突破離子反應(yīng)表征困難的教學(xué)策略研究

魏愛民

【摘要】離子反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)中的教學(xué)難點(diǎn)，研究表明其概念形成的困難主要表現(xiàn)為學(xué)生對物質(zhì)變化過程中的微觀形態(tài)的表征困難。結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，探索出突破離子反應(yīng)微觀表征困難的幾種有效的教學(xué)策略。

【關(guān)鍵詞】離子反應(yīng) 表征 教學(xué)策略

【中圖分類號】G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）48-0145-02

離子反應(yīng)歷來是中學(xué)化學(xué)的教學(xué)難點(diǎn)。教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生在學(xué)習(xí)離子反應(yīng)時的學(xué)習(xí)障礙主要表現(xiàn)為對物質(zhì)變化過程中物質(zhì)微觀形態(tài)的表征的困難。具體來說，就是對反應(yīng)體系（水溶液）中物質(zhì)的存在形態(tài)不能恰如實(shí)際的準(zhǔn)確進(jìn)行表征。很多學(xué)生學(xué)了三年的化學(xué)，仍然不能熟練自如地運(yùn)用化學(xué)語言表達(dá)離子反應(yīng)。比如，鐵離子檢驗(yàn)的反應(yīng)，總有學(xué)生將硫氰化鐵表征為難溶物。乙酸與燒堿的反應(yīng)，總有學(xué)生將乙酸表征為自由態(tài)的氫離子。在書寫陌生情景下的離子反應(yīng)方程式時，不能熟練自如地運(yùn)用離子反應(yīng)的語言規(guī)則對物質(zhì)的不同形態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確表達(dá)。表面上看，這是學(xué)生的離子方程的書寫技能沒有掌握好，但是，深究其根源，根本的原因則是學(xué)生沒有形成很好的表征模式。在水溶液反應(yīng)體系中，物質(zhì)的微觀存在形態(tài)實(shí)際上只有兩種——即“自由態(tài)”和“結(jié)合態(tài)”，其基礎(chǔ)是強(qiáng)、弱電解質(zhì)概念、物質(zhì)的溶解性概念以及平衡移動原理等。離子反應(yīng)概念主要聚焦于“自由態(tài)”離子濃度的變化。因此，離子反應(yīng)的教學(xué)，最核心的任務(wù)是要幫助學(xué)生形成“自由態(tài)”離子的概念，幫助學(xué)生正確表征自由態(tài)離子的存在形態(tài)，并將該表征轉(zhuǎn)換為正確的化學(xué)符號。在傳統(tǒng)的離子反應(yīng)課程中，對物質(zhì)微觀形態(tài)的心理表征規(guī)律運(yùn)用不夠，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)離子反應(yīng)時大多采用沒有經(jīng)過嚴(yán)格表征的死記硬背的學(xué)習(xí)方法。死記硬背最終導(dǎo)致在離子反應(yīng)概念的外圍形成了一層“硬殼”，進(jìn)一步阻礙了學(xué)生深入理解離子反應(yīng)的本質(zhì)內(nèi)涵，從而導(dǎo)致化學(xué)語言和反應(yīng)內(nèi)涵的脫節(jié)。因此，離子反應(yīng)的教學(xué)關(guān)鍵在于幫助學(xué)生形成物質(zhì)“自由態(tài)”微觀表征，并和相應(yīng)的化學(xué)語言形成自動對接。筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，運(yùn)用心理表征形成的心理規(guī)律，探索出如下幾種有針對性的教學(xué)策略，在實(shí)踐中取得了較好的教學(xué)效果。

1.載入宏微推理

離子反應(yīng)表征困難的形成與所采用的教學(xué)方法有著直接的關(guān)系。我國的傳統(tǒng)化學(xué)教學(xué)過于注重文本化的學(xué)習(xí)，從文本到文本，忽略了從物質(zhì)變化的事實(shí)中探究知識的基本路徑。具體到離子反應(yīng)的學(xué)習(xí)，傳統(tǒng)教學(xué)過于強(qiáng)調(diào)概念與規(guī)則在文本維度的掌握，具體的教學(xué)策略則是講解和技能訓(xùn)練。這樣的教學(xué)模式表面上學(xué)習(xí)很快，但是，學(xué)習(xí)的焦點(diǎn)則偏移了離子反應(yīng)的本質(zhì)，從而不能幫助學(xué)生形成符合離子反應(yīng)事實(shí)本身的有效表征模式。要理解離子反應(yīng)的本質(zhì)，必須依賴于反應(yīng)的事實(shí)，這個事實(shí)包括物質(zhì)宏觀狀態(tài)的變化的事實(shí)和微觀狀態(tài)變化的事實(shí)，以及由宏觀可觀察的信息對不可觀察的微觀狀態(tài)的推理。也就是說，離子反應(yīng)的概念是建立在微觀事實(shí)基礎(chǔ)之上，而微觀事實(shí)則又是建立在對宏觀事實(shí)的觀察和推理之上。因此，離子反應(yīng)的教學(xué)必須依靠化學(xué)實(shí)驗(yàn)，要從實(shí)驗(yàn)中獲得物質(zhì)宏觀變化的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析推理，得出物質(zhì)微觀狀態(tài)的變化。只有具備了這樣的事實(shí)基礎(chǔ)，才能幫助學(xué)生形成堅(jiān)實(shí)的“自由態(tài)”和“結(jié)合態(tài)”表征，而只要建立了堅(jiān)實(shí)的“自由態(tài)”和“結(jié)合態(tài)”的表征，后續(xù)的將其與化學(xué)語言進(jìn)行對接就水到渠成。下列表1展示的是載入宏微推理的離子反應(yīng)教學(xué)設(shè)計(jì)思路的案例（片段）。

2.運(yùn)用多重表征

心理學(xué)的研究表明，提供給學(xué)生多重表征的機(jī)會，有利于提高學(xué)生對問題本質(zhì)的理解。在離子反應(yīng)的教學(xué)中，在由宏觀證據(jù)向微觀推理的階段，應(yīng)該為學(xué)生提供多種可供表征的機(jī)會。對于微觀世界，僅僅運(yùn)用語言表征是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這是由語言本身的特點(diǎn)決定的。比如，語言對于復(fù)雜事物的表述不具備效率優(yōu)勢。在上述案例中，銅離子從結(jié)合態(tài)的晶格中溶出而轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蓱B(tài)離子，這個過程用語言描述就不如圖像或者動畫的效果好。因此，為了便于學(xué)生的微觀表征，應(yīng)該從下列三個方面幫助學(xué)生進(jìn)行表征：（1）語言表征。用形象和生動的語言表征物質(zhì)的變化。比如，對于銅離子從晶格中的溶出，可以將銅離子比喻為單個士兵從集體中脫離，等等形象的比喻。（2）圖形表征。將微觀變化的想象（已經(jīng)經(jīng)過了合理推理）繪制成圖，有利于直觀地表達(dá)微觀景象。（3）動畫表征。將微觀變化的想象制作成動畫，有利于學(xué)生表征出離子反應(yīng)變化的過程。（4）圖像表征。將微觀物質(zhì)的微粒數(shù)字化（比如濃度），能展示出隨著變量的漸變而出現(xiàn)的數(shù)量變化關(guān)系。比如，在上述案例中，可以采用數(shù)字傳感器將氫離子濃度（pH）隨反應(yīng)時間的變化輸出為圖像，能夠直觀地展示出作為自由態(tài)的氫離子逐漸被消耗的事實(shí)。近年來，數(shù)字化顯微技術(shù)日漸成熟，運(yùn)用該技術(shù)對化學(xué)反應(yīng)的微觀細(xì)節(jié)進(jìn)行放大，對學(xué)生正確理解化學(xué)變化的微觀本質(zhì)具有幫助作用。

3.建構(gòu)核心概念

離子反應(yīng)的核心概念包括兩個方面：第一方面是指物質(zhì)在水溶液體系中的“狀態(tài)”概念——“自由態(tài)”和“結(jié)合態(tài)”?！白杂蓱B(tài)”是指自由移動離子（水合離子，中學(xué)一般可以簡略的忽略其水合特征），而“結(jié)合態(tài)”則指物質(zhì)的微粒處于晶格中或分子集團(tuán)中被化學(xué)鍵所束縛的狀態(tài)。另一個方面是指體系內(nèi)微?！白兓钡母拍睢婕暗交瘜W(xué)平衡移動原理，通過化學(xué)平衡移動而導(dǎo)致了物質(zhì)在“自由態(tài)”和“結(jié)合態(tài)”數(shù)量上的改變，這種數(shù)量的改變正是離子反應(yīng)的本質(zhì)。要準(zhǔn)確理解并合理表征出離子反應(yīng)，就必須建立上述的“狀態(tài)概念”和“變化概念”。傳統(tǒng)教學(xué)往往過于拘泥于知識文本，將關(guān)注點(diǎn)過于集中在“狀態(tài)概念”上，這就難免忽略的動態(tài)的“變化概念”。因此，教學(xué)中要將離子反應(yīng)的變化過程展示出來，也就是要讓學(xué)生在觀察的基礎(chǔ)上推理出某種微粒的數(shù)量變化，從而建立“變化概念”。在離子方程式中，符號不僅表示“絕對的狀態(tài)”，還表示狀態(tài)的變化。比如，書寫乙酸和燒堿溶液反應(yīng)離子方程式時，乙酸要求表征為分子符號。但是，這并不表示反應(yīng)前乙酸全部均以分子形式存在，而是只有一大部分以分子存在。這表明乙酸的分子符號并不是用于表征乙酸“絕對的狀態(tài)”，其真實(shí)的含義是表示乙酸在反應(yīng)過程中，結(jié)合態(tài)微粒數(shù)量減少而自由態(tài)的乙酸根離子數(shù)量在增加。總之，一言以蔽之，離子反應(yīng)的表征，是狀態(tài)概念和變化概念的結(jié)合，教學(xué)中特別要重視“變化”的概念。而重視“變化”的概念，就意味著對要對傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行升級，需要超越純粹從文本到文本的教學(xué)，要將教學(xué)建立在展示物質(zhì)的真實(shí)變化的基礎(chǔ)之上。也就是說，化學(xué)教學(xué)只滿足于講授是不行的，必須要動手做實(shí)驗(yàn)（教師演示做或?qū)W生親自做），從而展示出離子反應(yīng)的真實(shí)變化。

4.形成符號表征

離子反應(yīng)方程式是對離子反應(yīng)的符號表征（文本表達(dá)）。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，正如前面所述，由于沉溺于從文本到文本的教學(xué)，導(dǎo)致將離子反應(yīng)的學(xué)習(xí)幾乎等同于學(xué)習(xí)離子方程式的書寫學(xué)習(xí)，將一個內(nèi)涵豐富多彩的化學(xué)“劇場”抽象簡化為干巴巴的幾個規(guī)律條文和讓人摸不著頭腦的離子方程式書寫規(guī)則。在筆者看來，離子反應(yīng)方程式是離子反應(yīng)事實(shí)的很自然的表征，是離子反應(yīng)核心概念建立后很自然的語言表達(dá)。離子反應(yīng)方程式是離子反應(yīng)核心概念（指“自由態(tài)”和“結(jié)合態(tài)”）很自然的符號化表征的結(jié)果。在離子反應(yīng)的教學(xué)中，只有牢固建立起“自由態(tài)”和“結(jié)合態(tài)”的概念，并將之與對應(yīng)的符號進(jìn)行連接，才能從根本上賦予符號以實(shí)際內(nèi)涵，從而才能在更高的層次上促進(jìn)學(xué)生領(lǐng)悟離子方程式語言的真正含義。這種含義可以簡略表達(dá)為：離子反應(yīng)方程式所表達(dá)的是水溶液體系中物質(zhì)微粒狀態(tài)的變化。只有當(dāng)學(xué)生既能從離子反應(yīng)的事實(shí)準(zhǔn)確表征出離子方程式，又能根據(jù)現(xiàn)有的方程式深入理解符號背后所隱含的事實(shí)，才能算是真正掌握了離子反應(yīng)。當(dāng)然，要達(dá)到這種深度的掌握，絕不是在高一必修課程的一節(jié)課中就能完成，而是便隨著課程進(jìn)展不斷發(fā)展的一個長期的建構(gòu)、領(lǐng)悟和熟練化過程。結(jié)合主干課程，利用元素及其化合物的變化的事實(shí)，順勢而為，逐步建構(gòu)“自由離子態(tài)”和“結(jié)合態(tài)”的核心概念，對離子反應(yīng)本質(zhì)的掌握最終必然能夠水到渠成。

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