核心素養(yǎng)指導(dǎo)下探究式學(xué)習(xí)的教學(xué)

摘 要：探究式學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)教學(xué)模式的一種。以“沉淀溶解平衡”教學(xué)設(shè)計(jì)為例闡述探究式學(xué)習(xí)的實(shí)踐運(yùn)用，提高學(xué)生分析解決問(wèn)題的實(shí)踐能力。探究式學(xué)習(xí)能將所學(xué)知識(shí)放到具體問(wèn)題中加以運(yùn)用，讓學(xué)生在真實(shí)情境中就如何檢測(cè)自來(lái)水中氯離子含量，分析信息是否為謠言做主線，利用沉淀溶解平衡知識(shí)完成實(shí)際分析工作，讓學(xué)生學(xué)到知識(shí)的同時(shí)能感性地體會(huì)到知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間的關(guān)系，有利于培養(yǎng)能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋和解決有關(guān)的STSE問(wèn)題的人才。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);探究式學(xué)習(xí);沉淀溶解平衡;教學(xué)設(shè)計(jì)

探究式學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中提出問(wèn)題、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題，有助于學(xué)生在沉淀溶解平衡學(xué)習(xí)中建立科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)。對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理論計(jì)算、分析及評(píng)價(jià)，有利于學(xué)生形成完整的知識(shí)體系，提升證據(jù)推理與模型認(rèn)知的能力。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象了解溶解平衡的微觀本質(zhì)，有助于構(gòu)建變化觀念與平衡思想。利用學(xué)科知識(shí)分析信息真實(shí)性，樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，體現(xiàn)科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任。以人教版選擇性必修教材《化學(xué)反應(yīng)原理》中“沉淀溶解平衡”為例，對(duì)核心素養(yǎng)指導(dǎo)下的“探究式學(xué)習(xí)”的教學(xué)設(shè)計(jì)加以闡述。

一、 探究式學(xué)習(xí)的概述

“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”是《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。在真實(shí)情境中探究問(wèn)題進(jìn)行探討，對(duì)改變傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式和教學(xué)行為起到了重要的作用。探究式學(xué)習(xí)的源頭是問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，必須讓學(xué)生在相應(yīng)的教學(xué)情境中，產(chǎn)生相應(yīng)的問(wèn)題，從而達(dá)到科學(xué)探究的目的。問(wèn)題情境主要有三種創(chuàng)設(shè)方式：①語(yǔ)言創(chuàng)設(shè)情境;②通過(guò)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境;③借助多媒體設(shè)備來(lái)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境。探究式學(xué)習(xí)模式的構(gòu)建和實(shí)施主要有三個(gè)重點(diǎn)：①引導(dǎo)學(xué)生建立正確的探究思路;②重視教學(xué)過(guò)程;③充分利用教學(xué)工具。

二、 探究式學(xué)習(xí)的意義

采用探究式學(xué)習(xí)模式以及設(shè)計(jì)真實(shí)情境進(jìn)行教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中將探究和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)科理論的掌握與正確實(shí)驗(yàn)的操作，有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)性，發(fā)揮了學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的主體作用，有利于發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，培養(yǎng)高綜合能力的學(xué)生。

三、 基本設(shè)計(jì)思路

主要以“沉淀存在溶解平衡—沉淀的轉(zhuǎn)化—沉淀轉(zhuǎn)化的應(yīng)用”三個(gè)版塊進(jìn)行教學(xué)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究、操作與評(píng)價(jià)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到沉淀溶解平衡原理在生活生產(chǎn)和科研中的應(yīng)用。以自來(lái)水含氯能否致癌的真實(shí)情境為線索貫穿課堂，提高學(xué)生積極性及參與度，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑、探究實(shí)踐、實(shí)事求是的科學(xué)精神。

四、 探究式學(xué)習(xí)教學(xué)模式下的沉淀溶解平衡教學(xué)過(guò)程

（一）真實(shí)生活情境創(chuàng)設(shè)

【生活情境】來(lái)自網(wǎng)絡(luò)信息：自來(lái)水含氯，如果用自來(lái)水蒸煮食物，水中的氯會(huì)包裹在食物上，存在致癌的危險(xiǎn)。

【知識(shí)補(bǔ)充】根據(jù)國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，出廠自來(lái)水余氯含量應(yīng)≥0.3mg/L，但不應(yīng)超過(guò)0.5mg/L，經(jīng)換算可知自來(lái)水中Cl-濃度不應(yīng)超過(guò)3.2×10-5mol/L。

【思維引導(dǎo)】自來(lái)水是否含氯（定性分析）—自來(lái)水余氯含量（定量分析）—分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：余氯是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

【問(wèn)題探究1】

如何對(duì)自來(lái)水中的氯進(jìn)行定量及定性分析？

【學(xué)生】

①定性分析：用稀硝酸酸化樣品，再加入適量硝酸銀。

②定量分析：取5mL樣品于試管中，滴加HNO3酸化，加入AgNO3使氯離子充分沉淀，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、干燥，用托盤天平稱量沉淀質(zhì)量。

③實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：滴加硝酸銀后有白色沉淀，證明自來(lái)水含氯。自來(lái)水Cl-含量較低，所得AgCl沉淀較少，難以稱量其質(zhì)量且與理論值存在較大誤差。

【教師引導(dǎo)】

分析存在誤差的原因：

①沉淀少難以準(zhǔn)確稱量質(zhì)量，過(guò)濾時(shí)沉淀?yè)p失較多;

②溶液中的離子無(wú)法完全沉淀。

思考分析：

①沉淀形成與溶解在微觀存在什么行為？

②某種離子濃度≤10-5mol/L認(rèn)為沉淀完全，如何更準(zhǔn)確地分析自來(lái)水中余氯含量？

【設(shè)計(jì)意圖】設(shè)置真實(shí)情境，提高學(xué)生積極性，促使學(xué)生形成定性、定量分析思維，初步形成難溶電解質(zhì)存在部分溶解。

（二）沉淀溶解平衡思維的構(gòu)建

1. 沉淀溶解平衡

【問(wèn)題探究2】AgCl能否溶解，實(shí)驗(yàn)如表1所示。

實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)?zāi)康募敖Y(jié)論

1. 往探究1試管滴加1mL1.000mol/LNaCl，觀察現(xiàn)象。有白色沉淀產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模篊l-過(guò)量，使Ag+充分形成AgCl沉淀。

2. 往上述濁液中滴加3～5滴0.010mol/LKI。有黃色沉淀產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：溶液中仍存在Ag+。

【學(xué)生思考】實(shí)驗(yàn)2中生成的AgI，Ag+從何而來(lái)？

【沉淀溶解思維構(gòu)建】AgCl部分溶于水：AgCl（s）Ag+（aq）+Cl-（aq），物質(zhì)溶解度描述如圖1所示。

【問(wèn)題探究3】過(guò)量Cl-能否使沉淀重新析出，實(shí)驗(yàn)如表2所示。

實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)?zāi)康募敖Y(jié)論

3. 使用離心機(jī)聚集沉淀，取上層溶液于試管中，滴加1.00mol/LNaCl，觀察現(xiàn)象。重新析出白色沉淀。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：上層清液中存在Ag+，加入過(guò)量Cl-能形成AgCl沉淀，沉淀溶解存在平衡。

【學(xué)生思考】步驟3中增大c（Cl-）為什么會(huì)重新析出AgCl沉淀？

【教師引導(dǎo)】沉淀形成過(guò)程的微觀辨析，溶液中存在AgCl溶解平衡：

AgCl（s）Ag+（aq）+Cl-（aq），當(dāng)c（Cl-）增大時(shí)，平衡逆向移動(dòng)，重新析出AgCl沉淀（如圖2所示）。

【總結(jié)】難溶電解質(zhì)在飽和溶液中存在溶解平衡。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)宏觀現(xiàn)象，定性分析難溶電解質(zhì)存在溶解平衡，改變平衡條件（離子濃度）能使平衡發(fā)生移動(dòng)，構(gòu)建變化觀念與平衡思想。

2. 沉淀溶解平衡常數(shù)的應(yīng)用

【過(guò)渡】自來(lái)水中存在Cl-，但未能準(zhǔn)確測(cè)定Cl-的含量。已知沉淀存在溶解平衡，故引入定量分析手段—沉淀溶解平衡常數(shù)——溶度積（Ksp）。閱讀課本沉淀溶解平衡常數(shù)并完成練習(xí)。

1. 分別寫出AgCl、Ag2CrO4沉淀溶解平衡方程式及Ksp表達(dá)式。

2. 常溫時(shí)，計(jì)算AgCl飽和溶液中Ag+與Cl-的濃度。Ksp（AgCl）=1.0×10-10

3. 常溫時(shí)，某含AgCl沉淀懸濁液中，Cl-為 0.0100mol/L，求溶液中Ag+濃度。

【學(xué)生】閱讀課本，理解沉淀溶解平衡常數(shù)的定義并進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。

【實(shí)驗(yàn)探究4】沉淀溶解平衡常數(shù)的應(yīng)用：莫爾法測(cè)定溶液中Cl-含量。

【學(xué)生】

1. 閱讀莫爾法測(cè)定溶液中Cl-含量的方法及步驟，完成下列任務(wù)。

（1）通過(guò)計(jì)算，解釋剛開(kāi)始滴定時(shí)，為什么先析出AgCl？（設(shè)此時(shí)溶液中c（Cl-）=3×10-5mol/L，c（CrO2-4）=5×10-3mol/L）

（2）當(dāng)?shù)稳胍欢緼gNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液后，溶液中產(chǎn)生磚紅色沉淀，此時(shí)為滴定終點(diǎn)，試計(jì)算此時(shí)溶液中Ag+濃度;計(jì)算Cl-濃度并判斷Cl-是否完全沉淀？（已知：①滴定終點(diǎn)時(shí)溶液中c（CrO2-4）=3.0×10-3mol/L;②溶液中離子濃度小于1×10-5mol/L，可認(rèn)為該離子已完全沉淀）

2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)：測(cè)定未知濃度NaCl溶液中Cl-含量。

試劑：未知濃度氯化鈉溶液20mL（已滴加5%K2CrO4指示劑）、AgNO3標(biāo)準(zhǔn)液（0.0500mol/L）;

儀器：錐形瓶;酸式滴定管;燒杯;

莫爾法測(cè)定溶液中Cl-含量：用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)液潤(rùn)洗酸式滴定管，把AgNO3標(biāo)準(zhǔn)液注入潤(rùn)洗過(guò)的酸式滴定管，邊搖動(dòng)邊逐滴滴加AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液，滴定至剛出現(xiàn)淡磚紅色即為終點(diǎn)。

原理：滴定終點(diǎn)時(shí)c（Cl-）<1×10-5mol/L，Cl-完全沉淀，此時(shí)消耗nAg+=nCl-，通過(guò)c（Ag+）·V（Ag+）=c（Cl-）·V（Cl-）計(jì)算Cl-含量。

【課后拓展】利用莫爾法測(cè)定自來(lái)水中余氯含量是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

【設(shè)計(jì)意圖】進(jìn)行定量分析，明確沉淀先后順序與Ksp的關(guān)系及沉淀滴定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，滴定終點(diǎn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。讓學(xué)生知道溶液中的不同微粒結(jié)合生成沉淀時(shí)存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，沉淀先后順序與Ksp及濃度有關(guān)。促使學(xué)生形成科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)并養(yǎng)成科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任的核心素養(yǎng)。

五、 對(duì)基于核心素養(yǎng)“探究式學(xué)習(xí)”的反思

（一）以“真實(shí)情境中的生活問(wèn)題”為主線

真實(shí)情境及問(wèn)題不應(yīng)虛構(gòu)，應(yīng)是與生活或社會(huì)熱點(diǎn)相關(guān)，能引起學(xué)生興趣且有能力解決的問(wèn)題。有助于學(xué)生提高在實(shí)際情境中對(duì)知識(shí)提取、遷移和應(yīng)用的能力。設(shè)置的實(shí)驗(yàn)應(yīng)考慮探究過(guò)程中包含的知識(shí)需符合學(xué)生的邏輯和能力水平，體現(xiàn)知識(shí)遞進(jìn)性，符合知識(shí)的螺旋上升規(guī)律，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中重新整合和構(gòu)建認(rèn)知體系。

（二）用具體代替抽象

沉淀溶解平衡過(guò)程是一個(gè)抽象的概念，主要是微觀的粒子的行為導(dǎo)致宏觀現(xiàn)象的產(chǎn)生，利用AgCl的溶解平衡實(shí)驗(yàn)探究以及微觀粒子動(dòng)態(tài)示意圖，培養(yǎng)了學(xué)生的證據(jù)推理和模型認(rèn)知能力。

（三）層層遞進(jìn)，發(fā)展核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)的提出，對(duì)各個(gè)學(xué)科而言都是新課題，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)將是教育工作者的主要工作。在教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)結(jié)合化學(xué)學(xué)科固有的特點(diǎn)，注重宏微結(jié)合、運(yùn)用三種表征等方法，將核心素養(yǎng)融入課堂，培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力，提升學(xué)生的核心品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]官崇志.分析高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)模式[J].課程教育研究，2018（43）：157.

[2]楊虹.利用問(wèn)題情境在高中化學(xué)教學(xué)中開(kāi)展探究式學(xué)習(xí)的策略[J].高考，2020（28）：90+92.

[3]黃圣用.高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)模式分析[J].高考，2020（24）：66.

[4]胡珺晶.化學(xué)課上“講故事”——“沉淀的溶解平衡原理”教學(xué)實(shí)錄[J].化學(xué)教與學(xué)，2015（9）：48-51.

[5]劉韶音.硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的制備和水中氯離子含量的測(cè)定[J].化工管理，2014（8）：67-68.

作者簡(jiǎn)介：

梁嘉裕，廣東省廣州市，廣州市第二中學(xué)南沙天元學(xué)校。