。最后是铁及其化合物，设计意图是贯彻氧化还原反应。 第四章非金属元素及其化合物首先介绍硅及其化合物，设计意图是贯彻酸碱反应。氯及其化合物设计意图是贯彻同一反应中涉及酸碱反应和氧化还原反应。硫及其化合物是为了贯彻一种物质涉及酸碱反应和氧化还原反应。氮及其化合物知识最为复杂，涉及上述全部知识，也是上述全部知识的综合体现。 在学习和复习过程中，笔者通过引用一、二维坐标系，横纵坐标分别为酸碱性、氧化性还原性来把关键物质模糊定位，从而反映出各种物质的转化关系。以下分各章节内容一一介绍列举。 三．在高中无机化学教学中应用“思维导图”的实践 1.钠的化合物 以上介绍过钠的化合物参与的反应主要是酸碱反应，笔者设计了一个一元坐标系。 NaOH碱性最强，Na2CO3次之，NaHCO3最弱，CO2呈酸性，所以它们所在坐标轴相应位置如图所示。由处在左边的物质生成右边物质，需要提高体系酸性，所以要加酸性物质；由处在右边物质生成左边物质，要提高体系碱性，所以要加碱性物质。此外，NaOH和Na2CO3、NaHCO3的转化反应，Na2CO3和NaHCO3的转化，CO2和Na2CO3、NaHCO3的转化等涉及到物质的量的关系，如果只是机械式的记忆，极容易记混，此图亦可以解决此问题，例如：碱性最强的NaOH，转化为碱性次之的Na2CO3通少量酸性物质CO2，转化为碱性最弱的NaHCO3通过量酸性物质CO2 。 本节涉及的还有两个重要化合物：Na2O和Na2O2。Na2O2参加的反应要涉及氧化还原反应，引用二维坐标系。 纵坐标为从还原性到氧化性的递变（也可以是化合价递变）。例如Na2O2与CO2的反应，属于碱性减弱的歧化反应，所以产物为Na2CO3和O2。对于Na2O和NaOH的关系，笔者认为是结合水的变化，不影响物质酸碱性或者氧化还原性，所以就写在氧氧化钠下边，但是需要老师强调哪些氧化物是可以和水反应生成相应的酸或碱，哪些酸或碱可以脱水生成氧化物。也有的老师和学生建议我引入三维坐标的概念，将脱水或者结合水也能表示出来，但如果这样就会增加画图难度，也没有太大必要。 2.铝的化合物 因为涉及氧化铝和氢氧化铝的两性，学生比较陌生，成为了难点。但铝的化合物知识实质是酸碱反应，本不该很困难。引用一元坐标系，带领学生画出下图。 通过上图学生可以一目了然看出铝元素的三种重要化合态存在形式之间的转化实际属于酸碱反应。从左往右反应需要提高体系酸性，需加酸或酸性物质，从右往左反应需要提高体系碱性，需加碱或碱性物质。同样也可以解决与量有关的反应问题。最好在学习本节内容时补充在pH为3.5至12.5之间时正三价铝以Al(OH)3形式存在，小于3.5为Al3+，大于12.5为AlO2 - ，而饱和碳酸pH为5.6左右（学生学过），市售氨水PH为12.2，所以通CO2或加氨水都不可能使Al(OH)3溶解。 但是，学生对于上述反应过于生疏，配平也存在很大问题。下边介绍一下笔者一直倡导的“三部配平法”，解决配平问题。所谓三部配平法就是：“电子平、电荷平、原子平”，上述反应是酸碱反应，只需后两步。例如：NaAlO2溶液中通少量CO2反应离子方程式的书写。 首先，根据坐标图写出基本反应物和产物； AlO2-  + CO2  —  Al(OH)3 + CO32- 第一步：配平电荷； 2  AlO2-  + CO2  —  2 Al(OH)3 + CO32- 第二步：配平原子，即观察哪边缺水、缺几个，补上即可。 2 H2O  +  2  AlO2-  + CO2  = 2 Al(OH)3 ↓ +  CO32-  3.铁的化合物 铁的化合物主要属于氧化还原反应，所以坐标系横坐标是基于化合价变化的氧化还原反应，纵坐标基于酸碱反应。例如:FeO和稀HNO3的反应。HNO3既显氧化性又显酸性，可以使FeO向酸性强和氧化性强方向转化，所以得出产物为Fe3+,又可知稀HNO3被还原产物为NO。按照上面介绍的“三步法”轻而易举就可写出反应方程式。 第一步，写出氧化剂、还原剂和氧化产物、还原产物，配平电子； 3FeO  +    NO3-  —  3Fe3+ + NO ↑1×3    ↓3×1      第二步，通过向方程式中加H+或者OH-(视溶液酸碱性环境),配平电荷； 10H+ + 3FeO +  NO3-  —  3Fe3+ + NO 第三步，通过补充水，最终配平方程式。 10H+ + 3FeO  +  NO3-  =  3Fe3+ + NO↑ + 5H2O 4．硫的化合物 硫的化合物中，最重要的物质是SO2，体现酸性和还原性，是理解这种学习方法的关键性物质，也是近几年高考的重点。 5.氮的化合物 值得一提的是NO和NO2两种氮的不成盐氧化物，它们和NaOH的反应趋向于减低NaOH的碱性，所以通过归中反应和歧化反应生成盐。 NO + NO2 + 2NaOH  = 2NaNO2 + H2O 2NO2 + 2NaOH  = NaNO2 + NaNO3 + H2O 此外，氯的化合物、硅的化合物的学习方法和前面类似且较简单，不再列举。 四．总结: 实践证明通过引入思维导图学习和复习无机化学内容，可以大大提高学生对于化学反应的理性认识水平，在理解的基础上轻松的记忆化学反应方程式，并且可以写出一些课本上没有出现过的方程式。此外，也可以应用此思维导图分析一些复杂的实验题目和化工题目，由于本篇文章旨在介绍思维导图在知识学习过程中的应用，故不再介绍解题中的使用策略。 必须说明，设计这些图的目的不是让学生记住，而是学生可以通过这些图来掌握学习无机化学的思路。根据这种思路和方法，学生在研究具体物质时，大脑中可以勾勒出简易的思维导图，借助这种思维导图解决问题。 参考文献 [1][英]东尼·博赞  巴利·博赞.思维导图. 中信出版社.2010.