宏觀觀察 微觀想象 符號(hào)表征

文/王強(qiáng) 陸燕海

摘 要：作為高中化學(xué)核心概念之一，離子反應(yīng)在教學(xué)中關(guān)鍵在于建立起對(duì)概念的理解。結(jié)合2013年浙江省高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課，通過(guò)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生深刻理解概念，從宏觀現(xiàn)象、微觀本質(zhì)、符號(hào)表征等角度設(shè)計(jì)了“離子反應(yīng)”的教學(xué)，強(qiáng)化三者的有機(jī)融合。

關(guān)鍵詞：離子反應(yīng)；基本概念；教學(xué)設(shè)計(jì)

蘇教版《化學(xué)1》（選修）教材專題二中“離子反應(yīng)”是中學(xué)化學(xué)的核心概念之一，是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。“離子反應(yīng)”闡述了酸、堿、鹽在水溶液中的反應(yīng)特點(diǎn)和規(guī)律，旨在培養(yǎng)學(xué)生透過(guò)水溶液中微粒及微粒間的變化現(xiàn)象認(rèn)識(shí)反應(yīng)的本質(zhì)（微粒觀），并建構(gòu)分析水溶液中化學(xué)反應(yīng)的思維方法，進(jìn)一步強(qiáng)化從宏觀到微觀的認(rèn)識(shí)?；谶@樣的理解，我們以“宏觀觀察、微觀想象、符號(hào)表征”的思維主線對(duì)該課重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并在2013年浙江省高中化學(xué)課堂教學(xué)評(píng)比中榮獲一等獎(jiǎng)。

一、設(shè)計(jì)思路

教學(xué)活動(dòng)是教和學(xué)的雙邊活動(dòng)，必須充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用。我們始終在思考，如何讓學(xué)生通過(guò)具體的事實(shí)體會(huì)進(jìn)行邏輯思考并加以自主建構(gòu)。為此，我們精心策劃數(shù)個(gè)實(shí)驗(yàn)，從宏觀表象入手，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)微觀本質(zhì)并指導(dǎo)學(xué)生用規(guī)范術(shù)語(yǔ)表達(dá)，教學(xué)流程見(jiàn)下圖。

教學(xué)環(huán)節(jié) 教學(xué)主線 學(xué)生活動(dòng)

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二、教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)一：生活引入，直入主題

【觀看】：展示：醋蛋圖片。對(duì)比：生活中的醋蛋（一般需要一周左右時(shí)間能完成）和實(shí)驗(yàn)室用相近濃度鹽酸完成的“醋蛋”（數(shù)小時(shí)）

【思考1】：為什么前后所用時(shí)間不同？同濃度鹽酸和醋酸還有哪些不同？

【演示實(shí)驗(yàn)】：同濃度醋酸和鹽酸導(dǎo)電能力的對(duì)比

設(shè)計(jì)意圖：提出用兩種不同的酸反應(yīng)耗時(shí)不同的事實(shí)情況下，學(xué)生會(huì)思考醋酸和鹽酸的差別？為強(qiáng)弱電解質(zhì)的概念埋下伏筆！同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從微粒的角度分析問(wèn)題，確定本節(jié)課的主題：從離子角度研究反應(yīng)本質(zhì)。而導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)也是將微觀粒子存在宏觀化，聯(lián)系醋蛋的制作中，用不同的酸反應(yīng)速度不一樣的本質(zhì)可能就和H+濃度有關(guān)！

設(shè)置疑問(wèn)：同濃度的強(qiáng)堿（NaOH）和弱堿（NH3·H2O）導(dǎo)電性又怎樣呢？

【跟蹤實(shí)驗(yàn)】：同濃度的強(qiáng)堿（NaOH）和弱堿（NH3·H2O）導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)明確強(qiáng)弱電解質(zhì)的概念，進(jìn)行簡(jiǎn)單歸納并舉例［HCl、Ca（OH）2、CaCl2和Na2CO3等］，對(duì)電離方程式進(jìn)行訓(xùn)練！電離方程式同樣也是化學(xué)學(xué)科中重要的符號(hào)，它直觀解釋了宏觀導(dǎo)電現(xiàn)象和微觀存在之間的關(guān)系，通過(guò)電離方程式將其有機(jī)聯(lián)系在一起，利用“■”和“■”表達(dá)電離情況不同。

環(huán)節(jié)二：學(xué)生體驗(yàn)，認(rèn)知概念

【思考2】：結(jié)合以上四種電解質(zhì)溶液：HCl溶液、Ca（OH）2溶液、CaCl2溶液和Na2CO3溶液兩兩混合時(shí)能發(fā)生哪些反應(yīng)？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)！書寫出現(xiàn)現(xiàn)象的化學(xué)方程式。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)1】設(shè)計(jì)意圖：

1.結(jié)合學(xué)生已學(xué)知識(shí)應(yīng)該不難判斷，以下反應(yīng)能發(fā)生離子反應(yīng)：

Ⅰ Na2CO3+CaCl2■CaCO3↓+2NaCl

Ⅱ Na2CO3+Ca（OH）2■CaCO3↓+2NaOH

Ⅲ Na2CO3+2HCl■2NaCl+H2O+CO2↑

Ⅳ Ca（OH）2+2HCl■CaCl2+2H2O

2.通過(guò)1和2的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步確定了在反應(yīng)過(guò)程中，Ca2+和CO2-、3結(jié)合生成了CaCO3沉淀，即CO2-、3+Ca2+■CaCO3↓。通過(guò)討論微觀粒子的變化，幫助學(xué)生建立在這兩個(gè)反應(yīng)中某些離子發(fā)生了結(jié)合，為離子反應(yīng)概念及發(fā)生條件的給出埋下伏筆！

3.激發(fā)認(rèn)知沖突：在生成CaCO3的同時(shí)，其他離子之間有沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)？

【追問(wèn)】在反應(yīng)Ⅲ中哪些離子間發(fā)生反應(yīng)？其他離子有沒(méi)有反應(yīng)？請(qǐng)用化學(xué)符號(hào)表達(dá)反應(yīng)情況？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)前面的思考，學(xué)生已經(jīng)有意識(shí)地由微觀粒子間的變化考慮溶液中的化學(xué)反應(yīng)，但是學(xué)生還沒(méi)有建立“看見(jiàn)”溶液中的離子這種思維，所以他們不能確定到底哪些離子參與反應(yīng)，在此要從引導(dǎo)學(xué)生從認(rèn)知出發(fā)，從微觀的變化解釋宏觀的現(xiàn)象。

在反應(yīng)中，H+和CO2-、3能反應(yīng)體現(xiàn)在有氣體生成：2H++CO2-3= H2O+CO2↑。

而Na+和Cl-兩者之間有沒(méi)有參加反應(yīng)呢？設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：在一定量鹽酸中加入過(guò)量的碳酸鈉溶液，再加入硝酸酸化，最終滴加硝酸銀溶液，觀察有沒(méi)有沉淀！同時(shí)，也解釋了離子間發(fā)生反應(yīng)的條件（難溶物和氣體），明確物質(zhì)在水溶液中的主要存在形式。

環(huán)節(jié)三：符號(hào)表征，強(qiáng)化書寫

【投影】離子反應(yīng)和離子方程式書寫：

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設(shè)計(jì)意圖：

傳統(tǒng)的離子方程式書寫是按照“寫、拆、刪、查”四步，在教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)這種方法對(duì)于學(xué)生簡(jiǎn)單記憶尚可，卻不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)：（1）學(xué)生在書寫離子方程式時(shí)，生搬硬套，效率低下；（2）高一學(xué)生往往會(huì)受初中所學(xué)復(fù)分解條件的影響，只關(guān)注生成物的狀態(tài)而忽略了反應(yīng)物；（3）碰到陌生反應(yīng)，如向硝酸亞鐵溶液中加入硫酸就束手無(wú)策，而碰到離子共存問(wèn)題則要轉(zhuǎn)化為具體化學(xué)物質(zhì)才能進(jìn)行判斷等等。究其本源，這種書寫方法沒(méi)有幫助學(xué)生認(rèn)知概念的本質(zhì)，只是將化學(xué)知識(shí)工具化、模式化，嚴(yán)重地挫傷了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

而從宏觀物質(zhì)出發(fā)分析水溶液中的存在形式，分析哪些微粒之間能發(fā)生反應(yīng)，關(guān)注微粒間的相互作用，直指概念本質(zhì)，然后將實(shí)際參與或生成的物質(zhì)用符號(hào)表達(dá)出來(lái)，這就是我們所要求的離子方程式。這樣基于微粒作用觀的教學(xué)設(shè)計(jì)促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知從宏觀向微觀轉(zhuǎn)變，更易把握溶液中物質(zhì)相互作用的實(shí)質(zhì)。

【強(qiáng)化訓(xùn)練】基于鹽酸與碳酸鈉溶液，將反應(yīng)物進(jìn)行以下更改：①將鹽酸改為醋酸溶液；②將碳酸鈉溶液改為碳酸鈣；③同時(shí)將鹽酸改為醋酸溶液，碳酸鈉溶液改為碳酸鈣。

設(shè)計(jì)意圖：趁熱打鐵，將前面所學(xué)知識(shí)強(qiáng)化鞏固。同時(shí)，筆者通過(guò)設(shè)計(jì)反應(yīng)③對(duì)課堂開(kāi)始的“醋蛋”前后呼應(yīng)，讓學(xué)生進(jìn)一步了解其原理！

環(huán)節(jié)四：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，深化認(rèn)識(shí)

【思考3】讓離子間反應(yīng)“看得見(jiàn)”：HCl溶液、Ca（OH）2溶液、CaCl2溶液和Na2CO3溶液兩兩混合還有三組實(shí)驗(yàn)：Ⅳ HCl+Ca（OH）2；Ⅴ HCl+CaCl2； Ⅵ Ca（OH）2+CaCl2，均無(wú)明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，是否它們都沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)？

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)2】往滴有酚酞的Ca（OH）2溶液中滴加鹽酸，觀察溶液顏色變化？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生進(jìn)一步確定了在水溶液中發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)的條件（難溶物、易揮發(fā)物和弱電解質(zhì)），同時(shí)建構(gòu)起“微粒觀”，認(rèn)識(shí)到溶液中的復(fù)分解反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是某些離子間在反應(yīng)。這一切都建立在他們親眼所見(jiàn)，離子反應(yīng)概念的形成就水到渠成了。

【思考4】OH-+H+=H2O還能表達(dá)哪些反應(yīng)？

設(shè)計(jì)意圖：該問(wèn)題的設(shè)置突破了從物質(zhì)出發(fā)研究反應(yīng)的過(guò)程，考查了學(xué)生對(duì)概念的掌握和運(yùn)用。在問(wèn)題思考中，學(xué)生會(huì)設(shè)計(jì)很多酸堿中和反應(yīng)，筆者只需要逐一分析反應(yīng)物和生成物在水溶液的主要存在形式即可。

同時(shí)，留下問(wèn)題：①H2SO4溶液和Ba（OH）2溶液反應(yīng)的離子方程式？②向醋酸溶液中滴加少量氨水，導(dǎo)電能力如何變化？

三、教學(xué)反思

1．建立宏觀、微觀、符號(hào)的學(xué)科觀念

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，建立在分子、原子層面上研究物質(zhì)的一門學(xué)科，是將宏觀現(xiàn)象和微觀想象相結(jié)合并具有獨(dú)特符號(hào)表征的自然科學(xué)。初中的教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)宏觀的變化，而高中的教學(xué)則要讓學(xué)生通過(guò)宏觀的實(shí)驗(yàn)事實(shí)去探索學(xué)習(xí)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)和變化。因此，我們?cè)诮虒W(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生從微觀的角度認(rèn)識(shí)一些自然現(xiàn)象，形成對(duì)物質(zhì)及其變化的科學(xué)認(rèn)識(shí)。同時(shí)，凸顯化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)——知識(shí)符號(hào)化，利用符號(hào)作為鏈接宏觀與微觀的橋梁。

2．巧借實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)微觀行為

概念教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)策略使用的關(guān)鍵點(diǎn)是建立實(shí)驗(yàn)事實(shí)與概念本質(zhì)間的聯(lián)系。在概念的教學(xué)中，我們要恰當(dāng)?shù)乩没瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)，在宏觀實(shí)驗(yàn)事實(shí)的支持下發(fā)展學(xué)生的微觀認(rèn)識(shí)。而在課后對(duì)于實(shí)驗(yàn)的分析，筆者又想到，有沒(méi)有更加直觀的現(xiàn)象進(jìn)行觀察。在聽(tīng)了其他老師的課后，筆者提出，我們可以借助傳感技術(shù)進(jìn)行分析，如，跟蹤硫酸和氫氧化鋇溶液反應(yīng)的導(dǎo)電性和渾濁性實(shí)驗(yàn)分析離子反應(yīng)的本質(zhì)。合理地使用實(shí)驗(yàn)，會(huì)讓我們教學(xué)的手段更加豐富，概念建立更容易！

參考文獻(xiàn)：

［1］夏可文.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生形成化學(xué)概念［J］．理化生教學(xué)與研究，2008（16）：206.

［2］梁永平.微粒作用觀的科學(xué)學(xué)習(xí)價(jià)值及其科學(xué)建構(gòu).化學(xué)教學(xué)，2003（6）.

編輯 薄躍華