宏微結(jié)合素養(yǎng)下的教學(xué)實(shí)踐探索
——以“鹽類的水解”為例

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一、問題提出

化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門學(xué)科，其特征是從微觀層面認(rèn)識(shí)物質(zhì)，以符號(hào)形式描述物質(zhì)?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[1](2017 年版)》(以下簡(jiǎn)稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”)中明確指出，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括了以“宏觀辨識(shí)與微觀探析”為首的五大核心素養(yǎng)。

對(duì)于化學(xué)學(xué)科而言，“宏觀辨識(shí)”指的是可以通過肉眼或者借助實(shí)驗(yàn)或儀器等手段[2]，對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)及可存在狀態(tài)、轉(zhuǎn)化規(guī)律及現(xiàn)象的辨認(rèn)和識(shí)別，“微觀探析”指的是從分子、原子、電子等極微小的粒子領(lǐng)域探究和分析物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的闡述，“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的核心要素主要包括以下內(nèi)容：(1)能從不同層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性，并對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類；(2)能從元素和原子、分子水平認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念；(3)能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題?？梢姟昂暧^辨識(shí)”與“微觀探析”并不是彼此孤立的，而是結(jié)合在一起的整體，并存在著如下圖一所示的進(jìn)階關(guān)系：

由此可見，在教學(xué)中滲透宏微結(jié)合的化學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生宏微結(jié)合的意識(shí)和應(yīng)用宏微結(jié)合分析、解決實(shí)際問題的能力，是發(fā)展“宏觀辨識(shí)與微觀探析”核心素養(yǎng)[3]的重要基礎(chǔ)。筆者以“鹽類的水解”為例，嘗試了宏微結(jié)合素養(yǎng)下的教學(xué)實(shí)踐探索。

二、教學(xué)目標(biāo)的確定

1.教材分析和學(xué)情分析 “鹽類的水解”位于滬教版高一化學(xué)第二學(xué)期第七章第三節(jié)，該內(nèi)容的教學(xué)可以安排三課時(shí)，包括鹽類水解的原理、影響鹽類水解的主要因素以及鹽類水解的應(yīng)用三方面內(nèi)容。這一部分的知識(shí)綜合性較強(qiáng)，內(nèi)容涉及電解質(zhì)的電離、水的電離和溶液的酸堿性、化學(xué)平衡等知識(shí)，對(duì)于學(xué)生建立分析水溶液中微粒及微粒間相互作用的思路和方法等有著重要作用。

本節(jié)課的授課對(duì)象是高一年級(jí)的學(xué)生，學(xué)生在此之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)平衡、離子反應(yīng)和電離的知識(shí)，能夠從微觀層面分析溶液中存在哪些微粒以及可能發(fā)生的相互作用，但對(duì)于涉及到溶質(zhì)與溶劑間相互作用，并因此影響到水的電離和溶液酸堿性的這類綜合問題的分析面臨著思維上的挑戰(zhàn)。

2.教學(xué)目標(biāo) 通過觀察FeCl3溶液的丁達(dá)爾效應(yīng)、鐵鹽凈水的宏觀現(xiàn)象，嘗試從微觀角度分析原因。

知道鹽類水解的概念，理解鹽類水解的本質(zhì)，能夠判斷哪些鹽在溶液中發(fā)生水解以及鹽溶液的酸堿性。

能夠初步應(yīng)用鹽類水解的知識(shí)，解釋一些簡(jiǎn)單的聯(lián)系工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的化學(xué)問題，培養(yǎng)宏微結(jié)合下分析、解決問題的能力。

三、教學(xué)過程

1.教學(xué)設(shè)計(jì)思路

2.教學(xué)過程實(shí)施

學(xué)習(xí)任務(wù)一：宏觀視角下的情境創(chuàng)設(shè)

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】①用激光筆照射FeCl3溶液，觀察現(xiàn)象；②將FeCl3溶液倒入渾濁的水中，靜置一段時(shí)間，觀察現(xiàn)象。

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】①可以看到一條光亮的通路；②一段時(shí)間后水變澄清了

【教師提問】為什么會(huì)在FeCl3溶液中看到一條光亮的通路?FeCl3溶液為什么可以作為凈水劑?

【學(xué)生回答】因?yàn)樵贔eCl3溶液中存在Fe(OH)3膠體，所以會(huì)存在“丁達(dá)爾效應(yīng)”，且Fe(OH)3膠體具有吸附水中懸浮物的作用，可用作凈水劑。

設(shè)計(jì)意圖：通過氯化鐵溶液的丁達(dá)爾效應(yīng)及作為凈水劑這一宏觀事實(shí)，引發(fā)學(xué)生對(duì)FeCl3溶液中存在Fe(OH)3膠體的好奇心，為從微觀角度探析Fe(OH)3膠體的成因埋下伏筆。

學(xué)習(xí)任務(wù)二：微觀本質(zhì)下的理性分析

【教師提問】FeCl3溶液中Fe(OH)3膠體是如何產(chǎn)生的?

【問題鏈引導(dǎo)】①FeCl3溶液中存在哪些微粒? ②哪些微粒間可以發(fā)生作用? ③作用的結(jié)果如何? ④對(duì)水的電離平衡有什么影響?

【小組討論】

【學(xué)生歸納總結(jié)】FeCl3電離出的Fe3+與水電離出的OH-結(jié)合，生成Fe(OH)3膠體。

【教師提問】Fe3+與OH-結(jié)合，此時(shí)對(duì)溶液的酸堿性有何影響?

【學(xué)生猜測(cè)】因?yàn)镕e3+與OH-結(jié)合，可能會(huì)破壞水的電離平衡，導(dǎo)致溶液中C(H+)＞C(OH-)，使得溶液顯酸性。

【實(shí)驗(yàn)證實(shí)】測(cè)定FeCl3溶液的酸堿性，證實(shí)溶液顯酸性。

【教師補(bǔ)充講解】通過前面有關(guān)電解質(zhì)的電離以及電解質(zhì)在溶液中的化學(xué)反應(yīng)的學(xué)習(xí)，我們知道Fe(OH)3是弱電解質(zhì)，這也是Fe3+能夠與水電離出的OH-結(jié)合的原始動(dòng)力。像這種，在溶液中鹽電離出的某種離子跟水電離出的H+或OH-離子結(jié)合生成弱電解質(zhì)的反應(yīng)，就叫做鹽類的水解。

設(shè)計(jì)意圖：設(shè)計(jì)一組相互關(guān)聯(lián)、層層遞進(jìn)的問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度分析粒子間可能發(fā)生的作用，建立宏觀、微觀及符號(hào)三個(gè)層面上的有效轉(zhuǎn)換，發(fā)展學(xué)生從微觀、動(dòng)態(tài)、平衡的視角認(rèn)識(shí)水溶液中微粒及微粒間相互作用的分析思路和方法。

學(xué)習(xí)任務(wù)三：宏微結(jié)合分析物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系

【教師提問】從鹽的類型上分析，F(xiàn)eCl3屬于強(qiáng)酸弱堿鹽，其溶液顯酸性。鹽溶液的酸堿性與鹽的類型有怎樣的關(guān)系?

【學(xué)生活動(dòng)】提供如下鹽溶液FeCl3、Al2(SO4)3、NH4Cl、NaHCO3、K2CO3、CH3COONa、NaCl、KNO3、Na2SO4，先從鹽的類型角度進(jìn)行分組，再用pH 計(jì)或pH 試紙測(cè)定某幾份溶液的酸堿性(可不必全部測(cè)定)。

【歸納總結(jié)】鹽溶液的酸堿性與鹽的類型的關(guān)系

表1 鹽溶液的酸堿性與鹽的類型的關(guān)系

【學(xué)生交流】請(qǐng)同學(xué)們兩人一組，參照剛剛對(duì)于FeCl3溶液的分析，嘗試分析其他鹽溶液顯酸性或堿性的原因。

【教師提問】NaCl、KNO3、Na2SO4這類強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽溶液顯中性，這是為什么呢?

【學(xué)生回答】這類鹽在水中電離產(chǎn)生的都是強(qiáng)酸陰離子，或者是強(qiáng)堿陽離子，沒有辦法與水電離出H+或者OH-離子結(jié)合生成弱電解質(zhì)，所以不會(huì)破壞水的電離平衡，不會(huì)發(fā)生鹽類的水解，所以溶液顯中性。

【歸納總結(jié)】鹽類水解的規(guī)律：有弱才水解，無弱不水解。誰強(qiáng)顯誰性，同強(qiáng)顯中性。

【教師提問】綜合以上對(duì)于鹽類水解的學(xué)習(xí)，鹽類水解的本質(zhì)是什么? 對(duì)水的電離和溶液pH 有怎樣的影響?

【歸納總結(jié)】鹽類水解的本質(zhì)：鹽與水“復(fù)分解”生成弱電解質(zhì)的反應(yīng)。其結(jié)果是：①促進(jìn)水的電離；②改變?nèi)芤旱膒H。

設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)鹽的類型以及對(duì)不同鹽溶液酸堿性的分析、推理、測(cè)定，進(jìn)一步完善學(xué)生對(duì)“鹽溶液的水解模型”的認(rèn)知。在此基礎(chǔ)上，建構(gòu)宏微結(jié)合視角下解決鹽溶液水解問題的一般思路：寫出鹽的電離方程式、水的電離方程式→判斷微粒間的相互作用→明確水電離平衡的移動(dòng)→推斷鹽溶液的酸堿性。

學(xué)習(xí)任務(wù)四：知識(shí)遷移與運(yùn)用，分析、解決實(shí)際問題

(1)利用簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置，模擬泡沫滅火器滅火。

【演示實(shí)驗(yàn)】可供選擇的儀器和藥品：泡沫滅火器簡(jiǎn)易發(fā)生裝置、NaHCO3溶液、Al2(SO4)3溶液。

【現(xiàn)象分析】觀察到兩者混合后劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量的二氧化碳和氫氧化鋁，并以泡沫的形式噴出，可以覆蓋在燃燒物體的表面，達(dá)到滅火的效果。請(qǐng)運(yùn)用鹽類水解的知識(shí)加以解釋。

(2)草木灰是農(nóng)村常用的鉀肥，它含有碳酸鉀。試解釋草木灰不宜與銨態(tài)氮肥混合使用的原因。

(3)實(shí)驗(yàn)室中盛裝NaHCO3、CH3COONa 溶液的試劑瓶使用橡膠塞而不用玻璃塞?

設(shè)計(jì)意圖：通過鹽類水解知識(shí)解決一些日常生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用實(shí)例，進(jìn)一步體會(huì)從物質(zhì)的宏觀特征入手，聯(lián)系物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，解釋宏觀現(xiàn)象，并從宏觀與微觀結(jié)合的視角對(duì)物質(zhì)及其變化進(jìn)行分類和表征，發(fā)展核心素養(yǎng)。同時(shí)，理解化學(xué)源于生產(chǎn)、生活，化學(xué)必將服務(wù)于生產(chǎn)、生活的理念，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

四、教學(xué)反思

1.基于真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)，培養(yǎng)學(xué)科思維 真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)更能激起學(xué)生的好奇心和興趣，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科思維。用激光筆照射FeCl3溶液出現(xiàn)一條光亮的通路，渾濁的水中加入鐵鹽一段時(shí)間后可以變澄清，是什么引起了這些有趣的現(xiàn)象? 學(xué)生在問題解決的過程中，分析問題情境，提取有用信息，不斷地整合已有的知識(shí)、技能，學(xué)科知識(shí)和技能不斷結(jié)構(gòu)化，學(xué)科思維模式得以發(fā)展并逐漸形成。

2.基于學(xué)習(xí)任務(wù)發(fā)展“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的核心素養(yǎng) 本節(jié)課通過設(shè)計(jì)4 個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，層層推進(jìn)，從宏觀現(xiàn)象下的情境引思到微觀本質(zhì)下的探究剖析，運(yùn)用化學(xué)符號(hào)等手段說明物質(zhì)的組成及其變化，形成并發(fā)展學(xué)生的宏觀辨識(shí)與微觀探析能力，并在解決實(shí)際生產(chǎn)、生活問題的過程中，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)水溶液中的離子反應(yīng)與平衡對(duì)生產(chǎn)、生活和社會(huì)發(fā)展的重要作用，深刻理解化學(xué)、技術(shù)與社會(huì)之間的相互關(guān)系，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。