基于學科觀念和學科理解的概念教學

嚴曉玲

摘要：關注學生對化學概念的理解與應用。課堂不再是利用習題對學生進行考查，而是在實踐探究過程中，結(jié)合知識、過程、方法于一體，深化對概念的理解與應用。

關鍵詞：概念教學；學科觀念；學科理解

文章編號：1008-0546（2023）07-0064-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.07.012

一、問題的提出

在化學學科發(fā)展的過程中，形成了很多獨特的、具有學科特點的概念，這些概念既是探尋物質(zhì)及物質(zhì)變化規(guī)律的重要工具，也是促進學生化學思維發(fā)展、啟迪學生化學思維的“金鑰匙”。 “溶解度”是中學化學教學過程中的重要概念，對“溶解度”的正確理解，能更深刻地幫助學生從思維上實現(xiàn)從定性到定量的認識。

縱觀當前的概念教學，不少教師一般采用“一個定義、幾項注意或要素、表達方法”等版塊，對概念形成的背景和重要性并不過多強調(diào)；用大量的習題對概念進行考查，反而沒有給學生提供充足的時間和實踐去理解概念。以“解題”的訓練方式來進行概念學習，這種理解是膚淺的，是浮于表面的。學生“學”完后很快就會遺忘，以“解題”訓練的教學，有可能妨礙了學生對于概念的理解和應用，降低了對概念的內(nèi)涵、外延、適用范圍等的追求和探索，不利于學生核心素養(yǎng)的發(fā)展，不利于深度學習的發(fā)生，不利于鍛煉學生關鍵能力和學科素養(yǎng)的形成。[1] 很多化學概念也比較抽象，往往在這里會成為學生學習的障礙點。所以，必須讓學生對概念由淺入深、由表及里深刻理解，才能突破概念教學的難點。設計合理的探究實驗，能讓學生的認知從感性到理性，降低學習難度，還能熟練應用概念來解決問題。[2]

溶解度的概念并不是某一個人提出來的，而是人們源于對某一問題或者某一現(xiàn)象的深度思考，隨著科學發(fā)展自然而然形成的：正是觀察到“溶質(zhì)在溶劑中的溶解是有限度的”，逐漸形成“溶解度”的概念。本文以“溶解度”為例，圍繞“溶解度”的“概念形成” “概念理解” “概念應用”等幾方面展開對此概念的學習，旨在培養(yǎng)學生的學科觀念，加強學科理解。

二、教學內(nèi)容及學情分析

溶液是生活中非常常見的混合體系。學生在生活中已經(jīng)對溶液積累了一定的感性認知。前面也學習了物質(zhì)的分類，關于純凈物、混合物的認知也非常到位，對溶液的學習也有了理論基礎。學生對溶解現(xiàn)象并不陌生，在之前的學習中已經(jīng)可以對溶液進行“飽和溶液” “不飽和溶液”的分類，對“物質(zhì)的溶解是有限度的”已經(jīng)有了感性認識。這一節(jié)課的教學目標是將學生的感性認識上升為理性認知；從定性學習升華到定量學習，實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

三、教學目標

1. 認知性目標：理解溶解度的概念，知道溶解度的相對大小和溶解性的關系；了解溶解度曲線，能利用溶解度曲線查閱有關物質(zhì)的溶解度；

2. 技能性目標：培養(yǎng)學生觀察、分析能力以及利用控制變量法進行抽象概括、形成規(guī)律性認識的能力。

3. 體驗性目標：通過探究實驗，感受“物質(zhì)的溶解是有限度的”，不同的物質(zhì)的“溶解限度”也是不同的。體會事物內(nèi)外因關系與量變的辯證關系。

四、教學重難點

正確理解溶解度的概念，并利用溶解度曲線去解決問題。

五、教學實錄和設計意圖

【教師】同學們，我上周在學校的“科技節(jié)”上看到了一個別致的展品。你們熟悉這件展品嗎？據(jù)工作人員介紹，這叫“風暴瓶”，又叫天氣預報瓶，它的發(fā)明者是英國的羅伯特菲茨羅伊船長。 “風暴瓶”最早應用于海上。讓我們通過視頻簡單地了解它。（展示圖1風暴瓶圖片及風暴瓶解說視頻15秒。）

這瓶子能“預報天氣，冷暖先知”，當真這么神奇么？我立刻進行了百度百科。

設計意圖：利用身邊的物質(zhì)和學生的好奇心，直接將學生帶入“溶解”的世界，利用“風暴瓶”隨溫度變化的奇妙現(xiàn)象激發(fā)學生的學習熱情。再引導學生在生活中遇到一些“化學現(xiàn)象”可以嘗試多種方法去接近真相，例如：利用搜索引擎去查閱資料也是一種很重要的化學學習途徑和方法。

【一“探”風暴瓶】

【教師】根據(jù)介紹，我了解到這是由硝酸鉀、氯化銨以及樟腦溶于水和乙醇形成的混合物質(zhì)。瓶內(nèi)出現(xiàn)不同固體的原因之一就是瓶內(nèi)的這三種溶質(zhì)在兩種溶劑中溶解性強弱不同。

從這句介紹中，說明什么在影響物質(zhì)的溶解性強弱呢？

【學生】溶劑。

【教師】是的。我同時發(fā)現(xiàn)硝酸鉀和氯化銨在水中的溶解性明顯強于樟腦。這又說明什么在影響著物質(zhì)的溶解性強弱呢？

【學生】溶質(zhì)。

【教師】（邊板書）它們都是影響物質(zhì)溶解性強弱的內(nèi)因，就是決定性因素。

【教師】既然硝酸鉀和氯化銨都易溶于水，那么，它們的溶解性誰強誰弱，還是相等呢？倘若我來比較這兩種物質(zhì)的溶解性強弱，你覺得需要控制哪些因素？又為什么要控制這些因素呢？

請同學們開動腦筋，和小組同學交流討論，設計出探究的方案。

設計意圖：在之前學習溶解性的基礎上進行適當總結(jié)，得出溶解性的影響因素分為內(nèi)因和外因，為后續(xù)學習“溫度”是影響溶解度重要因素打下堅實的學習基礎。

【學生】方案一：取等溫、等體積的水，加入固體并攪拌，直至飽和——溶解固體量多才飽和的，溶解性強。

方案二：取等質(zhì)量的固體，加等溫的水直至恰好完全溶解——用水少即全部溶解的，溶解性強。

【教師】無論是哪個方案，我們都控制了一些共同的量。你發(fā)現(xiàn)了嗎？

【學生】一定的溫度、飽和狀態(tài)。

【教師】比較的方法很多，今天我們就選擇方案一進行實驗。

下面我們將利用討論好的方案，探究硝酸鉀和氯化銨的溶解性強弱。大家量取等體積的水，分別向其中加入固體，少量多次，直至固體不再溶解。利用天平稱量溶解前后的差值，在實驗過程中注意及時記錄實驗數(shù)據(jù)。（介紹圖2所示的溶解度測定方法。）

【學生】進行活動探究一。

設計意圖：引導學生進行控制變量的實驗設計及實施。在親手實施的過程中比較兩者的溶解能力，鍛煉了學生的動手能力；并且，在實驗過程中比較數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)來比較溶解能力，學生從定性認知上升到定量認知，有助于提升學生的科學思維能力。

【教師】引導學生描述實驗現(xiàn)象、歸納實驗結(jié)論。你觀察什么現(xiàn)象？

【學生】發(fā)現(xiàn)燒杯降溫。

【教師】對！我們還要考慮溶質(zhì)溶解時吸、放熱，應該等到冷卻到室溫再進行觀察。

【教師】具體要什么數(shù)據(jù)才能比較出溶解性的強弱？

【學生】得稱溶解前后的質(zhì)量，通過具體的數(shù)據(jù)去比較。

【教師】你得出結(jié)論了嗎？

【學生】列舉數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

【教師】我們發(fā)現(xiàn)不同的小組選擇了不同體積的水，也存在著沒有一個標準的問題。為了便于比較，你有什么好辦法呢？

【學生】制定統(tǒng)一的標準。

【教師】說得沒錯，一般情況下，我們規(guī)定溶劑為100 g，多數(shù)情況下，溶劑為水。那么，你能給這個比較的量下一個定義嗎？

【學生】歸納溶解度概念。

設計意圖：讓學生自己去歸納“溶解度”的定義，幫助學生真切地理解溶解度的“四要素”，在此概念的教學過程中，沒有生硬地進行“告知”，而是讓學生在探究的過程中去深入感受，在實驗的過程中提高認知。

【教師】這個特定的量就被我們稱作為“溶解度”，很明顯，它表示的是一定溫度下，100 g溶劑中最多能溶解的質(zhì)量，單位為克。

【教師】我們能否用自己的語言來說一說你對“溶解度”的理解？以我們熟悉的食鹽為例，20 ℃時，食鹽的溶解度為36 g。

請小組交流討論，看誰說得多。

【學生】自由表達。

【教師】20 ℃時，50 g水中最多能溶解多少克食鹽呢？

【學生】18 g。

【教師】你是怎么算出來的。

【學生】按比例的。

【教師】你利用了溶液的什么性質(zhì)？

【學生】均一性。

【教師】課本上列出了幾種固體物質(zhì)的溶解度。我們一起來觀察數(shù)據(jù)。從表中可以看出，在室溫（20 ℃）下，不同固體在水中的溶解度差異很大，有的甚至達到了上千倍。根據(jù)常溫下，物質(zhì)在水中溶解度的不同，可以將物質(zhì)分為“易溶” “可溶” “微溶” “難溶”等。溶解度是定量地反映物質(zhì)的溶解性強弱，那么它也受著影響溶解性強弱三個因素的制約和影響。溶解性是定性地、粗略地描述，而溶解度是定量地、精確地描述。從“定性”跨越到“定量”，我們的思維實現(xiàn)了質(zhì)的升級。百度百科中對“風暴瓶”中幾種物質(zhì)的溶解性都是定性的描述，那么這兩種物質(zhì)的溶解度如何呢？我們可以去查閱溶解度表獲得。有了溶解度我們可以很迅速、很直接地比較出不同物質(zhì)的溶解性強弱。很顯然：室溫（20 ℃）時，氯化銨的溶解度大于硝酸鉀，說明氯化銨的溶解性強于硝酸鉀。

設計意圖：物質(zhì)的“溶解度”表直觀地反映出固體物質(zhì)在某溫度下的溶解度，用數(shù)據(jù)進行對比，非常有說服力。而且，學生也了解數(shù)據(jù)的“產(chǎn)生”過程，這是建立在對概念深入理解基礎上的數(shù)據(jù)認知。對數(shù)據(jù)的認知會更清晰，對“溶解度”的第一個重要的應用已然掌握。

【二“究”風暴瓶】

【教師】“風暴瓶”最初應用于海上，從北極到赤道，各地區(qū)的溫度不同，那么知道在不同的溫度下物質(zhì)的溶解度對制作風暴瓶有著重要的指導意義。科學家測定了不同溫度下物質(zhì)的溶解度。

展示：硝酸鉀在不同溫度時的溶解度。像這樣（展示表格：硝酸鉀的溶解度。）采用表格的方法將不同溫度時的溶解度羅列出來，簡稱列表法。（板書：表示方法）我們可以從表格中獲得哪些信息呢？

【學生】1. 某個溫度下，該物質(zhì)的溶解度；2. 該物質(zhì)的溶解度隨溫度的變化趨勢。

【教師】但是，從表中我能得出50 ℃時候的溶解度嗎？由于溫度是個連續(xù)的量，我們想想辦法，能不能采用其他的表示形式呢？便于我們能方便查閱。

【學生】用圖像的方法。在坐標系中，描出點，連線。

【教師】參照老師剛才給定的硝酸鉀在不同溫度時的溶解度。利用老師給的方格紙，進行描點。注意橫縱坐標。

【學生】進行活動探究二。

設計意圖：利用實驗或者參考資料得到的數(shù)據(jù)，在坐標系上描點、連線是重要的學習能力之一。從某個溫度下多種物質(zhì)的溶解度的認識過渡到多個溫度下某種物質(zhì)的溶解度，且從繪制出的曲線的走勢學生能感受到溫度是影響物質(zhì)溶解度的重要因素，甚至是關鍵因素。

【教師】像這樣得到的曲線就是溶解度曲線，根據(jù)數(shù)據(jù)作圖這種方法在科學研究中也有著非常廣泛的應用。

【教師】現(xiàn)在我們可以查閱50 ℃時硝酸鉀的溶解度了吧。你再查找硝酸鉀的溶解度是110 g時，硝酸鉀飽和溶液所對應的溫度？通過溶解度曲線，我們可以查找任意溫度下的溶解度，也可以查找一定溶解度所對應的飽和溶液的溫度。溶解度曲線要比表格法更直觀、更便捷。[3]

【學生】很容易看出硝酸鉀的溶解度隨溫度升高明顯增大。

【教師】那么，氯化銨是否也是同樣的變化趨勢呢？請同學們快速地繪制出氯化銨的溶解度曲線。

【教師】對比這兩條曲線，你又有什么新的認識？

【學生】這兩種物質(zhì)的溶解度受溫度的影響程度不同。

【教師】誰受溫度影響的程度更大呢？

【學生】硝酸鉀。

【教師】你是根據(jù)什么了解到的？

【學生】曲線的變化趨勢。

【教師】我還發(fā)現(xiàn)了曲線有一個交點。請同學們說一說交點表示什么含義呢？

【學生】表示對應溫度下，兩種物質(zhì)的溶解度相等。

【教師】你能對比圖像法和列表法的優(yōu)缺點嗎？

【學生】列表法更精確；圖像法更直觀。

設計意圖：引導學生能根據(jù)曲線的走勢直觀地判斷出溫度對溶解度的重要影響；并對比溶解度的兩種表示方法，溶解度數(shù)據(jù)表是以實驗為基礎，數(shù)據(jù)準確，但無法在任意溫度下測定溶解度，所以有一定的局限性。溶解度曲線所呈現(xiàn)的溫度范圍比較寬，但曲線上查得的溶解度會有誤差。簡單地說，就是讓學生了解列表法和圖像法的區(qū)別就在于列表法可以精確地看到數(shù)據(jù)的數(shù)值是多少，而曲線法是更加直觀地觀察到溶解度隨著溫度等的變化。

【教師】下面我展示的是多種固體物質(zhì)的溶解度曲線，大家又有什么新的發(fā)現(xiàn)？

【學生】大多數(shù)固體物質(zhì)的溶解度隨溫度升高而升高，也有個別物質(zhì)，如：氫氧化鈣的溶解度隨溫度升高而降低。

【教師】我們能觀察出哪種物質(zhì)的溶解度受溫度影響最大嗎？哪種物質(zhì)受影響又最小呢？

【學生】硝酸銨、硝酸鉀受溫度影響大；氫氧化鈣受溫度影響小。

【教師】在某一溫度下，我們還能對比出不同物質(zhì)的溶解度大小。比如，你能比較出在60 ℃時候硝酸鉀和氯化銨的溶解度大小嗎？

【學生】60 ℃時，硝酸鉀的溶解度大于氯化銨。

【教師】這個結(jié)論再一次印證了在描述溶解度時要考慮重要的外因——溫度（板書）。當對較高溫度時候的飽和溶液進行降溫時，溶解度下降，原來溶解在溶液中的溶質(zhì)就要析出，這就是結(jié)晶。

設計意圖：從溶液中析出晶體的過程叫做結(jié)晶。

從溶液中獲得純凈晶體在生產(chǎn)、生活、醫(yī)療、科研等方面有著非常重要的作用，這種純化方式已經(jīng)在諸多行業(yè)成為重要的手段之一，現(xiàn)階段學生需要了解的主要是蒸發(fā)結(jié)晶和降溫結(jié)晶兩種方式。如何選擇合適的結(jié)晶方式，主要依據(jù)之一就是固體物質(zhì)的溶解度曲線。

【三“問”風暴瓶】

【教師】同學們，讓我們的視線再回到“風暴瓶”

上，根據(jù)權威科普網(wǎng)站果殼網(wǎng)的介紹， “風暴瓶”中結(jié)晶的固體是樟腦。你現(xiàn)在是否理解“風暴瓶”中出現(xiàn)的現(xiàn)象？可以和你的小組同學討論一下。

【學生】溫度不同，影響了樟腦的溶解度。

【教師】那么我們之前對風暴瓶的定義是“預報天氣，冷暖先知”，你覺得此種表達是否準確？

【學生】不準確。

【教師】你認為風暴瓶的功能是什么？

【學生】溫度計。

【教師】不可否認，結(jié)晶的形成過程很美麗，所以現(xiàn)在“風暴瓶”一般作為美麗的工藝品用來欣賞；但真沒有預報天氣的功能，而是隨著外界溫度的變化而變化，所以它充其量也只能是一個美麗但又不太精確的溫度計。

設計意圖：讓學生對“風暴瓶”可以“預知冷暖”進行質(zhì)疑。我們在教學中應堅持學生的主體地位不動搖，多從學生角度去思考，多創(chuàng)設質(zhì)疑情境，使學生在一定情境中產(chǎn)生問題，從而提出并解決問題。這讓學生對概念的理解和應用大有裨益。也讓學生對之前“風暴瓶”認知產(chǎn)生了沖突，這就是學習科學的意義所在。

【教師】根據(jù)我們今天所學，你能告訴老師：在制作“風暴瓶”的過程中，哪些方法可以讓“風暴瓶”產(chǎn)生的結(jié)晶更多呢？請和你的小組同學說一說。

【學生】討論并總結(jié)：增加樟腦的量、減少乙醇的量、降低溫度。

【教師】總結(jié)：沒錯，依然是從影響物質(zhì)溶解度的內(nèi)外因角度去思考、解決問題。我們今天這節(jié)課通過對“風暴瓶”中物質(zhì)的溶解性進行了思考，對物質(zhì)組成和性質(zhì)進行了探究，這對我們更好地利用物質(zhì)有著重要的指導意義。通過學習，我們明白了固體物質(zhì)在水中的溶解是有限度的，它受著溶解度的限定；當溶質(zhì)溶劑確定時候，溫度是溶解度的最大影響因素。[4，5]

【教師】我給大家提供了“風暴瓶”的制作方法，大家課后可以去嘗試做出“風暴瓶”，關于“風暴瓶”還有更多的未知內(nèi)容等待大家去探索、去發(fā)現(xiàn)！

附： “風暴瓶”制作方法：

實驗用品：2.5 g 硝酸鉀、2.5 g 氯化銨、33 mL 蒸餾水、40 mL乙醇、10 g天然樟腦。（特別注意：樟腦是有毒的！！一定要注意實驗安全！嚴禁入口?。?/p>

實驗步驟：

1. 將硝酸鉀和氯化銨溶解于水中。

2. 將樟腦溶解于酒精中，這個燒杯要稍微大一些。

3. 將步驟一的溶液加到步驟二的溶液中，攪拌，40 ℃水浴加熱到澄清。

4. 將澄清的混合液封存在玻璃容器中。做好之后不要動瓶子，靜置結(jié)晶，一般過2個小時就可以完成。

六、板書設計

見圖3。

七、教后反思

1. 學生在進行實驗時，還要再培訓學生組內(nèi)再分組，把任務具體到人；在實驗過程中還要對學生不斷提醒記錄的數(shù)據(jù)和最終需要比較的數(shù)據(jù)；

2. 實驗耗時過長；可以考慮水的量減少：如提供2 mL、3 mL、5 mL的水，減少和縮短溶解的時間和量；

3. 對實驗進行評價：雖然不夠精確，但是完成了科學探究的過程。如果需要得出準確的結(jié)論還需要更精確的實驗；但學生就此明確了從“觀察—提出假設—建立模型—實驗—收集數(shù)據(jù)—修改假設—完善模型—得出結(jié)論”這樣一個循環(huán)迭代的科學探究過程，這是非常難能可貴的。

參考文獻

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

[2] 何如濤. 初中化學“溶解度概念”的教學與反思[J]. 化學教學. 2013（3）：37-39.

[3] 張禮聰，林秋彬，周雷. “溶解度曲線”模型的認識與教學思考[J]. 化學教學. 2021（11）：46-50.

[4] 殷志忠，田長明. 初中化學“溶解度”教學的改進[J]. 化學教學. 2020（9）：94-97.

[5] 鄭婷婷，張賢金，徐立堂. 基于學科整體理解的化學實驗教學實踐——以人教版九年級化學“溶解度”教學為例[J]. 實驗教學與儀器. 2021，38（10）：14-18.