微粒作用觀視角下“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”教學(xué)設(shè)計(jì)*

張志杰

（北京市通州區(qū)永樂店中學(xué) 北京 101105）

化學(xué)基本觀念的研究和實(shí)踐已成為當(dāng)前中學(xué)化學(xué)教育研究的熱點(diǎn)，成為中學(xué)化學(xué)教學(xué)的一個(gè)基本價(jià)值取向和實(shí)踐追求。［1］要實(shí)施觀念教學(xué)，其中最關(guān)鍵的是要對(duì)教材內(nèi)容的本體知識(shí)有深入的理解，充分挖掘本體知識(shí)中所蘊(yùn)含的化學(xué)觀念，讓具體的知識(shí)服務(wù)于觀念建構(gòu)，同時(shí)圍繞觀念建構(gòu)采取行之有效的教學(xué)策略［2］。從教材內(nèi)容的特點(diǎn)來看，“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”是高中階段初步構(gòu)建和發(fā)展學(xué)生微粒觀很好的素材，因此，本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)不能只局限于講授具體的化學(xué)知識(shí)，而應(yīng)該體現(xiàn)知識(shí)的功能和價(jià)值，對(duì)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該整體把握并建構(gòu)化學(xué)觀念，促進(jìn)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展。

一、“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”的知識(shí)分析及其教學(xué)價(jià)值

“離子反應(yīng)”是人教版高中化學(xué)必修（1）第二章“化學(xué)物質(zhì)及其變化”的內(nèi)容，這一節(jié)共分成三個(gè)課時(shí)：第一課時(shí)講酸堿鹽在水溶液中的電離；第二課時(shí)講離子反應(yīng)及其發(fā)生條件；第三課時(shí)是離子反應(yīng)的具體應(yīng)用。從整體單元教學(xué)的視角來看，本單元的研究對(duì)象是水溶液體系，其中第一課時(shí)研究的是單一電解質(zhì)在水溶液中的行為，是從微觀角度對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)，而第二課時(shí)則是在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步認(rèn)識(shí)兩種電解質(zhì)混合后在水溶液中的行為，是從微觀的角度對(duì)酸、堿、鹽在水溶液中反應(yīng)的認(rèn)識(shí)。（見圖1）。其中第二課時(shí)“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”的主要內(nèi)容包括：離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)、離子反應(yīng)發(fā)生的條件、離子方程式的書寫和離子反應(yīng)的簡(jiǎn)單應(yīng)用。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生從微觀角度認(rèn)識(shí)酸、堿、鹽在水溶液中反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，深化從微觀角度認(rèn)識(shí)和分析離子反應(yīng)的思路和方法，并從宏觀事實(shí)進(jìn)入微觀分析，形成高度概括的深層理解，逐漸建構(gòu)和發(fā)展微粒作用觀的內(nèi)涵。下圖表示“離子反應(yīng)”一節(jié)的知識(shí)層級(jí)關(guān)系。（見圖2）

圖1 “離子反應(yīng)”單元知識(shí)結(jié)構(gòu)圖

圖2 “離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”的知識(shí)層級(jí)圖

“離子反應(yīng)及其發(fā)生的條件”的教學(xué)價(jià)值：首先離子反應(yīng)的學(xué)習(xí)，發(fā)展了學(xué)生對(duì)酸、堿、鹽水溶液中物質(zhì)的存在狀態(tài)和它們之間反應(yīng)的再認(rèn)識(shí)，使學(xué)生對(duì)溶液的認(rèn)識(shí)從宏觀進(jìn)入微觀，建立了從微觀角度看溶液中化學(xué)反應(yīng)的新視角［3］，發(fā)展了學(xué)生的微粒作用觀，運(yùn)用微粒作用觀的觀點(diǎn)有助于學(xué)生從微觀角度認(rèn)識(shí)兩種電解質(zhì)在水溶液中的行為，分析電解質(zhì)在水溶液中存在哪些離子，這些微粒之間存在哪些作用，它們之間如何轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中微粒的數(shù)量發(fā)生了什么變化，學(xué)會(huì)從溶液中微粒的來源、數(shù)量和微粒間的相互作用認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)，深化了學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)，建立起研究水溶液的新思路和新視角；此外，以“微粒作用觀”作為“離子反應(yīng)及其發(fā)生的條件”內(nèi)容的基本思想和處理問題的價(jià)值取向，有助于學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的深層次理解，并將具體知識(shí)中所蘊(yùn)含的化學(xué)觀念提煉出來，促進(jìn)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展。

二、學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析

在“離子反應(yīng)”第一課時(shí)，學(xué)習(xí)了電解質(zhì)與非電解質(zhì)，能區(qū)分哪些物質(zhì)是電解質(zhì)，哪些物質(zhì)是非電解質(zhì)，已了解電解質(zhì)在溶液中能發(fā)生電離，以離子形式存在于溶液中，會(huì)書寫簡(jiǎn)單的電離方程式。對(duì)于酸堿鹽在水溶液中的反應(yīng)，學(xué)生的前知識(shí)是復(fù)分解反應(yīng)，知道復(fù)分解反應(yīng)的條件是生成沉淀、氣體和水，這是對(duì)水溶液中復(fù)分解反應(yīng)的宏觀認(rèn)識(shí)，但是，學(xué)生對(duì)電解質(zhì)在水溶液中的存在狀態(tài)及行為還缺乏足夠的理解和認(rèn)識(shí)，對(duì)水溶液中物質(zhì)的認(rèn)識(shí)還沒有深入到微觀這一層面，對(duì)復(fù)分解反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)還不太清楚，不能從微觀的角度分析離子的存在以及離子之間的相互作用，欠缺研究微觀問題的方法和思路。為此，在“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”的教學(xué)中，很重要的一點(diǎn)就是促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)角度的轉(zhuǎn)變，從微粒作用觀的角度剖析復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，從微粒的存在到離子之間的相互作用再到離子之間相互作用的結(jié)果，深刻理解水溶液中物質(zhì)反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)，建立研究水溶液中物質(zhì)反應(yīng)的新思路和新視角。

三、促進(jìn)觀念建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計(jì)

1．教學(xué)整體思路

按照“離子反應(yīng)”單元整體教學(xué)的設(shè)計(jì)，本單元的研究對(duì)象是水溶液體系，其中第一課時(shí)研究單一電解質(zhì)在水溶液中的行為，第二課時(shí)“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”研究?jī)煞N電解質(zhì)混合后在水溶液中的行為，從蘊(yùn)含的化學(xué)觀念而言，確定微粒觀為本單元的觀念教學(xué)目標(biāo)，其中第二課時(shí)是從微觀的角度對(duì)溶液中反應(yīng)的研究，進(jìn)而確定微粒作用觀為本節(jié)課的觀念目標(biāo)，并以微粒作用觀為統(tǒng)領(lǐng)構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容，圍繞“電解質(zhì)在水中能電離出自由移動(dòng)的離子復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是離子反應(yīng)離子反應(yīng)是有條件離子反應(yīng)可用離子方程式表示 ”四個(gè)環(huán)節(jié)展開教學(xué)（見表1）。在具體的教學(xué)過程中，以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為支持，并通過一系列核心問題和學(xué)生活動(dòng)將教學(xué)活動(dòng)串聯(lián)起來，從微粒作用觀的角度出發(fā)設(shè)置啟發(fā)性問題，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)復(fù)分解反應(yīng)的深層次理解。

2．關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)

環(huán)節(jié)一：再認(rèn)識(shí)單一電解質(zhì)在水溶液中的行為，關(guān)注微粒的來源和種類。

表1 教學(xué)整體思路

［演示實(shí)驗(yàn)］演示CuSO4溶液、BaCl2溶液的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)。

［問題］請(qǐng)從微觀角度分析以上溶液導(dǎo)電的原因？如果把兩種物質(zhì)的水溶液相互混合，溶液中的離子之間會(huì)有何影響？

設(shè)計(jì)意圖：通過導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)，將微觀問題宏觀化，借助溶液的導(dǎo)電性引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步鞏固單一電解質(zhì)在水溶液中的行為，關(guān)注電解質(zhì)溶液中微粒的來源和種類，使學(xué)生的認(rèn)識(shí)角度從物質(zhì)到離子再到離子之間的相互反應(yīng)。

環(huán)節(jié)二：分析溶液中微粒間的相互作用，探討復(fù)分解反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)。

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］

（1） 向 2mL 1mol·L－1的 CuSO4溶液中加入等體積 1mol·L－1的 BaCl2溶液，觀察現(xiàn)象。取反應(yīng)后的上層清液置于兩只試管中，向一只試管中加少量硝酸銀，有何現(xiàn)象 ？ 向另一只試管中加少量氫氧化鈉，又有何現(xiàn)象？

［問題］通過以上實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為是不是所有離子都參加了反應(yīng)？反應(yīng)后離子數(shù)量發(fā)生了什么變化？你認(rèn)為復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是什么？

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)手段，借助宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)復(fù)分解反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)（1）中，學(xué)生觀察到反應(yīng)生成了白色沉淀，由此可以判斷和Ba2＋反應(yīng)生成了BaSO4沉淀，溶液的顏色仍為藍(lán)色，說明Cu2＋并沒有參加反應(yīng)。在第二步實(shí)驗(yàn)中，加少量硝酸銀也觀察到有白色沉淀產(chǎn)生，該沉淀為AgCl，該實(shí)驗(yàn)證明了硫酸銅和氯化鋇發(fā)生反應(yīng)的時(shí)候Cl－并沒有參加反應(yīng)；同樣在第三步反應(yīng)中，加少量氫氧化鈉生成了藍(lán)色的氫氧化銅沉淀也進(jìn)一步證明了Cu2＋也沒有參加反應(yīng)。通過一系列宏觀實(shí)驗(yàn)可以證明：CuSO4和BaCl2溶液之間的反應(yīng)其實(shí)質(zhì)是和Ba2＋之間的反應(yīng)，而Cl－和Cu2＋并沒有參加反應(yīng)。該環(huán)節(jié)從微觀層面分析了兩種電解質(zhì)混合后的行為，讓學(xué)生感受到復(fù)分解反應(yīng)其實(shí)質(zhì)就是離子之間的反應(yīng)，而在發(fā)生反應(yīng)時(shí)并不是所有的離子都參與反應(yīng)，然后歸納出離子反應(yīng)的概念，通過和Ba2＋之間反應(yīng)也讓學(xué)生意識(shí)到電解質(zhì)溶液中微粒之間存在著相互作用，作用過程是通過微粒的解離和再結(jié)合完成的，微粒間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是強(qiáng)的相互作用代替弱的相互作用，相互作用的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致微粒種類、數(shù)量和溶液性質(zhì)的變化。此外，通過探究?jī)煞N電解質(zhì)溶液混合時(shí)離子數(shù)目的變化，使學(xué)生對(duì)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)由定性到定量，從宏觀到微觀，從而更深刻的理解離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，提升了學(xué)生的思維深度。

環(huán)節(jié)三：從微粒間相互作用的結(jié)果歸納離子反應(yīng)發(fā)生的條件。

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］

（2）向 2mL 1mol·L－1鹽酸溶液中加幾滴石蕊，再加入1mol·L－1碳酸鈉溶液使其恰好完全反應(yīng)，觀察現(xiàn)象；

（3）向滴有酚酞的 2mL 1mol·L－1氫氧化鈉溶液中滴加等體積1mol·L－1的硫酸使其恰好完全反應(yīng)，觀察現(xiàn)象。

［問題］根據(jù)以上三個(gè)反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象和微觀實(shí)質(zhì)，你認(rèn)為離子反應(yīng)發(fā)生的條件是什么？

［總結(jié)］酸、堿、鹽之間發(fā)生離子反應(yīng)的條件：

微觀角度：離子數(shù)量減少

宏觀角度：生成沉淀、氣體和水

［問題］根據(jù)離子反應(yīng)發(fā)生的條件，你認(rèn)為那些物質(zhì)在水溶液中以離子形式存在？哪些以分子形式存在？

［總結(jié)］沉淀、氣體、水在水溶液中以分子形式存在，鈉鹽、鉀鹽等可溶鹽以離子形式存在。

設(shè)計(jì)意圖：從微觀的角度理解離子反應(yīng)發(fā)生的條件，即離子之間相互作用的結(jié)果是是反應(yīng)向著生成沉淀、氣體、水等離子濃度減小的方向移動(dòng)。第二個(gè)問題的設(shè)計(jì)意圖是從復(fù)分解反發(fā)生的條件再看單一電解質(zhì)在水溶液中的行為，深刻理解微粒間的相互作用及其結(jié)果是物質(zhì)在水溶液中存在形式和離子反應(yīng)發(fā)生條件的微觀實(shí)質(zhì)。

環(huán)節(jié)四：用化學(xué)用語表征離子之間的相互作用及其結(jié)果。

［問題］根據(jù)復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，如何用化學(xué)用語來表達(dá)CuSO4和BaCl2溶液之間的反應(yīng)？

［學(xué)生活動(dòng)］基于對(duì)反應(yīng)（1）的分析，小組討論，匯報(bào)交流如何用化學(xué)用語來表達(dá) CuSO4和BaCl2溶液之間的反應(yīng)。［教師引導(dǎo)］在師生互動(dòng)中總結(jié)出書寫離子方程式的一般方法：

書寫電離方程式（微粒的來源）：

找出參加反應(yīng)的離子（微粒間的相互作用）

書寫離子方程式（微粒間相互作用的結(jié)果）

檢查離子方程式：質(zhì)量守恒、電荷守恒。

［學(xué)生活動(dòng)］根據(jù)以上書寫規(guī)則，完成鹽酸和碳酸鈉溶液、氫氧化鈉和硫酸反應(yīng)的離子方程式。

［問題］你認(rèn)為H＋＋OH－＝H2O除可以表示氫氧化鈉和硫酸溶液之間的反應(yīng)外，還可以表示哪些物質(zhì)之間的反應(yīng)？你認(rèn)為能表示硫酸和氫氧化鋇之間的反應(yīng)嗎？

設(shè)計(jì)意圖：通過歸納總結(jié)，從微粒的來源和微粒間相互作用及其結(jié)果的角度梳理書寫離子方程式的一般方法和分析水溶液中離子反應(yīng)的一般思路，并借助離子反應(yīng)來表示酸、堿、鹽在水溶液中的反應(yīng)實(shí)質(zhì)。此外，用硫酸替代鹽酸和氫氧化鈉的反應(yīng)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生“量”的意識(shí)。對(duì)于H＋＋OH－＝H2O還可以表示哪些離子反應(yīng)，其設(shè)計(jì)意圖是讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)的本質(zhì)，一個(gè)離子反應(yīng)不僅可以表示一個(gè)反應(yīng)還可以表示一類反應(yīng)，讓學(xué)生養(yǎng)成見到物質(zhì)會(huì)想到它在水溶液中的存在形式，見到離子會(huì)想到哪些物質(zhì)含有這些離子的思維習(xí)慣，進(jìn)一步構(gòu)建和發(fā)展了學(xué)生的微粒觀。該離子反應(yīng)能否表示硫酸和氫氧化鋇的反應(yīng)？其目的是讓學(xué)生從微粒的來源、微粒間的相互作用及其結(jié)果進(jìn)行判斷，并通過該離子方程式的書寫，進(jìn)一步鞏固學(xué)生對(duì)離子反應(yīng)的定量認(rèn)識(shí)，從而更深刻的理解離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，提升了學(xué)生的思維深度。

環(huán)節(jié)五：歸納小結(jié)。

［問題］通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你對(duì)溶液中的復(fù)分解反應(yīng)有哪些新的認(rèn)識(shí)？你認(rèn)為分析離子反應(yīng)的思路是什么？

設(shè)計(jì)意圖：通過學(xué)生的歸納總結(jié)，再次強(qiáng)化了學(xué)生從微觀角度對(duì)復(fù)分解反應(yīng)的深層理解，形成從微粒的來源、微粒間的相互作用及其結(jié)果去分析溶液中離子反應(yīng)的基本思路和方法。

總之，實(shí)施促進(jìn)化學(xué)觀念的教學(xué)是為了學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展，以化學(xué)觀念統(tǒng)領(lǐng)的課堂教學(xué)，更有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的深層次理解，當(dāng)然要實(shí)現(xiàn)從從“知識(shí)為本”到“觀念構(gòu)建”，必須要充分挖掘具體知識(shí)所蘊(yùn)含的化學(xué)觀念，讓具體的知識(shí)服務(wù)于觀念建構(gòu)，重視化學(xué)實(shí)驗(yàn)提供的感性認(rèn)識(shí)，在圍繞觀念建構(gòu)問題的驅(qū)動(dòng)下，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的形成、應(yīng)用和反思，不斷發(fā)展對(duì)化學(xué)觀念的認(rèn)識(shí)。［2］

［感謝王欽忠老師、何彩霞老師在課題研究和論文寫作過程中的悉心指導(dǎo)。］

［1］ 畢華林，萬延嵐．化學(xué)基本觀念：內(nèi)涵分析與教學(xué)建構(gòu)［J］．課程·教材·教法，2014，（4） ：76－77

［2］ 何彩霞．以化學(xué)觀念為統(tǒng)領(lǐng)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)［J］．化學(xué)教育，2013，34（1）：16－18

［3］ 何彩霞，張琦，王欽忠．促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)角度轉(zhuǎn)變的化學(xué)教學(xué)［J］．教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2014，30（1） ：7－10