立足實(shí)驗(yàn)情境 發(fā)展核心素養(yǎng)
——以“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”為例

廣東省中山市第二中學(xué)(528429) 林增輝

1 教學(xué)情境的概述

合理的情境化教學(xué)，能有效地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，因此，教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)倍受關(guān)注，成為了教學(xué)的重要組成部分，但教學(xué)情境的引入，在豐富課堂教學(xué)的同時，也引發(fā)了大家的思考。有學(xué)者通過剖析多節(jié)化學(xué)優(yōu)質(zhì)課，從“構(gòu)成”“功能”和“過程特征”3個維度對教學(xué)情境進(jìn)行分析，指出應(yīng)圍繞教學(xué)與評價目標(biāo)、聚焦學(xué)科核心素養(yǎng)等創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境。學(xué)者們在課例分析的基礎(chǔ)上，指出了教學(xué)情境應(yīng)用中存在的問題，提出了創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境應(yīng)該遵循的基本原則，使教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)越來越有針對性和技術(shù)性。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》明確提出：倡導(dǎo)真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動。課標(biāo)明確倡導(dǎo)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，這既是對教學(xué)情境研究的重視，也是對教學(xué)情境功能的期許。但值得一提的是，因?yàn)檎n程標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)“真實(shí)”字樣，在日常教學(xué)中，很多教師把“真實(shí)問題情境”理解為“生活情境”，認(rèn)為只有生活中的問題，才是“真實(shí)情境”，才能培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，忽視了“開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動”。筆者認(rèn)為，生活情境有它的優(yōu)點(diǎn)，能快速調(diào)動學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)課堂的趣味性。能讓學(xué)生快速進(jìn)入課堂的角色；但很多生活情境，看似簡單，實(shí)則包含了很復(fù)雜的內(nèi)容，學(xué)生很難在課堂上用有限的化學(xué)知識進(jìn)行分析，自然也難以達(dá)到教學(xué)的目的。而實(shí)驗(yàn)情境，則能讓學(xué)生利用觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合化學(xué)理論知識進(jìn)行推理學(xué)習(xí)，達(dá)到深刻理解化學(xué)過程的目的。因此，富有探究價值的化學(xué)實(shí)驗(yàn)情境，無論是用于學(xué)科知識的關(guān)聯(lián)、學(xué)科問題的揭示，還是培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，都能發(fā)揮積極的作用。筆者以“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”為例，立足于實(shí)驗(yàn)情境展開教學(xué)，成效卓著。

2 基于實(shí)驗(yàn)情境的教學(xué)案例

2.1 基于教學(xué)情境視角的文獻(xiàn)分析

“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”是一個應(yīng)用性很強(qiáng)的化學(xué)現(xiàn)象，在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中很容易找到與之有聯(lián)系的內(nèi)容，很多教師的教學(xué)設(shè)計都呈現(xiàn)了這一特點(diǎn)。教師選擇了生活中出現(xiàn)的一些化學(xué)現(xiàn)象，篩選出學(xué)生比較熟悉的內(nèi)容，輔以合適的教學(xué)問題，設(shè)計成富含學(xué)科意義的情境，給予了學(xué)生們開闊的視野和積極的啟發(fā)。由于生活情境能讓學(xué)生快速進(jìn)入課堂角色，在本節(jié)課中，筆者以“純凈水對人體骨質(zhì)的影響”為情境教學(xué)內(nèi)容。為了讓學(xué)生能更真切地感受難溶物的溶解平衡現(xiàn)象，筆者創(chuàng)設(shè)了一系列的實(shí)驗(yàn)情境，在實(shí)驗(yàn)情境中探索難溶物的溶解平衡原理。

2.2 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)情分析

“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”是人教版化學(xué)選修4第3章第4節(jié)的內(nèi)容，這一節(jié)主要講授的內(nèi)容是溶解平衡的概念、平衡移動的影響因素和溶解平衡的應(yīng)用。在此之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了離子反應(yīng)、難溶電解質(zhì)的概念，也學(xué)習(xí)了化學(xué)平衡、電離平衡和水解平衡等基本理論，因此，本節(jié)課的關(guān)鍵在于怎樣把“難溶電解質(zhì)”和“溶解平衡”進(jìn)行有機(jī)融合，落實(shí)溶解平衡的基本概念，突破沉淀的生成、溶解和轉(zhuǎn)化等實(shí)際的應(yīng)用問題，建立基于溶度積的定量分析模型。此外，筆者還注意到了一些學(xué)生認(rèn)知的薄弱點(diǎn)，例如對于難溶的物質(zhì)，學(xué)生往往會認(rèn)為是絕對不溶的，缺乏“相對性”的意識。又如在判斷平衡移動的方向時，學(xué)生還不善于利用平衡常數(shù)進(jìn)行定量的分析，習(xí)慣于簡單的定性判斷，思維方法不夠豐富。這些也將是課堂教學(xué)需要解決的基本問題。

2.3 教學(xué)目標(biāo)

(1)通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，應(yīng)用化學(xué)平衡理論理解、描述難溶電解質(zhì)的溶解平衡現(xiàn)象。

(2)掌握溶度積常數(shù)，并能利用濃度商、溶度積常數(shù)進(jìn)行簡單地計算。

(3)運(yùn)用定量計算，理解淀沉生成、溶解和轉(zhuǎn)移的本質(zhì)，認(rèn)識沉淀溶解平衡在生活、生產(chǎn)中的作用。

2.4 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

2.4.1 環(huán)節(jié)一：情境引入、宏觀辨識

問題討論：長期喝純凈水，對人的骨骼有什么影響嗎？

設(shè)計說明：利用生活常識引發(fā)疑問，為什么骨骼中難溶性的鈣鹽會被溶解？

2.4.2 環(huán)節(jié)二：宏觀辨識與微觀探析

實(shí)驗(yàn)1：向盛有3 mL 0.1 mol/L NaCl溶液的試管(試管①)中滴加5～6滴0.1 mol/L AgNO3溶液。

提問：請問AgCl濁液中是否含有Ag+？

設(shè)計說明：氯化鈉過量，可以保證Ag+充分反應(yīng)，在學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識中，AgCl是不溶的，濁液中沒有Ag+。

實(shí)驗(yàn)2：從試管①中取1 mL上層澄清溶液于試管②中，分別往兩支試管中逐滴加入飽和Na2S溶液(注：如能離心分離效果更好)。

設(shè)計說明：試管①②均生成黑色沉淀，說明清液中含有Ag+；試管①中原來的白色淀沉也轉(zhuǎn)變成黑色沉淀。這些現(xiàn)象，有力地沖擊學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知，讓學(xué)生明白，難溶鹽也是能溶解的。

微觀探析：AgCl濁液中存在Ag+，符合化學(xué)平衡“沒有完全反應(yīng)”的特點(diǎn)，當(dāng)加入S2-，Ag+與S2-生成Ag2S(s)，而繼續(xù)加入S2-，白色沉淀逐漸轉(zhuǎn)化為黑色Ag2S(s)，可推斷AgCl(s)發(fā)生溶解，生成了Ag2S(s)，難溶電解質(zhì)既存在溶解平衡的現(xiàn)象，也可以發(fā)生轉(zhuǎn)化。

2.4.3 環(huán)節(jié)三：定量推理與模型認(rèn)知

問題討論：為什么加入S2-，AgCl(s)會溶解，而Ag2S(s)會生成呢？如何解釋呢？

設(shè)計說明：創(chuàng)設(shè)疑問，為引入溶度積常數(shù)作鋪墊。

模型建立：①濃度商Qc>Ksp，溶液過飽和，生成沉淀；②濃度商Qc=Ksp，溶液飽和，沉淀與溶解處于平衡狀態(tài)；③濃度商Qc

2.4.4 環(huán)節(jié)四：應(yīng)用模型、深化理解

沉淀反應(yīng)應(yīng)用一：沉淀的生成

經(jīng)過近似計算，在常溫下，當(dāng)c(OH-)約為10-11mol/L時，也就是pH約為3時，F(xiàn)e3+幾乎完全沉淀。而當(dāng)Cu2+完全沉淀時，c(S2-)僅為10-15mol/L的數(shù)量級。通過Ksp與Qc的計算，讓學(xué)生從定量的角度，了解在生活生產(chǎn)中，如何控制條件，達(dá)到沉淀離子的目的。

沉淀反應(yīng)應(yīng)用二：沉淀的溶解

微觀探析碳酸鈣溶于鹽酸的原理：

設(shè)計說明：在學(xué)生的認(rèn)知中，CaCO3與鹽酸的反應(yīng)，只是一個靜態(tài)的反應(yīng)方程式，學(xué)生并不理解其微觀的反應(yīng)過程。分析反應(yīng)過程，讓學(xué)生認(rèn)識到這是一個包含溶解平衡、弱電解質(zhì)電離平衡的多平衡體系。

問題遷移：水解呈酸性的NH4Cl能否溶解堿性難溶物Mg(OH)2和Fe(OH)3？

實(shí)驗(yàn)3：用小試管取2 mL 0.1 mol/L的MgCl2溶液，滴加5～6滴0.1 mol/L的NaOH溶液，溶液變渾濁。

問題討論：往上述試管中滴加0.1 mol/L的NH4Cl溶液，沉淀能否溶解？

實(shí)驗(yàn)4：往Mg(OH)2懸濁液中滴加0.1 mol/L的NH4Cl溶液，白色渾濁消失。

問題討論：NH4Cl溶液能否溶解Fe(OH)3沉淀？

實(shí)驗(yàn)5：往Fe(OH)3懸濁液中滴加0.1 mol/L的NH4Cl溶液，紅褐色沉淀沒有溶解。

定量分析：用pH試紙測定0.1 mol/L的NH4Cl溶液的pH約5～6，而在前面已經(jīng)近似計算過，當(dāng)pH約等于3時，F(xiàn)e3+已經(jīng)幾乎沉淀完全，因此，在pH約5～6的區(qū)間內(nèi)，F(xiàn)e(OH)3沉淀不會溶解。而利用Mg(OH)2的Ksp(1.8×10-11)進(jìn)行近似計算，當(dāng)溶液中的c(Mg2+)=0.1 mol/L時，c(OH-)要達(dá)到10-5mol/L的數(shù)量級才會產(chǎn)生沉淀，即pH要達(dá)到9以上，低于9則可促進(jìn)沉淀的溶解。

設(shè)計說明：對于Mg(OH)2和Fe(OH)3這兩種弱堿，如果沒有利用Ksp進(jìn)行計算，學(xué)生無法體會兩者之間的差異，容易產(chǎn)生錯誤的認(rèn)識，通過實(shí)驗(yàn)探究和定量分析，讓學(xué)生進(jìn)一步理解物質(zhì)性質(zhì)的一般性和特殊性。

沉淀反應(yīng)應(yīng)用三：沉淀的轉(zhuǎn)化

(1)由環(huán)節(jié)二的實(shí)驗(yàn)可知，溶度積小的沉淀可轉(zhuǎn)化為溶度積更小的沉淀。

(2)工業(yè)應(yīng)用。用Na2CO3將鍋爐上難溶于酸的CaSO4轉(zhuǎn)化成易溶于酸的CaCO3[Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,Ksp(CaSO4)=9.1×10-6]。

設(shè)計說明：將實(shí)驗(yàn)室的結(jié)論推廣應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，是化學(xué)學(xué)科的一大特色，學(xué)以致用，能極大程度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。同時，也可讓學(xué)生在實(shí)踐中，不斷地檢驗(yàn)、推理論證理論模型，使化學(xué)理論和實(shí)踐相互促進(jìn)。

3 結(jié)語

3.1 立足實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)展學(xué)科思維

創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析問題，是進(jìn)行知識論證的有力手段。例如“取AgCl濁液的上層清液與S2-反應(yīng)”這一實(shí)驗(yàn)，有力地沖擊了學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識，也成為了本節(jié)課的突破口。因此,通過創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，并基于實(shí)驗(yàn)情境，分析實(shí)驗(yàn)的宏觀現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度進(jìn)行推理論證，理解反應(yīng)的本質(zhì)，能有效地促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科思維的發(fā)展。

3.2 整合教學(xué)素材，突破重點(diǎn)難點(diǎn)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)的重要性眾所周知，但在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，應(yīng)明確實(shí)驗(yàn)是為教學(xué)服務(wù)的，而不是教學(xué)為實(shí)驗(yàn)服務(wù)的。實(shí)驗(yàn)是探究、推理論證的途徑，在必要的時候，可適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)，以提高教學(xué)的有效性。在本案例的環(huán)節(jié)四中，關(guān)于沉淀的溶解，筆者設(shè)計了氯化銨溶液分別與Mg(OH)2沉淀、Fe(OH)3沉淀反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，在表面上看，兩者似乎都可以反應(yīng)，但實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明，只有Mg(OH)2沉淀能與氯化銨溶液反應(yīng)。這樣的設(shè)計不僅能讓學(xué)生深刻體會物質(zhì)性質(zhì)的一般性和特殊性，也能讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性。因此，通過實(shí)驗(yàn)與分析，能有效地突破本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3.3 發(fā)展學(xué)科素養(yǎng)，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)

課堂是發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的主陣地，但歸根結(jié)底是要依靠學(xué)科知識進(jìn)行落實(shí)。因此，教師首先必須明確每節(jié)課所能承載的素養(yǎng)功能，并有計劃地融入教學(xué)設(shè)計，最大程度地促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。在本案例中，筆者從宏觀、微觀、定量和模型四個層次，分別融入了宏觀辨識與微觀探析、科學(xué)探究、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等核心素養(yǎng)目標(biāo)，并以實(shí)驗(yàn)情境為載體，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。