利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問題情境培養(yǎng)核心素養(yǎng)

摘 要：傳統(tǒng)試管實(shí)驗(yàn)和手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，通過創(chuàng)設(shè)一系列富有針對性的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建離子反應(yīng)這一核心概念的知識(shí)體系。學(xué)生通過宏觀現(xiàn)象，展開微觀分析，結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)示意圖，再用符號(hào)表征，發(fā)展了核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn);問題情境;核心素養(yǎng);離子反應(yīng)

一、利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問題情境培養(yǎng)核心素養(yǎng)背景分析

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。是化學(xué)教學(xué)工作的基礎(chǔ)，對理解和掌握基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)技能，提高學(xué)生的能力以及激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，訓(xùn)練科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和思維方法及培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和品質(zhì)，都起著重要的作用[1]?；瘜W(xué)教師在教學(xué)過程中，為了培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，不可避免地要借助實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)。此時(shí)，創(chuàng)設(shè)以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向的問題情境，將實(shí)驗(yàn)素材加工成問題情境，有利于學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)體系，形成發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的思維方式。有價(jià)值的教學(xué)情境一定是內(nèi)含問題的情境的，它能有效地引發(fā)學(xué)生的思考[2]。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，應(yīng)精心創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生為解決問題，尋找有力的證據(jù)支撐。在當(dāng)前課程改革背景下，如何將化學(xué)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為為有思考價(jià)值的問題，是一個(gè)值得深入探究的問題。筆者就“離子反應(yīng)”一課為例，闡述相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐。

二、利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問題情境培養(yǎng)核心素養(yǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）環(huán)節(jié)1：定性感受離子反應(yīng)

[實(shí)驗(yàn)探究]實(shí)驗(yàn)一：對比硫酸銅、硫酸鈉溶液的顏色。實(shí)驗(yàn)二：CuSO4溶液和足量NaOH溶液反應(yīng)后靜置（提前一天放置）。實(shí)驗(yàn)三：CuSO4溶液和足量BaCl2溶液反應(yīng)后靜置（提前一天放置）。

[問題驅(qū)動(dòng)]1.硫酸銅溶液呈藍(lán)色，而硫酸鈉溶液無色，說明硫酸銅溶液呈藍(lán)色是由什么微粒引起的？2.實(shí)驗(yàn)二現(xiàn)象為藍(lán)色沉淀，無色上清液;實(shí)驗(yàn)三現(xiàn)象為白色沉淀，藍(lán)色上清液。說明實(shí)驗(yàn)二和實(shí)驗(yàn)三中銅離子是否參與反應(yīng)？說明了電解質(zhì)在水溶液中是物質(zhì)整體參與反應(yīng)還是電離出的離子在反應(yīng)？3.以上是看得到現(xiàn)象的反應(yīng)，而有些反應(yīng)卻看不到現(xiàn)象，比如酸堿中和，如何讓硫酸和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)“看得見”？

[學(xué)生活動(dòng)]觀察思考回答。

[技術(shù)支持]手機(jī)同屏技術(shù)展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[教師小結(jié)]電解質(zhì)在水溶液中的反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是部分離子參與反應(yīng)，而部分離子不參與反應(yīng)。像這樣有離子參加的反應(yīng)稱為離子反應(yīng)。

[設(shè)計(jì)意圖]通過看得見的現(xiàn)象直觀感受離子的存在，感受電解質(zhì)在溶液中的反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是離子參與反應(yīng)，而有些離子并沒有參與反應(yīng)。通過實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析的學(xué)科素養(yǎng)。手機(jī)同屏技術(shù)，讓試管實(shí)驗(yàn)更清晰，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)更公平。

（二）環(huán)節(jié)2：定量感受離子反應(yīng)

[實(shí)驗(yàn)探究]手持技術(shù)測定0.2mol/L硫酸滴定0.1mol/LNaOH溶液的電導(dǎo)率。（數(shù)據(jù)選擇原因：用濃度大的滴定濃度小的，避免因稀釋造成電導(dǎo)率下降，因此開始時(shí)電導(dǎo)率下降一定是發(fā)生了反應(yīng)。其次，要控制傳感器的探頭浸入溶液，又不能被磁力攪拌器的磁子敲擊到。又要保證滴定終點(diǎn)時(shí)，50ml滴定管的溶液不會(huì)滴完，不需要中途加藥品。）

[問題驅(qū)動(dòng)]1.分析電導(dǎo)率變化趨勢及原因？2.已知純水的電導(dǎo)率為4.1uS/cm，為什么最低點(diǎn)（即恰好完全反應(yīng)的點(diǎn)）的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于純水的電導(dǎo)率？3.請分別畫出反應(yīng)前燒杯、滴定管，恰好完全反應(yīng)時(shí)燒杯中的微粒主要存在形式示意圖，是離子（忽略水合作用），還是物質(zhì)的結(jié)合體？

[學(xué)生活動(dòng)]獨(dú)立觀察與思考，并畫出圖示。小組討論后，由小組代表匯報(bào)結(jié)果。

[問題驅(qū)動(dòng)]預(yù)測0.2mol/L硫酸滴定0.1mol/L氫氧化鋇溶液的電導(dǎo)率曲線圖？

[學(xué)生活動(dòng)]粗略畫出硫酸滴定氫氧化鋇的電導(dǎo)率曲線圖，并由學(xué)生代表說明理由。

[實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證]手持技術(shù)測定0.2mol/L硫酸滴定含有酚酞的0.1mol/L氫氧化鋇溶液的電導(dǎo)率。

[問題驅(qū)動(dòng)]1.為什么最低點(diǎn)（即恰好完全反應(yīng)的點(diǎn)）的電導(dǎo)率接近純水的電導(dǎo)率？2.請分別畫出反應(yīng)前燒杯、滴定管，恰好完全反應(yīng)時(shí)燒杯中的微粒主要存在形式示意圖，是離子（忽略水合作用）還是物質(zhì)的結(jié)合體？

[學(xué)生活動(dòng)]小組討論后，由小組代表匯報(bào)結(jié)果。獨(dú)立觀察與思考，并畫出圖示。

[教師小結(jié)]在離子反應(yīng)中，離子的濃度發(fā)生了改變，這是離子反應(yīng)的本質(zhì)。

[技術(shù)支持]在上一節(jié)課電解質(zhì)概念授課中，已經(jīng)通過手持技術(shù)事先測定純水及一些溶液的電導(dǎo)率，本節(jié)課又當(dāng)堂測定兩組滴定的電導(dǎo)率。配合手機(jī)直播，把手提電腦的圖像和滴定過程的顏色變化，同時(shí)呈現(xiàn)在大屏幕上，效果很好。

[設(shè)計(jì)意圖]提升學(xué)生數(shù)形結(jié)合的分析能力，從定性探究走向定量探究，并直觀實(shí)時(shí)地感受離子濃度的變化過程。尤其是兩組數(shù)據(jù)最低點(diǎn)分別與純水電導(dǎo)率的對比，讓學(xué)生“看見”恰好完全反應(yīng)時(shí)，是否還有離子存在的事實(shí)。將隱性的內(nèi)容顯性化，并讓學(xué)生用圖示表征出來，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理意識(shí)及宏觀辨識(shí)與微觀探析的學(xué)科素養(yǎng)。通過一組實(shí)驗(yàn)，再讓學(xué)生預(yù)測，實(shí)現(xiàn)了思維的進(jìn)階，培養(yǎng)了學(xué)生遷移應(yīng)用的推理能力。幫助學(xué)生基本形成離子反應(yīng)的概念。

（三）環(huán)節(jié)3：探索復(fù)分解型離子反應(yīng)的條件

[問題驅(qū)動(dòng)]碳酸鈉和鹽酸、硫酸和氯化鈉、醋酸鈉和鹽酸混合會(huì)不會(huì)反應(yīng)？畫出溶液混合前后微粒主要存在形式示意圖（假設(shè)恰好完全反應(yīng)）。

[學(xué)生活動(dòng)]獨(dú)立觀察與思考，并畫出圖示。根據(jù)前面的五個(gè)圖示：硫酸和氫氧化鈉溶液、硫酸和氫氧化鋇溶液、碳酸鈉和鹽酸、硫酸和氯化鈉、醋酸鈉和鹽酸，總結(jié)復(fù)分解型離子反應(yīng)的條件。

[教師小結(jié)]復(fù)分解型離子反應(yīng)的條件是：離子結(jié)合生成難溶物（沉淀）、易揮發(fā)（氣體）、難電離物質(zhì)（弱酸、弱堿和水）。水只是難電離物質(zhì)中的典型代表，但不是唯一的，初中的歸納受到我們所學(xué)知識(shí)的限制，到了高中應(yīng)進(jìn)行拓展。

[設(shè)計(jì)意圖]讓學(xué)生用圖示表征離子反應(yīng)，達(dá)到化抽象為具象，學(xué)生不僅“看見”了離子反應(yīng)，還為后續(xù)的表征離子反應(yīng)這一模型認(rèn)知作鋪墊。構(gòu)建從微觀角度，認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)發(fā)生條件的思路。通過特殊歸納出一般，并應(yīng)用于特殊，應(yīng)用于醋酸鈉和鹽酸這種看不見證據(jù)的推理，深化了證據(jù)推理。對初中的復(fù)分解的條件進(jìn)一步深化，完善了概念。

[過度]電解質(zhì)在溶液中的反應(yīng)是部分離子在反應(yīng)，為了表征離子在溶液中的反應(yīng)，引入了離子方程式，用實(shí)際參加反應(yīng)的離子符號(hào)來表示反應(yīng)的式子。

（四）環(huán)節(jié)4：表征離子反應(yīng)

[問題驅(qū)動(dòng)]硫酸滴定氫氧化鋇溶液中，曲線最低點(diǎn)與酚酞指示劑變色幾乎同時(shí)，說明了微粒間的反應(yīng)是否存在量的關(guān)系？請寫出硫酸溶液和氫氧化鋇溶液反應(yīng)的離子方程式？

[教師示范]明確反應(yīng)物在溶液中的主要存在形式及微粒間的數(shù)量關(guān)系確定哪些微粒能夠發(fā)生相互作用及數(shù)量關(guān)系實(shí)際參加反應(yīng)的離子或生成的離子，用離子符號(hào)表示，難溶難電離物質(zhì)用化學(xué)式表示。

[設(shè)計(jì)意圖]構(gòu)建了離子反應(yīng)的書寫模型，基于微粒觀的離子方程式的書寫，有利于培養(yǎng)學(xué)生從宏觀現(xiàn)象辨識(shí)到微觀結(jié)構(gòu)探析，再到化學(xué)符號(hào)表征的學(xué)科素養(yǎng)。硫酸和氫氧化鋇離子方程的書寫，通過圖像最低點(diǎn)和酚酞變色時(shí)間幾乎一致，學(xué)生“看到了”多組離子協(xié)同反應(yīng)時(shí)，微粒間量的關(guān)系。強(qiáng)化了證據(jù)推理意識(shí)。

（五）環(huán)節(jié)5：深化離子反應(yīng)

[學(xué)生活動(dòng)]書寫離子方程式：稀硫酸和NaOH溶液、鹽酸和KOH溶液，氨水和鹽酸。

[技術(shù)支持]手機(jī)電腦同屏，拍照上傳。

[問題驅(qū)動(dòng)]1.稀硫酸和NaOH溶液、鹽酸和KOH溶液，以上兩個(gè)反應(yīng)的離子方程一致說明了什么？2.對比稀硫酸和NaOH溶液、鹽酸和KOH溶液、硫酸和氫氧化鋇、氨水和鹽酸的離子方程，說明H++OH-===H2O可以表示哪一類反應(yīng)？3.寫出鈉和水反應(yīng)的離子方程。

[學(xué)生活動(dòng)]獨(dú)立觀察、思考總結(jié)：化學(xué)方程式表示某個(gè)具體的反應(yīng)，而離子方程可以表示一類型的反應(yīng)。H++OH-===H2O可以表示強(qiáng)酸和強(qiáng)堿反應(yīng)生成可溶鹽和水的反應(yīng)。鈉和水的反應(yīng)，體系中原來不存在大量離子，但反應(yīng)后生成了大量的離子，說明了離子反應(yīng)是離子濃度發(fā)生了改變，可以是增大也可以減少。離子反應(yīng)的類型可以是復(fù)分解，也可以是氧化還原反應(yīng)等。

[設(shè)計(jì)意圖]四個(gè)方程都是酸堿中和，但別有用意，分別涉及弱電解質(zhì)一水合氨，生成沉淀鹽硫酸鋇，只有兩個(gè)的離子方程一樣，很好的歸納說明了H++OH-===H2O的意義。最后鈉和水的離子方程的書寫，強(qiáng)化了技能的同時(shí)，拓展了離子反應(yīng)的外延。

三、利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問題情境培養(yǎng)核心素養(yǎng)教學(xué)反思

教學(xué)過程中，筆者試圖通過三組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生獲取離子反應(yīng)的有力證據(jù)。從定性到定量，從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)再到硫酸滴定氫氧化鋇的遷移，從看得見現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，到借助指示劑或者手持技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，由特殊歸納復(fù)分解型離子反應(yīng)的一般條件，再到醋酸鈉和鹽酸的推理演繹。借助實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，創(chuàng)設(shè)了一系列有利于證據(jù)推理的問題情境。并讓學(xué)生畫出示意圖，有利于從微觀角度構(gòu)建離子方程書寫的模型。而化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芴峁┖芎玫淖C據(jù)，引發(fā)學(xué)生的思考。面向開展以“素養(yǎng)為本”的新課程教學(xué)，離子反應(yīng)等概念教學(xué)應(yīng)該是師生通過實(shí)驗(yàn)觀察獲取證據(jù)再結(jié)合邏輯推理“協(xié)同思考”中構(gòu)建起來的。教學(xué)中多讓學(xué)生從宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā)，再從微觀角度探析離子反應(yīng)的過程，結(jié)合定量的證據(jù)推理，進(jìn)而寫出富有動(dòng)態(tài)反應(yīng)過程的離子反應(yīng)方程式，可以較好地落實(shí)化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”等關(guān)鍵學(xué)科能力的要求[4]。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：許有秩（1982.10-）.漢族，男，福建晉江。本科，晉江市第一中學(xué)，一級教師，研究方向?yàn)橹袑W(xué)化學(xué)教學(xué)。