夯實高效化學課堂之根，彰顯學科核心素養(yǎng)之魂

王偉峰

摘要：以“水的電離和pH”的教學設(shè)計為例，創(chuàng)設(shè)真實情境，以DIS實驗為載體，通過問題引導(dǎo)、數(shù)據(jù)分析、歸納總結(jié)、拓展遷移等教學策略提高課堂效率，落實化學學科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：化學核心素養(yǎng)；高效課堂；教學設(shè)計

文章編號：1008-0546（2018）11-0039-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.012

一、問題提出

水的電離和pH知識點分別位于上?？茖W技術(shù)出版社出版的滬教版化學高一下學期第五章第二節(jié)和第七章第一節(jié)，教材的編寫使得知識點零散，缺乏整體性。

華東師范大學鐘啟泉教授曾指出：落實核心素養(yǎng)，需要“脈絡(luò)化”與“情景化”的教學 [1]。如何創(chuàng)設(shè)合理的情境在教學設(shè)計中圍繞核心知識將零散的知識點串聯(lián)起來呈現(xiàn)清晰的思維脈絡(luò)是落實核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)。筆者就以“水的電離和pH”教學為例淺析如何夯實高效化學課堂，培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)。

二、設(shè)計思路

課堂的高效性體現(xiàn)在使教學目標達成的同時采用合理的教學策略調(diào)動學生的積極性和主動性來高效地完成學習目標。本節(jié)課的教學設(shè)計以水的電離平衡為核心知識，以“水的pH和溫度的關(guān)系”實驗為載體，將“溶液酸堿性判斷方法”、“水的離子積常數(shù)Kw”和“pH的應(yīng)用”通過創(chuàng)設(shè)情境、問題引導(dǎo)、數(shù)據(jù)分析、歸納總結(jié)、拓展遷移等方法引導(dǎo)學生自主學習、積極思考，自主構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，滲透化學學科核心素養(yǎng)。

三、教學目標

（1）學會書寫水的電離方程式；說出水的離子積含義及表達式 [2]。

（2）理解溫度、外加酸或堿對水的電離平衡移動的影響。

（3）知道pH的意義及數(shù)學表達式，并學會計算簡單的強酸強堿溶液的pH。

（4）理解溶液酸堿性的本質(zhì)及與pH值之間的關(guān)系。

（5）學習在宏觀、微觀、符號三者之間建立聯(lián)系的化學思維方法。

四、教學過程

1.創(chuàng)設(shè)情景，引發(fā)深入思考

教師：pH是水溶液的最重要的理化參數(shù)之一，化學變化以及生產(chǎn)過程都與pH有關(guān)。對于純水和它的pH你有多少了解呢？

教師：（展示一瓶農(nóng)夫山泉礦泉水）該水的pH等于多少？

學生：pH等于7；pH略大于7，是弱堿性的水。

教師：幾年前，農(nóng)夫山泉在營銷時曾稱它的pH為7.3±0.5，是天然的弱堿性水，多喝這種弱堿性水有益于身體健康（見圖1）。那么，如何利用pH來判斷溶液的酸堿性呢？

學生：pH<7，溶液呈酸性；pH=7，溶液呈中性；pH>7，溶液呈堿性。

教師：農(nóng)夫山泉瓶身上有這樣一個標簽，pH值（25℃）7.3±0.5（見圖2）。討論pH時為何要標明溫度？水的pH與溫度有關(guān)嗎？

設(shè)計意圖：生活離不開化學，而化學又源自生活。從最熟悉的礦泉水來引入，既表明要善于關(guān)注生活中的細節(jié)，又激發(fā)學生的好奇心和探究問題的興趣，引發(fā)深層思考，有利于培養(yǎng)學生聯(lián)系實際、敢于提出質(zhì)疑的科學態(tài)度。

2.巧做實驗，求取科學證據(jù)

環(huán)節(jié)一：水的pH和溫度的關(guān)系

[實驗視頻]在燒杯中加入約100mL蒸餾水，放在磁力加熱攪拌器上加熱并不斷攪拌，利用溫度傳感器和pH傳感器實時記錄水的溫度和pH值的變化。實驗裝置如圖3，實驗數(shù)據(jù)如圖4。

教師：通過實驗數(shù)據(jù)分析水的pH和溫度之間有怎樣的關(guān)系，并分析原因。

學生：水的pH隨溫度的升高而減小。pH=-lgc（H+），由此可知，隨著溫度的升高，水中的c（H+）逐漸增大。

教師：水中的H+從何而來？又為何隨著溫度的升高而增大呢？

學生：由于水是極弱的電解質(zhì)，在純水及任何稀溶液中都存在這樣的電離平衡，H2O?H++OH-，水在電離過程中，共價鍵發(fā)生斷裂，需要吸收能量，故水的電離是吸熱的。溫度升高，電離平衡向著吸熱方向移動，即向著水的電離方向移動，促進水的電離，所以c（H+）逐漸增大，水的pH逐漸減小。

[過渡]既然pH與溫度有關(guān)，所以用pH來衡量溶液的酸堿性是不嚴謹?shù)?，?yīng)該有一定的限制條件，比如在室溫下（25℃）可以用pH與7的相對大小來判斷溶液的酸堿性。是否有其他方法判斷溶液的酸堿性？

設(shè)計意圖：通過實驗數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合已有知識利用化學平衡移動原理找到合理解釋數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的科學證據(jù)，讓學生體會由量變到質(zhì)變的過程。深刻理解溫度對弱電解質(zhì)的電離平衡產(chǎn)生的影響。

3.宏微分析，建立認知模型

環(huán)節(jié)二：判斷溶液酸堿性的方法

教師：表格中的pH和溫度數(shù)據(jù)是老師從探究純水的pH與溫度關(guān)系的實驗中摘錄的，請同學們通過小組合作討論完成這張表格（見表1）。

學生：根據(jù)水的電離方程式，水電離出的H+和OH-是等量的，所以水中的c（OH-）與c（H+）相等。并且水在任何溫度下都是中性的。

教師：基于表格數(shù)據(jù)的分析，可以通過怎樣的關(guān)系來判斷溶液的酸堿性？

學生：當溶液中c（H+）=c（OH-）時，溶液呈中性；當溶液中c（H+）>c（OH-）時，溶液呈酸性；當溶液中c（H+）

教師：溶液中c（H+）和c（OH-）的相對大小是溶液酸堿性的本質(zhì)，在任何條件下，只要能判斷出c（H+）和c（OH-）的相對大小，就可以知道溶液的酸堿性。

設(shè)計意圖：通過小組討論協(xié)作的方式，牢牢結(jié)合純水的pH與溫度的實驗和水的電離方程式展開計算，從數(shù)據(jù)分析到總結(jié)規(guī)律，建立起“宏觀-微觀-符號”三重表征的思維方式。

4.總結(jié)歸納，尋找客觀規(guī)律

環(huán)節(jié)三：水的離子積常數(shù)Kw

教師：除了溫度，影響水的電離平衡移動的因素還有哪些？

學生：增大c（H+）或者c（OH-）都能使水的電離平衡向左移動，抑制水的電離，使水電離出的H+和OH-的數(shù)目均減小。

教師：加酸或者加堿都能抑制水的電離。在酸或堿的溶液中，c（H+）和c（OH-）大小關(guān)系又是怎樣的呢？請?zhí)顚懴卤聿w納總結(jié)規(guī)律（見表2）。

學生：溫度相同的不同溶液中，c（H+）和c（OH-）的乘積是一個定值，并且因為水的電離是吸熱的，隨著溫度的升高，電離平衡向右移動，導(dǎo)致溶液中c（H+）和c（OH-）增大，則兩者的乘積也變大，該定值變大。

教師：一定溫度下，水的離子積常數(shù)Kw=c（H+）×c（OH-），只與溫度有關(guān)，隨溫度升高而增大，適用于純水和所有稀的水溶液。并且在25℃時，Kw=1×10-14。

[課堂練習]25℃時，水的離子積常數(shù)Kw=1×10-14在pH=2的HCl溶液中，溶液中的c（H+）和c（OH-）分別為多少？水電離出的c（H+）為多少？

設(shè)計意圖：以水的電離平衡移動影響因素作為切入點，利用表格數(shù)據(jù)分析純水及酸或堿溶液中c（H+）和c（OH-）的關(guān)系，歸納總結(jié)出離子積常數(shù)及其與溫度的變化關(guān)系，提升學生的概念提煉能力。

5.聯(lián)系生活，提升科學內(nèi)涵

環(huán)節(jié)四：pH的意義和應(yīng)用

教師：人體血液的pH穩(wěn)定在7.4±0.05之間是因為血液中的碳酸也存在類似水的平衡：H++HCO3-?H2CO3?H2O+CO2。血液中的pH是如何穩(wěn)定的呢？

學生：人體血液pH的穩(wěn)定也要靠人體內(nèi)化學平衡的移動來保持。

（1）當產(chǎn)生的H2CO3過多，即由肺部通過加深呼吸排出______氣體，碳酸的平衡向___移動，減少的____由腎臟調(diào)節(jié)補充，使血液中HCO3-和H2CO3維持正常比例（物質(zhì)的量之比為20 ∶ 1時，維持血液的pH為7.4），其pH保持穩(wěn)定。

（2）當有堿性物質(zhì)進入血液時，就跟H+作用使得血液中的c（H+）_______（選填“增大”或“減小”），碳酸的平衡向_____移動，所產(chǎn)生過多的HCO3-由腎臟調(diào)節(jié)吸收，同時肺部呼吸變淺減少CO2的排出，使血液的pH仍保持穩(wěn)定 [3]。

教師：自然界中也存在碳酸的平衡，請計算此時正常雨水的pH。

[拓展提高]已知25℃時，c（H2CO3）=2×10-8mol/L，碳酸的電離平衡常數(shù)Ka1==2.5×10-4，計算此時正常雨水的pH。

[尾語]農(nóng)夫山泉弱堿性的水是否真的像所說的那樣有利于人體健康嗎？

設(shè)計意圖：化學學科的學習不但要求掌握理論知識，更要具有理論聯(lián)系實際的觀念，能夠?qū)⒒瘜W成果應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中，了解化學對人類健康、生態(tài)環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展帶來的影響。

五、教學反思

1.清晰的教學邏輯與關(guān)鍵的核心問題驅(qū)動是提高課堂效率的保證

本節(jié)課以農(nóng)夫山泉礦泉水的pH和溫度之間的聯(lián)系引出問題，所有的實驗數(shù)據(jù)分析和問題討論以及學生活動等都緊緊圍繞水的電離方程式展開，形成了清晰明朗的化學思維邏輯教學主線，給學生帶來了全新的學習體驗。教材作為學生學習知識的素材和重要工具，對教材的結(jié)構(gòu)和脈絡(luò)有清晰的認識、設(shè)計有效提問和逐層深入的任務(wù)是保證教師課堂效率的前提。

2.有效的學生活動與平等的師生對話是彰顯課堂活力的重要支撐

通過實驗視頻、實驗數(shù)據(jù)、圖表分析、小組討論等豐富的學生活動，激發(fā)學生的自主探究意識和主觀能動性，在教師引導(dǎo)下營造出師生平等、生生平等的和諧課堂氛圍，讓學生敢于提出質(zhì)疑和新的看法，真正把課堂還給學生。教師和學生在相互激發(fā)下消除困惑、解決疑問、滿足需要的過程 [4]，也是師生教學相長的過程。

3.真實的情境創(chuàng)設(shè)與科學的證據(jù)推理是凸顯核心素養(yǎng)的重要策略

現(xiàn)代生活與化學緊密相連，不可分割。無論是“礦泉水”、“純水”還是“雨水”，水的話題貫穿本課始終，良好情境的創(chuàng)設(shè)激發(fā)起學生的好奇心和學習興趣，為實現(xiàn)課堂的高效性提供幫助。對于水的研究層層遞進，從宏觀辨識到微觀探析再到符號表征，科學的實驗探究和證據(jù)推理是化學學科核心素養(yǎng)的充分體現(xiàn)。

參考文獻

[1] 陳永平.走向化學高效課堂[M].上海：上海教育出版社，2017

[2] 上海市教育委員會教學研究室.上海市高中化學學科教學基本要求[M].上海：華東師范大學出版社，2017

[3] 上海市中小學（幼兒園）課程改革委員會.高級中學課本化學高中一年級第二學期[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，2007：52

[4] 楊敏文.讓學生“動”起來 讓課堂“活”起來——“水的電離和溶液的pH值”的教學設(shè)計[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2003（11）