“三線合一”視角下離子反應(yīng)教學(xué)設(shè)計

余治瑤+高成

[摘 要]

學(xué)生對于離子反應(yīng)微觀過程的理解，容易產(chǎn)生認(rèn)知障礙，因此采用知識線索、思想線索和方法線索“三線合一”教學(xué)思想設(shè)計教學(xué)，從現(xiàn)象入手，與思維聯(lián)系，同時以電導(dǎo)率實驗為載體，幫助學(xué)生建構(gòu)“微粒觀”，形成離子反應(yīng)的概念，并分析歸納出復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生條件。

[關(guān)鍵詞]

三線合一；離子反應(yīng)；教學(xué)設(shè)計

一、“三線合一”內(nèi)涵及其教學(xué)設(shè)計的價值

匈牙利的哲學(xué)家貝拉·弗格拉希曾經(jīng)說過：“科學(xué)的一方面是方法，另一方面是理論；它是二者的統(tǒng)一，而不是同一”。知識、思想、方法是學(xué)科的核心要素，化學(xué)學(xué)科有自身獨特的知識、思想和方法?！叭€合一”概括講，是知識線索、思想線索和方法線索的統(tǒng)一。其中知識是指反映客觀事物的屬性與聯(lián)系，就化學(xué)學(xué)科而言涵蓋了化學(xué)用語、元素化合物知識、化學(xué)概念、化學(xué)原理等知識。思想是指對事物本質(zhì)的、抽象的一種具體的認(rèn)識概括，化學(xué)學(xué)科思想則是對化學(xué)學(xué)科本質(zhì)、規(guī)律以及價值的一種理性認(rèn)識，從化學(xué)事實性知識中提煉出的化學(xué)觀點，同時“它是多角度、多層次，且與化學(xué)知識、化學(xué)發(fā)展以及化學(xué)與技術(shù)、社會的關(guān)系密切相關(guān)”[1]。方法是達到某種目的而采取的途徑、手段和操作的總和，在解決化學(xué)學(xué)科問題過程中形成和運用的規(guī)則、方式和手段等。線索則是指存在的邏輯順序。在化學(xué)學(xué)科教學(xué)中，“三線合一”視角下的教學(xué)設(shè)計是指在知識線索、思想線索和方法線索統(tǒng)一的視角下，從知識線索的邏輯上去融合學(xué)科內(nèi)容的思想線索以及方法線索進行編制教學(xué)預(yù)案的過程?！叭€合一”視角下的教學(xué)設(shè)計更有利于揭示知識之間的聯(lián)系以及價值，引導(dǎo)學(xué)生積極思考和進行探究，促進學(xué)生的理解能力和思維能力達到更高層次的抽象和概括水平，促進從學(xué)科的角度去解決實際應(yīng)用問題的思想形成。

二、離子反應(yīng)教材內(nèi)容及學(xué)情分析

本文以“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”為例，從“三線合一”視角下設(shè)計教學(xué)?！半x子反應(yīng)及其發(fā)生條件”選取自人教版高中化學(xué)必修一第二章第二節(jié)：離子反應(yīng)，第二課時內(nèi)容[2]。本節(jié)內(nèi)容主要介紹了電解質(zhì)在水溶液中的反應(yīng)，既是對前一課時電解質(zhì)在水溶液中存在形式的深入，又與選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中的弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡是秉承一脈的，這樣的內(nèi)容安排符合學(xué)生認(rèn)知順序。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課前，已經(jīng)能夠區(qū)分電解質(zhì)與非電解質(zhì)，同時知道電解質(zhì)在水溶液中能離解成離子，掌握了四大基本反應(yīng)類型，并且積累了一些化學(xué)反應(yīng)方程式，這些前認(rèn)知為本課的開展奠定了知識基礎(chǔ)。由于離子間的反應(yīng)涉及到微觀過程，學(xué)習(xí)起來學(xué)生容易產(chǎn)生一定的認(rèn)知障礙，于是將本課的教學(xué)難點突破放在了離子反應(yīng)概念的建立上，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)對本節(jié)內(nèi)容的要求、知識的難易程度和學(xué)生的基礎(chǔ)，將教學(xué)重點確立為：認(rèn)識復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生條件。

三、離子反應(yīng)教學(xué)過程設(shè)計

“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”是一節(jié)化學(xué)概念教學(xué)課，“概念是人們對事物本質(zhì)屬性的認(rèn)識，是邏輯思維最基本的單元”[3]。在學(xué)習(xí)化學(xué)概念時，不僅僅是對具體概念的理解、辨析和學(xué)習(xí)，更重要的是要建立起對化學(xué)概念的深入理解，并將概念當(dāng)作認(rèn)識問題和應(yīng)用的工具。本課以飲用的電解質(zhì)飲料為題材，接著以“硫酸與氫氧化鋇溶液混合”過程中離子濃度變化情況設(shè)計探究實驗建立離子反應(yīng)的概念，在區(qū)分離子反應(yīng)和非離子反應(yīng)時，從實際例子分析歸納出復(fù)分解型離子反應(yīng)的發(fā)生條件，再由教材出發(fā)引導(dǎo)離子方程式的書寫，最后用所學(xué)的離子反應(yīng)知識解決實際的問題這一層層深入的順序作為知識線索。同時在知識邏輯線索基礎(chǔ)中，將學(xué)生對混合溶液中離子濃度變化情況的深層次思想線索中的微粒觀的形成與設(shè)計實驗、分析、歸納等方法線索進行有效整合，學(xué)生得以對離子反應(yīng)的認(rèn)識有“從理論抽象到思維具體”飛躍。

【教學(xué)過程】

[板書]離子反應(yīng)及其發(fā)生的條件

[導(dǎo)入新課]

[師]同學(xué)們，上課前，老師先問大家一個生活問題，劇烈運動之后，大家喝水嗎？

[生]喝。

[師]其實喝水的同時我們還應(yīng)該適當(dāng)?shù)难a充電解質(zhì)，這是某市售電解質(zhì)飲料的離子含量表。

[投影]

[師]補充的電解質(zhì)到哪兒去了呢？其實呀，他參與到人生命活動中的各種化學(xué)反應(yīng)中去了。

【設(shè)計意圖】“三線合一”視角下“導(dǎo)入新課”的設(shè)計思路：調(diào)動學(xué)生已有知識，展示生活中運動后補充電解質(zhì)的做法和市售的電解質(zhì)飲料，提問補充的電解質(zhì)都去了哪兒，引起學(xué)生探究興趣，并做出回答：其實它參與到人體生命活動的各種化學(xué)反應(yīng)中；在第一課時學(xué)習(xí)了電解質(zhì)的概念，在此引入電解質(zhì)飲料題材既是對電解質(zhì)內(nèi)容進行回顧，引出飲料中含有各種離子的化學(xué)學(xué)科知識，又將思維轉(zhuǎn)入微觀領(lǐng)域，融合了意在激發(fā)學(xué)生探究水溶液中離子的反應(yīng)的學(xué)習(xí)興趣的方法，將觀察到的事實通過思維活動給以概念化的處理。

[舉例]下面我們以硫酸、氫氧化鋇為例研究它們在水溶液中的反應(yīng)。

[引導(dǎo)]硫酸、氫氧化鋇溶于水分別以怎樣的形式存在？

[生]Ba2+、SO42-、H+和OH-

[師]如果將這4種離子混合會有什么現(xiàn)象？哪些成分會發(fā)生怎樣的變化？讓學(xué)生設(shè)計實驗驗證自己的猜想？如何驗證Ba2+和SO42-結(jié)合成BaSO4？如何驗證溶液中離子濃度減?。?/p>

[生設(shè)計方案]這時學(xué)生可能會設(shè)計出各種實驗方案，比如：混合觀察是否有白色沉淀生成，加無水硫酸銅檢驗是否變藍，加酚酞、石蕊試液檢驗酸堿性變化，測量混合過程導(dǎo)電性的變化等等。

[師]抓住動態(tài)生成的資源，帶領(lǐng)學(xué)生對各種方案進行評價并修正，最后得出一個完善的實驗方案。

[師]同學(xué)們，大家猜一猜Ba（OH）2溶液中滴加稀H2SO4溶液離子濃度會發(fā)生怎樣的變化呢？

[生]學(xué)生一般只能才想到離子濃度減小。

[師]下面選用電導(dǎo)率傳感器來研究這兩種電解質(zhì)溶液混合過程中發(fā)生的反應(yīng)。電導(dǎo)率的變化可以表征離子濃度的變化情況。（電導(dǎo)率越大，離子濃度越大）

[實驗操作]向稀Ba（OH）2溶液中滴加幾滴酚酞試液，插入電導(dǎo)率傳感器（用于測量稀溶液的導(dǎo)電情況，間接表征離子濃度，電導(dǎo)率越大，離子濃度越大），然后向溶液中滴加稀H2SO4溶液，觀察溶液中發(fā)生的現(xiàn)象和離子的濃度變化。（為保證充分反應(yīng)，用磁力攪拌器不斷攪拌混合溶液）

[實驗圖形]

[生，心理過程]進行實驗時當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)曲線走勢和他們預(yù)測一致時便自然消除懷疑態(tài)度，轉(zhuǎn)變學(xué)生的迷思概念，當(dāng)曲線又開始上升時，產(chǎn)生強烈的認(rèn)知沖突。

[師]隨著硫酸的逐漸加入，離子濃度發(fā)生了怎樣的變化，為什么？

[生]溶液中的離子濃度減小，因為Ba2+和SO42-結(jié)合成BaSO4，H+和OH-結(jié)合成H2O。

[師]最低點代表了什么意義？

[生]離子濃度為最小，恰好完全反應(yīng)。

[師]離子濃度為什么和大家的預(yù)測不一樣，又開始增大了呢？

[生]硫酸的繼續(xù)加入又使溶液中的離子濃度增加。

【設(shè)計意圖】“三線合一”視角下“探索新知—離子反應(yīng)概念建立（1）”的設(shè)計思路：以H2SO4和Ba（OH）2溶液反應(yīng)為例，引起學(xué)生對該反應(yīng)實驗現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)方程式的回顧，并思考該反應(yīng)離子濃度如何變化并設(shè)計實驗方案證明，學(xué)生的答案大多是通過導(dǎo)電性實驗來判斷離子濃度變化。溶液中的具體離子雖然我們看不見，但上節(jié)課中學(xué)生見過通過導(dǎo)電性實驗來獲知溶液中有無自由移動的離子，因此重現(xiàn)導(dǎo)電性實驗。選用電導(dǎo)率傳感器來做，更能體現(xiàn)出滴加稀硫酸時溶液導(dǎo)電能力的動態(tài)變化過程。將混合溶液中離子間的反應(yīng)與微粒觀的思維及導(dǎo)電性實驗相融合，進而同化理解新概念。這樣，能更好地完成課標(biāo)指出的“通過實驗事實認(rèn)識離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”[4]的要求。

[師]非常好，如果把向Ba（OH）2溶液中滴加的不是稀H2SO4溶液，而是稀Na2SO4溶液呢？會有什么現(xiàn)象？離子濃度會發(fā)生怎樣的變化？

[生]猜想和預(yù)測

[實驗操作]向稀Ba（OH）2溶液中滴加幾滴酚酞試液，插入電導(dǎo)率傳感器，然后向溶液中滴加稀Na2SO4溶液，觀察溶液中發(fā)生的現(xiàn)象和離子的濃度變化。

[實驗圖形]

[師]曲線有什么區(qū)別？

[生]發(fā)現(xiàn)離子濃度并未降到幾乎為零。

[師]溶液中哪些離子還大量存在？

[生]Na+和OH-。

[師]什么實驗現(xiàn)象可以說明OH-仍大量存在？

[生]學(xué)生觀察到溶液未像前一實驗?zāi)菢油噬?，這說明該反應(yīng)有些離子并沒參與反應(yīng)

[師]通過實驗，我們發(fā)現(xiàn)Ba（OH）2與H2SO4和Na2SO4的反應(yīng)，的的確確是離子間的反應(yīng)。

[師]像這樣有離子參加的反應(yīng)就稱為離子反應(yīng)。我們可以根據(jù)有無離子參加將化學(xué)反應(yīng)分為離子反應(yīng)和非離子反應(yīng)，于是便增加了一種對化學(xué)反應(yīng)的分類方法。

[師]在這些反應(yīng)中某些離子濃度都怎樣變化？

[生]減小

[師]對，某些反應(yīng)物離子濃度減小，這就是離子反應(yīng)的本質(zhì)。

[板書]二、離子反應(yīng)及其發(fā)生條件

1.離子反應(yīng)：有離子參加的反應(yīng)

化學(xué)反應(yīng)[非離子反應(yīng)離子反應(yīng)]

本質(zhì)：某些反應(yīng)物離子濃度減小

【設(shè)計意圖】“三線合一”視角下“探索新知—離子反應(yīng)概念建立（2）”設(shè)計思路：為了突破學(xué)生理解的復(fù)分解反應(yīng)中所有離子都參與了反應(yīng)這種思維的局限性，接下來仍用電導(dǎo)率傳感器探究Na2SO4和Ba（OH）2混合過程中離子濃度如何變化。通過引導(dǎo)學(xué)生對這兩組反應(yīng)中電導(dǎo)率曲線進行比較，看出：稀硫酸和氫氧化鋇完全反應(yīng)時電導(dǎo)率幾乎為零，硫酸鈉與氫氧化鋇完全反應(yīng)時電導(dǎo)率數(shù)值較大。從而可知，稀硫酸和氫氧化鋇的反應(yīng)中所有離子都參加了反應(yīng)，而硫酸鈉與氫氧化鋇的反應(yīng)中只有Ba2+和 SO42-反應(yīng)了，鈉離子和氫氧根離子仍大量存在，至此，學(xué)生已初步建構(gòu)起“微粒觀”，認(rèn)識到溶液中的復(fù)分解型離子反應(yīng)的實質(zhì)——某些反應(yīng)物離子濃度改變。逐步地深化概念，能準(zhǔn)確對概念下定義，引領(lǐng)學(xué)生主動地去思考，形成知識的理解、具體觀念的建構(gòu)，形成“將觀察到的事實通過思維活動給以概念化的處理習(xí)慣”[5]。

[投影]練習(xí)1、將下面的六個反應(yīng)進行分類，哪些是離子反應(yīng)，哪些是非離子反應(yīng)。

① 2H2 + O2 = 2H2O

② CuSO4 + 2NaOH = Cu（OH）2 ↓ + Na2SO4

③ NaOH + HCl = NaCl + H2O

④ 2Cu + O2 [△] 2CuO

⑤ Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 ↑ + H2O

⑥ Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑

[生]②③⑤⑥為離子反應(yīng)，①④是非離子反應(yīng)。

[師]很好，下面我們以②③⑤作為研究對象，他們有什么共同特點？

[生]都是復(fù)分解反應(yīng)

[師]對，下面同學(xué)們分組進行下列實驗，第1組完成實驗1，第2組完成實驗2，第3組完成實驗3。

[實驗，投影]

[師]仔細觀察表格中復(fù)分解反應(yīng)的例子，試著根據(jù)生成物的特征，歸納復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生的條件。

[生]生成沉淀，生成了水，放出氣體

[師]歸納得很好，復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生的條件就是：生成沉淀，生成氣體，生成水（滿足一個即可）。

[板書]2、復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生條件：生成沉淀，生成氣體，生成水

【設(shè)計意圖】“三線合一”視角下“探索新知—離子反應(yīng)概念應(yīng)用”的設(shè)計思路：通過練習(xí)題鞏固新知，強化理解，本著“充分利用教材，回歸教材”的理念，接下來將②③⑤復(fù)分解反應(yīng)（也是教材中的實驗）作為研究對象，學(xué)生進行分組實驗，教師指導(dǎo)規(guī)范實驗操作，這些實驗都很容易，意在激活學(xué)生對實驗現(xiàn)象和化學(xué)方程式的前認(rèn)知，歸納復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生的條件。

[師]在實驗1中，CuSO4 與 2NaOH 反應(yīng)生成 Cu（OH）2 ↓ 和Na2SO4，而實質(zhì)上卻是Cu2+與OH- 反應(yīng)生成Cu（OH）2 ↓，同時進行副板書，哪個式子更能反映出這個反應(yīng)的實質(zhì)？

[生]Cu2+ + 2OH- = Cu（OH）2 ↓

[師]對，像這樣用實際參加反應(yīng)的離子符號表示離子反應(yīng)的式子就稱為離子方程式。

[板書]3、離子方程式：用實際參加反應(yīng)的離子符號表示離子反應(yīng)的式子。

[師]如何正確書寫離子方程式？練習(xí)2、請同學(xué)們以CuSO4+2NaOH=Cu（OH）2↓+Na2SO4為例來進行練習(xí)。

[生]

[師]我們一起來總結(jié)一下書寫步驟：

①寫出正確的化學(xué)方程式

②將易溶、易電離的物質(zhì)（強酸、強堿、可溶性鹽）拆寫成離子形式，難溶物質(zhì)、氣體、水等仍用化學(xué)式表示；

③刪去兩邊相同的離子

④檢查反應(yīng)前后電荷是否守恒，質(zhì)量是否守恒。

[投影]練習(xí)3、下列溶液間能否發(fā)生離子反應(yīng)，能發(fā)生的寫出離子方程式。

①氯化鈉與硝酸銀

②氯化鈉與氫氧化鉀

③石灰石與稀鹽酸

④KOH溶液和HNO3溶液

⑤NaOH溶液和H2SO4溶液

[生]學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成練習(xí)

【設(shè)計意圖】“三線合一”視角下“探索新知—離子反應(yīng)的表達”的設(shè)計思路：學(xué)生思考回答Cu2+與OH-反應(yīng)生成Cu（OH）2 沉淀，更能反映出CuSO4與NaOH反應(yīng)的實質(zhì)，從而引出離子方程式的含義，再嘗試寫出其離子方程式，然后大家共同總結(jié)出離子方程式的書寫步驟，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下完成對離子方程式的書寫練習(xí)。

[拓展]長期食用菠菜豆腐湯易患結(jié)石

菠菜豆腐湯是傳統(tǒng)家常菜，以其清淡爽口而受到人們喜愛。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究卻表明，菠菜和豆腐不宜同時食用。菠菜營養(yǎng)豐富，但是菠菜里含較多的草酸（每100克菠菜中約含300毫克草酸）。然而豆腐里含有較多氯化鎂、硫酸鈣，兩者同時食用進入人體內(nèi)會生成不溶性的草酸鈣，不但會造成鈣質(zhì)的流失，還可能慢慢沉積成結(jié)石。所以菠菜和豆腐最好不要同時食用。

【設(shè)計意圖】拓展小結(jié)：為了體驗化學(xué)在生活中的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生運用離子反應(yīng)的知識解釋：長期食用菠菜豆腐湯增加患結(jié)石機率的原因。

[課后思考]H++OH-=H2O除了能表示習(xí)題中KOH與HNO3的反應(yīng)，還能表示哪些反應(yīng)呢？

【設(shè)計意圖】課后思考：對概念的深入分析應(yīng)用可采取提供各種變式反應(yīng)，對于更多的書寫方面應(yīng)用，則需要在后續(xù)的學(xué)習(xí)中逐漸去滲透和強化，在書寫的同時加深從微觀離子角度去分析反應(yīng)實質(zhì)的能力。

附：【板書設(shè)計】

離子反應(yīng)（第二課時）

二、離子反應(yīng)及其發(fā)生條件

1.離子反應(yīng)：有離子參加的反應(yīng)

化學(xué)反應(yīng)[非離子反應(yīng)離子反應(yīng)]

本質(zhì)：某些反應(yīng)物離子濃度減小

2.復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生條件：生成沉淀，生成氣體，生成水

3.離子方程式：用實際參加反應(yīng)的離子符號表示離子反應(yīng)的式子。

書寫步驟：寫、拆、刪、查

[參 考 文 獻]

[1]謝兆貴.學(xué)科思想方法與中學(xué)化學(xué)教學(xué)[M].江蘇：江蘇鳳凰教育出版社，2015.

[2]宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書：化學(xué)1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[3]保志明.運用實驗體現(xiàn)概念的建構(gòu)過程—“離子反應(yīng)”的教學(xué)與思考[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考2012（3）.

[4]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2003.

[5]倪娟.論基于學(xué)科觀念的化學(xué)概念教學(xué)—以離子反應(yīng)教學(xué)設(shè)計為案例[J].化學(xué)教育，2014（1）

（責(zé)任編輯：張華偉）