基于“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的教學(xué)實(shí)踐

顧海東

摘要：化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需要在課堂教學(xué)中落實(shí)，以鹽類的水解（第一課時）為例，借助于希沃授課助手、化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作、pH傳感器創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)能力。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);模型認(rèn)知;教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

文章編號：1008-0546（2021）04-0061-03 中圖分類號：G63241 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.016

一、提出問題

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力[1]。在提出的5個方面的核心素養(yǎng)中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)作為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的思維核心，包括五大培育目標(biāo)：學(xué)會假設(shè)、學(xué)會認(rèn)證、學(xué)會分析、學(xué)會預(yù)測與建模、學(xué)會問題解決[2]。選修教材《化學(xué)反應(yīng)原理》因?yàn)槔碚撔员容^強(qiáng)，所以更加需要學(xué)生養(yǎng)成分析問題和解決問題的能力。在實(shí)際的教學(xué)中如能幫助學(xué)生先搭建起一個基本模型，然后讓學(xué)生收集證據(jù)再去修正模型，最后以模型認(rèn)知去解決問題將會大大減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，并極大地提高學(xué)習(xí)效率。本文以鹽類水解第一課時的教學(xué)為例，探討提升學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

二、基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.教材分析

鹽類的水解是人教版選修，（（化學(xué)反應(yīng)原理》第三章第三節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，是對電解質(zhì)的電離、水的電離平衡、水的離子積以及平衡移動等知識的綜合應(yīng)用。教材主要包括了三個部分：一是找規(guī)律，從學(xué)生比較熟悉的鹽類物質(zhì)入手，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)并歸納分析鹽類的組成與鹽溶液酸堿性的關(guān)系;二是查原因，以水的電離平衡為基礎(chǔ)，分析鹽類電離出的陰、陽離子與水電離出的H+和OH-結(jié)合成弱酸或弱堿的趨勢，明確不同鹽溶液呈現(xiàn)不同酸堿性的本質(zhì)原因;三是談變化，討論影響鹽類水解的主要因素，同時介紹鹽類水解的利用。作為第一課時的教學(xué)，主要要讓學(xué)生明確什么是鹽類的水解？怎么形成的？有什么判斷規(guī)律？

2.學(xué)情分析

學(xué)生通過前面兩節(jié)的學(xué)習(xí)已經(jīng)初步建立起了從“微?！钡慕嵌葋碚J(rèn)識和分析溶液情況的基本能力，也具備了一定的觀察、實(shí)驗(yàn)、思考和自學(xué)能力，在此基礎(chǔ)上探究鹽類在水溶液中的酸堿性規(guī)律，有助于提高學(xué)生對知識的綜合應(yīng)用能力。教學(xué)內(nèi)容理論性較強(qiáng)，學(xué)生能否主動參與獲取知識對教學(xué)效果達(dá)成與否影響很大。

3.教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)內(nèi)容中，學(xué)生必須明確引起鹽類水解的根本原因？怎樣影響？影響的結(jié)果是什么？所以為方便學(xué)生推理和建模，按圖1進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。再根據(jù)設(shè)計(jì)確定如下教學(xué)目標(biāo)：

（1）運(yùn)用實(shí)驗(yàn)和離子平衡分析認(rèn)識鹽類水解的本質(zhì)，學(xué)會從宏觀與微觀結(jié)合的視角分析化學(xué)問題。

（2）初步學(xué)會用離子反應(yīng)表示鹽類水解的過程，知道鹽類水解的微觀特征。

（3）能夠運(yùn)用鹽類水解的規(guī)律判斷鹽溶液的酸堿性，建構(gòu)相應(yīng)的知識模型。

4.教學(xué)流程

（1）體驗(yàn)鹽類的水解

【師生互動】請兩位同學(xué)上臺，一位同學(xué)手持附有白紙的板，另一位同學(xué)手持噴壺，并將噴壺的溶液噴向白紙，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是白紙上顯示出一個紅色的棗字。（為確保每個同學(xué)都能清晰的觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對實(shí)驗(yàn)過程采用希沃授課助手進(jìn)行直播）

設(shè)計(jì)意圖：因?yàn)樯险n地點(diǎn)在山西臨縣，而臨縣是“中國紅棗之鄉(xiāng)”，以當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土之情和酚酞遇到碳酸的化學(xué)“小魔術(shù)”來充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并以此激發(fā)學(xué)生探究的熱情。

【教師活動】揭秘魔術(shù)，并提出碳酸鈉呈堿性，那其他的鹽類呢？

【活動1】用pH試紙測出表1中鹽溶液的酸堿性，根據(jù)形成該鹽的酸和堿的強(qiáng)弱，將表1中鹽按強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽、強(qiáng)酸弱堿鹽、強(qiáng)堿弱酸鹽分類。

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力，同時讓學(xué)生獲取鹽溶液酸堿性的感性材料，再次形成認(rèn)知沖突。通過對鹽類型的分類，為鹽類水解實(shí)質(zhì)性離子作好鋪墊。

【教師活動】將學(xué)生活動成果通過希沃平臺展示，提出從剛才的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)鹽溶液并不都是中性的。追問那小魔術(shù)中碳酸鈉溶液的堿性是誰引起的呢？是它電離出的鈉離子嗎？（學(xué)生回答：不是）為什么？你有佐證材料嗎？（學(xué)生回答：實(shí)驗(yàn)顯示氯化鈉是中性的，應(yīng)該不是鈉離子引起的）那如果是碳酸根離子引起的，我們該如何通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證呢？

【學(xué)生活動】思考，小組交流，最后得出假設(shè)：如果處理掉溶液中的碳酸根離子，那么溶液應(yīng)該呈現(xiàn)中性。

【教師活動】那根據(jù)我們現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)試劑，你能解決這個問題嗎？

【學(xué)生活動】學(xué)生觀察所提供的試劑，最后鎖定氯化鋇溶液。

（2）探究鹽類的水解

【活動2】設(shè)計(jì)并動手完成一個簡單的實(shí)驗(yàn)，來證明碳酸鈉溶液的堿性是由CO32-引起的。

【學(xué)生活動】取少量碳酸鈉溶液，滴入1～2滴酚酞，逐漸加入氯化鋇晶體振蕩，溶液紅色褪去，并出現(xiàn)白色沉淀。

【教師活動】為進(jìn)一步說明碳酸鈉溶液的堿性是由碳酸根離子引起的，引入pH傳感器實(shí)驗(yàn)。將pH傳感器插入到碳酸鈉溶液中（為增強(qiáng)視覺性，在碳酸鈉溶液中滴入1～2滴酚酞），用電磁攪拌器攪拌溶液，再逐漸加入氯化鋇固體，請學(xué)生觀察pH的數(shù)字變化（圖2、圖3）。

設(shè)計(jì)意圖：通過引入傳感器實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從更為直觀的角度認(rèn)識到碳酸鈉溶液的堿性與碳酸根離子的關(guān)系。

【問題思考】碳酸根離子引起了溶液呈堿性，它的根本機(jī)理是什么？

【活動3】結(jié)合Na2CO3和H2O電離出的微粒，試著分析碳酸鈉溶液呈堿性的原因。

（已知：常溫下H2CO3的Ka1=4.3×10-7，Ka2=5.61×10-11）

【學(xué)生活動】討論上述問題，匯報(bào)結(jié)果。碳酸鈉溶于水后電離產(chǎn)生的碳酸根離子結(jié)合了水電離出的H+，形成弱電解質(zhì)HCO3-，由于水電離出的H+濃度減小，打破了水的電離平衡，促進(jìn)了水的電離，使溶液中的c（OH-）大于c（H+），從而使溶液顯堿性。

【教師活動】Na2CO3=2Na++CO32-

H2OOH-+H+

【問題思考】能否用化學(xué)方程式表明碳酸鈉固體加入水后發(fā)生的反應(yīng)？

【展示學(xué)生成果】Na2CO3+H2O=NaHCO3+NaOH

【教師活動】在兩個燒杯中加入同濃度的碳酸鈉溶液，分別連接好傳感器，在一個燒杯中加入碳酸鈉固體，另一個燒杯中加入碳酸氫鈉固體，學(xué)生直觀的看到了不同的數(shù)值變化。（加入碳酸鈉固體的數(shù)值增大，加入碳酸氫鈉的數(shù)值變小，如圖4、圖5所示。）

【師生互動】通過演示實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)變化并結(jié)合學(xué)生前面學(xué)過的原理，得出這是一個可逆反應(yīng)的結(jié)論。

【學(xué)生活動】把該反應(yīng)方程式改寫成離子方程式。

【教師活動】展示學(xué)生的改寫成果，可以發(fā)現(xiàn)這個反應(yīng)中真正參加反應(yīng)的是碳酸根離子，這也驗(yàn)證了前面對碳酸鈉溶液顯示堿性是由碳酸根離子引起的論證。

設(shè)計(jì)意圖：從電離出離子的角度，讓學(xué)生認(rèn)識到鹽類水解的實(shí)質(zhì)，并以此建立起鹽類水解的理論模型。通過引入傳感器實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從更為直觀的角度認(rèn)識到碳酸鈉溶液的堿性與碳酸根離子的關(guān)系，幫助學(xué)生建立模型。

【活動4】結(jié)合NH4Cl和H2O電離出的微粒，試著分析氯化銨溶液呈酸性的原因。

【師生互動】展示學(xué)生分析的成果。學(xué)生代表描述小組討論結(jié)果，氯化銨溶于水電離出的銨根離子結(jié)合了水電離出的氫氧根離子，形成弱電解質(zhì)一水合氨，打破了水的電離平衡，促進(jìn)了水的電離，使溶液中c（H+）大于c（OH-），從而使溶液顯酸性。

設(shè)計(jì)意圖：通過對碳酸鈉溶液呈堿性的分析而建立起思維模型，培養(yǎng)學(xué)生引用模型分析問題的能力。

（3）歸納鹽類的水解

【教師活動】通過對碳酸鈉溶液、氯化按溶液的分析，我們認(rèn)識到鹽溶液之所以顯酸堿性，主要是當(dāng)這類鹽溶于水后，電離出的陽離子、陰離子分別結(jié)合了水電離出的OH-和H+結(jié)合生成弱電解質(zhì)，從而促進(jìn)了水的電離平衡，像這樣的反應(yīng)，叫做鹽類的水解。

【過渡】現(xiàn)在我們已經(jīng)從實(shí)質(zhì)上認(rèn)識了某些盆呈酸堿性的根本原因，下面請同學(xué)們把桌上的鹽溶液按酸性、中性、堿性的順序重新整理一下。再從鹽類型的角度觀察分別顯示酸性、中性、堿性的鹽分別有什么特點(diǎn)。

【學(xué)生活動】小組整理、觀察后回答組成為強(qiáng)酸弱堿的鹽顯酸性、強(qiáng)酸強(qiáng)堿的鹽顯中性、強(qiáng)堿弱酸的鹽顯堿性。

【追問】鹽類因?yàn)樗舛@示酸堿性，那能否找出什么樣的鹽才能發(fā)生水解？溶液顯示出性質(zhì)又有什么規(guī)律？

【學(xué)生活動】再次觀察分類情況，得出“有弱才水解、誰強(qiáng)顯誰性”。

【師生互動】下面我們再進(jìn)行一個頭腦風(fēng)暴，你能否列舉出一些可以發(fā)生水解的鹽，并指出它們?nèi)芤旱乃釅A性呢？學(xué)生思考交流、代表回答、互為補(bǔ)充。

設(shè)計(jì)意圖：以點(diǎn)帶面，讓學(xué)生通過頭腦風(fēng)暴，從鹽的組成上應(yīng)用模型認(rèn)識鹽類水解的規(guī)律，并鞏固弱酸、弱堿。

（4）總結(jié)與提升

【師生活動】①歸納一下鹽類水解的相關(guān)知識點(diǎn)。（展示歸納角度：定義、實(shí)質(zhì)、規(guī)律）

②習(xí)題鞏固，檢驗(yàn)課堂教學(xué)效果。

5.教學(xué)反思

本節(jié)課從趣味魔術(shù)引入，以學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作和對鹽的簡單分類為起點(diǎn)，幫助學(xué)生形成一個判斷鹽性質(zhì)的初步框架。再以探究碳酸鈉溶液呈堿性的原因?yàn)榍腥朦c(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生先分析假設(shè)，再證明假設(shè)的“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)能力。以探討碳酸根離子引起溶液呈堿性的機(jī)理，使學(xué)生從“微?！睂用嬲J(rèn)識鹽類水解的本質(zhì)。通過小組活動對氯化銨溶液的成果展示，為學(xué)生搭建起鹽酸水解分析的模型，再以“頭腦風(fēng)暴”的形式，幫助學(xué)生應(yīng)用模型，最終達(dá)成“模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)能力。整個教學(xué)過程中通過數(shù)字傳感器和多通道對比實(shí)驗(yàn)的引入，把微觀的實(shí)驗(yàn)變化，以數(shù)字化的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，使得學(xué)生能更直觀地理解微觀的機(jī)理。希沃投屏的展示使學(xué)生更能從小組合作學(xué)習(xí)中獲得成長，從而最終達(dá)成良好的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)能力。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：3

[2]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2015：347