樹立證據(jù)推理意識(shí) 培養(yǎng)高階思維能力——以“鹽類水解”單元復(fù)習(xí)片段為例

安徽 曹 君

高中教學(xué)的目的是培育學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，學(xué)科核心素養(yǎng)是指學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需要的必備品格和關(guān)鍵能力。新一輪課程改革在新高考改革的引領(lǐng)下如火如荼的進(jìn)行著，很多化學(xué)高考題需要學(xué)生解決真實(shí)情境中的實(shí)際問題，從而讓學(xué)生由傳統(tǒng)的解題變?yōu)榻鉀Q問題，迫使高中教學(xué)的改變，在課堂上除了知識(shí)的傳授之外，更要培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。設(shè)計(jì)大單元教學(xué)，通過挑戰(zhàn)性的主題復(fù)習(xí)，使學(xué)生從開始學(xué)習(xí)時(shí)掌握的單個(gè)知識(shí)點(diǎn)，組成線，形成面，從而形成知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，使學(xué)生從單點(diǎn)思維、多點(diǎn)思維等低階思維水平上升至多點(diǎn)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平，甚至培養(yǎng)學(xué)生思維拓展等高階思維能力，從而讓學(xué)生真正掌握必備知識(shí)，具備解決實(shí)際問題的關(guān)鍵能力。教科書及教輔上不缺少結(jié)論，但缺少論證的過程；不缺少實(shí)驗(yàn)習(xí)題，但缺少實(shí)驗(yàn)具體操作。反應(yīng)原理中有很多概念，學(xué)生們?nèi)菀酌允?，故筆者以復(fù)習(xí)鹽類水解時(shí)學(xué)生們?nèi)菀谆煜膬蓚€(gè)挑戰(zhàn)性問題作為主題進(jìn)行教學(xué)，通過帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行探究、論證，從而促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在課堂落地生根。

一、培養(yǎng)證據(jù)推理意識(shí)，形成關(guān)聯(lián)性思維

學(xué)生在學(xué)習(xí)水解相關(guān)理論時(shí)，對(duì)溶液體系的核心知識(shí)的掌握是零散的，學(xué)生的思維也是處于單點(diǎn)思維階段，在遇到問題時(shí)，往往顧此失彼。在復(fù)習(xí)到溫度對(duì)鹽類水解的影響時(shí)，學(xué)生們往往僅會(huì)考慮溫度對(duì)水溶液中的弱酸陰離子或弱堿陽(yáng)離子水解的影響，很難關(guān)聯(lián)起溫度對(duì)水的電離即水的離子積的影響，為此筆者提出一個(gè)問題：溫度升高時(shí)，Na2CO3溶液的pH如何變化？

圖1 1.0 mol·L-1碳酸鈉溶液pH隨溫度變化曲線

通過學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，可得到與圖1類似的圖像，如果沒有辦法完成該實(shí)驗(yàn)，可以直接以信息的形式給學(xué)生展示圖1。從圖中可以看見溶液的pH先增大后減小，并不是隨著溫度的升高而一直增大。圖像沖擊了學(xué)生固有的思維模式，學(xué)生對(duì)以往記憶中“越熱越水解”產(chǎn)生了質(zhì)疑，通過小組討論，學(xué)生得出在該溶液中除了碳酸鈉的水解對(duì)溶液pH有影響之外，還有一個(gè)重要的因素，就是溫度對(duì)水的電離常數(shù)的影響，這兩個(gè)因素學(xué)生都已掌握，但是在處理問題時(shí)，學(xué)生思維可能還是停留在單點(diǎn)思維階段，不能相互關(guān)聯(lián)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，學(xué)生們可以發(fā)現(xiàn)溫度升高時(shí)，溶液pH并不是一定升高，從而引導(dǎo)學(xué)生更深層次的思考問題，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理的意識(shí)。學(xué)生通過碳酸鈉濃溶液中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象理解了溫度與pH的關(guān)系之后，其稀溶液中pH隨溫度如何變化呢？筆者設(shè)計(jì)了如下習(xí)題檢測(cè)學(xué)生復(fù)習(xí)的效果，訓(xùn)練其思維能力。

【練習(xí)1】對(duì)0.10 mol·L-1的碳酸鈉溶液加熱，利用傳感器測(cè)定溶液的溫度和pH，結(jié)果如圖2所示，下列對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析不正確的是

圖2 0.1 mol·L-1碳酸鈉溶液pH隨溫度變化曲線

( )

B.隨著溫度升高，溶液中c(OH-)先增大后減小

D.溶液pH減小的原因是：加熱促進(jìn)水的電離，Kw隨溫度升高而增大

【答案】B

根據(jù)對(duì)上述兩個(gè)圖像的分析，可以得出碳酸鈉溶液的pH受多個(gè)因素影響，如果僅以溶液pH的大小來判斷碳酸鈉的水解程度是不科學(xué)的。碳酸鈉溶液中的情況學(xué)生們已經(jīng)清楚知道了，其他的強(qiáng)堿弱酸鹽水溶液的pH隨溫度如何變化呢？圖3是1.0 mol·L-1醋酸鈉溶液的pH隨溫度變化的曲線：

圖3 1.0 mol·L-1醋酸鈉溶液pH隨溫度變化曲線

醋酸鈉溶液的pH隨溫度的升高逐漸減小，可以讓學(xué)生思考，曲線為何呈現(xiàn)圖3中的變化趨勢(shì)。綜上，我們可以得出強(qiáng)堿弱酸鹽的水溶液在溫度升高時(shí)，弱酸陰離子水解程度增大，溶液中氫氧根濃度在增大，但水的離子積常數(shù)也在增大，且溶液中氫離子濃度也在增大，所以無法確定溶液pH的變化情況。對(duì)于溶液顯酸性的強(qiáng)酸弱堿鹽溶液來說，升溫的結(jié)果一定導(dǎo)致其pH變小。因?yàn)椋谠撊芤褐胁辉儆兴碾x子積變化的干擾，升溫對(duì)水解平衡常數(shù)及弱堿陽(yáng)離子的水解程度的影響是一致的，都有利于使溶液中氫離子濃度的增大使溶液pH減小。如果學(xué)生能自己分析得出結(jié)論，說明學(xué)生的思維層次進(jìn)入到了思維拓展這一個(gè)高階階段。

通過挑戰(zhàn)性的問題及數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)生提高思維的深度。學(xué)生不會(huì)再簡(jiǎn)單地說水解程度越大，溶液pH就增大或減小，而是綜合分析溫度對(duì)鹽類水解及水的電離的影響程度再得出結(jié)論，具體結(jié)果可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，或者理論計(jì)算得出，從而培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理意識(shí)。

二、培養(yǎng)模型認(rèn)知能力，形成辯證性思維

【實(shí)驗(yàn)】

量取 3 mL 1 mol·L-1FeCl3溶液于試管中，逐滴加入1.0 mol·L-1Na2SO3溶液。試管中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為：溶液由橘黃色變?yōu)榧t褐色并有沉淀生成，振蕩后沉淀消失，繼續(xù)滴加Na2SO3溶液，溶液顏色加深，放置一小時(shí)后溶液變?yōu)榫G色(為了課堂安排的更緊湊，通過錄像播放了提前做過的該實(shí)驗(yàn)視頻，本節(jié)課結(jié)束時(shí)溶液已基本變?yōu)榫G色)。

該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象沖擊了學(xué)生的認(rèn)知體系，幫助學(xué)生調(diào)用起氧化還原思維模型，氯化鐵具有氧化性，亞硫酸鈉既有氧化性又有還原性。在本實(shí)驗(yàn)中，開始有沉淀，振蕩后沉淀消失，最后試管中溶液變?yōu)榫G色，說明FeCl3溶液與Na2SO3混合時(shí)，存在雙水解，同時(shí)因氯化鐵顯氧化性、亞硫酸鈉顯還原性，而發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，兩個(gè)反應(yīng)存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。反應(yīng)開始階段水解占有優(yōu)勢(shì)，是因?yàn)槿芤褐须x子發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)時(shí)活化能比較低，從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度看，由反應(yīng)開始時(shí)可見紅褐色沉淀生成可知，水解反應(yīng)速率較快，氧化還原反應(yīng)活化能要大得多，反應(yīng)速率一般比較??；但從反應(yīng)熱力學(xué)角度看，溶液最終呈綠色則證明氧化還原反應(yīng)的趨勢(shì)更大。通過實(shí)驗(yàn)探究得到的宏觀現(xiàn)象找到證據(jù)，進(jìn)一步思考微觀分析沉淀為什么會(huì)溶解，溶液為什么會(huì)變成綠色，最后可以用離子方程式表征出整個(gè)過程中離子間可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

類似的氧化還原與水解反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)的反應(yīng)還有很多，比如常見的物質(zhì)硫化鈉溶液與氯化鐵溶液混合后，滴加的先后順序不同，量不同，得到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不相同，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生改變二者的濃度，改變加入先后順序，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，通過反應(yīng)條件的改變，使化學(xué)反應(yīng)向我們期望的方向進(jìn)行，讓學(xué)生知道化學(xué)反應(yīng)是可以調(diào)控的，幫助其形成辯證性思維，防止學(xué)生出現(xiàn)非黑即白地看待問題。

在高三一輪復(fù)習(xí)時(shí)，各位教師應(yīng)打破模塊之間的壁壘，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)。要抓住知識(shí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，了解學(xué)生學(xué)習(xí)的盲點(diǎn)和思維障礙，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理安排，設(shè)計(jì)出真實(shí)性、趣味性、探究性、開放性的問題，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，促進(jìn)高階思維的形成。通過大單元教學(xué)，向綜合性、信息性、實(shí)驗(yàn)性的方向轉(zhuǎn)變。依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，設(shè)計(jì)一系列有層次的挑戰(zhàn)性問題，引導(dǎo)學(xué)生深度思考，并通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生尋找證據(jù)和解釋證據(jù)的能力，建立起解決相關(guān)問題的模型，不斷修正并優(yōu)化模型，從而解決實(shí)際生產(chǎn)及生活中遇到的真正的問題，或解釋問題能趨近問題的本質(zhì)。這正是本輪高考改革和課程改革的呼喚。