奥斯本检核表法的杠杆模型在化学教学中的应用

摘要：在奥斯本检核表法九大类问题的引导下，将杠杆模型应用于高中人教版化学必修1中的氯、铝元素及其化合物、分散系等教学片断中，提升了价类图、价荷图以及思维导图的教学效果，从变化观念到平衡思想、定性与定量相结合，探索创新意识与系统思维并重的教学方法。

关键词：奥斯本检核表法; 杠杆模型; 价类图; 价荷图

文章编号：10056629（2021）11005103

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

化学是一门创造性的基础科学，新课标已将创新意识列为化学学科核心素养之一。创新不能局限于发现或发明，也不是少数学生的专利，如何在教学中创新，让广大学生参与到创新中来，成为我们关注的课题。管理学大师彼得·德鲁克曾说：“创新不需要天才，但需要训练;不需要灵光乍现，但需要遵守‘纪律。”因此，探索具体可行的创新教学的方法是关键。

奥斯本是创造学和创造工程之父。他发现大部分人的思维总是自觉或不自觉地沿着长期形成的思维模式来看待事物。即使看出了事物的缺陷和不足，也懒于进一步思索，难有创新。因此，他发明了检核表法，引导个人对照九大类75个问题进行思考，启迪思路，开拓想象，促进产生新设想、新方案。这九类问题是： 能否他用、能否借用、能否改变、能否扩大、能否缩小、能否代替、能否变换、能否颠倒、能否组合[1]。奥斯本检核表法引导我们有方向、有步骤地探索创新之路。

杠杆是学生熟悉的简单机械之一，公式简明。F1×L1=F2×L2（F1动力，L1动力臂，F2阻力，L2阻力臂）。杠杆模型处于学生认知的最近发展区。我们利用奥斯本检核表法将杠杆模型应用于人教版化学必修1的教学中。从创造学方法着手，在逐项检核中，促使教师与学生拓展思维。

1 能否变换

氯及其化合物的教学常使用价类图，横坐标通常按照单质、氧化物、酸、盐的顺序排列。教材是以氯气为核心展开，但价类图中氯气因为顺序习惯，位置只能偏居一隅，表示物质转化不便;且价类图只能定性，不能定量，影响了使用的范围与效果。

奥斯本检核表法提示我们“能否变换”，即现有事物能否变换排列顺序、位置。笔者变换了价类图横坐标顺序，按照酸、单质、盐的顺序排列，突出了氯气在本节的中心地位;纵坐标限定在±1之间，删除氧化物与更高价，简化模型，突出重难点，如图1所示。化合价升降法配平就像杠杆公式： 升价×还原剂系数=降价×氧化剂系数，可以定量地表示变价与系数之间的关系，定量研究物质转化。如图中用杠杆代替箭头表示反应Cl2+H2OHCl+HClO，将两种产物上下对称，使n（HCl）∶n（HClO）=1∶1的定量关系直观呈现，有利于方程式教学。本节重难点“氯气与水或NaOH、 Ca（OH）2的反应”，在等臂杠杆模型中凸显共性——对称的歧化。同理，HCl与NaClO生成Cl2的归中反应，离子个数比也一目了然。横坐标位置变换还能产生有益的心理暗示： 加碱向右，加酸向左。如图1上部，HClO加碱NaOH，向右生成NaClO;反之，NaClO、 Ca（ClO）2加强酸，向左生成HClO;下部也类似。脱离某些习惯的舒适区往往是创新最难迈出的一步。变换顺序，删减坐标，杠杆替代，简化则更易接受新知，对称则更能体现美感。化学是美的，但只有睿智的教学才能让学生充分感受到。

2 能否组合

吴文中等基于氧化还原和电荷守恒思想创造性地提出“价荷图”，改进了“铝三角”关系图[2]，但其横坐标的电荷数只用来分类，错失了以数定量的契机。

奥斯本检核表法启迪我们“能否组合”，即能否进行原理组合、形状组合、功能组合、目的组合。笔者以含铝微粒的电荷数为横坐标，化合价为纵坐标建立价荷图，引入杠杆模型，如图2所示。根据电荷守恒，以Al（OH）3为支点，构建第一杠杆，向左需3个H+生成Al3+，向右需1个OH-生成AlO-2。将横坐标代入杠杆公式： n（Al3+）×3=n（AlO-2）×1，表现了反应Al3++3AlO-2+6H2O4Al（OH）3↓中反应物的比例关系。撤去纵坐标，杠杆即可活动。

在这三种含铝微粒的平衡体系中，加酸，杠杆向左倾斜，Al3+增多;反之，加碱，向右倾斜，AlO-2增多。杠杆模型动静皆宜。

与“铝三角”相比，杠杆模型有三个优点。首先，更准确地定位Al（OH）3，是Al3+和AlO-2之间的过渡，将其置于酸碱之间，形象地表现其两性。其次，通过力臂定量地呈现酸碱比例，有利于方程式教学。最后，将Al2O3融入平衡，根据铝守恒可将Al（OH）3替换为0.5Al2O3，性质与反应同理可见。

此外，若以Al为支点，可构建第二杠杆。两根杠杆比较，前者为酸碱反应，后者为氧化还原反应，都遵循电荷守恒，因此同样是向左需3个H+，向右需1个OH-，左酸右碱形象地呈现出物质转化方向上的共性，便于记忆。教学反馈显示，学生方程式书写的正确率得以明显提升。价荷图添加两根杠桿，开发出新用途，成为含铝微粒之间转化的全景图，从定性走向定量;将酸碱反应与氧化还原两种原理组合，通过两根杠杆组合表现其共性;以两性物质为支点出发，既系统性地把握铝的特性，又关注方程式配平细节，可替代常见的价类图，这是功能与目的组合。

3 能否扩大

分散系及其分类的教学常以山水为例，如教材中“树林中的丁达尔效应”[3]与空气中的尘埃或雾气有关，这常引发学生的疑问： 空气是胶体还是溶液？初中讲空气中的气体组分，未提及悬浮颗粒与云雾。可以说，空气以氮气为分散剂，如仅研究气体，空气是溶液;如还研究悬浮颗粒等，则是胶体。这是选择对象的问题。胶体的聚沉常以江河入海口岛屿的形成为例，也会引发类似疑问： 江河是溶液、胶体还是浊液？且不说长江、黄河的差别，哪怕是同一河流，水质受河段、天气、季节等多因素影响差异很大，也无法分类。

参观农夫山泉水处理车间时，标牌写道：“源水取自新安江大坝内70米以下深处，经过砂滤、炭滤、百级膜、十万级膜……处理。”学生又问：“源水是溶液还是胶体？”新安江大坝正常蓄水位108米，水库水相对静止，水质较稳定。表层水有浮游生物、杂物与尘埃;底层水富含泥沙与生物，都含浊液;70米以下是中段偏下的水层，应以溶液与胶体为主。十万级膜的孔径可达十万分之一毫米，即10-8米，处在胶体微粒直径范围，可过滤大部分胶体微粒，避免瓶装饮用水因胶体聚沉造成浑浊。

学生参观发现河流湖泊水大都是溶液、胶体、浊液共存，在自然界这样的共存很普遍。原来困擾于分类，其根源在于我们单一的认知与简单的强化，导致系统思维的缺失。在树状分类法教学中，我们常不断地追问：“下一级分类是什么？”常用思维导图逐级呈现。思维导图是发散思维的工具，一味使用易造成知识碎片化。在作业的强化下，学生的关注点集中在具体物质的分类上。如Fe（OH）3胶体制备实验，往往片面强调胶体，而极少关注反应前FeCl3饱和溶液其实就有丁达尔效应，瓶壁甚至有沉淀;反应后FeCl3、 HCl溶液与胶体共存，即使有HCl逸出，也是极少量[4];胶体久置易浑浊。氢氧化铁胶体制备前后都是溶液、胶体、浊液共存。这种系统思维的形成，需要我们走出去、站高处、看全局。

奥斯本检核表法为系统思维提供了操作方法，提示我们能否扩大适用范围，增加使用功能。在树状分类法的思维导图中只需添加一根杠杆，即可将溶液、胶体、浊液联系在一起。如图3所示，杠杆平衡表示三种分散系共存;倾斜表示在特定条件下侧重表现某一种的特点;运动则是三者转化。如胶体可由溶液或浊液为原料制备，而溶液与浊液又以胶体为过渡相互转化。杠杆模型于动静间更显直观，给泾渭分明的树状分类法注入了活力，让学生不再锱铢必较，而以平和的心态，联系与转化地思考分析。杠杆模型帮助学生分类而不割裂，发散思维探微，系统思维平衡，既见树木，也见森林。

4 结语

在学生逐步形成化学学科核心素养的道路上，奥斯本检核表法为培养创新意识搭建了切实可行的阶梯。模型是认知过去的脚手架，不是对想象未来的禁锢。奥斯本说：“想象力是人类能力的试金石。”杠杆模型自阿基米德至今，一直给人类美好的想象空间，在高中化学教学中可以广泛地应用。杠杆模型应用于氯、铝元素及其化合物、分散系的概念与应用，改进了传统的价类图与新生的价荷图，将系统思维注入各种思维导图中。从变化观念到平衡思想，让知识直观易懂，让创新落地生根。

参考文献：

[1]崔邑诚. 用奥斯本检核表法实行创新型教学[J]. 中学化学教学参考， 2012，（1）： 23～25.

[2]吴文中， 罗一芳. 基于“价荷图”探究双铜电极电解氢氧化钠溶液实验[J]. 中学化学教学参考， 2021，（2）： 31～34.

[3]王晶主编. 普通高中教科书·化学（必修第一册）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2019： 6～9.

[4]严宣申. 制备氢氧化铁胶体[J]. 化学教育， 2006，（8）： 33.