基于“IrYdium Chemistry Lab”的化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)研究
——以“鹽類的水解”為例

張貝貝 董 玲

（新疆師范大學(xué) 新疆烏魯木齊 830054）

化學(xué)是高中素質(zhì)教育階段重要學(xué)科，同時也是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體。［1］化學(xué)核心素養(yǎng)是對知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度價值觀三維目標(biāo)的整合，是動態(tài)的、可遷移的集合體，在學(xué)生系統(tǒng)地掌握知識、靈活地運用知識解決實際問題、堅定地培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)的信念中起著不可替代的作用。因此，新課改形式下如何做好這項工作，就成為高中化學(xué)教師教學(xué)的重要任務(wù)。

在信息技術(shù)時代的環(huán)境下，虛擬實驗軟件成為教學(xué)常用手段。眾所周知，化學(xué)的微觀世界是抽象難理解的，因此，教師在課堂上利用信息技術(shù)所具備的直觀展示功能，來引導(dǎo)學(xué)生建立物質(zhì)宏觀與微觀之間的連接是有效的，這樣就能使學(xué)生相關(guān)核心素養(yǎng)得以發(fā)展，進(jìn)一步深化學(xué)生對于化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的把握。［2］“IrYdium Chemistry Lab”是一款由美國化學(xué)集成網(wǎng)站提供的將數(shù)字化實驗中傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行整合的虛擬化學(xué)實驗軟件，周昌林對此軟件的下載方法以及簡單應(yīng)用已做了詳細(xì)地介紹。［3］它包含了鹽類水解學(xué)習(xí)過程中常用的酸堿鹽，因此，借助此實驗軟件，筆者以“鹽類的水解”的教學(xué)設(shè)計為例，探究如何切實、有效地培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來發(fā)展的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。

一、教材分析

鹽類的水解是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的核心概念，是化學(xué)反應(yīng)原理的難點部分，更是每年高考熱點。鹽類的水解知識是眾多知識的交織點，是學(xué)生已有的關(guān)于溶液認(rèn)知的升華，是在學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加深學(xué)生對化學(xué)平衡的理論知識的鞏固和應(yīng)用。本文為“鹽類的水解”第一課時，重在引導(dǎo)學(xué)生利用已有化學(xué)平衡知識，了解鹽類水解的定義及本質(zhì)，教材內(nèi)容前后關(guān)系與地位如圖1所示。因此，學(xué)好本節(jié)課內(nèi)容，不僅可以加深學(xué)生對化學(xué)平衡理論知識的理解，還為學(xué)習(xí)影響鹽類水解的因素，利用鹽類水解的知識解釋并解決真實情境中中的問題奠定基礎(chǔ)，可以提高學(xué)生理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學(xué)生利用學(xué)科知識創(chuàng)造社會價值的思想。

圖1 教材內(nèi)容前后關(guān)系與地位

二、學(xué)情分析

在中學(xué)階段，學(xué)生對于溶液問題的認(rèn)識大體經(jīng)歷了以下五個階段。首先，在義務(wù)教育階段，學(xué)生知道了溶液、溶質(zhì)、溶劑等概念，掌握了溶液中可以發(fā)生的一些基本反應(yīng)，對溶液有了基本的認(rèn)知；其次，在高中階段，學(xué)生在化學(xué)必修第一冊學(xué)習(xí)了有關(guān)電解質(zhì)的概念，討論了電解質(zhì)在水溶液或熔融狀態(tài)下發(fā)生電離的過程，書寫了常見電解質(zhì)的電離方程式；再次，學(xué)生在化學(xué)必修第二冊學(xué)習(xí)了可逆反應(yīng)中的平衡問題，知道通過改變條件來調(diào)控化學(xué)平衡；然后，學(xué)生明白了強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)的概念，并在化學(xué)平衡的基礎(chǔ)上遷移學(xué)習(xí)了電離平衡；最后，學(xué)生明晰了水的電離以及溶液的酸堿性和pH的關(guān)系，這些都為學(xué)生學(xué)習(xí)鹽類水解知識奠定了基石。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.通過IrYdium Chemistry Lab探究鹽類水解的實質(zhì)及水解方程式的書寫，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析和變化觀念與平衡思想的核心素養(yǎng)。

2.通過小組合作掌握鹽類水解規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生從證據(jù)推理與模型認(rèn)知和實驗探究與創(chuàng)新意識的核心素養(yǎng)。

3.通過鑒定造紙工藝，利用已學(xué)知識解決實際問題，初步認(rèn)識鹽類水解的應(yīng)用，從而感悟化學(xué)在人類進(jìn)步與社會發(fā)展中的價值，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神與社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。

四、教學(xué)活動

1.任務(wù)一：鑒定工藝，創(chuàng)設(shè)情境

情境導(dǎo)入：造紙術(shù)是中國四大發(fā)明之一，是中國勞動人民長期經(jīng)驗的積累和智慧的結(jié)晶?！稏|觀漢記》中記載——倫乃造意用樹皮、麻頭及敝布、魚網(wǎng)以為紙。先搗制成漿，取膜而去水，后晾干，而制成紙。興元年，奏上之。帝善其能，自是莫不從用焉，故天下咸稱“蔡侯紙”。大家知道這段古文的意思嗎？

學(xué)生思考并翻譯古文。

設(shè)計意圖：回顧東漢時期的造紙術(shù)，增強學(xué)生民族自尊心、自信心和自豪感，增強文化自信。

過渡：早期制得的紙張表面不平滑，一經(jīng)寫字就會墨跡擴(kuò)散，為了改善這種情況，工匠常在紙的表面涂覆明礬，但慢慢人們發(fā)現(xiàn)明礬會對紙張造成酸性腐蝕。明礬是一種鹽，但它的水溶液為什么會顯酸性呢？請同學(xué)們思考。

學(xué)生回答：可能是明礬中的某個離子和水發(fā)生了反應(yīng)，產(chǎn)生了H+。

教師追問：同學(xué)們預(yù)測得對不對呢？如果正確，又是哪個離子和水反應(yīng)了呢？今天，我們就帶著這些問題開始學(xué)習(xí)。

設(shè)計意圖：以鑒定造紙技術(shù)中明礬為什么會對紙張造成酸性腐蝕為情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生帶著疑問進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)。

2.任務(wù)二：小組合作，整理歸納

過渡：我們在初中就學(xué)過“純堿不是堿，但它顯堿性”。為什么有的鹽顯酸性，有的鹽顯堿性呢？這其中有什么規(guī)律呢？

小組討論：

（1）請用“IrYdium Chemistry Lab”虛擬化學(xué)實驗軟件 模擬1 mol·L-1NaCl、NH4Cl、Na2CO3、NaHCO3、

CH3COONa的酸堿性，并對其鹽的類型進(jìn)行分類。（2）溶液的酸堿性又是由什么決定的呢？

（3）你有什么方法可以將中性溶液變?yōu)樗嵝匀芤夯驂A性溶液呢？并對HCl、NaOH、NH4Cl、CH3COONa溶液的酸堿性進(jìn)行歸因。

學(xué)生小組討論并匯報小組成果。

歸納總結(jié)：

（1）分別模擬上述溶液酸、堿性，整理于表1。

表1 鹽的酸堿性和分類

（2）溶液的酸堿性由溶液中c（H+）和c（OH-）的相對大小決定。

（3）中性溶液→酸性溶液：向溶液中加H+或者消耗OH-，即使得溶液中c（H+）＞c（OH-）；中性溶液→堿性溶液：向溶液中加OH-或者消耗H+，即使得溶液中c（H+）＜c（OH-）。對溶液酸堿性歸因于表2。

表2 溶液酸堿性歸因

設(shè)計意圖：通過小組合作，借助“IrYdium Chemistry Lab”虛擬化學(xué)實驗軟件，模擬常見鹽的酸堿性并對其分類，使學(xué)生在宏觀上對鹽的酸堿性有初步的認(rèn)識；通過分析溶液顯酸、堿性原因并對常見溶液的酸、堿性進(jìn)行歸因分析，使學(xué)生明白溶液顯酸、堿性除了常見的向中性溶液加入H+或OH-外，還可以消耗H+或OH-，為后續(xù)學(xué)生探究水解反應(yīng)就是離子和水電離出來的H+或OH-反應(yīng)奠定理論基礎(chǔ)。

3.任務(wù)三：宏微結(jié)合，深化認(rèn)知

過渡：通過上面的分析，我們明白了鹽溶液顯酸、堿性的原因就是溶液中的某個離子消耗了水中的H+或者OH-，那到底什么離子才能消耗水中的H+或者OH-？

小組討論：

（1）請用“IrYdium Chemistry Lab”虛擬化學(xué)實驗軟件模擬0.1mol·L-1NaCl、NH4Cl、CH3COONa的溶液中各微粒濃度。

（2）請寫出各溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式，并結(jié)合離子方程式的書寫規(guī)則，嘗試寫出上述溶液顯酸、堿性的離子方程式。

學(xué)生利用軟件模擬上述溶液相關(guān)數(shù)據(jù)，教師及時參與到小組談?wù)撝校瑢τ幸蓡柕男〗M進(jìn)行引導(dǎo)，爭取讓學(xué)生自主建構(gòu)出如何書寫離子水解方程式。

歸納總結(jié)：

通過軟件模擬各溶液中微粒的濃度，學(xué)生運用比較、分析等方法歸納出鹽溶液顯酸、堿性的原因，總結(jié)出鹽類水解的規(guī)律，結(jié)果整理于表3。

表3 鹽溶液的水解規(guī)律

設(shè)計意圖：通過軟件模擬，學(xué)生可以清楚地發(fā)現(xiàn)NaCl溶液顯中性，溶液中并沒有其他微粒生成；NH4Cl溶液為強電解質(zhì)，溶液中c(NH+4)本應(yīng)該等于c（Cl-），但模擬發(fā)現(xiàn)c(NH+4)＜c（Cl-），而且生成了NH3·H2O這種弱電解質(zhì)，這說明NH+4和水電離出來的OH-發(fā)生反應(yīng)，打破了水的電離平衡，才使得溶液顯酸性，得出水解方程式為NH+4+H2O?NH3·H2O+H+。同樣，學(xué)生順理成章地分析出了CH3COONa溶液顯堿性的原因，并得出水解方程式為CH3COO-+H2O?CH3COOH+OH-。值得注意的是，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)水解的程度是比較微弱的，水解還是個動態(tài)的過程，而這也正是虛擬實驗軟件的優(yōu)勢。通過上述分析，學(xué)生在宏觀認(rèn)識溶液酸堿性的基礎(chǔ)上，了解了其微觀本質(zhì)，培養(yǎng)了學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)，加深了微觀是宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)解釋；借助虛擬實驗軟件使學(xué)生觀察到水解反應(yīng)的微弱性和動態(tài)性，［4］培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，提升了其變化觀念與平衡思想的核心素養(yǎng)。

4.任務(wù)四：聯(lián)系實際，強化應(yīng)用

過渡：通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，相信大家已經(jīng)明白了明礬會對紙張造成酸性腐蝕的原因，請大家嘗試寫出相關(guān)的水解方程式，并思考我們該如何改變這一現(xiàn)狀？

學(xué)生思考并書寫離子方程式。

歸納總結(jié)：

（1）Al3++3H2O?Al（OH）3+3H+

（2）為防止紙張的酸性腐蝕，常在紙漿中加入碳酸鈣等添加劑。

設(shè)計意圖：回歸主題，使學(xué)生思考明礬會對紙張造成酸性腐蝕的原因，并結(jié)合工業(yè)實際嘗試尋找解決方案，將理論與實際相結(jié)合，從而落實科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的核心素養(yǎng)。

五、教學(xué)反思

1.以問題為驅(qū)動，循循善誘

從情境引入到每個活動的開展都以問題的形式來過渡。在教師的循循善誘下，使學(xué)生沉浸式地體驗解決問題的同時，又帶著新的疑問進(jìn)入下一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、增加了課堂的參與度。

2.以合作促建構(gòu)，滲透宏微

本節(jié)課倡導(dǎo)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會合作溝通、學(xué)會創(chuàng)新實踐，使學(xué)生通過小組合作的形式自主建構(gòu)出鹽類水解的規(guī)律。借助“IrYdium Chemistry Lab”虛擬化學(xué)實驗軟件，在對鹽的類型和鹽的酸堿性關(guān)系認(rèn)識的基礎(chǔ)上，通過觀察實驗數(shù)據(jù)，歸納出鹽類水解的方程式，培養(yǎng)了學(xué)生“四重表征”的科學(xué)思維。

3.以文化作呼應(yīng)，落實素養(yǎng)

本節(jié)課以基于中華文化為背景的“造紙術(shù)”為情境，通過整節(jié)課的學(xué)習(xí)再來分析明礬會對紙張造成酸性腐蝕的原因，使整節(jié)課更加嚴(yán)謹(jǐn)、完整，傳承了中華傳統(tǒng)文化，厚植了愛國主義情懷，充分發(fā)揮了化學(xué)課程的育人功能。通過學(xué)生討論，尋找解決酸性腐蝕的方法，從而落實科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的核心素養(yǎng)。