基于促進(jìn)觀念建構(gòu)的“沉淀溶解平衡”教學(xué)設(shè)計(jì)

吳春峰 高曉瑩

（江蘇省宿遷中學(xué) 江蘇 宿遷 223800）

成功的教育要能提供有助于學(xué)生終身教育的基礎(chǔ)和動(dòng)力。我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學(xué)生也學(xué)習(xí)了不少的具體的化學(xué)專業(yè)知識(shí)，但是今后的生活、工作中遇到和化學(xué)相關(guān)的問(wèn)題卻不會(huì)從化學(xué)的角度進(jìn)行思維，化學(xué)教育并沒(méi)有讓學(xué)生成為終身發(fā)展受益的人。新課程背景下呼喚有利于學(xué)生終身發(fā)展的教學(xué)設(shè)計(jì)，能以具體的知識(shí)為載體，重視對(duì)化學(xué)核心概念原理知識(shí)所蘊(yùn)含的豐富的認(rèn)知價(jià)值和方法價(jià)值進(jìn)行提取，強(qiáng)調(diào)化學(xué)基本觀念的建構(gòu)，幫助學(xué)生建立基本的、核心的化學(xué)觀念并實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)學(xué)科本質(zhì)規(guī)律的有意義認(rèn)識(shí)具有現(xiàn)實(shí)的必要性。

一、觀念建構(gòu)為本的教學(xué)理論

1．觀念性知識(shí)與具體性知識(shí)

教材中呈現(xiàn)的是具體的知識(shí)和概念，這類知識(shí)是“事實(shí)性知識(shí)”，譬如元素化合物知識(shí)。

觀念性知識(shí)是以具體知識(shí)為載體，深入挖掘教材內(nèi)容的學(xué)科價(jià)值，體會(huì)教材所體現(xiàn)的思想、觀點(diǎn)、方法，通過(guò)不斷地概括和提煉形成的總觀性的認(rèn)識(shí)和理解。觀念性知識(shí)是內(nèi)隱在具體的知識(shí)和概念中。譬如微粒觀、平衡觀、定量觀、能量觀、元素觀、社會(huì)價(jià)值觀等。

2．觀念建構(gòu)為本的教學(xué)

觀念建構(gòu)為本的教學(xué)不是通過(guò)一段有限的時(shí)間形成的，它的形成需要一個(gè)持續(xù)的過(guò)程。但化學(xué)基本觀念一旦形成在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都會(huì)在人的認(rèn)知活動(dòng)中繼續(xù)發(fā)揮作用。教師要建立用化學(xué)基本觀念統(tǒng)率具體知識(shí)組織教學(xué)，不能把目光停留在一個(gè)個(gè)的具體知識(shí)的教學(xué)上，否則會(huì)使教學(xué)內(nèi)容零散、割裂，不利于支撐觀念的建構(gòu)。

觀念的建構(gòu)過(guò)程是學(xué)生主動(dòng)參與、積極思維的過(guò)程。有效的思維需要提供給學(xué)生有思考價(jià)值的問(wèn)題。在真實(shí)的、開(kāi)放的、具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題情境中，通過(guò)驅(qū)動(dòng)性的問(wèn)題和探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究，積極構(gòu)建，發(fā)現(xiàn)隱藏在事實(shí)背后的重要思想和觀點(diǎn)。將具體知識(shí)學(xué)習(xí)、觀念構(gòu)建和問(wèn)題解決有機(jī)結(jié)合起來(lái)，最終建構(gòu)起自己的觀念體系。

二、觀念建構(gòu)為本的教學(xué)設(shè)計(jì)

1．挖掘“沉淀溶解平衡”在化學(xué)觀念構(gòu)建方面的教學(xué)價(jià)值

觀念建構(gòu)為本的化學(xué)教學(xué)主張以課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以具體的知識(shí)為載體，幫助學(xué)生建立對(duì)化學(xué)核心概念、思想方法的認(rèn)識(shí)，從而達(dá)到對(duì)化學(xué)科學(xué)的整體、本質(zhì)的認(rèn)識(shí)；從知識(shí)、方法、觀點(diǎn)等角度對(duì)教材進(jìn)行分析，讓學(xué)生能用化學(xué)科學(xué)的觀點(diǎn)、思路和方法去認(rèn)識(shí)和解決問(wèn)題?！俺恋砣芙馄胶狻笔窃趯W(xué)完化學(xué)平衡、電離平衡、鹽類水解平衡之后的又一個(gè)重點(diǎn)，高中化學(xué)選修4“沉淀溶解平衡”的單元教學(xué)中能否實(shí)現(xiàn)具體知識(shí)所承載的化學(xué)觀念構(gòu)建方面的功能，取決于怎樣來(lái)看待“沉淀溶解平衡”的教學(xué)價(jià)值。

（1）確認(rèn)基本觀念

“沉淀溶解平衡”是溶液中的離子反應(yīng)的第四單元部分，第一單元“弱電解質(zhì)的電離平衡”主要研究常見(jiàn)的弱電解質(zhì)電離平衡建立和使用電離平衡原理解釋水的電離問(wèn)題；第二單元“溶液的酸堿性”主要研究pH的簡(jiǎn)單計(jì)算和酸堿中和滴定；第三節(jié)“鹽類的水解”主要研究弱酸根陰離子和弱堿陽(yáng)離子對(duì)水的電離平衡的影響；第四節(jié)“沉淀溶解平衡”主要研究難溶物在水中沉淀溶解平衡的建立和應(yīng)用。除了第二單元研究?jī)?nèi)容與平衡關(guān)系不大外，其他三個(gè)單元都涉及到平衡問(wèn)題?！俺恋砣芙馄胶狻钡慕虒W(xué)價(jià)值重在發(fā)展學(xué)生的微粒觀、平衡觀與定量觀作為核心觀念，幫助學(xué)生從微粒的角度來(lái)認(rèn)識(shí)物質(zhì)在水溶液中的行為。通過(guò)“沉淀溶解平衡”的教學(xué)可以對(duì)物質(zhì)及其變化的認(rèn)識(shí)加以拓展和深化，建構(gòu)以下基本觀念：酸、堿、鹽在溶液中發(fā)生溶解與電離，產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子，認(rèn)識(shí)物質(zhì)在水溶液中的實(shí)際存在形態(tài)是分子或離子等微粒，這些微粒之間會(huì)相互作用，使分子分解為離子、離子結(jié)合成分子；當(dāng)微粒間的這些相互作用過(guò)程可逆時(shí)會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，這時(shí)微粒的數(shù)目保持不變；條件改變會(huì)引起平衡的移動(dòng)，影響溶液中微粒的數(shù)量。

（2）明確化學(xué)觀念構(gòu)建中的知識(shí)的層級(jí)關(guān)系

針對(duì)教材內(nèi)容的整體分析和把握，要把化學(xué)核心概念、方法、思想與觀點(diǎn)從教材中挖掘出來(lái)，提煉出化學(xué)基本觀念作為教學(xué)目標(biāo)。同時(shí)還要弄清基本觀念由哪些原理性知識(shí)、方法性知識(shí)、事實(shí)性知識(shí)支撐；原理性知識(shí)、方法性知識(shí)又有哪些具體的知識(shí)來(lái)支撐；這些知識(shí)間又有什么相互聯(lián)系。圖1分析了第一節(jié)“沉淀溶解平衡”中各類知識(shí)的層級(jí)關(guān)系。

圖1 “沉淀溶解平衡”中各類知識(shí)的層級(jí)關(guān)系

2.學(xué)生認(rèn)識(shí)層次分析

基本觀念的學(xué)習(xí)貫穿整個(gè)中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的過(guò)程?；瘜W(xué)教學(xué)中首先要從整體上把握教材，分析學(xué)生原有觀念的水平和對(duì)觀念形成哪些基本理解以及原有的觀念與將要建構(gòu)的新觀念的之間的關(guān)系，從而確定觀念建構(gòu)的起點(diǎn)和教學(xué)方式。其次還要分析學(xué)生在和基本觀念相關(guān)的概念原理、方法方面達(dá)到了什么水平，這樣才能知道設(shè)計(jì)怎樣的教學(xué)情境才能和學(xué)習(xí)保持高度的一致性，采取什么樣的活動(dòng)方式才能進(jìn)行有效的觀念建構(gòu)。只有真實(shí)、可信、有驅(qū)動(dòng)性的問(wèn)題才能讓學(xué)生積極參與探究、討論與合作，促進(jìn)基本觀念的建構(gòu)。真實(shí)、可信、有驅(qū)動(dòng)性的問(wèn)題可以讓學(xué)生積極參與探究、討論與合作；形式多樣的活動(dòng)可以讓學(xué)生容易發(fā)現(xiàn)具體知識(shí)與基本觀念的聯(lián)接點(diǎn)。

絕大多數(shù)的學(xué)生知道鹽作為電解質(zhì)可以在水中溶解電離，但是對(duì)于難溶的電解質(zhì)在水中也能極少量溶解卻不太明白。少數(shù)學(xué)生知道難溶物也能少量溶解，但卻不能解釋原因。幾乎所有的學(xué)生都知道難溶物會(huì)溶解于特定的酸或者堿溶液中，但不能用確切的原因來(lái)解釋。這說(shuō)明學(xué)生對(duì)于核心概念的理解還不到位，通過(guò)前面的學(xué)習(xí)沒(méi)有順利形成微粒觀、平衡觀等基本觀念。

3.促進(jìn)觀念建構(gòu)的化學(xué)教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特征的全面分析，確定本單元在促進(jìn)觀念建構(gòu)方面的教學(xué)目標(biāo)為：學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)掌握使用微粒觀來(lái)解釋生活、工作中遇到的涉及溶液的問(wèn)題的一般方法；學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)在平衡觀方面得到進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)溶液體系中的可逆過(guò)程能進(jìn)行判斷并用平衡觀和定量觀來(lái)解釋溶液中的一些問(wèn)題。

三、促進(jìn)觀念建構(gòu)的“沉淀溶解平衡”教學(xué)關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

圍繞核心概念的理解和應(yīng)用，強(qiáng)化基本觀念的構(gòu)建，“沉淀溶解平衡”的教學(xué)設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)如下：

1.活動(dòng)探究，引發(fā)思考

［情境設(shè)計(jì)1］在0.1mol/L的AgNO3溶液中加入足量的NaCl溶液，充分?jǐn)嚢?，靜置一段時(shí)間；取上層清液與另外一支潔凈的試管中，再向其中加入0.1mol/L的KI溶液，觀察到淡黃色的渾濁（現(xiàn)象見(jiàn)圖2）。請(qǐng)同學(xué)們交流討論后從宏觀現(xiàn)象和微觀的角度考慮。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)具體探究活動(dòng)，由已學(xué)的離子反應(yīng)知識(shí)，學(xué)生已知AgNO3和NaCl在溶液中的混合反應(yīng)是 Ag+、Cl-微粒之間的沉淀反應(yīng)。而取靜置后的上層清液，加入KI溶液后有淡黃色的渾濁，再次促進(jìn)學(xué)生從微觀離子反應(yīng)角度分析AgCl在水中有極少量溶解而提供Ag+離子I-離子發(fā)生離子反應(yīng)。這樣綜合考慮學(xué)生已有的知識(shí)、觀念水平與將要學(xué)習(xí)的知識(shí)和構(gòu)建的觀念聯(lián)系起來(lái)。

圖2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

2．概念的形成和理解

［情境設(shè)計(jì)2］將一塊不規(guī)則的蔗糖（已稱量）放入室溫下的飽和的蔗糖水溶液中，一段時(shí)間后觀察發(fā)現(xiàn)固體變?yōu)橐?guī)則的晶體。取出晶體，干燥稱量其質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)幾乎未改變。你知道原因嗎？溶液中的蔗糖濃度變化了嗎？

設(shè)計(jì)意圖：該探究活動(dòng)通過(guò)蔗糖質(zhì)量不變而形狀發(fā)生改變，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，提供一種分析溶液中同時(shí)存在溶質(zhì)的固體和溶質(zhì)微粒的方法。這樣可以幫助學(xué)生順利建立溶解擴(kuò)散、吸附沉淀的平衡觀。

［問(wèn)題1］你能把剛才情境設(shè)計(jì)2中的現(xiàn)象和思考類比遷移到在0．1mol/L的AgNO3溶液中加入足量的NaCl溶液，上層清液和固體共存的體系中得到相似的結(jié)論嗎？

［問(wèn)題2］重復(fù)上述情境設(shè)計(jì)2，得到蔗糖水溶液和晶體的混合體系，再用恒溫槽加熱升溫保持在30℃，一段時(shí)間后取出晶體，稱量并與第一次的質(zhì)量相比有變化嗎？試解釋原因？溶液中的蔗糖濃度變化了嗎？該濃度隨時(shí)間而變化嗎？

［問(wèn)題3］重復(fù)上述情境設(shè)計(jì)2，得到蔗糖水溶液和晶體的混合體系，加入適量水，一段時(shí)間后取出晶體，稱量并與第一次的質(zhì)量相比有變化嗎？試解釋原因？溶液中的蔗糖濃度變化了嗎？該濃度隨時(shí)間而變化嗎？

［問(wèn)題 4］請(qǐng)把［問(wèn)題 2］和［問(wèn)題 3］的結(jié)論遷移到AgCl的水溶液和AgCl固體共存的體系中，會(huì)得到什么結(jié)論？

設(shè)計(jì)意圖：設(shè)計(jì)一組環(huán)環(huán)相扣的“問(wèn)題組合”引導(dǎo)學(xué)生思考，從而深刻理解有關(guān)知識(shí)，加強(qiáng)核心概念的使用，促進(jìn)基本觀念（平衡觀）的建構(gòu)。

［問(wèn)題5］如何類比已學(xué)的化學(xué)平衡體系，用化學(xué)方程式表示該平衡過(guò)程并用平衡常數(shù)（K）來(lái)表示該沉淀溶解平衡的特征。

圖3 蔗糖的溶解

設(shè)計(jì)意圖：用化學(xué)用語(yǔ)來(lái)表示沉淀溶解平衡，更簡(jiǎn)潔的表示平衡的雙向動(dòng)態(tài)建立過(guò)程，便于準(zhǔn)確的使用平衡常數(shù)（K）表達(dá)式（此處的K可以修正為溶度積常數(shù)Ksp）。

［問(wèn)題6］在圖4所示的坐標(biāo)系中，畫(huà)出一定溫度下AgCl溶解達(dá)到平衡后，溶液中的 c（Ag+）隨 c（Cl-）變化的曲線。

圖4 坐標(biāo)系

圖5 曲線圖

［問(wèn)題7］在圖5的有A、B、C三點(diǎn)，試分析三點(diǎn)的溶解分別達(dá)到何種狀況？ 這三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 c（Ag+）·c（Cl-）（該乘積定義為任何時(shí)刻的離子積Qc）與溶度積常數(shù)Ksp的關(guān)系如何？由此判斷難溶電解質(zhì)在給定條件下能否繼續(xù)溶解或生成嗎？

設(shè)計(jì)意圖：在學(xué)生已有的化學(xué)平衡常數(shù)和濃度商關(guān)系的基礎(chǔ)上，遷移得出Ksp與Qc的關(guān)系，將抽象的表達(dá)式內(nèi)隱的平衡觀通過(guò)圖像生動(dòng)直觀體現(xiàn)出來(lái)，有助于沉淀溶解平衡和沉淀溶解平衡移動(dòng)的理解。

［情境設(shè)計(jì)3］日常生活我們到超市買牙膏，大家看到大部分包裝上都提到含氟牙膏（含NaF），經(jīng)常使用能堅(jiān)固牙齒。但平時(shí)如果糖吃多了產(chǎn)生過(guò)多的乳酸，就容易患齲齒。

已知牙齒的成分是一種堅(jiān)硬難溶的羥基磷酸鈣（Ca5（PO4）3OH），而 Ca5（PO4）3F 是一種更難溶的物質(zhì)。Ksp（Ca5（PO4）3F）遠(yuǎn)小于 Ca5（PO4）3OH。羥基磷酸鈣在水中存在如下平衡：

Ca5（PO4）3OH（s）?5Ca2+（aq）+OH-（aq）+3PO43-（aq）

請(qǐng)你解釋上面的兩個(gè)現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)，把知識(shí)放在具體的熟悉的情節(jié)中，以問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生從新的角度思考，理解沉淀的溶解和轉(zhuǎn)化，幫助學(xué)生建立定量觀。

3．概念的鞏固與應(yīng)用

［練習(xí)］很久以前美國(guó)密歇根州大學(xué)教授格雷對(duì)腎結(jié)石患者提出幾條建議：①在夏天，多喝水，增加尿量；②睡覺(jué)前少喝牛奶；③合理補(bǔ)鈣，控制用量；④盡量減少飲食中的草酸或草酸鹽的攝入，如菠菜等。（腎結(jié)石的主要成分是難溶的 CaC2O4和 Ca3（PO4）2，沉淀溶解平衡表達(dá)式略）

設(shè)計(jì)意圖：將學(xué)習(xí)的“沉淀溶解平衡”概念作為認(rèn)識(shí)工具，在分析和解決實(shí)際問(wèn)題中不斷深化對(duì)核心概念原理本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，尋找超越事實(shí)的觀念、思想和方法。

4．反思總結(jié)，促進(jìn)觀念建構(gòu)

［問(wèn)題8］這節(jié)課解決問(wèn)題的邏輯順序是什么，你對(duì)沉淀溶解平衡有哪些新的認(rèn)識(shí)，問(wèn)題與所學(xué)知識(shí)之間有什么聯(lián)系，各知識(shí)的意義要點(diǎn)之間有什么聯(lián)系，從哪些方面整體把握分析問(wèn)題有利于我們的學(xué)習(xí)，用你熟悉的方式記錄自己的想法，課后與同學(xué)交流。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)這樣的反思使學(xué)生將所學(xué)的各具體性知識(shí)和相關(guān)的背景經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，與探索中的各種事實(shí)資料聯(lián)系起來(lái)，和具體性知識(shí)背后的觀念聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生在解決問(wèn)題中逐漸形成和發(fā)展的基本觀念內(nèi)化為學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

四、促進(jìn)觀念建構(gòu)的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的一些問(wèn)題

1．處理好具體知識(shí)與基本觀念建構(gòu)的關(guān)系

具體知識(shí)是基本觀念建構(gòu)的載體，而基本觀念的形成又會(huì)深化具體知識(shí)的理解，從而加強(qiáng)對(duì)學(xué)科知識(shí)本質(zhì)的規(guī)律認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)解決問(wèn)題的能力。教師應(yīng)該深挖知識(shí)的內(nèi)涵，循序漸進(jìn)地發(fā)展學(xué)生的化學(xué)基本觀念。具體知識(shí)的教學(xué)并不是一味的追求加大難度和面面俱到，它要求教師從整個(gè)化學(xué)學(xué)科體系高度對(duì)本單元的教學(xué)有一個(gè)宏觀的觀念性理解，再結(jié)合學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平把需要建構(gòu)的觀念落實(shí)為具體可操作性的化學(xué)教學(xué)目標(biāo)。

2．基本觀念建構(gòu)需要恰當(dāng)?shù)膯?wèn)題設(shè)計(jì)

有驅(qū)動(dòng)力的問(wèn)題設(shè)計(jì)能激發(fā)學(xué)生的積極思維，通過(guò)對(duì)觀念的基本理解及輔助一定的情境，設(shè)計(jì)一些具有真實(shí)性、開(kāi)放性和適當(dāng)思維容量的問(wèn)題串，激發(fā)學(xué)生在已有的認(rèn)知上不斷引起思維沖突，讓問(wèn)題始終落在學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”。通過(guò)一定的探究活動(dòng)（如小組討論、實(shí)驗(yàn)探究、辯論等）引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行體驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，提煉并反思個(gè)人見(jiàn)解，促進(jìn)認(rèn)識(shí)不斷提高。

總之，化學(xué)觀念的建構(gòu)需要一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，學(xué)生在不同的認(rèn)知階段通過(guò)不同具體知識(shí)的學(xué)習(xí)逐步提煉發(fā)展起來(lái)的。教師在教學(xué)時(shí)應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生分階段落實(shí)基本觀念的形成，最終達(dá)到靈活遷移運(yùn)用，確保實(shí)施有效教學(xué)。

［1］ 畢華林，辛本春．促進(jìn)“觀念建構(gòu)”的化學(xué)教學(xué)策略［J］．中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2011，（7）：3-5

［2］ 皮連生．教學(xué)設(shè)計(jì)-心理學(xué)的理論與技術(shù)［M］．北京：高等教育出版社，2000

［3］ 吳峰．基于基本觀念建構(gòu)的”的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究［D］．濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2008

［4］ 何彩霞．整體把握和實(shí)施觀念構(gòu)建的化學(xué)教學(xué)研究［J］．中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2011，（7）：14

［5］ 王祖浩．普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)教科書(shū)·化學(xué)反應(yīng)原理（選修）［M］．南京：江蘇教育出版社，2008