基于化學(xué)學(xué)科觀念的化學(xué)課堂教學(xué)

盧國田+杭亞萍

摘要：試圖以“弱電解質(zhì)的電離”為例，說明基于化學(xué)學(xué)科觀念的化學(xué)課堂教學(xué)實(shí)施的策略。分別從課堂教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)、真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)、探究活動(dòng)的實(shí)施和化學(xué)問題解決等方面予以闡述。

關(guān)鍵詞：弱電解質(zhì)的電離平衡；學(xué)科觀念；化學(xué)教學(xué)

文章編號(hào)：1005–6629（2016）3–0045–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問題的提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生：了解化學(xué)科學(xué)發(fā)展的主要線索，理解基本的化學(xué)概念和原理，認(rèn)識(shí)化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，理解化學(xué)變化的基本規(guī)律，形成有關(guān)化學(xué)科學(xué)的基本觀念。使學(xué)生形成化學(xué)科學(xué)的基本觀念是高中化學(xué)新課程的一個(gè)重要教學(xué)目標(biāo)。然而，目前中學(xué)化學(xué)教師普遍認(rèn)為：化學(xué)課堂教學(xué)就是教給學(xué)生具體的化學(xué)知識(shí)，特別是高考涉及的化學(xué)知識(shí)。其實(shí)，化學(xué)學(xué)科知識(shí)的教學(xué)是必要的，但是讓學(xué)生掌握知識(shí)不應(yīng)該成為最終目標(biāo)。英國哲學(xué)家懷特海說：教育就是忘記了在學(xué)校所學(xué)的之后剩下的東西。由此我們應(yīng)該思考的是“什么是學(xué)生通過中學(xué)化學(xué)課程的學(xué)習(xí)不會(huì)忘記的”。零散的化學(xué)學(xué)科知識(shí)、片段性的化學(xué)概念或事實(shí)是很容易被忘記的，學(xué)生不會(huì)忘記的是學(xué)科觀念、學(xué)科特征的思維習(xí)慣和解決問題的方法?！叭魏我粋€(gè)研究領(lǐng)域的知識(shí)體系都是由經(jīng)驗(yàn)要素（科學(xué)事實(shí)）、理論要素（科學(xué)理論）和觀念要素（科學(xué)觀念）3種成分組成的?？茖W(xué)觀念凝聚著所在領(lǐng)域科學(xué)思想的精華，是科學(xué)知識(shí)體系中更本質(zhì)的東西，處于核心的地位”。對(duì)于“弱電解質(zhì)的電離平衡”的教學(xué)已有不少討論，本文從基于化學(xué)學(xué)科觀念教學(xué)的視角，結(jié)合“弱電解質(zhì)的電離平衡”的課堂教學(xué)，探討在化學(xué)課堂教學(xué)中如何對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)科觀念教育，以期對(duì)中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)改革做些有益的嘗試。

2 基于化學(xué)學(xué)科觀念的化學(xué)課堂教學(xué)策略

2.1 課堂教學(xué)目標(biāo)中包含化學(xué)學(xué)科觀念

新課程倡導(dǎo)從知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三維建構(gòu)課堂教學(xué)目標(biāo)。但是，日常教學(xué)中教師制定的課堂教學(xué)目標(biāo)主要還是圍繞著“知識(shí)與技能”目標(biāo)的達(dá)成而設(shè)計(jì)的，即使涉及“過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀”維度的目標(biāo)也是浮在表面的，缺乏可行性。

基于化學(xué)學(xué)科觀念的課堂教學(xué)應(yīng)在制定教學(xué)目標(biāo)時(shí)，把化學(xué)學(xué)科觀念的形成作為化學(xué)課堂的教學(xué)目標(biāo)。例如，“弱電解質(zhì)的電離平衡”的教學(xué)，學(xué)生通過必修1的學(xué)習(xí)已經(jīng)知道了氯化氫是強(qiáng)電解質(zhì)，能完全電離；醋酸是弱電解質(zhì)，不能完全電離。醋酸的電離程度、醋酸電離過程中的熱效應(yīng)、醋酸不能完全電離的本質(zhì)原因、醋酸電離平衡的影響因素及電離平衡的移動(dòng)等是本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容。而這些內(nèi)容的主動(dòng)獲取需要學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究、交流討論（爭論）、問題解決等學(xué)習(xí)活動(dòng)才能完成?；谝陨纤伎迹叭蹼娊赓|(zhì)的電離平衡”可設(shè)計(jì)以下教學(xué)目標(biāo)：（1）能從宏觀與微觀相結(jié)合的視角描述和解釋弱電解質(zhì)的電離平衡。（2）能通過實(shí)驗(yàn)獲取“弱電解質(zhì)電離平衡”的證據(jù)，并基于證據(jù)推理。（3）能應(yīng)用化學(xué)平衡移動(dòng)原理，解釋弱電解質(zhì)電離平衡的移動(dòng)。

通過服務(wù)于上述教學(xué)目標(biāo)的“弱電解質(zhì)的電離平衡”的課堂教學(xué)，學(xué)生可以感悟“宏微結(jié)合”是認(rèn)識(shí)物質(zhì)的重要的思維視角；通過“弱電解質(zhì)存在電離平衡”的實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生可以感悟“化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)研究的重要方法”、“化學(xué)研究通過觀察和實(shí)驗(yàn)獲取證據(jù)，基于證據(jù)推理形成結(jié)論”、“化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要控制變量”等學(xué)科觀念；通過對(duì)醋酸電離平衡移動(dòng)的認(rèn)識(shí)，學(xué)生可以感悟到認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化規(guī)律的“模型化方法”，形成“物質(zhì)是不停變化運(yùn)動(dòng)的、物質(zhì)的變化是有條件的、物質(zhì)變化過程中遵循著一定的規(guī)律”等觀念。

2.2 在真實(shí)而有意義的問題情境中建構(gòu)學(xué)科觀念

學(xué)生是否建構(gòu)了學(xué)科觀念，首先學(xué)生要認(rèn)同觀念，其次學(xué)生要能運(yùn)用學(xué)科觀念去解決真實(shí)而有意義的實(shí)際問題。學(xué)科觀念的建構(gòu)不是將其當(dāng)成知識(shí)進(jìn)行講述就能完成的。必須倡導(dǎo)讓學(xué)生“在真實(shí)而有意義的實(shí)際情境問題解決中應(yīng)用學(xué)科觀念”。因此，基于化學(xué)學(xué)科觀念建構(gòu)的課堂教學(xué)，應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)而有意義的實(shí)際問題情境。

“弱電解質(zhì)的電離平衡”的課堂教學(xué)可創(chuàng)設(shè)如下問題情境：室溫下，用0.100 mol/L NaOH溶液分別滴定20mL 0.100 mol/L HCl、20mL 0.100 mol/L CH3COOH溶液，得到滴定曲線如圖所示。觀察兩滴定曲線異同，并與同學(xué)討論導(dǎo)致兩滴定曲線的異同的原因。

NaOH滴定鹽酸、CH3COOH溶液的滴定曲線的繪制，是一個(gè)真實(shí)而有意義的問題情境。其基本過程是用一定物質(zhì)的量濃度的NaOH分別滴定一定物質(zhì)的量濃度的鹽酸、CH3COOH溶液，記錄加入一定體積的NaOH溶液時(shí)溶液的pH，以NaOH溶液的體積為橫坐標(biāo)，溶液pH為縱坐標(biāo)繪制曲線。學(xué)生通過對(duì)滴定曲線的觀察，根據(jù)觀察得到的事實(shí)（證據(jù)），通過宏觀-微觀相結(jié)合的方法，運(yùn)用結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的學(xué)科觀念，進(jìn)行分析推理形成結(jié)論，這一“觀察事實(shí)-獲取證據(jù)-形成結(jié)論”的過程就是應(yīng)用化學(xué)學(xué)科觀念解決問題的過程。

學(xué)生對(duì)滴定曲線的觀察過程是對(duì)學(xué)生觀察品質(zhì)的全面性和深刻性的培養(yǎng)過程，觀察結(jié)果的表述培養(yǎng)了學(xué)生的表達(dá)能力。學(xué)生通過認(rèn)真而慎密的觀察，可以得到下列觀察結(jié)果（證據(jù)）：

證據(jù)（1）：V（NaOH）=0mL時(shí)，滴定曲線Ⅰ的pH約為2.8，滴定曲線Ⅱ的pH=1；

證據(jù)（2）：V（NaOH）=10mL前后，滴定曲線Ⅰ相對(duì)平坦，滴定曲線Ⅱ相對(duì)陡峭；

證據(jù)（3）：V（NaOH）=20mL時(shí)，滴定曲線Ⅰ的pH>7，滴定曲線Ⅱ的pH=7；

學(xué)生根據(jù)證據(jù)進(jìn)行推理形成結(jié)論，必須從鹽酸和醋酸在水溶液中存在的微粒、微粒間相互作用，溶液中存在質(zhì)量守恒和電荷守恒，電離平衡等方面進(jìn)行結(jié)合分析，經(jīng)歷基于證據(jù)進(jìn)行推理的過程。endprint

根據(jù)證據(jù)（1）可以得出結(jié)論：HCl在水中是完全電離的（0.100 mol/L HCl溶液pH=1），而CH3COOH在水中是部分電離的（0.100 mol/L CH3COOH溶液pH約為2.8），說明醋酸在水中存在電離平衡：

CH3COOH CH3COO-+H+

醋酸在水中存在電離平衡的微觀解釋是：在水溶液中存在著兩個(gè)反應(yīng)，一是CH3COOH分子電離生成CH3COO-和H+，二是CH3COO-和H+結(jié)合成CH3COOH分子，當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)速率相等時(shí)形成了醋酸的電離平衡；醋酸存在電離平衡的宏觀解釋是：a mol/L CH3COOH溶液的pH>-lg（a），溶液中存在一定量的CH3COOH沒有發(fā)生電離，存在醋酸電離平衡。

根據(jù)證據(jù)（2）可以得出結(jié)論：醋酸在水溶液中存在電離平衡。因?yàn)橄?0mL 0.100 mol/L CH3COOH溶液中加入10mL 0.100 mol/L NaOH溶液得到的是等物質(zhì)的量濃度的CH3COOH和CH3COONa的混合溶液，從醋酸電離平衡表達(dá)式可以看出，在該混合溶液中加少量的NaOH，NaOH與CH3COOH結(jié)合生成CH3COONa和H2O，而對(duì)溶液的pH影響不大，在滴定曲線上表現(xiàn)為較平坦。

根據(jù)證據(jù)（3）可以得出結(jié)論：HCl在水中是完全電離，醋酸在水溶液中存在電離平衡。因?yàn)橄?0mL 0.100 mol/L HCl中加入20mL 0.100 mol/L NaOH溶液，反應(yīng)后得到NaCl溶液，HCl完全電離生成的H+全部被NaOH完全電離生成的OH-中和生成水，溶液的pH=7；向20mL 0.100 mol/L CH3COOH溶液中加入20mL 0.100 mol/L NaOH溶液，反應(yīng)后得到CH3COONa溶液，由于醋酸存在電離平衡，溶液存在少量CH3COOH沒有電離，NaOH完全電離生成的OH-中和CH3COOH電離生成的H+反應(yīng)后仍有剩余，因而溶液的pH>7。

實(shí)際課堂教學(xué)中，學(xué)生通過教師引導(dǎo)下的交流討論，獨(dú)立思考，分析推理，形成“醋酸是弱電解質(zhì)，在水中存在電離平衡，實(shí)驗(yàn)可以提供醋酸電離平衡的證據(jù)，醋酸的電離平衡可以從宏觀和微觀等方面給予解釋”的知識(shí)體系，而該知識(shí)體系的建構(gòu)過程中，學(xué)生充分應(yīng)用“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、化學(xué)變化遵循守恒和平衡等規(guī)律”等化學(xué)學(xué)科觀念。

2.3 實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中融合化學(xué)學(xué)科觀念

實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)需要學(xué)生圍繞探究目的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，需要收集證據(jù)并基于證據(jù)進(jìn)行推理而得出結(jié)論，這些過程都是建構(gòu)和應(yīng)用化學(xué)學(xué)科觀念的最佳載體。在“弱電解質(zhì)的電離平衡”教學(xué)中，通過上述情境問題的解決，學(xué)生已經(jīng)得出這樣的結(jié)論：根據(jù)0.100 mol/L CH3COOH溶液pH>1，CH3COONa溶液pH>7，可以說明醋酸在水溶液中存在電離平衡。由此可適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究：（1）實(shí)驗(yàn)探究證明醋酸在水溶液中存在電離平衡；（2）實(shí)驗(yàn)探究條件改變對(duì)醋酸電離平衡移動(dòng)的影響。

實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)1：證明醋酸在水溶液中存在電離平衡

教學(xué)中讓學(xué)生證明醋酸確實(shí)存在電離平衡，要引導(dǎo)學(xué)生從微觀本質(zhì)上進(jìn)行分析，如果醋酸在水溶液中存在電離平衡，將會(huì)導(dǎo)致醋酸溶液具有哪些宏觀現(xiàn)象？或醋酸在水溶液中表現(xiàn)出哪些性質(zhì)才能得出醋酸存在電離平衡的結(jié)論？解決這樣的問題的過程實(shí)質(zhì)上是“尋找支撐結(jié)論的證據(jù)”的過程，其思考解決問題的過程為：“若醋酸溶液中存在電離平衡，則一定有……，可通過‘……實(shí)驗(yàn)測定……”。例如，若醋酸溶液中存在電離平衡，則c（H+）1。學(xué)生經(jīng)過討論可能設(shè)計(jì)出以下實(shí)驗(yàn)方案：

（1）分別測定0.1 mol/L HCl和0.1 mol/L CH3COOH溶液的pH。

（2）向0.1 mol/L HCl和0.1 mol/L CH3COOH中分別加入足量鎂粉（或鋅粉），比較產(chǎn)生氣體速率快慢。

（3）向0.1 mol/L HCl和0.1 mol/L CH3COOH中分別加入足量CaCO3粉末，比較產(chǎn)生氣體的速率快慢。

（4）向等體積、等pH的HCl和CH3COOH溶液中加入足量鎂粉（或鋅粉），比較反應(yīng)完全放出H2總量的多少。

（5）向等體積、等pH的HCl和CH3COOH溶液中加入足量CaCO3粉末，比較反應(yīng)完全放出CO2總量的多少。

（6）測量0.1 mol/L CH3COONa和NaCl溶液的pH。

（7）向0.1 mol/L HCl溶液中分別加入少量NaCl和CH3COONa固體粉末，測量比較兩溶液的pH。

實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)2：條件改變對(duì)醋酸電離平衡移動(dòng)的影響

探究條件改變對(duì)醋酸電離平衡的影響，就是將化學(xué)平衡移動(dòng)理論遷移應(yīng)用到醋酸電離平衡移動(dòng)的問題解決中，再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證溫度、反應(yīng)物和生成物的濃度的改變對(duì)醋酸電離平衡移動(dòng)的影響。教學(xué)中學(xué)生設(shè)計(jì)條件改變對(duì)醋酸電離平衡移動(dòng)影響的實(shí)驗(yàn)探究方案，能有效建立“化學(xué)變化是有條件的，條件改變所產(chǎn)生的平衡移動(dòng)的宏觀現(xiàn)象可以從電離平衡的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋和說明”等學(xué)科觀念。實(shí)際教學(xué)中，可引導(dǎo)學(xué)生通過交流討論，設(shè)計(jì)出如下方案：

（1）溫度對(duì)醋酸電離平衡移動(dòng)的影響：分別測量10℃、20℃、30℃時(shí)0.01 mol/L CH3COOH溶液的pH。

（2）醋酸濃度對(duì)醋酸電離平衡移動(dòng)的影響：向0.01 mol/L CH3COOH溶液中加入幾滴冰醋酸，測量比較冰醋酸加入前后溶液的pH。

（3）醋酸根濃度對(duì)醋酸電離平衡移動(dòng)的影響：向0.01 mol/L CH3COOH溶液中加入少量固體醋酸鈉，測量比較醋酸鈉固體加入前后溶液的pH。

2.4 在問題解決中應(yīng)用化學(xué)學(xué)科觀念

“弱電解質(zhì)的電離平衡”的教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生能運(yùn)用化學(xué)學(xué)科觀念和化學(xué)知識(shí)解決問題，在實(shí)際教學(xué)中可以安排學(xué)生通過課堂討論或課后獨(dú)立完成下列問題的解決來實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)：

（1）向等體積的pH=3的HCl和CH3COOH溶液中加入9倍酸溶液體積的水稀釋，請(qǐng)預(yù)測稀釋前后醋酸和鹽酸溶液的pH變化，并進(jìn)行解釋。

學(xué)生解決“醋酸溶液加水稀釋電離平衡移動(dòng)”的問題有多種方法：

方法1：微觀結(jié)構(gòu)解釋。醋酸加水稀釋后，CH3COO-和H+結(jié)合成CH3COOH分子的反應(yīng)速率減慢的幅度遠(yuǎn)大于CH3COOH分子電離生成CH3COO-和H+的減慢幅度，導(dǎo)致電離平衡正向移動(dòng)。

上述分析不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在問題解決中需要從宏觀與微觀相結(jié)合的視角，應(yīng)用物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、化學(xué)變化中守恒與平衡等化學(xué)學(xué)科觀念分析醋酸溶液中的電離平衡及電離平衡移動(dòng)的原因，學(xué)生應(yīng)用化學(xué)學(xué)科觀念的能力得到有效提高。

3 結(jié)語

化學(xué)學(xué)科觀念建構(gòu)不是讓教師拋棄化學(xué)知識(shí)與技能的教學(xué)，反而需要教師更加深刻理解所教化學(xué)知識(shí)的學(xué)科價(jià)值和育人價(jià)值，將化學(xué)學(xué)科觀念的應(yīng)用融合在教學(xué)的整體設(shè)計(jì)中。化學(xué)學(xué)科觀念建構(gòu)不能一蹴而就，需要滲透在教師對(duì)知識(shí)與技能的教學(xué)中，在學(xué)生運(yùn)用知識(shí)和技能解決化學(xué)實(shí)際問題中?；瘜W(xué)學(xué)科觀念的建構(gòu)是一個(gè)長期而復(fù)雜的教育工程，需要教師從思想上、觀念上重視起來并運(yùn)用自己的智慧不斷的將化學(xué)學(xué)科觀念建構(gòu)與運(yùn)用落實(shí)到教學(xué)實(shí)踐中去。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳俊明，吳敏.為什么要關(guān)注科學(xué)觀念——關(guān)于科學(xué)觀念和科學(xué)觀念教育的思考之一[J].化學(xué)教學(xué)，2014，（4）：3～6.

[2]韋明新，鄭雪鶴.醋酸電離平衡的溫度影響及其熱力學(xué)分析[J].九江師專學(xué)報(bào)，1987，（2）：36～40.

[3]何彩霞.以化學(xué)觀念為統(tǒng)領(lǐng)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)——對(duì)“弱電解質(zhì)的電離”教學(xué)課例的再研究[J].化學(xué)教育，2013，（1）：16～18.endprint