全方位培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

朱藝敏

摘要：基于培養(yǎng)學(xué)生高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)要求，在“離子反應(yīng)”相關(guān)知識的教學(xué)過程中，以鐵門生銹這個生活中經(jīng)常遇到的情境作為引入點，巧妙創(chuàng)設(shè)一系列貼近生活的實際情境，全方位培養(yǎng)高中學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);課堂教學(xué);離子反應(yīng)

文章編號：1008-0546（2022）03x-0055-05??? 中圖分類號：G632.41??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03x.013

一、研究背景

根據(jù)教育部制定的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》，高中化學(xué)開設(shè)的課程要以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求來選取和組織課堂內(nèi)容、設(shè)定學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)知識向素養(yǎng)轉(zhuǎn)化[1]。在此背景下，很多教育工作者進(jìn)行了有意義的探索，并取得有價值的成果[2-7]，對后續(xù)的教學(xué)有很好的指導(dǎo)作用。

在高中化學(xué)課程中，涉及離子反應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容抽象性強(qiáng)，較難理解，需要記憶的內(nèi)容較多，不易記住，且容易記錯。但這部分知識在近年的高考全國卷和多個自主命題省份的高考題中均有考查，是必須攻克的知識難點之一。學(xué)習(xí)這部分知識需要靈活的思維和深刻的記憶，但很多普通高中學(xué)生（尤其是非重點高中的學(xué)生）在學(xué)習(xí)化學(xué)課程方面存在化學(xué)用語和化學(xué)名稱書寫不規(guī)范、邏輯思維能力不強(qiáng)、學(xué)習(xí)動力不足等問題，這就加大了“離子反應(yīng)”相關(guān)知識的教學(xué)難度。如何調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引領(lǐng)學(xué)生思考，加強(qiáng)書寫訓(xùn)練，是“離子反應(yīng)”相關(guān)知識教學(xué)的側(cè)重點。

本文就普通高中學(xué)生（尤其是非重點高中的學(xué)生）的學(xué)習(xí)特點，巧妙創(chuàng)設(shè)一系列貼近生活的實際情境，先引起學(xué)生共鳴，繼而引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，自主設(shè)計方案，分組討論確定最優(yōu)方案，在教師的引領(lǐng)下，在解決實際化學(xué)問題的過程中，一邊學(xué)習(xí)離子反應(yīng)相關(guān)知識，一邊全方位培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、教學(xué)設(shè)計

以鐵門生銹這個生活中經(jīng)常遇到的情境作為引入點，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入預(yù)設(shè)的情境，以學(xué)生所掌握的化學(xué)知識解決實際化學(xué)問題，并從中不知不覺地學(xué)習(xí)和領(lǐng)悟新知識，全方位培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。具體設(shè)計如下：

1.通過講解電鍍廢水含有污染物，需先處理后排放，以免污染環(huán)境這個事例，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的核心素養(yǎng)。

2.通過引領(lǐng)學(xué)生設(shè)計并評價各種處理酸性鍍銅廢水的方案，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的核心素養(yǎng)。

3.以演示實驗和動畫播放相結(jié)合的方式展示NaOH固體的溶解過程，培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨析與微觀探析”的核心素養(yǎng)。

4.通過引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會如何以實驗現(xiàn)象來判斷反應(yīng)的先后次序，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理”的核心素養(yǎng)。以動畫方式向?qū)W生展示NaOH固體中Na和OH的排列情況，讓學(xué)生了解NaOH固體的結(jié)構(gòu)模型，培養(yǎng)學(xué)生“模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。

5.通過對比不同化學(xué)反應(yīng)的速率，以及同一反應(yīng)在不同條件下的反應(yīng)速率，培養(yǎng)學(xué)生“變化觀念”的核心素養(yǎng)。分析Cu（OH）的溶與不溶，培養(yǎng)學(xué)生“平衡思想”的核心素養(yǎng)。

6.以一系列實際情境吸引學(xué)生的興趣，引領(lǐng)學(xué)生在各種情境中進(jìn)行有意義的探索，使學(xué)生在探索中不知不覺地學(xué)習(xí)知識，解決學(xué)生學(xué)習(xí)動力不足的問題。

7.通過布置一定量的課堂書寫練習(xí)，安排學(xué)生在黑板上書寫練習(xí)答案，并讓其他學(xué)生點評，以加強(qiáng)學(xué)生的化學(xué)用語和化學(xué)名稱的書寫訓(xùn)練。

8.高中化學(xué)的學(xué)習(xí)需要較強(qiáng)的邏輯思維能力，但很大一部分學(xué)生（尤其是非重點高中的學(xué)生）的邏輯思維能力欠佳。在課堂上，通過將問題簡化，增加提示，以及小組討論等方式，一步步引領(lǐng)學(xué)生思考和解決復(fù)雜的化學(xué)問題。

三、課堂教學(xué)實錄

1.情境引入

【教師】指著教室生銹的鐵門問：“同學(xué)們，這扇鐵門生銹了，你知道如何防止鐵門生銹嗎？”

【學(xué)生】刷油漆、改用不銹鋼……

【教師】改用不銹鋼成本高。咱們可以在鐵表面鍍一層銀，效果是差不多的。你知道鎮(zhèn)是怎樣鍍在鐵的表面嗎？

【學(xué)生】不知道。

【教師】可以用“電鍍”這種方法。以前在咱們學(xué)校附近有一個電鍍工業(yè)區(qū)，工業(yè)區(qū)內(nèi)有不少電鍍廠。但在電鍍過程中會產(chǎn)生大量酸性廢水，如果這些廢水未經(jīng)處理就直接排放，有沒有問題呢？

【學(xué)生】會污染周圍環(huán)境。

【教師】后來政府在距離咱們學(xué)校40公里左右的崖門鎮(zhèn)設(shè)立電鍍基地，把這附近的電鍍廠都搬去那里，然后把所有電鍍廠排放的廢水集中處理，利用化學(xué)方法把廢水中的污染物去除，避免廢水污染環(huán)境。

設(shè)計意圖：青少年一般很少留意身邊的工廠企業(yè)，通過創(chuàng)設(shè)電鍍工業(yè)及其廢水處理的實際情境，既能增加學(xué)生對本市工業(yè)的認(rèn)識，開闊眼界，更能培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的核心素養(yǎng)。

2.提出問題

【教師】同學(xué)們，你知道怎樣處理酸性廢水嗎？

【學(xué)生】不知道！

【教師】舉個例子，鍍銅過程中會產(chǎn)生酸性廢水，廢水中含有HSO和CuSO，酸性廢水會污染土壤和水體，應(yīng)該怎樣去除廢水的酸性呢？

【學(xué)生1】用NaOH中和。

【學(xué)生2】用熟石灰中和。

【學(xué)生3】用KOH中和。

【學(xué)生4】用堿中和就行。

【教師】不錯。請大家分別寫出NaOH、Ca（OH）、KOH與HSO反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【全體學(xué)生】書寫化學(xué)反應(yīng)方程式。

【教師】查看學(xué)生書寫情況。有些學(xué)生書寫的化學(xué)反應(yīng)方程式?jīng)]有配平，有些學(xué)生書寫潦草，字母“a”寫成“u”，字母“H”寫成“и”，等等。教師一一指出。

【教師】這三種堿中，哪一種最好？大家可從兩個方面來綜合考慮。第一個方面是堿的價格，也就是從成本考慮，據(jù)化學(xué)試劑網(wǎng)站查到的價格，NaOH是42元/kg，Ca（OH）是40元/kg，KOH是49元/kg。第二個方面是生成物是否容易去除。請大家分組討論。

【小組1】從成本上考慮，KOH最貴，暫不考慮。

【小組2】在生成物是否容易去除方面，Ca（OH）與HSO反應(yīng)生成CaSO和HO，根據(jù)書本附錄的溶解性表，CaSO微溶于水，只需過濾就能去除，而NaOH與HSO反應(yīng)生成NaSO和HO，NaSO可溶于水，不容易去除。從這方面考慮，應(yīng)該選Ca（OH）。

【小組3】Ca（OH）本身是微溶的，就算加多了也可以通過過濾去除。

設(shè)計意圖：通過提出怎樣處理酸性廢水的問題，引導(dǎo)學(xué)生從兩個方面積極思考和討論，第一個方面是關(guān)于經(jīng)濟(jì)成本的比較，經(jīng)濟(jì)成本這方面很貼合日常生活，可使教學(xué)貼近生活，容易引起學(xué)生的共鳴。第二個方面是可操作性的考慮，通過評價不同的方案，優(yōu)選出最佳方案，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的核心素養(yǎng)。

3.引入新課

【教師】大家知道酸和堿在溶液中是怎樣反應(yīng)的嗎？

咱們以NaOH溶液和鹽酸反應(yīng)為例來說明。在此之前，咱們先了解一下NaOH固體溶于水的過程。

【教師演示】把NaOH固體放入水中，靜置，NaOH固體逐漸變小，最后消失。

【教師】同學(xué)們，這是我們觀察到的現(xiàn)象。但從微觀上考察，又是怎樣的呢？請同學(xué)們觀看動畫。

【教師】播放NaOH固體在水中溶解過程的動畫。

【學(xué)生1】原來NaOH是這個模樣的。

【學(xué)生2】我終于知道固體是怎么溶解的！

設(shè)計意圖：通過動畫展示，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識到，NaOH固體是由Na和OH交替堆積而成，NaOH固體放入水中后，水分子與NaOH固體中的Na和OH作用，使Na和OH分別變成水合Na和水合OH，這兩種水合離子不斷擴(kuò)散到水中，從而使NaOH固體不斷變小，最后消失。這個教學(xué)過程，以演示實驗展示宏觀的實驗現(xiàn)象，再以動畫視頻展示微觀的粒子變化，宏微結(jié)合，可培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨析與微觀探析”的核心素養(yǎng)。此外，向?qū)W生展示NaOH固體中Na和OH的排列情況，讓學(xué)生了解NaOH固體的結(jié)構(gòu)模型，培養(yǎng)學(xué)生“模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。

4.講授基本概念

【教師】NaOH固體溶于水后，離解成Na和OH，這個過程稱為電離，在水中能發(fā)生電離的化合物稱為電解質(zhì)。大家聽說過電解質(zhì)嗎？

【學(xué)生1】在電視廣告上聽過。

【學(xué)生2】某知名品牌的飲料中就含有電解質(zhì)，可補(bǔ)充體液。

【教師】拿出一瓶某品牌的飲料，說：“同學(xué)們，這瓶飲料的成分表中寫著含有電解質(zhì)?！闭f完，教師把飲料瓶遞給學(xué)生。

【學(xué)生】第一個學(xué)生看完后傳給后面的學(xué)生，學(xué)生逐一查看。

【教師】大家也順便查看一下這瓶飲料還含有什么物質(zhì)。

設(shè)計意圖：通過指引學(xué)生查看飲料成分表，使學(xué)生了解自己日常生活中所喝的飲料含有什么化學(xué)物質(zhì)。有利于將化學(xué)融入生活。

【教師】現(xiàn)在咱們知道在水中能發(fā)生電離的化合物稱為電解質(zhì)，但有些化合物溶于水后不能發(fā)生電離，這樣的化合物稱作什么？

【學(xué)生】既然能電離的化合物叫電解質(zhì)，那么不能電離的化合物應(yīng)該叫“非電解質(zhì)”。

【教師】對了！蔗糖、乙醇等化合物都屬于非電解質(zhì)。還有一個問題，NaOH固體溶于水后，全部電離成Na和OH，這樣的電解質(zhì)稱為強(qiáng)電解質(zhì)。但有些電解質(zhì)溶于水后，只有其中一部分發(fā)生電離，這樣的化合物又稱作什么呢？

【學(xué)生】既然全部電離的化合物叫強(qiáng)電解質(zhì)，那么部分電離的化合物應(yīng)該叫“弱電解質(zhì)”。

【教師】醋酸和磷酸就屬于弱電解質(zhì)。

【教師】咱們現(xiàn)在小結(jié)一下。在黑板上板書（板書內(nèi)容見圖1）。

設(shè)計意圖：應(yīng)用樹狀分類法對化合物進(jìn)行分類，方便學(xué)生區(qū)分和記憶。

【教師】氯化氫溶于水后，會全部發(fā)生電離，生成H和Cl，那么氯化氫屬于上述哪一類物質(zhì)？

【學(xué)生】強(qiáng)電解質(zhì)。

【教師】對！

設(shè)計意圖：現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用。

【教師】咱們再回到NaOH溶液與鹽酸的反應(yīng)上來。NaOH溶液中含有Na和OH，鹽酸中含有H和Cl，把這兩種溶液混合，相當(dāng)于把這四種離子混合，會生成什么物質(zhì)呢？

【學(xué)生】生成NaCl和水。

【教師】但同學(xué)們再想想，NaCl也能溶于水，溶解后也能全部電離，得到Na和Cl，所以原來溶液中的Na和Cl相當(dāng)于沒有發(fā)生反應(yīng)。發(fā)生反應(yīng)的其實是H和OH。

板書：H+OH===HO。

【教師】咱們可以用H+OH===HO這個式子來表示NaOH溶液與HCl混合后發(fā)生的反應(yīng)。這個式子稱為該反應(yīng)的離子方程式。如果將NaOH換成KOH，

發(fā)生的反應(yīng)相同嗎？請大家寫出KOH溶液與HCl反應(yīng)的離子方程式。

【學(xué)生1】發(fā)生的反應(yīng)相同，同樣是H與OH反應(yīng)。

【學(xué)生2】離子方程式同樣是H+OH===HO。

【全體學(xué)生】書寫離子方程式：H⁺+OH===HO。

5.回歸問題

【教師】咱們繼續(xù)回到酸性鍍銅廢水的處理上。廢水的酸性中和了，但還有CuSO沒處理，咋辦呢？如果咱們用NaOH溶液來處理廢水，除了可中和廢水的酸性，還有什么作用呢？

【學(xué)生】NaOH也可與CuSO反應(yīng)，生成Cu（OH）和NaSO，這樣就可以把CuSO也一并除去。

【教師】在NaOH與CuSO反應(yīng)的過程中，從生成物分析，實際起反應(yīng)的是什么離子？

【學(xué)生】生成物之一的NaSO是可溶的，溶解后電離出Na和SO，所以實際起反應(yīng)的是Cu和OH。

【教師】這個反應(yīng)的離子方程式咋寫呢？哪位同學(xué)上黑板來寫一寫。

【學(xué)生1】在黑板上寫：Cu+OH===Cu（OH）

【教師】寫得對嗎？

【學(xué)生2】沒有配平。

【學(xué)生3】Cu（OH）是沉淀，應(yīng)該加沉淀符號。寫成這樣才對：Cu+2OH===Cu（OH）↓

【教師】沒有配平，或者是漏寫氣體或沉淀符號，都是書寫離子方程式時的常見錯誤，大家要注意。

離子方程式就是以實際參與反應(yīng)的離子符號來表示的式子。上面提到的反應(yīng)，實際參與反應(yīng)的都是離子。咱們就把有離子參與或有離子生成的反應(yīng)稱為離子反應(yīng)。

【學(xué)生】怎么知道發(fā)生了離子反應(yīng)呢？

【教師】如果反應(yīng)中生成沉淀、氣體、水或其它弱電解質(zhì)時，就能發(fā)生離子反應(yīng)。例如NaOH溶液與鹽酸的反應(yīng)，以及NaOH與CuSO的反應(yīng)，生成物分別含有水和Cu（OH）沉淀，所以都發(fā)生了離子反應(yīng)。

設(shè)計意圖：再次以酸性鍍銅廢水處理的情境，引出其他類型的離子反應(yīng)，并總結(jié)離子反應(yīng)的定義，以及離子反應(yīng)發(fā)生的條件，便于學(xué)生歸納。此外，很多普通高中學(xué)生（尤其是非重點高中的學(xué)生）化學(xué)基礎(chǔ)不夠扎實，不注意化學(xué)方程式書寫的細(xì)節(jié)，讓學(xué)生到黑板上書寫，便于發(fā)現(xiàn)問題，及時糾正，引起全班同學(xué)的注意。

【教師】假如咱們用NaOH溶液來處理酸性鍍銅廢水，NaOH是先與HSO反應(yīng)還是先與CuSO反應(yīng)？根據(jù)什么現(xiàn)象來判斷？大家分組討論一下。

【小組1】如果NaOH先與CuSO反應(yīng)，那么，當(dāng)加入NaOH溶液后，立刻有藍(lán)色的Cu（OH）沉淀生成。

【小組2】如果加入一定量的NaOH溶液后才開始有Cu（OH）沉淀生成，則說明NaOH先與HSO反應(yīng)，當(dāng)HSO消耗完后再與CuSO反應(yīng)。

【教師】咱們現(xiàn)在通過實驗來驗證一下。

【教師】演示實驗：將NaOH溶液逐滴加入盛有HSO與CuSO混合溶液的試管中并震蕩（NaOH、HSO和CuSO的濃度均為0.1mol/L）。在加入NaOH溶液的初期，無明顯現(xiàn)象，當(dāng)加入一定量的NaOH溶液后，開始出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，隨著NaOH溶液的加入，藍(lán)色沉淀不斷增多，但增多至一定量后不再增多。

【教師】現(xiàn)在咱們得出的結(jié)論是……

【全體學(xué)生】NaOH先與HSO反應(yīng)，后與CuSO反應(yīng)。

設(shè)計意圖：通過向?qū)W生提出NaOH是先與HSO 反應(yīng)還是先與CuSO反應(yīng)的問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生提出假設(shè)，并通過實驗來證實或證偽，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理的核心素養(yǎng)。

【教師】用NaOH溶液來處理酸性鍍銅廢水，廢水中的Cu是否能完全生成Cu（OH）沉淀呢？Cu真的能完全除去嗎？

【學(xué)生】可能吧。

【教師】雖然溶解性表中標(biāo)示Cu（OH）不溶于水，但并不代表它一點都不溶，怎么也會溶一點，只不過它的溶解度太小，只有1.7×10g，咱們把它歸屬到不溶物而已。

設(shè)計意圖：通過分析Cu（OH）的溶與不溶，讓學(xué)生認(rèn)識到某些化學(xué)反應(yīng)是有一定限度的，從而培養(yǎng)學(xué)生平衡思想的核心素養(yǎng)。

【教師】用NaOH溶液來處理酸性鍍銅廢水，當(dāng)加入NaOH溶液后，要等多久才反應(yīng)完呢？

【學(xué)生】應(yīng)該很快。因為把NaOH溶液加入到CuSO溶液中，馬上就有藍(lán)色的Cu（OH）沉淀出現(xiàn)，說明反應(yīng)很快。

【教師】NaOH不論是與CuSO反應(yīng)還是與HSO 反應(yīng)，反應(yīng)速率都很快，一眨眼就反應(yīng)完全。但是有些反應(yīng)卻很慢。比如說，鋼鐵在空氣中生銹，就是一個緩慢的反應(yīng)過程。大家看看咱們教室的鐵門，它的生銹需要幾個月甚至幾年。此外，根據(jù)咱們的生活經(jīng)驗，鐵門是在潮濕的地方容易生銹還是在干燥的地方容易生銹？

【學(xué)生】在潮濕的地方容易生銹。

【教師】對于鋼鐵生銹這個反應(yīng)，不同的條件下，反應(yīng)速率不同。

【學(xué)生】那咱們以后不要把鐵門弄濕，它的生銹就會慢些。

【教師】同學(xué)們，沙漠地區(qū)氣候干燥，而廣東位處沿海地區(qū)，雨天多，空氣較潮濕。所以咱們學(xué)校的鐵門比沙漠地區(qū)的鐵門更容易生銹。

另外，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快。鐵門的生銹是夏天快些還是冬天快些？

【學(xué)生】當(dāng)然是夏天。

設(shè)計意圖：通過對比不同化學(xué)反應(yīng)的速率，使學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)反應(yīng)有一定速率，而且速率是可以調(diào)控的。引導(dǎo)學(xué)生從空氣的濕度和溫度這兩個方面來分析鋼鐵生銹這個化學(xué)變化，解決如何減慢鐵門生銹這個簡單的實際問題，培養(yǎng)學(xué)生變化觀念的核心素養(yǎng)。

四、教學(xué)反思

本節(jié)課從鐵門生銹這個日常生活中學(xué)生熟悉的情境出發(fā)，巧妙設(shè)計真實情境和問題，有效吸引學(xué)生的興趣，既全方位培養(yǎng)了學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，也使學(xué)生加深了對離子反應(yīng)相關(guān)知識的印象，提高了學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性，糾正了學(xué)生在書寫化學(xué)用語時的一些常見錯誤，收到較滿意的教學(xué)效果。

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