基于核心素養(yǎng)的“離子反應(yīng)”進(jìn)階學(xué)習(xí)

葉晨 張文華

摘? ? 要：選擇性必修課程是必修課程的進(jìn)階學(xué)習(xí)，很多核心概念在必修課程和選擇性必修課程中重復(fù)出現(xiàn)，但是難度、深度和廣度有所增加。在高中化學(xué)教學(xué)中，教師可以根據(jù)進(jìn)階學(xué)習(xí)理論和學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，科學(xué)規(guī)劃各階段學(xué)習(xí)發(fā)展水平，以核心概念的思維模型為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)核心教學(xué)流程。

關(guān)鍵詞：進(jìn)階學(xué)習(xí);離子反應(yīng);核心素養(yǎng);核心概念

在過(guò)去的十多年里，進(jìn)階學(xué)習(xí)因其理論體系完整地呈現(xiàn)了學(xué)生對(duì)科學(xué)核心概念的理解過(guò)程，一直是國(guó)際科學(xué)教育的關(guān)注點(diǎn)。進(jìn)階學(xué)習(xí)借助經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，將學(xué)生先前的經(jīng)驗(yàn)和后續(xù)學(xué)習(xí)概念的延伸發(fā)展進(jìn)行了緊密聯(lián)系，設(shè)計(jì)了螺旋式發(fā)展的學(xué)習(xí)路徑[1]。循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)路徑幫助學(xué)生構(gòu)建核心概念學(xué)習(xí)的思維模型，逐步內(nèi)化為個(gè)體獨(dú)特的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)素養(yǎng)。進(jìn)階學(xué)習(xí)層級(jí)水平并不是課程標(biāo)準(zhǔn)在每個(gè)學(xué)習(xí)階段的簡(jiǎn)單劃分，而是依據(jù)特定學(xué)習(xí)者群體的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和知識(shí)經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備進(jìn)行科學(xué)性、系統(tǒng)性的規(guī)劃和設(shè)定。本文選用“離子反應(yīng)”學(xué)習(xí)主題，以2019年版山東科學(xué)技術(shù)出版社出版的普通高中化學(xué)教科書(shū)（簡(jiǎn)稱魯科版）必修一和選擇性必修《化學(xué)反應(yīng)原理》為研究對(duì)象，探討新教材基于進(jìn)階學(xué)習(xí)理論的知識(shí)體系的構(gòu)建。

一、必修一模塊《離子反應(yīng)》的進(jìn)階學(xué)習(xí)

（一）教材體系解讀

2019年版魯科版教材必修一第2章第2節(jié)為《電解質(zhì)的電離、離子反應(yīng)》。教材從“聯(lián)想?質(zhì)疑”欄目開(kāi)始，選用“藥用泡騰片在水中立刻產(chǎn)生大量氣體”為導(dǎo)入情境，引發(fā)思考：“為什么干燥的泡騰片不產(chǎn)生氣體，而放入水中會(huì)立刻釋放氣體？”教材選用真實(shí)的生活情境，激發(fā)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象的深入思考，自然引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入新概念的學(xué)習(xí)。教師可以直接在新授課的教學(xué)中運(yùn)用此情境，操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，緊扣主題。

在“離子反應(yīng)的含義”主題中，“觀察?思考”欄目設(shè)置了稀硫酸與氫氧化鋇溶液反應(yīng)的電導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)和數(shù)據(jù)的推理，分析并歸納該反應(yīng)的本質(zhì)是離子濃度的降低。“交流?研討”欄目引導(dǎo)學(xué)生合作學(xué)習(xí)，分析“稀硫酸溶液與氫氧化鈉溶液、硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液與稀鹽酸”等5組溶液混合后反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，特別提示學(xué)生從混合前后電解質(zhì)溶液所產(chǎn)生的離子種類變化、離子數(shù)量變化兩個(gè)維度進(jìn)行探討。教材以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的推理，分析證據(jù)、結(jié)論和本質(zhì)之間的邏輯關(guān)系，深入理解離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

在“離子方程式”主題中，“方法引導(dǎo)”欄目以稀硫酸溶液與氫氧化鋇溶液的反應(yīng)為例，引導(dǎo)學(xué)生掌握離子方程式的書(shū)寫(xiě)方法?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對(duì)于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)維度，提出學(xué)生需要建立認(rèn)知模型，并運(yùn)用模型解釋化學(xué)反應(yīng)，揭示反應(yīng)的本質(zhì)和規(guī)律[2]4。教材呈現(xiàn)了兩種離子方程式的書(shū)寫(xiě)方法，一種是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的思維模式，另一種是核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的方法引導(dǎo)，詳見(jiàn)表1。對(duì)比舊版本，新教材在此強(qiáng)調(diào)方法和技巧的傳授，引導(dǎo)學(xué)生建立微粒觀，學(xué)會(huì)用符號(hào)正確表征離子反應(yīng)的本質(zhì)。

在“離子反應(yīng)的應(yīng)用”主題中，學(xué)生需要達(dá)成以下兩個(gè)維度的進(jìn)階學(xué)習(xí)水平：（1）利用離子反應(yīng)檢驗(yàn)?zāi)撤N或某些離子的存在情況;（2）將離子反應(yīng)運(yùn)用于物質(zhì)的除雜和分離。教材在“活動(dòng)?探究”欄目中特意設(shè)置了“食鹽的精制”實(shí)驗(yàn)，并強(qiáng)調(diào)此實(shí)驗(yàn)為“學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)”，不能由教師的演示實(shí)驗(yàn)或其他教學(xué)手段所代替。教材呈現(xiàn)了完整的實(shí)驗(yàn)探究流程，包含了實(shí)驗(yàn)原理分析→實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)定→實(shí)驗(yàn)用品選擇→實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，總結(jié)了“利用離子反應(yīng)除去雜質(zhì)的思路和方法”，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)。教材在“概括?整合”欄目中，引導(dǎo)學(xué)生采用思維導(dǎo)圖的模式，歸納、總結(jié)、分析溶液體系的基本思路。

（二）進(jìn)階學(xué)習(xí)水平設(shè)定

在本節(jié)主題的學(xué)習(xí)之前，學(xué)生認(rèn)知起點(diǎn)主要由以下兩方面構(gòu)成：（1）初中科學(xué)的“水與常見(jiàn)的溶液”相關(guān)知識(shí)、生活中常見(jiàn)的酸性物質(zhì)與堿性物質(zhì)、四大基本反應(yīng)的理解與應(yīng)用;（2）高中的課程體系“物質(zhì)的量濃度”的應(yīng)用、物質(zhì)與元素的分類體系和電解質(zhì)的電離行為。根據(jù)現(xiàn)行化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、高一學(xué)生的學(xué)情分析與選擇性必修模塊進(jìn)階學(xué)習(xí)的需要，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，現(xiàn)將必修一“離子反應(yīng)”進(jìn)階學(xué)習(xí)劃分為以下4個(gè)水平，詳見(jiàn)圖1。

基于學(xué)生認(rèn)知體系建構(gòu)的螺旋式發(fā)展，必修一“離子反應(yīng)”是化學(xué)反應(yīng)原理模塊的基石，教師在進(jìn)行新課教學(xué)時(shí)，應(yīng)著重于離子反應(yīng)核心概念的理解教學(xué)和問(wèn)題分析模型的初步構(gòu)建。

二、選擇性必修模塊《離子反應(yīng)》的進(jìn)階學(xué)習(xí)

（一）教材體系解讀及進(jìn)階學(xué)習(xí)水平設(shè)定

2019年版魯科版教材的《化學(xué)反應(yīng)原理》第3章《物質(zhì)在水溶液中的行為》第4節(jié)為《離子反應(yīng)》。學(xué)生的前側(cè)知識(shí)為必修一中“電解質(zhì)電離理論和離子反應(yīng)簡(jiǎn)單理論”、選擇性必修模塊中“弱電解質(zhì)的電離平衡和鹽類的水解平衡”。教材提出電解質(zhì)在水溶液中的行為可能存在電離平衡、水解平衡或沉淀溶解平衡，不同電解質(zhì)的離子之間可能存在多樣化的反應(yīng)體系，具體編排體系詳見(jiàn)圖2。

通過(guò)對(duì)選擇性必修教材編排體系進(jìn)行研究，教師在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展以下三個(gè)維度的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)：“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)維度，形成微粒觀，建立微粒之間相互作用的視角，認(rèn)識(shí)、預(yù)測(cè)并解釋物質(zhì)在水溶液中的行為;“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)維度，形成變化觀，用平衡思想分析復(fù)雜水溶液體系中的微粒變化，解釋自然界、生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象，解決實(shí)際問(wèn)題;“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)維度，形成電解質(zhì)溶液認(rèn)知的科學(xué)模型，建立宏觀與微觀、證據(jù)與結(jié)論的辯證關(guān)系[2]33-36?；诨瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向、教材解讀和學(xué)情分析，對(duì)選擇性必修模塊的“離子反應(yīng)”進(jìn)階學(xué)習(xí)水平進(jìn)行了科學(xué)設(shè)定，詳見(jiàn)圖3。

（二）進(jìn)階學(xué)習(xí)的教學(xué)流程設(shè)計(jì)

進(jìn)階學(xué)習(xí)是以實(shí)驗(yàn)和事實(shí)為基礎(chǔ)，在系統(tǒng)性的教學(xué)引導(dǎo)下，隨著時(shí)間的推移，培養(yǎng)更深層次核心概念、科學(xué)理論等的理解與應(yīng)用能力[3]。本文節(jié)選“物質(zhì)制備與純化”主題的“交流?研討”中新增內(nèi)容“從海水中提取二氧化碳”，以進(jìn)階學(xué)習(xí)理論為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)了“拯救小丑魚(yú)行動(dòng)——從海水中提取二氧化碳”的15分鐘核心教學(xué)流程。

1.進(jìn)階學(xué)習(xí)起點(diǎn)

學(xué)生初步完成離子反應(yīng)大概念的框架構(gòu)建，基本達(dá)成了圖3中的進(jìn)階水平1和2。

2.預(yù)期進(jìn)階學(xué)習(xí)終點(diǎn)

形成基于學(xué)習(xí)者個(gè)體特點(diǎn)的理論模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，解決實(shí)際的離子反應(yīng)問(wèn)題。

3.教學(xué)流程設(shè)計(jì)思路

教學(xué)活動(dòng)要與核心素養(yǎng)、核心概念和基本問(wèn)題之間保持高度統(tǒng)一性，目的是以事實(shí)促進(jìn)學(xué)生對(duì)核心概念的理解，進(jìn)而內(nèi)化為核心素養(yǎng)，詳見(jiàn)圖4。問(wèn)題設(shè)置要點(diǎn)：把核心概念以“是什么、為什么、怎么樣”這樣的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題的形式表達(dá)出來(lái)。

4.基于問(wèn)題鏈的教學(xué)流程設(shè)計(jì)

問(wèn)題情境：海水呈弱堿性，但是近年來(lái)，過(guò)量溫室氣體二氧化碳的排放導(dǎo)致海水酸性增強(qiáng)，影響了多種海洋生物的生存，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的威脅。英國(guó)《生物學(xué)通訊》雜志研究顯示，由于空氣中的二氧化碳含量增加致使海水酸性增強(qiáng)，本世紀(jì)末海洋中的小丑魚(yú)可能失聰。

問(wèn)題一：海水中含有HCO3-，為什么呈弱堿性？

學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)推理和模型認(rèn)知，H2CO3 Ka1=4.2×10-7，Ka2=5.6×10-11，通過(guò)對(duì)比HCO3- Kh和Ka2的大小，形成弱酸酸式根離子在水溶液中電離和水解行為的認(rèn)知模型。

問(wèn)題二：為什么過(guò)量的二氧化碳排放會(huì)降低海洋表層水的pH？

學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)：變化觀念，空氣中CO2增多導(dǎo)致海水CO2濃度上升，進(jìn)而引起H2CO3濃度上升，促進(jìn)了H2CO3的電離。

問(wèn)題三：珊瑚礁的主要成分是碳酸鈣，是海洋固碳行為的一種重要產(chǎn)物，但是隨著海水酸性增加，珊瑚礁遭受了大面積的破壞，請(qǐng)用相關(guān)化學(xué)原理來(lái)分析此海洋環(huán)境問(wèn)題。

學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)：建立多樣化的微粒觀，正確用化學(xué)符號(hào)表征實(shí)際化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。

問(wèn)題四：哪些環(huán)境條件改變會(huì)引起海水pH的變化？如何使海水pH恢復(fù)正常，從而拯救小丑魚(yú)？

學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)：平衡思想與變化觀念，運(yùn)用化學(xué)平衡原理分析實(shí)際問(wèn)題。

問(wèn)題五：科學(xué)家提出用陽(yáng)離子交換膜的三室電滲析法從海水中提取二氧化碳，裝置圖詳見(jiàn)圖5，此方法的設(shè)計(jì)原理是什么？寫(xiě)出相關(guān)的電極反應(yīng)式和離子方程式。

學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)：綜合運(yùn)用電化學(xué)原理、離子反應(yīng)理論評(píng)估方案的合理性。

問(wèn)題六：怎樣對(duì)B室的海水進(jìn)行處理，從而得到可以直接排放的合格海水？

學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)：認(rèn)識(shí)化學(xué)、生活和環(huán)境的緊密聯(lián)系，體會(huì)STEM教育理念。

提升與遷移：歸納離子反應(yīng)理論的科學(xué)模型，詳見(jiàn)表2。

表2? ?復(fù)雜離子反應(yīng)體系的思維模型

[微粒觀 變化觀 平衡觀 實(shí)踐觀 步驟一：從微觀角度分析電解質(zhì)的電離行為，用化學(xué)符號(hào)正確表征 步驟二：認(rèn)識(shí)不同微粒之間的相互作用 步驟三：建立復(fù)雜電解質(zhì)溶液中的多重平衡 步驟四：分析原電池體系、電解池體系、實(shí)際生產(chǎn)生活中的復(fù)雜離子反應(yīng)體系 ]

此模塊內(nèi)容所涉及的知識(shí)點(diǎn)比較廣，難度比較大，對(duì)學(xué)生的思維水平、問(wèn)題分析和問(wèn)題解決能力要求比較高。教師在實(shí)施教學(xué)過(guò)程中，要注重以問(wèn)題為導(dǎo)向的啟發(fā)式教學(xué)手段，時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的課堂反饋情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，不可盲目追求教學(xué)目標(biāo)的完成。

三、進(jìn)階學(xué)習(xí)在高中化學(xué)課程體系中的重要作用和借鑒意義

普通高中化學(xué)課程由必修課程、選擇性必修課程和選修課程組成，其中必修課程是普通高中學(xué)生發(fā)展的共同基礎(chǔ)，是選擇性必修課程的先行知識(shí)體系[2]8。選擇性必修課程是必修課程的進(jìn)階學(xué)習(xí)，很多核心概念在必修課程和選擇性必修課程中重復(fù)出現(xiàn)，但是難度、深度和廣度有所增加。

高中化學(xué)課程體系內(nèi)容繁多、體系復(fù)雜，教師若直接呈現(xiàn)知識(shí)不僅不利于學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，還會(huì)削弱學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性，增加學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)。教師應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注核心概念的教學(xué)與理解。核心概念其本身具有整合性、普適性、遷移性和進(jìn)階性，在不同學(xué)段中會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，并隨著學(xué)習(xí)的推進(jìn)而不斷加深[4]。基于核心概念的進(jìn)階學(xué)習(xí)能有效引導(dǎo)學(xué)生更深入地學(xué)習(xí)相關(guān)化學(xué)主題，提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)。教師可以依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)劃分的核心素養(yǎng)水平，多維度地整合核心概念的進(jìn)階學(xué)習(xí)，注重核心概念之間的意義連接，關(guān)注學(xué)生個(gè)體獨(dú)特的概念發(fā)展途徑，從而實(shí)現(xiàn)不同個(gè)體學(xué)習(xí)者的進(jìn)階預(yù)期。

參考文獻(xiàn)：

[1]DUSCHL R， MAENG S， SEZEN A.Learning progressions and teaching sequences： a review and analysis[J]. Studies in Science Education， 2011， 47（2）： 123–182.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[3]皇甫倩，常珊珊，王后雄. 美國(guó)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究進(jìn)展及啟示[J]. 外國(guó)中小學(xué)教育，2015（8）：53-59.

[4]GOBERT J， BUCKLEY B. Introduction to model-based teaching and learning in science education[J]. International Journal Science Education， 2000， 22（9）： 891–894.