建構(gòu)基本觀念 豐富學生的科學素養(yǎng)

李文良+張麗芳

[摘 要]

對滬教版“中和反應(yīng)”課題設(shè)計的背景、課程標準、教材和學情進行科學分析，以“微粒觀、計量觀、實驗觀”等化學基本觀念為統(tǒng)領(lǐng)，倡導從具體性知識傳授到核心觀念建構(gòu)的教學研究。

[關(guān)鍵詞]

化學觀念；建構(gòu)；中和反應(yīng)；手持技術(shù)

一、教學設(shè)計的背景分析

新一輪基礎(chǔ)教育課程改革對“學科基本觀念”給予充分的重視，強調(diào)培養(yǎng)學生持久性影響的化學觀念。宋心琦教授認為：“學生能否牢固地、準確地、哪怕只是定性地建立起基本的化學觀念，應(yīng)當是中學化學教學的第一目標?！币虼耍^之以往的傳統(tǒng)教學，中學化學教學不能局限于具體化學知識本身，應(yīng)從傳授事實、掌握知識轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用事實、發(fā)展觀念，即要從“知識為本”的教學轉(zhuǎn)向“觀念建構(gòu)”的教學，學生從中親身體驗化學知識的發(fā)現(xiàn)過程和應(yīng)用價值，感悟化學知識蘊含的思想、觀念和方法，從而實現(xiàn)科學素養(yǎng)的全面提高。

“中和反應(yīng)”是滬教版九年級化學下冊第七章“應(yīng)用廣泛的酸、堿、鹽”之第二節(jié)“常見的酸和堿”中課題3的內(nèi)容。中和反應(yīng)是個宏觀的概念，反應(yīng)的實質(zhì)是酸和堿電離出的微觀離子之間的反應(yīng)，教學過程中需要透過宏觀的性質(zhì)和現(xiàn)象來分析微觀本質(zhì)，從而形成有關(guān)化學觀念。本課題教學主要運用微粒觀、分類觀、變化觀、計量觀和化學價值觀等觀念確定教學設(shè)計的思路。

二、教材和學情分析

（一）教材分析

本課題的教材編寫是從實驗入手介紹中和反應(yīng)，中和反應(yīng)既是對酸和堿的化學性質(zhì)的延續(xù)和深化，同時引出了另一類化合物——鹽，對后續(xù)鹽和化肥的學習起承上啟下的作用。關(guān)于中和反應(yīng)的應(yīng)用，教材從酸堿性的角度說明了它在實際中的價值。教材安排的活動與探究，主要是讓學生通過親身體驗，增強對教學內(nèi)容的認識。所以本教材沒有簡單地將它作為酸堿的性質(zhì)來介紹，而是專門編成一個課題來說明，這樣既順應(yīng)了學生深入學習的需要，又體現(xiàn)了中和反應(yīng)的重要性：一方面為高中中和滴定的學習起到銜接作用；另一方面讓學生了解和感受化學與生產(chǎn)、生活的緊密結(jié)合，為學生進入社會儲備必要的化學知識。

促進觀念建構(gòu)的教學要有引領(lǐng)教學的觀念目標，為學生的思維活動指明方向。本課題涵蓋了“中和反應(yīng)”基礎(chǔ)知識的觀念主要有實驗觀、微粒觀和計量觀。具體來說，就是學生能從定性和定量的角度探究酸與堿的反應(yīng)，能從微粒的角度分析中和反應(yīng)的實質(zhì)，能從轉(zhuǎn)化的角度理解化學學科對人類的貢獻，從而感受化學學科的價值。

（二）學情分析

在知識承接上，學生已經(jīng)初步認識酸堿指示劑、酸和堿的主要性質(zhì)；在能力方面，學生具備初步的實驗操作技能、探究能力以及分析與解決問題的能力，為本課題的實驗探究奠定了基礎(chǔ)。雖然九年級的學生對實驗探究有濃厚的興趣，但實驗探究能力和觀察能力不強。同時，中和反應(yīng)的本質(zhì)是學生看不見、摸不著的微粒，需要學生具備較高的抽象思維能力。此外，學生習慣于定性認識實驗，缺乏定量認識的思維。因此，本課題立足于建構(gòu)基本觀念的目標，按照“最近發(fā)展區(qū)”理論，將具體知識和核心概念的理解轉(zhuǎn)化為問題，以問題鏈的形式激發(fā)引導，幫助學生逐步形成認識思路和方法，設(shè)計有利于學生自主學習的情境，并借助手持技術(shù)和多媒體動畫形式，學生可以直接觀察動態(tài)變化的實驗過程，在想象中真切體會到微觀離子的反應(yīng)過程，進而從微觀、動態(tài)、定量的角度讓學生在解決問題的過程中學習具體知識，生成與發(fā)展化學觀念。

三、教學流程

（一）環(huán)節(jié)1：硫酸灌裝車泄漏，引入課題

【視頻】高速路上兩車追尾，濃硫酸泄漏，濃煙滾滾，情況危急，有關(guān)部門緊急調(diào)運熟石灰用來搶險。

設(shè)計意圖：由新聞報道“硫酸灌裝車泄漏”引入，給學生制造感官沖擊；該情境貼近學生的生活。簡短的情境，迅速吸引了學生的注意力，既節(jié)約了課堂時間，又能激發(fā)學生的求知欲。

（二）環(huán)節(jié)2：利用酸堿特性分別消失，探究酸和堿能發(fā)生反應(yīng)。

【提出問題1】酸和堿能不能發(fā)生反應(yīng)？

【學生分組實驗1】取少量氫氧化鈉溶液，滴加鹽酸，觀察現(xiàn)象

【討論分析1】現(xiàn)象：沒有明顯現(xiàn)象；結(jié)論：無法判斷酸與堿能不能發(fā)生反應(yīng)。

【教師演示實驗2】向兩份相同質(zhì)量的氫氧化銅分別加入等體積的水和稀鹽酸，引導學生觀察現(xiàn)象。

【討論分析2】現(xiàn)象：氫氧化銅不溶于水，加入鹽酸后藍色沉淀消失；結(jié)論：酸堿會發(fā)生反應(yīng)。

設(shè)計意圖：設(shè)置不同的實驗感受酸堿反應(yīng)，形成中和反應(yīng)的感性認識；不同的現(xiàn)象引發(fā)學生的認知沖突，培養(yǎng)學生對比分析能力，激發(fā)學生探究未知世界的興趣，從中建構(gòu)實驗探索未知的實驗觀，體現(xiàn)“實踐出真知”思想。

【提出問題2】如何進一步判斷酸和堿是否發(fā)生反應(yīng)呢？

【學生猜想】若沒有反應(yīng)，混合物中既有酸又有堿

【實驗方案的設(shè)計】引導學生自主設(shè)計方案

【學生分組實驗3】將上述“實驗1”的混合物分成三份于燒杯中，一份證明混合物中是否存在酸，方法：加鎂條等；一份證明混合物中是否存在堿，方法：加酚酞等，并與最后一份原溶液進行對照，現(xiàn)象以及結(jié)論如表1。

【討論分析3】通過實驗現(xiàn)象，可以由酸和堿的特性消失，從而證明酸和堿發(fā)生了反應(yīng)。

【學生分組實驗4】①將實驗3變紅的試管繼續(xù)加入稀鹽酸，振蕩，觀察現(xiàn)象。②溶液變?yōu)闊o色后，往試管再加入鎂條，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象以及結(jié)論如表2。

【討論分析4】本實驗再次說明酸與堿不能共存，會發(fā)生反應(yīng)。同時，發(fā)現(xiàn)酸與堿會過量，怎樣才能使酸堿恰好完全反應(yīng)？

設(shè)計意圖：教師引導學生創(chuàng)設(shè)出富有啟發(fā)性的問題情境，啟發(fā)學生積極思維，激發(fā)探究欲望，學生根據(jù)已有的經(jīng)驗和知識設(shè)計實驗方案，親身經(jīng)歷科學探究的過程，形成根據(jù)實驗現(xiàn)象得出結(jié)論的習慣和能力，充分體現(xiàn)了學生是課堂的主體。期間，主要引導學生建構(gòu)用已知探索未知實驗觀，并從酸堿反應(yīng)初步感受 “對立統(tǒng)一”思想。endprint

【提出問題3】如何通過直觀現(xiàn)象，控制酸的用量，控制酸與堿反應(yīng)的程度呢？

【學生分組實驗5】1.在盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中滴入幾滴無色酚酞試液。再用膠頭滴管吸取鹽酸逐滴加入盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中。邊滴邊攪拌，當燒杯中溶液剛好變成無色時，停止加入鹽酸。

2.取“1”所得的少量溶液于一支試管中，另用一支膠頭滴管，向試管中加入一滴氫氧化鈉溶液，溶液的顏色又發(fā)生什么變化？這說明了什么？

3.用玻璃棒蘸取“1”所得的溶液，加熱至蒸干，觀察到什么現(xiàn)象？

【討論分析5】1中剛開始溶液顯紅色，隨著鹽酸的加入，二者發(fā)生反應(yīng)，溶液剛好變?yōu)闊o色，說明堿與加入的酸剛好反應(yīng)，堿的特性消失。

2中滴入氫氧化鈉溶液時，溶液由無色變?yōu)榧t色；再次說明“1”中的氫氧化鈉溶液與所加入鹽酸恰好完全反應(yīng)。

3中有白色固體析出。

設(shè)計意圖：實驗5的內(nèi)容較多，采用逐步實驗逐步引導分析，降低學習難度。整個過程，學生將原有的知識經(jīng)驗作為其新知識的生長點；學會了使用酸堿指示劑判斷中和反應(yīng)的發(fā)生，掌握了探究中和反應(yīng)產(chǎn)物的方法。同時，增強了實驗操作技能和觀察能力。

（三）環(huán)節(jié)3：主要引入DIS數(shù)字化系統(tǒng)來探究酸和堿發(fā)生了怎樣的反應(yīng)。

【提出問題4】酸與堿混合后，溶液的酸堿性如何變化？

【教師演示實驗6】采用pH傳感器和溫度傳感器實時監(jiān)測反應(yīng)過程中溶液的溫度和酸堿性的變化。

【討論分析6】將鹽酸滴入含有酚酞的NaOH溶液，來探究pH變化曲線和溫度變化曲線，其中溫度、pH以及反應(yīng)過程中pH和溫度曲線的實時結(jié)果如圖1。

1.探究pH變化曲線

（1）滴入鹽酸前，燒杯溶液中的NaOH的pH>7，溶液呈紅色。

（2）隨著HCl加入，堿與酸反應(yīng)，堿性逐漸減弱，pH逐漸減小，曲線呈下降趨勢。

（3）當pH=7時，酸堿的特性消失，滴入的酸剛好和燒杯中的堿完全反應(yīng)。

（4）繼續(xù)滴入鹽酸，鹽酸會過量，酸性增強，溶液的PH<7，溶液為無色。因此溶液為無色時，存在兩種情況。一種是酸堿恰好反應(yīng)，另一種是酸過量。

2.探究溫度變化曲線

（5）隨著酸與堿的反應(yīng)，溫度逐漸升高。當溫度達到最高時，說明酸堿恰好完全反應(yīng)。隨后，在沒有熱量放出以及外界和滴入鹽酸的冷卻下，溫度逐漸下降。

【小結(jié)】氫氧化鈉溶液能與鹽酸反應(yīng)，反應(yīng)時放熱。當?shù)稳氲柠}酸量較少時，溶液中氫氧化鈉有剩余，溶液呈堿性，pH>7；當?shù)稳氲柠}酸量與氫氧化鈉恰好完全反應(yīng)時，溶液呈中性，pH=7；當?shù)稳氲柠}酸過量時，溶液中鹽酸有剩余，溶液呈酸性，pH<7。

設(shè)計意圖：手持技術(shù)采集實驗過程中的溫度和pH等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的變化與實驗過程同步；同時，pH 和溫度曲線的自動生成呈現(xiàn)于屏幕上，學生對pH和溫度變化有更直觀的感性認識。通過DIS數(shù)字化系統(tǒng)，將中和熱以數(shù)據(jù)和曲線的形式呈現(xiàn)，學生在觀察過程中首先看到的是曲線的走向，不一定注意到數(shù)值的變化，提出圖像的觀察分析需定性與定量相結(jié)合，學生從中提高圖像分析能力。

引入DIS數(shù)字化系統(tǒng)，一是可以充分利用數(shù)形結(jié)合思想，讓學生在“做”中體會數(shù)據(jù)處理的重要意義，完善學生對計量觀的建構(gòu)，培養(yǎng)細致嚴謹?shù)目茖W品質(zhì)；二是使數(shù)據(jù)的采集與處理變得更加方便，學生利用直觀的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了實驗從定性認識到定量認識的實驗觀轉(zhuǎn)變。

（四）環(huán)節(jié)4：借助Flash動畫，促進學生中和反應(yīng)概念的形成與升華

【提出問題5】酸和堿為什么會發(fā)生反應(yīng)？發(fā)生怎樣的反應(yīng)？

【視頻】播放酸堿中和反應(yīng)原理flash動畫

【討論分析】酸電離出的H+和堿電離出的OH-結(jié)合產(chǎn)生了H2O。

反應(yīng)實質(zhì)：H++OH-=H2O

反應(yīng)原理：NaOH+HCl=NaCl+H2O

【分析小結(jié)】實驗5用玻璃棒蘸取“1”所得的溶液，加熱至蒸干，得到的白色固體就是氯化鈉。

【練一練】書寫化學方程式：

氫氧化鈣與鹽酸 氫氧化鈉與硫酸 氫氧化鈣與硫酸

【歸納總結(jié)】由金屬離子（或銨根離子）和酸根離子構(gòu)成的一大類化合物稱鹽。酸和堿作用使各自的特性都消失，生成鹽和水的反應(yīng)稱為中和反應(yīng)。

設(shè)計意圖：根據(jù)以前的電離知識，結(jié)合酸堿混合時的動畫演示，幫助學生從微粒的角度認識中和反應(yīng)的實質(zhì)，實現(xiàn)學生對中和反應(yīng)從感性認識到理性認識的升華；引導學生轉(zhuǎn)換觀察角度，運用宏觀與微觀結(jié)合的學科特征思維看問題，形成“抽象理論形象化”的思想，進而培養(yǎng)“用宏觀體會微觀”“用微觀解釋宏觀”的科學研究方法，建立正確的化學反應(yīng)的微粒觀。同時，通過化學反應(yīng)過程中離子的重新組合建構(gòu)“化學變化過程中元素不變”元素觀。最后，通過三個典型的中和反應(yīng)方程式，增強知識遷移的能力，總結(jié)出鹽的組成，滲透物質(zhì)的分類觀，為后續(xù)鹽的學習做好鋪墊。

（五）環(huán)節(jié)5：創(chuàng)設(shè)情境，實現(xiàn)知識的遷移與應(yīng)用

【討論】濃硫酸泄漏撒熟石灰的原理是什么？

【分析與歸納】投影有關(guān)中和反應(yīng)在實際應(yīng)用中的圖片，總結(jié)中和反應(yīng)的應(yīng)用：

1.改良酸性土壤；2.處理工業(yè)廢水；3.用于醫(yī)藥工業(yè)；4.用于實際生活

設(shè)計意圖：前后呼應(yīng)，激發(fā)學生發(fā)散思維，應(yīng)用所學知識解決生產(chǎn)生活中的問題，讓學生深刻感受到化學知識與生產(chǎn)生活實際的密切聯(lián)系，形成“化學來源于生活，服務(wù)于生活”理念，感受化學知識的實用價值，形成“化學價值觀”觀念；從中和反應(yīng)的實際應(yīng)用中，有選擇性地使用酸堿引導學生樹立環(huán)保理念，建構(gòu)“化學與可持續(xù)發(fā)展”觀念，從而鞏固學生“性質(zhì)決定用途”的化學思想。

四、教學反思

本課題的教學設(shè)計體現(xiàn)“從生活走進化學、用實驗探究化學、從化學走向社會”理念，在教學中以問題鏈的形式來創(chuàng)設(shè)學習情境和探究活動，“通過酸堿特性消失，探究酸堿是否反應(yīng)”，“通過手持技術(shù)，動態(tài)探究酸堿反應(yīng)的過程”、“通過flash動畫，探究酸堿反應(yīng)的本質(zhì)”，從而引領(lǐng)學生主動探究，積極建構(gòu)。系列問題的引導與實驗的同步進行，不僅關(guān)注了學習內(nèi)容本身，而且關(guān)注了學生的自主學習和主動參與；不僅關(guān)注了學生認識思路和方法的感悟，而且關(guān)注了學生化學觀念的形成與發(fā)展。更重要的是讓學生經(jīng)歷科學理性的思維過程，在分析和解決問題的過程中去反復認識、體驗和感悟中和反應(yīng)，從而促進學生探究能力的培養(yǎng)和科學素養(yǎng)的提升。

[參 考 文 獻]

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]中學化學國家課程標準研制組.義務(wù)教育教科書：化學（九年級下冊）[M].上海：上海教育出版社，2012.

[3]吳海霞.基于觀念建構(gòu)的化學概念教學[J].中學化學教學參考，2014（1-2）.

[4]陸軍.培養(yǎng)學生學科觀念的化學課堂教學策略[J].化學教學，2013（5）.endprint