基于學(xué)科大概念促思維發(fā)展的單元復(fù)習(xí)課教學(xué)

黃鳳翔 汲叢家

摘要：以“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”為例，基于學(xué)科大概念設(shè)計單元復(fù)習(xí)課。依據(jù)要符合課程標(biāo)準(zhǔn)、要能提綱挈領(lǐng)聯(lián)接其它小概念、能夠落實思維方法等三個原則提煉出本章節(jié)大概念“化學(xué)平衡在溶液體系中的應(yīng)用”。在此大概念的統(tǒng)領(lǐng)下，經(jīng)梳理知識、定性分析、定量分析等三環(huán)節(jié)的課堂教學(xué)，將水溶液中的離子平衡知識結(jié)構(gòu)化。既幫助學(xué)生在具體的情境下解決問題，形成學(xué)科思維方法，又促進化學(xué)核心素養(yǎng)的提升，讓學(xué)習(xí)真實地發(fā)生，實現(xiàn)復(fù)習(xí)課功能。關(guān)鍵詞：學(xué)科大概念;單元復(fù)習(xí)課;水溶液中的離子反應(yīng)與平衡;思維方法

文章編號：1008-0546（2022）07-0064-05中圖分類號：G632.41文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.016

一、引言

學(xué)科大概念是近年我國學(xué)者研究的熱點。其包括三個層面的內(nèi)容：一是學(xué)科大概念具有一定抽象性，是其他概念的聯(lián)接。王喜斌指出：學(xué)科大概念是能反映學(xué)科本質(zhì)，能將學(xué)科關(guān)鍵思想和相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系起來的關(guān)鍵的、特殊的概念[1]。二是學(xué)科大概念具有結(jié)構(gòu)化的特點。《普通高中課程方案（2017年版）》（下稱“新方案”）要求我們“進一步精選學(xué)科內(nèi)容，重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化”。三是學(xué)科大概念對核心素養(yǎng)的形成能起到關(guān)鍵作用。新方案指出學(xué)科大概念能促進學(xué)科核心素養(yǎng)的落實。

相比常規(guī)的單元復(fù)習(xí)，用學(xué)科大概念的思想來進行單元復(fù)習(xí)課的教學(xué)設(shè)計，有很大的優(yōu)勢。常規(guī)的單元復(fù)習(xí)課大多數(shù)是羅列知識清單，缺少對學(xué)生思維的指導(dǎo)。而大概念教學(xué)需要對不同知識進行關(guān)聯(lián)，從而精準(zhǔn)掌握知識的本質(zhì)，同時還可以提高課堂效率[2]。本文以“水溶液中的離子反應(yīng)及平衡”復(fù)習(xí)課為例，闡述學(xué)科大概念如何應(yīng)用于單元復(fù)習(xí)課的教學(xué)中。

二、基于學(xué)科大概念的單元復(fù)習(xí)教學(xué)實踐

本文闡述的基于大概念單元復(fù)習(xí)課設(shè)計流程，按照五步進行。第一步，確定章節(jié)大概念。要提煉出教學(xué)內(nèi)容所蘊含的學(xué)科大概念需要遵循三個原則，首先要符合課程標(biāo)準(zhǔn);其次要提綱挈領(lǐng)，聯(lián)接其他小概念;再次要能夠落實思維方法培養(yǎng)。第二步，學(xué)情分析。精準(zhǔn)的學(xué)情分析，有助于明確學(xué)生的認(rèn)識發(fā)展點，也是制定教學(xué)目標(biāo)的依據(jù)和實現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)的保障。為了確保學(xué)情分析結(jié)果的“精準(zhǔn)”，需要運用技術(shù)手段分析前測數(shù)據(jù)、問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，再結(jié)合以往教學(xué)經(jīng)驗進行研判。第三步，確定教學(xué)目標(biāo)及評價目標(biāo)。在精準(zhǔn)判斷學(xué)情的基礎(chǔ)上，結(jié)合課標(biāo)、考綱精準(zhǔn)確定教學(xué)目標(biāo)及評價目標(biāo)，即明確單元復(fù)習(xí)課教學(xué)之后學(xué)生應(yīng)該達到的認(rèn)識水平。第四步，設(shè)計教學(xué)情境，開展教學(xué)活動。教學(xué)情境需有利于讓學(xué)生思維外顯，將學(xué)科大概念與基本概念聯(lián)接起來，然后通過開展教學(xué)活動落實化學(xué)核心素養(yǎng)。第五步，教學(xué)反饋。即評估教學(xué)效果，實現(xiàn)“教、學(xué)、評”一體化，評價結(jié)果不僅是本節(jié)課終點，還是下節(jié)課的起點，從而實現(xiàn)“教、學(xué)、評”水平的不斷上升。大概念下的五步單元復(fù)習(xí)課設(shè)計流程見圖1。

1.確定章節(jié)大概念，構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)圖

高考對“水溶液中的離子反應(yīng)及平衡”的考查，偏重離子平衡的微觀過程和對于整個溶液系統(tǒng)的整體分析，利用化學(xué)平衡的一般思路，解決溶液中的復(fù)雜問題[3]。此章節(jié)研究的環(huán)境是：水溶液;研究的內(nèi)容是：離子平衡;理論依據(jù)是：化學(xué)平衡移動原理及平衡常數(shù)。也就是用化學(xué)平衡原理來解決溶液體系中的離子平衡，實則是化學(xué)平衡的應(yīng)用，因此，此章節(jié)內(nèi)容涵蓋在“化學(xué)平衡在溶液體系中的應(yīng)用”這一學(xué)科概念之下。該概念聯(lián)接其它內(nèi)容，起提綱挈領(lǐng)作用，且能夠落實分類觀、微粒觀、動態(tài)觀、平衡觀等化學(xué)思維方法。因此確定為此章節(jié)的大概念，以這一大概念為統(tǒng)領(lǐng)，可提煉出圖2所示的知識結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)圖呈現(xiàn)出學(xué)科大概念統(tǒng)攝下的基本概念、核心知識及解決此類問題的思維方法。

2.精準(zhǔn)獲取學(xué)生學(xué)情，明確學(xué)生的認(rèn)識發(fā)展點

“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”是中學(xué)化學(xué)基本理論的一個重要部分，也是學(xué)生整個中學(xué)階段的難點。本章內(nèi)容比較抽象，綜合性強，難點和易混淆點較多，因此學(xué)生的迷思概念也比較多。結(jié)合前測及問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，可以確定學(xué)生主要存在以下認(rèn)識障礙：

第一，對于化學(xué)平衡、電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的理論體系缺乏整體認(rèn)識，對其適用對象沒有清晰的定位（電解質(zhì)存在電離平衡還是水解平衡？出現(xiàn)混亂）。

第二，面對多種平衡共存時，分不清平衡的主次，導(dǎo)致分析問題時思維混亂。

第三，對電解質(zhì)溶液的分析沒有形成良好的思維習(xí)慣和分析技能，習(xí)慣定性思維而欠缺定量思維。

第四，綜合分析問題的能力不強，不能熟練運用宏觀與微觀、定性與定量等化學(xué)學(xué)科思維方法去分析具體問題。

3.確定單元復(fù)習(xí)教學(xué)目標(biāo)及評價目標(biāo)，評判學(xué)生應(yīng)該達到的認(rèn)識水平

（1）教學(xué)目標(biāo)

①通過課前梳理氨水、碳酸飲料、飽和 BaCO3溶液中存在的平衡，明確溶液中的三大平衡體系的研究對象及離子行為;并通過分析含 NaHCO3晶體的飽和溶液在水里的行為，鞏固從物質(zhì)分類的角度抽取各種平衡的思維方法，落實微粒觀、變化觀。

②以NaHCO3溶液滴入FeCl3溶液、CaCl2溶液為載體，根據(jù)溶液中存在的平衡，預(yù)測宏觀現(xiàn)象、實驗檢驗、理論分析，在分析解決問題的過程中落實了一個思想：對于多平衡體系，要結(jié)合具體的情境抓住主要矛盾，透析問題的本質(zhì);并構(gòu)建了用平衡原理解決分析問題的思維模型;落實宏觀辨識、微觀探析和證據(jù)推理、模型建構(gòu)核心素養(yǎng)。

③通過從定量角度分析 NaHCO3、NH4HCO3溶液的酸堿性，明確研究水溶液體系中的平衡除了有定性工具——平衡移動原理，還有定量工具——K。

（2）評價目標(biāo)

①通過分析不同的電解質(zhì)存在的平衡，診斷學(xué)生的分類觀、微粒觀及變化觀。

②通過分析混合體系，診斷學(xué)生證據(jù)獲取能力，結(jié)合具體的情境抓住主要矛盾，透析問題本質(zhì)的能力，并感受動態(tài)平衡思想的形成過程。

③通過分析電解質(zhì)溶液的酸堿性，診斷學(xué)生從定量角度分析問題的能力。

4.設(shè)計教學(xué)情境，進行教學(xué)活動，落實化學(xué)核心素養(yǎng)，優(yōu)化學(xué)生思維方法

課堂教學(xué)流程見表1。

教學(xué)實錄如下。

（1）環(huán)節(jié)一：梳理知識，鞏固從物質(zhì)分類的角度抽取各種平衡的思維方法，落實微粒觀、變化觀。

【學(xué)習(xí)任務(wù)1】分析氨水、碳酸飲料、飽和BaCO3溶液中存在的主要平衡。

【學(xué)生出現(xiàn)的問題】氨水體系存在：NH4（+）+H2ONH3· H2O+H+情況;碳酸飲料體系存在：HCO 3（-）+ H2OH2CO 3（-）+OH-情況;飽和 BaCO3漏寫 CO3（2）-的水解平衡。

【引導(dǎo)】先把電解質(zhì)進行分類，氨水和碳酸飲料的溶質(zhì)都屬于弱電解質(zhì)，存在的主要平衡是電離平衡， NH4（+）及HCO 等微粒在體系中含量很少3（-），故不再分析其存在的水解平衡。飽和 BaCO3存在溶解平衡，同時 BaCO3是強電解質(zhì)，在水里完全電離，故體系中存在著相對較大量的CO 故體系中應(yīng)存在CO3（2）-的水解平衡。

【歸納、梳理】分析溶液中微粒行為的思維方法：溶質(zhì)分類→抽取對應(yīng)的平衡（溶質(zhì)是弱電解質(zhì)，對應(yīng)的是電離平衡;溶質(zhì)是鹽，對應(yīng)的是水解平衡;溶質(zhì)是難溶電解質(zhì)或是飽和溶液，對應(yīng)的是溶解平衡）→抓主放次。水溶液中三大平衡及對象，三大平衡與化學(xué)平衡的關(guān)系如圖3所示。

【課堂檢測1】一份含NaHCO3晶體的飽和溶液中，存在什么平衡？按主次順序分別寫出各個平衡。

【學(xué)生情況】有了思維方法：溶質(zhì)分類→抽取對應(yīng)的平衡→抓主放次，學(xué)生分析思路沒問題，但出現(xiàn)了 NaHCO3（s）=Na+（aq）+HCO3（-）（aq）情況。

【引導(dǎo)】這是混淆了電離反應(yīng)式和沉淀溶解平衡。

設(shè)計意圖：以典型電解質(zhì)為載體梳理電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的研究對象，對知識點進行適當(dāng)?shù)恼希酝鶎θN平衡認(rèn)識上的誤區(qū)和盲點。讓學(xué)生明確溶液中的三大平衡體系的研究對象及離子行為，并通過NaHCO3體系作為課堂檢測，評價學(xué)生是否具備有序分析溶液問題的思維方法。選擇 NaHCO3晶體飽和溶液的原因，是因其剛好囊括三類平衡。首先，從分類角度來看，屬于電解質(zhì)（含晶體的飽和溶液），存在溶解平衡;又可歸屬為鹽，存在水解平衡;還可歸屬為弱電解質(zhì)（HCO3（-）），存在電離平衡。

（2）環(huán)節(jié)二：定性工具——用平衡原理解決水溶液中平衡問題。

【學(xué)習(xí)任務(wù)2】根據(jù)實驗現(xiàn)象，分析NaHCO3飽和溶液在條件變化時的離子行為（見表2）。

【演示實驗】見圖4。

【討論1】表2中條件的變化，對NaHCO3飽和溶液產(chǎn)生什么影響？【討論2】主要影響哪個平衡？如何影響？

【學(xué)生答題情況】根據(jù)實驗現(xiàn)象，部分同學(xué)能夠正確分析實驗1 的沉淀是 Fe（OH）3，實驗2 的沉淀是 CaCO3，從而能夠正確得出實驗1 主要影響 HCO3（-）的水解平衡;實驗2主要影響 HCO3（-）的電離平衡，對應(yīng)的離子方程式為：3HCO3（-）+Fe3+ =Fe （OH）3 ↓ +3CO2↑;2HCO3（-）+Ca2+=CaCO3↓+ H2O+CO2↑。

出現(xiàn)問題一：認(rèn)為沉淀是Fe2（CO3）3，離子方程式：6HCO3（-）+2Fe3+=Fe2（CO3）3↓ +3H2O+3CO2↑;出現(xiàn)問題二：認(rèn)為沉淀是 Ca（OH）2，離子方程式為：2HCO3（-）+ Ca2+=Ca（OH）2 ↓+2CO2↑。

【學(xué)生討論得出結(jié)論】問題1：Fe2（CO3）3沉淀不存在，F(xiàn)e3+與 CO3（2）-在溶液中存在雙水解，最后生成沉淀 Fe（OH）3;問題2：Ksp [Ca（OH）2]>>Ksp （CaCO3），所以沉淀CaCO3更容易析出，沉淀2是CaCO3更合理。

【歸納、梳理】第一，對于多平衡體系，要結(jié)合具體的情境抓住主要矛盾，透析問題的本質(zhì)。

第二，提煉出應(yīng)用平衡原理解釋問題的思維方法（見圖5）：

【課堂檢測2】向0.1 mol · L-1 NH3· H2O 中加入 NH4Cl 晶體，溶液的pH變小，請結(jié)合化學(xué)平衡移動原理解釋原因。

【學(xué)生情況】大部分學(xué)生能根據(jù)圖5所示模型，正確分析原因。但出現(xiàn)個別答案：氨水中存在電離平衡 NH3· H2ONH +OH 加入的NH4Cl 晶體顯酸性，H+與OH-結(jié)合，使得OH-濃度減小，溶液的pH變小。

【學(xué)生評價】加入NH4Cl，該物質(zhì)是強電解質(zhì)，完全電離出NH4（+），而體系中的 H+是NH4（+）微弱水解得到的產(chǎn)物，故c（NH4（+））>>c（H+），因此NH 對NH4（+）3 · H2O 電離的影響大于H+，出現(xiàn)多個影響因素時，要抓主放次。

設(shè)計意圖：大概念統(tǒng)攝下的教學(xué)，充分暴露學(xué)生問題，使學(xué)生思維外顯，有利于深入理解知識的本質(zhì);建立良好的邏輯思維習(xí)慣，利用平衡觀和平衡移動原理分析和解決實際問題，在分析解決問題的過程中落實了一個思想：對于多平衡體系，要結(jié)合具體的情境抓住主要矛盾，透析問題的本質(zhì);此外構(gòu)建了用平衡原理解決分析問題的思維模型;落實宏觀辨識、微觀探析和證據(jù)推理、模型認(rèn)知核心素養(yǎng)。

（3）環(huán)節(jié)三：定量工具——用K 解決水溶液中平衡問題。

【學(xué)習(xí)任務(wù)3】已知下列物質(zhì)的電離常數(shù)：

（1）NaHCO3溶液顯（），通過計算說明;

（2）NH4HCO3溶液顯（），通過計算說明。

【思路評析】求酸式鹽的酸堿性，第一步，準(zhǔn)確判斷電離常數(shù);第二步，計算水解常數(shù);第三步，比較電離常數(shù)和水解常數(shù)大小，誰大顯誰性。以 NaHCO3溶液為例，Ka=Ka2≈10-11;Kh=Kw/Ka1≈10-7;Kh>Ka，而HCO3（-）水解顯堿性，故NaHCO3溶液顯堿性。

【實驗驗證】用pH試紙測定NH4HCO3溶液的pH。

設(shè)計意圖：通過從定量角度判斷物質(zhì)的酸堿性，明確研究水溶液體系中的平衡除了有定性工具——平衡移動原理，還有定量工具——K。通過實驗驗證落實證據(jù)推理素養(yǎng)。

課堂總結(jié)：（1）水溶液體系學(xué)習(xí)的方法：找平衡（抓主放次），定性、定量兩種工具分析水溶液中平衡問題。

（2）應(yīng)用平衡原理分析問題的思維方法：

學(xué)生領(lǐng)悟第三章學(xué)習(xí)的靈魂：找平衡（抓主放次），定性工具分析，定量工具分析。

三、教學(xué)效果與反思

1.教學(xué)效果

通過訪談，學(xué)生認(rèn)為通過大概念教學(xué)后，對水溶液體系的分析思路更清楚。有以下三點收獲：①尋找水溶液體系的平衡，根據(jù)：溶質(zhì)分類→抽取對應(yīng)的平衡→抓主放次。②用平衡原理分析問題時，找準(zhǔn)平衡的依據(jù)是根據(jù)題干信息;分析影響因素，而同時存在多個影響因素時要抓主放次（量大影響大或從結(jié)果逆向分析影響因素）。③明確K 的分析思路。平衡移動原理無法解決的問題，需用到平衡常數(shù)K，K 也是解決問題的工具。

本案例采取前后測對比。測試結(jié)果表明：第一，通過大概念教學(xué)后，學(xué)生在使用平衡原理解釋問題的題型上進步明顯，正答率提高了28.2%。原來這類題型的錯因主要體現(xiàn)在未能正確找準(zhǔn)體系的平衡，教學(xué)后，學(xué)生能夠在多平衡體系里，正確判斷主平衡。第二，定量計算能力進步明顯，正答率提高25%。通過教學(xué)后，此類題型的分析思路清晰。結(jié)果分析見表3。

2.教學(xué)反思

（1）“雙新雙減”背景下，基于大概念的教學(xué)可以實現(xiàn)“減負(fù)、提質(zhì)、增效”的目的

“雙新”即新課堂新教材;“雙減”即減輕校內(nèi)作業(yè)負(fù)擔(dān)，減輕校外輔導(dǎo)機構(gòu)文化課的輔導(dǎo)。雙減后，教育的分層決定于課堂，高效的課堂至關(guān)重要，促思維發(fā)展的課堂才是高效的課堂。學(xué)科大概念是指向具體學(xué)科知識背后的更為本質(zhì)、更為核心的概念或思想，因此，基于大概念的教學(xué)能提升學(xué)生思維能力，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，提高課堂質(zhì)量，從實踐可看出教學(xué)效果顯著。

（2）大概念教學(xué)促學(xué)生思維能力發(fā)展

2019人教版選擇性必修1第三章“水溶液中的離子反應(yīng)及平衡”，教材內(nèi)容的編排順序按照“弱電解質(zhì)的電離→水的電離和溶液的酸堿性→鹽類的水解→難溶電解質(zhì)的溶解平衡”這樣的框架，學(xué)生關(guān)注單一知識點的學(xué)習(xí)，難以突出化學(xué)平衡理論的指導(dǎo)作用，學(xué)生對這些知識整合在一起的思考要薄弱些，難以建立起對水溶液體系的整體認(rèn)識框架，面對綜合題時常常弄不清楚這是一個什么溶液體系，該用哪個平衡進行分析。為了彌補各知識點在新授課學(xué)習(xí)時相對孤立的不足，在進行單元復(fù)習(xí)教學(xué)時，基于學(xué)科大概念，以典型電解質(zhì)為載體梳理電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的研究對象，對知識點進行適當(dāng)?shù)恼?，消除以往對三種平衡認(rèn)識上的誤區(qū)和盲點;從定性角度（平衡原理）、定量角度（使用平衡常數(shù)K）來指導(dǎo)水溶液中離子平衡的學(xué)習(xí);在分析問題時落實了一個思想：對于多平衡體系，要結(jié)合具體的情境找準(zhǔn)主要矛盾，透析問題的本質(zhì);搭建用平衡原理解決分析問題的思維模型。

參考文獻

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