基于“模型認(rèn)知”素養(yǎng)導(dǎo)向的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

姬麗娜

【內(nèi)容摘要】本文以“沉淀型離子反應(yīng)”教學(xué)為例，以高一學(xué)生作為教學(xué)對(duì)象，從溶解度角度出發(fā)，設(shè)計(jì)教學(xué)案例，分析以碳酸鈣、氫氧化鈣、碳酸氫鈉三種物質(zhì)為代表的難溶物、微溶物、可溶物的沉淀反應(yīng)，定性建構(gòu)模型，利用模型幫助學(xué)生建立“宏觀辨識(shí)與微觀探析”之間的橋梁，使學(xué)生對(duì)沉淀型的離子反應(yīng)有本質(zhì)上的理解，從而提升化學(xué)核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】模型認(rèn)知沉淀溶解度離子反應(yīng)宏觀微觀

一、問題的提出

化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)性質(zhì)及其變化的科學(xué)，原子、分子不可見，化學(xué)客觀規(guī)律、物質(zhì)性質(zhì)及其變化的解釋亦十分抽象，學(xué)生通常無法為宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與符號(hào)搭起聯(lián)系的橋梁，或者只是記憶特定表征形式所建構(gòu)的化學(xué)理論、實(shí)驗(yàn)的結(jié)果以及特定的化學(xué)反應(yīng)，這種割裂的、片段式的學(xué)習(xí)無法統(tǒng)整與理解化學(xué)符號(hào)與宏觀現(xiàn)象的關(guān)聯(lián)[1]。宏觀與微觀的聯(lián)系是化學(xué)學(xué)科最具特征的思維方式，“宏觀辨識(shí)與微觀探析”也正是化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)要求之一，這就要求執(zhí)教者有意識(shí)的幫助學(xué)生在課堂中滲透。

二、化學(xué)模型的認(rèn)識(shí)

高中化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)其中之一“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”，而模型是指人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)化的描述。這種描述可以是定性的（如對(duì)原子結(jié)構(gòu)的描述），也可以是定量的（如PV=nRT）。有的借助于具體的實(shí)物來描述（如分子結(jié)構(gòu)的球棍模型），有的則通過抽象的形式（如符號(hào)、文字、公式等）來描述[2]?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017版）中對(duì)“模型認(rèn)知”是這樣要求的：“知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，解釋現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，形成化學(xué)學(xué)科的思想和方法?！盵3]本文以“沉淀型離子反應(yīng)”教學(xué)為例，重新整合教材，在課堂中滲透核心素養(yǎng)要求，幫助學(xué)生自主構(gòu)建定性的思維模型，建立“宏觀辨識(shí)與微觀探析”之間的聯(lián)系。

三、教學(xué)背景

“離子反應(yīng)”是高一化學(xué)必修課程中的重要內(nèi)容之一，是高一年級(jí)學(xué)生建立微觀和宏觀之間的重要橋梁，而離子方程式正是對(duì)宏觀現(xiàn)象的微觀符號(hào)表征。

以往的教學(xué)中，老師往往給了學(xué)生一些簡(jiǎn)單的識(shí)記方法，比如離子反應(yīng)發(fā)生的條件之一產(chǎn)生沉淀。從教學(xué)現(xiàn)狀看，但大部分學(xué)生只是記住溶解性，并未對(duì)這一條件進(jìn)行深入思考和理解。高一大部分學(xué)生甚至高二的學(xué)生對(duì)離子反應(yīng)的學(xué)習(xí)僅停留在對(duì)反應(yīng)發(fā)生條件記憶的階段，對(duì)本質(zhì)的理解并不透徹且有一定困難，因此當(dāng)遇到某些微溶物甚至可溶物沉淀時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生困惑，無法將現(xiàn)象與符號(hào)表征準(zhǔn)確地聯(lián)系在一起。基于此，本節(jié)課通過模型建構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐，幫助學(xué)生建立起宏觀現(xiàn)象與微觀活動(dòng)之間的橋梁。

四、教學(xué)思路和目標(biāo)

1.教學(xué)思路

本節(jié)課融合建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)思想，以5E教學(xué)模式為主要策略，對(duì)難溶物、微溶物、可溶物分別產(chǎn)生沉淀的過程進(jìn)行整合，幫助學(xué)生初步建立模型，從微觀層面分析宏觀現(xiàn)象，將宏觀現(xiàn)象與微觀活動(dòng)聯(lián)系起來。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生由已有認(rèn)知難溶物沉淀導(dǎo)入，思考微溶物沉淀情況，初步建立定性模型，應(yīng)用于解釋可溶物產(chǎn)生沉淀的情況。并對(duì)教材資料進(jìn)行整合，拓寬學(xué)生視野，用模型解釋工業(yè)生產(chǎn)過程中的相關(guān)問題。

2.教學(xué)目標(biāo)

（1）通過情境創(chuàng)建，感受我國(guó)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷程，了解侯德榜先生的重要的化學(xué)貢獻(xiàn)，感受化學(xué)工業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要作用。

（2）通過分析假設(shè)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證向CaCl2溶液中逐滴加入NaOH溶液的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，初步建立宏觀認(rèn)識(shí)和微觀探析之間的橋梁。

（3）通過CaCl2溶液與NaOH溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推測(cè)和驗(yàn)證，初步建立沉淀型離子反應(yīng)條件的模型，并應(yīng)用于解釋可溶物產(chǎn)生沉淀的離子反應(yīng)。

3.評(píng)價(jià)目標(biāo)

（1）通過對(duì)CaCl2溶液與NaOH溶液反應(yīng)的現(xiàn)象的推測(cè)以及依據(jù)的說明，發(fā)展學(xué)生微觀探析和宏觀辨識(shí)之間聯(lián)系的能力。

（2）通過碳酸鈉溶液中通入CO2現(xiàn)象的分析以及化學(xué)方程式的書寫，診斷并發(fā)展學(xué)生建立模型的水平，發(fā)展學(xué)生用微觀探析預(yù)測(cè)宏觀現(xiàn)象的能力。

（3）通過侯氏制堿法原理的分析，以及化學(xué)方程式的書寫，診斷并發(fā)展學(xué)生應(yīng)用模型的水平。

五、教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

1.認(rèn)知沖突，引發(fā)思考

侯德榜先生與侯氏制堿法原理介紹，由氯化鈉制備碳酸氫鈉，思考：是否是離子反應(yīng)，離子反應(yīng)發(fā)生的條件是什么？

舉例回顧離子反應(yīng)發(fā)生的條件，其中之一是生成難溶物。

那么微溶物、可溶物是否也會(huì)發(fā)生類似的反應(yīng)？

[設(shè)計(jì)意圖]

從學(xué)生較為熟悉書本材料切入，由氯化鈉制備碳酸氫鈉，引導(dǎo)學(xué)生思考這個(gè)反應(yīng)發(fā)生的條件，在學(xué)生的認(rèn)知中碳酸氫鈉是易溶的物質(zhì)，與已有知識(shí)“離子反應(yīng)條件之一生成難溶物”這一認(rèn)知有所沖突，引發(fā)學(xué)生的思考，重新思考離子反應(yīng)的本質(zhì)。

2.初建模型

[問題討論]向CaCl2溶液中逐滴加入NaOH溶液，現(xiàn)象？

生甲：有沉淀。

生乙：無沉淀。

[實(shí)驗(yàn)1]甲乙兩生分別上臺(tái)演示實(shí)驗(yàn)。

結(jié)果甲無沉淀，乙有沉淀。全班嘩然。

提示：仔細(xì)看試劑瓶，所用試劑有何區(qū)別？

生甲：我用的是0.01mol/L。

生乙：我用的是1mol/L。

剖析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

乙（有沉淀）陳述：存在微粒？混合后情況？離子濃度變化？是否發(fā)生離子反應(yīng)？

書寫離子方程式。

甲（無沉淀）陳述：存在微粒？混合后情況？離子濃度變化？是否發(fā)生離子反應(yīng)？原因？

[歸納]微溶物作為產(chǎn)物的離子反應(yīng)發(fā)生的條件。

【初建模型】微溶物：當(dāng)溶液中某些離子濃度超過對(duì)應(yīng)物質(zhì)的溶解程度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生沉淀，即發(fā)生離子反應(yīng)。

[設(shè)計(jì)意圖]

高一學(xué)生的認(rèn)知中，難溶物是沉淀，符合離子反應(yīng)發(fā)生的條件之一，但是對(duì)于微溶物的離子方程式書寫并不清晰，究其原因還是對(duì)離子反應(yīng)本質(zhì)的理解不到位。此處用實(shí)驗(yàn)證明，即使物質(zhì)相同，微觀粒子的濃度不同，得到的宏觀現(xiàn)象也可能會(huì)不同，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到宏觀與微觀直接的聯(lián)系，同時(shí)初步建立起模型。甲乙學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)時(shí)安排與他們自己推測(cè)結(jié)果不同的實(shí)驗(yàn)組，引發(fā)思考，對(duì)離子反應(yīng)條件有深入的理解。

3.模型加工

[問題討論2]

（1）向稀的碳酸鈉溶液中通入CO2，寫出離子方程式。

（2）向飽和的碳酸鈉溶液中通入CO2，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？

[實(shí)驗(yàn)2]向充滿二氧化碳的礦泉水瓶中滴加飽和碳酸鈉溶液，迅速密封，并充分振蕩，觀察并解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[學(xué)生活動(dòng)]寫出實(shí)驗(yàn)2結(jié)晶過程的離子方程式？

[歸納]可溶物作為產(chǎn)物的離子反應(yīng)發(fā)生的條件。

[模型加工]可溶物：當(dāng)溶液中某些離子濃度超過對(duì)應(yīng)物質(zhì)的溶解程度時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生沉淀，即發(fā)生離子反應(yīng)。

[設(shè)計(jì)意圖]選用碳酸鈉制備碳酸氫鈉沉淀的實(shí)驗(yàn)，為解決開課情境中的問題做好鋪墊。碳酸氫鈉是一種易溶物質(zhì)，設(shè)計(jì)不同濃度下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得到現(xiàn)象不同，引發(fā)學(xué)生對(duì)沉淀型離子反應(yīng)條件本質(zhì)的再思考。有了前面微溶物模型的建立，對(duì)易溶物沉淀的現(xiàn)象的解釋相對(duì)容易，對(duì)模型的再加工和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，也幫助學(xué)生更好地理解了沉淀型離子反應(yīng)的本質(zhì)。相同物質(zhì)的反應(yīng)，離子方程式卻不同，現(xiàn)象也不同，也就意味著微觀活動(dòng)不同，導(dǎo)致宏觀現(xiàn)象不同，通過微觀探析和宏觀驗(yàn)證，幫助學(xué)生建立起宏觀現(xiàn)象和微觀活動(dòng)之間的聯(lián)系。

4.解決問題

還原情境。侯氏制堿法：向飽和NaCl溶液中通入氨氣，再通入過量的CO2，其反應(yīng)方程式為：NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl

2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O

給出Na2CO3、NaCl、NH4HCO3、NaHCO3、NH4Cl、NaOH等物質(zhì)的溶解度，設(shè)計(jì)問題：

（1）NaCl溶液為什么要飽和？

（2）將二氧化碳通入氨的氯化鈉飽和溶液中，如果沒有NH3，直接通CO2會(huì)得到沉淀嗎？

（3）請(qǐng)寫出沉淀過程的離子方程式。

（4）NaOH溶解度大，能夠提供濃度較大的Na+，CO2又能和OH-反應(yīng)得到HCO3-，為什么不選？

（5）通二氧化碳先產(chǎn)生的是Na2CO3，為什么要先得到NaHCO3，而不是直接獲得Na2CO3？

[設(shè)計(jì)意圖]通過一系列的問題思考，引導(dǎo)學(xué)生利用已建立的模型，解釋侯氏制堿法中要獲得NaHCO3晶體，本質(zhì)上要得到濃度足夠大的Na+和HCO3-，再次將微觀活動(dòng)和宏觀現(xiàn)象聯(lián)系在一起。

5.拓展應(yīng)用

（1）硝酸鉀晶體的制備：工業(yè)上多以硝酸鈉和氯化鉀為主要原料生產(chǎn)硝酸鉀，副產(chǎn)品為氯化鈉。（2）硫酸亞鐵氨的制備。

[設(shè)計(jì)意圖]

《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》中這兩節(jié)內(nèi)容的制備原理與本節(jié)課內(nèi)容相一致，在此整合引入，拓寬學(xué)生視野，明白沉淀型離子反應(yīng)的應(yīng)用在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中較為廣泛，也是對(duì)本節(jié)課建立的模型的應(yīng)用，同時(shí)也為高二的實(shí)驗(yàn)化學(xué)的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

六、總結(jié)與反思

1.明確思想，注重設(shè)計(jì)

目前發(fā)展核心素養(yǎng)的教學(xué)被廣泛關(guān)注，核心素養(yǎng)如何被滲透于教學(xué)中，最重要取決于教師對(duì)課堂的設(shè)計(jì)。不同的理念會(huì)篩選出不同的教學(xué)思想，選用不同的教學(xué)策略。認(rèn)真思考課程的內(nèi)容，深入挖掘內(nèi)容背后所能夠提升的學(xué)科素養(yǎng)，才能更好地融入課程設(shè)計(jì)，提高課堂的有效性。課前充分的準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)，能夠使課堂節(jié)奏緊湊，環(huán)環(huán)緊扣，提高課堂效率。

2.做好實(shí)驗(yàn)，深度探索

化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在化學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是不可或缺的教學(xué)手段。實(shí)驗(yàn)是宏觀辨識(shí)的最有力的工具，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)取材應(yīng)為教學(xué)設(shè)計(jì)服務(wù)。特別是當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與原有認(rèn)知相沖突的時(shí)候，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的求知欲，分析原因，重新認(rèn)知，對(duì)已有知識(shí)重新梳理、完善。

3.評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)，略有欠缺

本次教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐過程中，評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)不夠到位，在課堂中的評(píng)價(jià)局限于離子方程式的書寫，問題的解決程度，以定性的評(píng)價(jià)為主。形式上以教師評(píng)價(jià)為主，也可以充分發(fā)揮學(xué)生自評(píng)和互評(píng)。課后評(píng)價(jià)可以設(shè)計(jì)針對(duì)核心素養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)問題，形成定量的數(shù)據(jù)反饋。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]中華人民共和國(guó)教育部制定.《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）.北京：人民教育出版社，2017.

（作者單位：杭州市余杭實(shí)驗(yàn)中學(xué)）