基于追求理解的教學(xué)設(shè)計
——以“酸堿中和滴定原理”為例

宮清麗

文/廣州市廣州中學(xué)

表1 0.1000mol·L-1NaOH滴定20.00mL0.1000mol·L-1HCl溶液的pH變化(室溫下)

1.問題的提出

酸堿中和滴定是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的重要內(nèi)容。人教版教材只是介紹了pH突變的事實，在實踐活動欄目中提出用pH計測定中和反應(yīng)過程中溶液pH的變化，繪制滴定曲線，讓學(xué)生感受pH突變。至于為何出現(xiàn)突變，以及指示劑為什么可以指示反應(yīng)終點的原因都沒有介紹。如果教學(xué)只是停留在這個水平，學(xué)生對酸堿中和反應(yīng)的原理認(rèn)識深度應(yīng)該是比較淺表的，理解是不夠深刻的。

如果學(xué)生真正理解了強酸強堿中和過程中的滴定終點、反應(yīng)終點、pH突變?nèi)咧g的關(guān)系，那么以后對弱酸或弱堿參與的酸堿中和滴定就會類推遷移，準(zhǔn)確選擇指示劑判斷滴定的終點。筆者本節(jié)課整合資源、多角度、反復(fù)不重復(fù)，以追求學(xué)生的理解為目標(biāo)，對酸堿中和滴定的原理進行教學(xué)的重難點突破。

2.前測問卷，明確教學(xué)目標(biāo)

2.1前測問卷

選取兩個班(共計70人)為授課對象。布置學(xué)生看書預(yù)習(xí)人教版選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》P47—49，并提出疑問，經(jīng)過整理，歸納學(xué)生的問題包括以下幾個方面。

(1) 關(guān)于“pH突變”：為什么接近反應(yīng)終點時引起pH突變？(64.3%的學(xué)生提出)

(2) 關(guān)于“反應(yīng)終點”：怎樣準(zhǔn)確判斷反應(yīng)終點？(14.3%的學(xué)生提出)如何測定反應(yīng)終點時消耗的標(biāo)準(zhǔn)液體積？(25.7%的學(xué)生提出)

(3) 關(guān)于“指示劑”：指示劑有一個變色pH值范圍，而反應(yīng)終點的pH值是確定的，如何通過觀察指示劑變色判斷滴定終點？(25.7%的學(xué)生提出)選擇不同酸堿指示劑的依據(jù)、方法是什么？(32.9%的學(xué)生提出)加入指示劑后會改變待測溶液濃度造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確，如何改進？(71.4%的學(xué)生提出)

學(xué)生的問題主要是不理解為何滴定過程中產(chǎn)生pH突變，意識到指示劑判斷的終點(滴定終點)和酸堿完全反應(yīng)時的終點(反應(yīng)終點)的不同，兩者不重合，以及不重合會帶來誤差問題。針對學(xué)生的疑惑，確定教學(xué)目標(biāo)。

2.2確定教學(xué)目標(biāo)

(1) 通過繪圖、計算感受pH突變。

(2) 理解滴定終點和反應(yīng)終點之間的誤差以及指示劑選擇的依據(jù)。

(3) 根據(jù)中和反應(yīng)特點，能多角度設(shè)計反應(yīng)終點的判斷方案。

(4) 能通過定量計算推出合理的結(jié)論。

3.提供不同類型數(shù)據(jù)，以終為始，通過定量計算逐步達成目標(biāo)

3.1計算驗證pH突變

創(chuàng)設(shè)情境：標(biāo)準(zhǔn)液為0.1000mol/L的NaOH,待測液為0.1000mol/L的HCl溶液,滴定過程中溶液的pH變化如表1。

任務(wù)1：請學(xué)生利用表1數(shù)據(jù)，繪制出溶液的pH值隨NaOH溶液體積的變化圖。

任務(wù)2：根據(jù)上述表格請學(xué)生計算驗證：①若少加一滴NaOH溶液(約為0.04mL)，即NaOH溶液加到19.96mL時溶液的pH為多少？②若多加一滴NaOH溶液(約為0.04mL)，即NaOH溶液加到20.04mL時溶液的pH為多少？

3.2計算多加和少加一滴標(biāo)準(zhǔn)液對測定待測液濃度產(chǎn)生的誤差

任務(wù)3：實驗中，若到滴定終點時少加1滴NaOH(0.04 mL)，所測HCl溶液的物質(zhì)的量濃度為多少？相對誤差為多少？

任務(wù)4：實驗中,若到滴定終點時多加1滴NaOH(0.04 mL)，所測HCl溶液的物質(zhì)的量濃度為多少？相對誤差為多少？

3.3結(jié)合pH突變和誤差分析推導(dǎo)指示劑的選擇

學(xué)生經(jīng)過系列計算，清楚理解了相對反應(yīng)終點少加和多加一滴標(biāo)準(zhǔn)液雖然會帶來pH突變，但對實驗測定的結(jié)果影響并不大，產(chǎn)生的誤差可以忽略。接著的問題就是如何判斷反應(yīng)的終點。

任務(wù)5：已知高中階段常用的指示劑有三種(見表2)。若分別向待測液鹽酸中加入三種指示劑，隨著標(biāo)準(zhǔn)液NaOH的加入，溶液顏色將如何變化？你會在看到什么現(xiàn)象時停止加入標(biāo)準(zhǔn)液？經(jīng)過討論，學(xué)生明白可以用甲基橙或酚酞作為指示劑指示反應(yīng)的終點，盡管指示劑變色時pH值不等于7,但帶來的誤差并不大，完全可以忽略。

表2 幾種常見指示劑的變色范圍

3.4除指示劑外可以指示反應(yīng)終點的方法拓展

通過上述數(shù)據(jù)分析進行逐步推理論證后，學(xué)生真正理解了pH突變、指示劑判斷的滴定終點、反應(yīng)終點三者之間的關(guān)系，可是針對學(xué)生提出的加入指示劑后會改變待測溶液濃度造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確的問題如何處理呢？筆者設(shè)計了如下教學(xué)環(huán)節(jié)。

任務(wù)6：加入指示劑后會改變待測溶液濃度造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確，如何改進？經(jīng)過引導(dǎo)，學(xué)生會想起pH計，如果測定到溶液pH值隨加入標(biāo)準(zhǔn)溶液體積的變化，就能判定當(dāng)pH值等于7時的反應(yīng)終點，根據(jù)此時消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液體積求出待測液的濃度。

任務(wù)7：小組討論，酸堿中和滴定過程中除了溶液pH值的變化，還有哪些相關(guān)性質(zhì)有變化？其中可測量并能用于判斷反應(yīng)終點的性質(zhì)有哪些？由于學(xué)生剛學(xué)過化學(xué)反應(yīng)與能量的變化，做過中和熱的測定，所以很容易想到測定滴定過程中溶液溫度的變化，溫度最高點時就是滴定終點也是反應(yīng)終點，滴定終點和反應(yīng)終點完全吻合，所以溫度最高點時標(biāo)準(zhǔn)液的體積就是完全反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。

除此之外滴定過程中溶液電導(dǎo)率也會跟著改變，也可以通過測定溶液電導(dǎo)率變化圖確定反應(yīng)終點。這些測定方法不僅先進，而且由于沒有改變待測液的濃度，測定結(jié)果更精確。然而考慮到成本和方便性，我們會選擇指示劑法。

4.后測問卷，檢測學(xué)習(xí)成效

經(jīng)過了上述教學(xué)處理，為了檢查課堂的有效性，筆者課后立即對授課的兩個班級進行調(diào)查，層次高的班級30人，層次稍低的班級40人，調(diào)查結(jié)果略。

從調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)果分析來看，通過計算，從數(shù)據(jù)出發(fā)進行步步推理，學(xué)生對酸堿中和滴定的認(rèn)識達到一定深度，教學(xué)取得比較好的效果。對于第一個問題，學(xué)生較不清楚和不清楚的比例高于其他幾個問題，反思可能是此環(huán)節(jié)預(yù)留給學(xué)生的時間有些緊，部分運算能力差的同學(xué)沒有計算出結(jié)果所致。

5.教學(xué)反思

5.1前測問卷是為“追求理解”的教學(xué)的關(guān)鍵一步

酸堿中和滴定是中學(xué)非常重要的一個定量實驗。通過問卷調(diào)查，學(xué)生對具體的實驗操作問題不多，反而對原理卻存在諸多疑惑，從歷年高考試題可以看出，這恰恰也是一些認(rèn)知專家(或者說命題專家)考查的重點。所以從學(xué)生出發(fā)，是我們展開為理解而教的第一步，也是關(guān)鍵的一步。

5.2 以終為始的教學(xué)設(shè)計保證了“追求理解”的有效教學(xué)實施

本節(jié)課在確定了學(xué)生需要理解的層次及認(rèn)識的深度的深度后，逆向設(shè)計，從提供實驗情境，設(shè)計學(xué)生活動，使學(xué)生通過計算，最終解開心中的疑惑。

5.3后續(xù)教學(xué)反觀本節(jié)課成效可觀

后續(xù)學(xué)習(xí)到弱酸或弱堿參與的滴定實驗時，如食醋中總酸量的測定實驗，學(xué)生對指示劑的選擇就非常輕松。由于醋酸鈉是弱堿性，反應(yīng)終點是弱堿性，選擇酚酞作指示劑，測定誤差就很小，如果選擇甲基橙作指示劑，指示終點和反應(yīng)終點偏離太大，測定誤差就會非常大。學(xué)生是真正理解，而不是停留在大概、記憶的層面。

5.4 滲透了“證據(jù)推理”的核心素養(yǎng)

證據(jù)推論是化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(新)提出的五大化學(xué)核心素養(yǎng)維度之一，其劃分的第三級水平層次要求學(xué)生能從定性與定量結(jié)合上收集證據(jù)，能通過定性分析和定量計算步驟推出合理的結(jié)論。

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計充分滲透了證據(jù)推理這個核心素養(yǎng)?！颈疚氖菑V州市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題(編號：2013B195)“促進學(xué)生認(rèn)知素養(yǎng)發(fā)展的高中化學(xué)教學(xué)策略研究”成果之一。】