從真實(shí)情境到驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題鏈的素養(yǎng)為本的教學(xué)

王換榮 何銀華 肖中榮

摘要：以“溶液的酸堿性”單元復(fù)習(xí)課教學(xué)為例，從某化工廠排放污水引發(fā)危害到高中生如何處理污水作為教學(xué)情境貫穿全程。創(chuàng)設(shè)了“粗略、精確測(cè)定某化工廠排放污水的酸堿性”“比較中和劑生石灰和碳酸鈉將酸性污水中和至達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的性價(jià)比”“用滴定法準(zhǔn)確測(cè)定污水中氫離子濃度”三個(gè)探究情境，并設(shè)置應(yīng)景的驅(qū)動(dòng)型問(wèn)題鏈和學(xué)習(xí)活動(dòng)群，以更好地促成學(xué)生的思維結(jié)構(gòu)化和知識(shí)網(wǎng)絡(luò)化，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：真實(shí)情境;驅(qū)動(dòng)性;問(wèn)題鏈;素養(yǎng)為本;溶液的酸堿性

文章編號(hào)：1008-0546（2020）03-0002-05

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2020.03.001

林崇德在《21世紀(jì)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究》中指出：“化學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生在化學(xué)認(rèn)知活動(dòng)中發(fā)展起來(lái)的并在解決與化學(xué)相關(guān)問(wèn)題中表現(xiàn)出來(lái)的科學(xué)素養(yǎng)[1]?！倍磐赋觯骸皬膭e人那里聽(tīng)來(lái)的知識(shí)也許能使人產(chǎn)生某種行動(dòng)，但這種知識(shí)不能培養(yǎng)個(gè)人的主動(dòng)性和使他忠于他人的信念?！鼻榫辰虒W(xué)的核心就是“知識(shí)只有在它們產(chǎn)生及應(yīng)用的情境中才能產(chǎn)生意義”[2]，教學(xué)中選擇與創(chuàng)設(shè)生產(chǎn)、生活、工業(yè)等真實(shí)情境能激發(fā)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題的產(chǎn)生，推動(dòng)認(rèn)知過(guò)程的行進(jìn)，維持實(shí)踐活動(dòng)的展開(kāi)，調(diào)整情感體驗(yàn)，強(qiáng)化知識(shí)技能的落實(shí)，并反映學(xué)生從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)客觀事物的方式與結(jié)果的水平，對(duì)培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)舉足輕重。

問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是“一種以學(xué)生為主體，以問(wèn)題核心規(guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生圍繞問(wèn)題尋求解決方案的一種學(xué)習(xí)方法”。教學(xué)情境作為知識(shí)建構(gòu)的載體，應(yīng)在教學(xué)的全程發(fā)揮作用，持續(xù)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，使教學(xué)如抽絲剝繭般不斷深入，驅(qū)動(dòng)學(xué)生層層深入分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，從而獲得知識(shí)與方法[3]，并在活躍其思維的過(guò)程中內(nèi)化為學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，如圖1所示。圖2指出，如何巧妙提出高質(zhì)量、高水平的問(wèn)題，如何形成一條由情境串產(chǎn)生的問(wèn)題鏈，成為促進(jìn)思維發(fā)展的教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)，這樣的問(wèn)題鏈利于結(jié)構(gòu)性思維的形成[4]。

一、素養(yǎng)為本的教學(xué)設(shè)計(jì)主線

1.創(chuàng)設(shè)持續(xù)產(chǎn)生問(wèn)題鏈的真實(shí)情境

教學(xué)情境可以圍繞主情境分階段設(shè)計(jì)，逐步地?cái)U(kuò)展、深入、充實(shí)、明晰，既能成為課題問(wèn)題產(chǎn)生的源頭，又能使整個(gè)教學(xué)圍繞情境產(chǎn)生的問(wèn)題鏈展開(kāi)。以蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》專題3第二單元溶液的酸堿性復(fù)習(xí)課為例，表1給出相關(guān)的情境素材，本節(jié)課選擇“某化工廠排放污水引發(fā)危害到高中生如何處理污水”作為教學(xué)主線，將“粗略、精確測(cè)定溶液的酸堿性、比較選擇中和劑生石灰和碳酸鈉將污水中和至達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的性價(jià)比、滴定法測(cè)定酸性溶液中氫離子濃度”融人問(wèn)題情境中，旨在構(gòu)建由碎片到整體的認(rèn)知方法，培養(yǎng)靈活、綜合、有效地處理復(fù)雜問(wèn)題的遷移能力，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，使學(xué)生能用化學(xué)專業(yè)的視角面對(duì)相關(guān)的技術(shù)、環(huán)境、社會(huì)問(wèn)題。

2.確定素養(yǎng)為本的教學(xué)目標(biāo)

2018年浙江省普通高中學(xué)業(yè)水平考試導(dǎo)引規(guī)定本單元的教學(xué)內(nèi)容包括溶液的酸堿性與c（H+）和c（OH-）的關(guān)系，溶液pH的定義，pH與溶液酸堿性的關(guān)系，測(cè)定溶液酸堿性的方法，酸堿指示劑（石蕊、酚酞、甲基橙等），pH試紙，pH計(jì)。高考考試說(shuō)明中增加了pH的簡(jiǎn)單計(jì)算。結(jié)合2017版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的教學(xué)要求確定本單元復(fù)習(xí)課的教學(xué)目標(biāo)如表2[5]。

二、素養(yǎng)為本的教學(xué)設(shè)計(jì)

“溶液的酸堿性”教學(xué)流程如圖3所示[6]，具體分四步展開(kāi)。

1.在真實(shí)情境中生成驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題鏈

[主情境]展示視頻及圖4。視頻中呈現(xiàn)出工業(yè)污水排放引起水源污染，破壞人的身體健康，降低河水的自凈能力，破壞生物鏈，使河流中的動(dòng)植物和微生物無(wú)法生存。即使酸堿污水先進(jìn)入污水處理廠后，也會(huì)導(dǎo)致活性污泥中的微生物生長(zhǎng)受到抑制，直接影響二級(jí)處理出水的水質(zhì)。

[問(wèn)題1]你了解去油污的紡織業(yè)污水和溶金屬的冶金工業(yè)污水酸堿性嗎？

[問(wèn)題鏈1]學(xué)情前測(cè)——判斷以下問(wèn)題是否正確。

（1）有氫離子的溶液就是酸性溶液。

（2）pH<7的溶液一定是酸性溶液。

（3）c（H+）>c（OH-）的溶液一定是酸性溶液。

[學(xué)生活動(dòng)1]學(xué)生回答，小組補(bǔ)充、修正，整理歸納溶液呈酸性的本質(zhì)原因。

2.在學(xué)習(xí)活動(dòng)群中解決問(wèn)題

[探究任務(wù)1]：請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)粗略確定某化工廠排放污水的酸堿性。

[投影]：溶液酸堿性粗略分析一指示劑或pH試紙，表3給出常見(jiàn)指示劑變色范圍。

[學(xué)生活動(dòng)2]：請(qǐng)同學(xué)們規(guī)范使用pH試紙測(cè)定工業(yè)污水的酸堿性。

[問(wèn)題2]除pH試紙外，你還知道哪些測(cè)定pH值的方法？

[問(wèn)題鏈2]

（l）pH試紙測(cè)定溶液pH時(shí)，若先用蒸餾水濕潤(rùn)試紙，一定會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響嗎？

（2）pH試紙估讀pH值為2，能確定其中氫離子的精確濃度嗎？

（3）溶液酸堿性精確測(cè)定儀器—pH計(jì)（酸度計(jì)）如何使用？

[學(xué)生活動(dòng)3]學(xué)生回答，小組補(bǔ)充、修正，整理歸納pH試紙和pH計(jì)的使用方法。

[問(wèn)題3]pH是表示稀溶液中氫離子濃度的簡(jiǎn)易方法，根據(jù)pH=-lgc（H+）可知，常溫下pH=2.0的污水中c（H-）=_____，污水中的c（OH-）=____。

[問(wèn)題鏈3]在酸堿污水排人污水處理廠之前應(yīng)處理，以避免對(duì)污水處理廠造成損害。你能用化學(xué)的視角解決這些問(wèn)題嗎？參考《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（ GB8978-1996）三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：常溫下pH在6到9之間的污水可以排人污水處理廠。請(qǐng)思考以下問(wèn)題：

（1）此化工廠污水能否直接排放？

（2）達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)就是調(diào)節(jié)pH=_，即調(diào)節(jié)c（H）從____ mol/L變成___ mol/L。

（3）參考濃度計(jì)算公式，如何實(shí)現(xiàn)pH從2變成67

[學(xué)生活動(dòng)4]學(xué)生回答，小組補(bǔ)充、修正，整理歸納常溫下稀的酸性或堿性溶液中pH和pOH的計(jì)算。

[情境支鏈]工業(yè)污水處理要根據(jù)其性質(zhì)選用合適的藥劑，如絮凝沉淀的有機(jī)高分子絮凝劑、脫水劑、脫色劑、消泡劑、消毒劑、混凝劑等。處理酸性污水時(shí)，首先考慮以廢治廢的原則，將酸堿性污水互相中和，或者利用廢堿渣中和酸性污水。條件不具備時(shí)，才使用中和劑處理。酸性污水中和處理經(jīng)常采用的中和劑有生石灰、石灰石、白云石、碳酸鈉等。

[問(wèn)題4]假如你是污水處理廠的一員，你準(zhǔn)備采取什么措施讓酸性污水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)？

[問(wèn)題鏈4]

（1）1.0L pH=2.0的污水若直接用水稀釋至達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，需要加入水約為_(kāi)___L（忽略體積相加誤差）。

（2）若將污水稀釋10⁵倍，pH≈____;若將污水稀釋10⁶倍，pH≈___。

（3）若加人生石灰0.56g進(jìn)行中和處理（忽略生石灰與水反應(yīng)產(chǎn)生的誤差），該溶液符合排放標(biāo)準(zhǔn)嗎？

[探究任務(wù)2]：請(qǐng)選擇酸性污水中和處理經(jīng)常采用的兩種中和劑生石灰和碳酸鈉，如圖5和圖6，當(dāng)pH從2.0調(diào)到6.0時(shí)，各需要多少克可以中和污水至達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)？?jī)烧叩男詢r(jià)比哪個(gè)高？

[學(xué)生活動(dòng)5]學(xué)生回答，小組補(bǔ)充、修正，整理歸納常溫下將酸性溶液稀釋一定倍數(shù)后pH的計(jì)算，一定體積的酸、堿溶液混合后pH的計(jì)算。

[教師過(guò)渡]定性分析用于鑒定物質(zhì)是由哪些成分組成，定量分析用于測(cè)定物質(zhì)中各組分的含量，酸堿中和滴定是定量分析的一種。

[問(wèn)題5]工廠排放出的污水，用pH試紙測(cè)得pH約為2，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確測(cè)量該污水中H_的濃度。

[探究任務(wù)3]取一定體積的污水，用O.lmol·L^-1的NaOH溶液與之反應(yīng)，測(cè)出用去NaOH的體積，再計(jì)算求得污水中H+的濃度，但如何確保測(cè)定結(jié)果的精確度值得探討。

[教師過(guò)渡]酸堿中和滴定指用已知濃度的酸（或堿）去滴定一定體積未知濃度的堿（或酸），通過(guò)測(cè)定反應(yīng)完全時(shí)消耗已知濃度的酸（或堿）的體積，從而推算出未知濃度的堿（或酸）的濃度的方法。酸堿恰好完全反應(yīng)時(shí)即滴定終點(diǎn)。

[問(wèn)題鏈5]

（1）當(dāng)酸和堿恰好完全反應(yīng)時(shí)，n（H+）一定等于n（OH-）嗎？，什么情況下n（H+）一定等于n（OH-）？

（2）如何判斷酸、堿恰好完全反應(yīng)？

（3）既然指示劑變色時(shí)溶液的pH值不是7，能否用指示劑來(lái)判斷酸和堿完全反應(yīng)呢？

[教師演示]用0. Imol.L^-1鹽酸滴定20.OOmL未知濃度氫氧化鈉溶液，用酚酞作指示劑，用手持技術(shù)pH計(jì)測(cè)量并繪制成圖7。

[問(wèn)題6]從圖7看，在鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)過(guò)程中溶液pH變化分幾個(gè)階段？為什么會(huì)有這樣的變化趨勢(shì)？

[學(xué)生活動(dòng)6]學(xué)生回答，小組補(bǔ)充、修正，整理歸納：三個(gè)階段。第一階段，溶液中NaOH的量較多，滴加鹽酸pH變化不大;第二階段，溶液中NaOH量較少，滴加鹽酸pH變化大;第三階段，溶液中NaOH消耗完，滴加鹽酸pH變化不大。

[問(wèn)題鏈6]

（1）通過(guò)以上分析，能否用指示劑判斷強(qiáng)酸和強(qiáng)堿恰好完全反應(yīng)，為什么？可以選擇什么指示劑？

（2）用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴定一定體積未知濃度的氨水，滴定終點(diǎn)選擇什么指示劑？為什么？

（3）用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液滴定一定體積未知濃度的醋酸溶液，滴定終點(diǎn)選擇什么指示劑？為什么？

[教師過(guò)渡]下面就用酚酞作為指示劑，用O.lmol.L^-1的NaOH溶液測(cè)定未知濃度的酸性工廠污水中H+濃度，請(qǐng)同學(xué)們注意觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并記錄有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后計(jì)算工廠污水中H+濃度。

[投影]中和滴定操作步驟：酸式滴定管：檢漏、洗滌（自來(lái)水、蒸餾水）、潤(rùn)洗、裝待測(cè)液、趕氣泡、調(diào)液面、記錄讀數(shù)。錐形瓶洗滌：洗滌（自來(lái)水、蒸餾水）、裝待測(cè)液、加指示劑酚酞。堿式滴定管：檢漏、洗滌（自來(lái)水、蒸餾水）、潤(rùn)洗、裝標(biāo)準(zhǔn)液、趕氣泡、調(diào)液面、記錄讀數(shù)。

[學(xué)生活動(dòng)7]學(xué)生做滴定實(shí)驗(yàn)：滴加NaOH溶液，邊滴邊振蕩，眼睛始終注視錐形瓶?jī)?nèi)溶液顏色變化，指示劑顏色變化半分鐘內(nèi)不褪色，達(dá)到終點(diǎn)，記錄液面刻度，重復(fù)操作2-3次。

[問(wèn)題7]請(qǐng)分析c未知=（c已知×V已知）/v未知，哪一個(gè)是關(guān)鍵數(shù)據(jù)？

[問(wèn)題鏈7]

（1）通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為中和滴定實(shí)驗(yàn)的作用是什么？

（2）依據(jù)原理是什么？

[學(xué)生活動(dòng)8]學(xué)生回答，小組補(bǔ)充、修正，整理歸納中和滴定實(shí)驗(yàn)的作用和原理。

3.在思考中促成思維和知識(shí)結(jié)構(gòu)化

[教師過(guò)渡]請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)調(diào)節(jié)溶液酸堿性的方法，根據(jù)c= n/v，可以采用稀釋或酸堿中和反應(yīng)。請(qǐng)同學(xué)們建構(gòu)溶液中pH簡(jiǎn)單計(jì)算的思維模型。

[投影]：學(xué)生思考后，展示圖8 pH簡(jiǎn)單計(jì)算的思維模型。

4.在學(xué)習(xí)中培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任

[圖片展示]從生活、生命的各個(gè)領(lǐng)域了解pH的重要應(yīng)用。

[教師講解]（1）圖9中繡球花具有根據(jù)土壤酸堿度不同綻放出不同顏色花朵的特性。pH為6.0-7.0的土壤中會(huì)綻放出粉紅色花朵，pH為5.0-5.8的土壤中會(huì)綻放出藍(lán)色花朵。

[教師提問(wèn)]通過(guò)查閱資料，大家發(fā)現(xiàn)想要調(diào)成藍(lán)紫色，可以在花苞成型之前，給土壤里加什么？想要繡球開(kāi)粉紅色呢？

[學(xué)生]加入一些白醋、硫酸鋁、鉀肥的混合物，將土壤調(diào)成偏酸性，同時(shí)富含A13+的土壤被繡球花吸收之后，會(huì)和花中的花青素相結(jié)合，產(chǎn)生變異現(xiàn)象，花朵就會(huì)變成藍(lán)紫色。想要繡球開(kāi)粉紅色的花，可以在花蕾形成的時(shí)候施用適量的草木灰。等繡球花呈現(xiàn)粉色之后，再施硫酸鋁等酸性肥料，則可以呈現(xiàn)藍(lán)紫粉色。

[教師講解]（2）水的酸堿性是由溶解于水的礦物質(zhì)決定的?！妒澜缧l(wèi)生組織飲用水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定飲用水的pH為6.5- 8.5。世衛(wèi)組織的表述為：“低pH值水具有一定腐蝕性，而高pH值水會(huì)有滑膩感和異味”。但并未提及飲用水呈弱堿性與健康有多大關(guān)系。

[教師提問(wèn)]農(nóng)夫山泉的“天然弱堿性水”并不是行業(yè)個(gè)例。新的《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)包裝飲用水》（ GB19298-2014）要求除了天然礦泉水有另行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)外，市場(chǎng)上的包裝水只分為飲用純凈水和其他飲用水兩類。圖10為農(nóng)夫山泉飲用天然水的pH。請(qǐng)大家思考“礦物質(zhì)如何決定水的酸堿性”？

[學(xué)生回答]水的酸堿性是由水中礦物質(zhì)離子的水解決定的。

[教師過(guò)渡]關(guān)于“離子的水解”下節(jié)課復(fù)習(xí)。

三、教學(xué)反思

（1）創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境展開(kāi)教學(xué)。情境有具體性和原創(chuàng)性的特征，本節(jié)課從某化工廠排放污水引發(fā)危害這個(gè)主情境出發(fā)，衍生出多個(gè)學(xué)科問(wèn)題，“粗略、精確測(cè)定某化工廠排放污水的酸堿性”“比較選擇中和劑生石灰和碳酸鈉將酸性污水中和至達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的性價(jià)比”“用滴定法準(zhǔn)確測(cè)定污水中氫離子濃度”，將化學(xué)知識(shí)通過(guò)情境活動(dòng)與核心素養(yǎng)對(duì)接，幫助學(xué)生形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

（2）設(shè)置結(jié)構(gòu)性問(wèn)題鏈推動(dòng)教學(xué)。教師從真實(shí)情境中提煉出絲絲人扣的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題鏈，學(xué)生攀沿著問(wèn)題鏈上的關(guān)鍵詞不斷地進(jìn)行思考，逐步深化思維[4]。根據(jù)素材“常溫下pH在6到9之間的污水可以排入污水處理廠”設(shè)置三個(gè)問(wèn)題，pH約為2的工廠污水能否直接排放？達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)就是調(diào)節(jié)pH=___，即調(diào)節(jié)c（H+）從____mol/L變成___mol/L。參考濃度計(jì)算公式，如何實(shí)現(xiàn)pH從2變成67其中，知識(shí)性問(wèn)題要依據(jù)事實(shí)性知識(shí)回答.解決問(wèn)題的過(guò)程和方法要依據(jù)事物間或事物各部分間的關(guān)系或結(jié)構(gòu)進(jìn)行論證推理，并在此過(guò)程中學(xué)會(huì)應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的策略，幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)化思維。

（3）倡導(dǎo)有理有據(jù)的辯論調(diào)整教學(xué)。皮亞杰的兩種學(xué)習(xí)方式同化和順應(yīng)發(fā)生的前提是先辨認(rèn)，這就需要批判、反問(wèn)、辯論。本節(jié)課的設(shè)計(jì)摒棄一味接受、缺少辨認(rèn)的教學(xué)過(guò)程，設(shè)置“強(qiáng)酸和強(qiáng)堿恰好完全、鹽酸滴定氨水終點(diǎn)、氫氧化鈉滴定醋酸終點(diǎn)選擇的指示劑一致嗎？選擇依據(jù)是什么？”等問(wèn)題鏈，讓學(xué)生在辯駁中產(chǎn)生同化或順應(yīng)，幫助學(xué)生做到真正的學(xué)習(xí)。

（4）關(guān)注素養(yǎng)達(dá)成情況診斷教學(xué)。教師是問(wèn)題的提出者、課程的設(shè)計(jì)者以及結(jié)果的評(píng)估者。素養(yǎng)為本的教學(xué)要求關(guān)注教、學(xué)、評(píng)一體，本節(jié)課設(shè)置了與教學(xué)目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的教學(xué)評(píng)價(jià)任務(wù)，選擇“繡球花具有根據(jù)土壤酸堿度不同綻放出不同顏色花朵的特性”“農(nóng)夫山泉的天然弱堿性水與健康有多大關(guān)系”兩個(gè)pH的重要應(yīng)用，采取教師點(diǎn)評(píng)、學(xué)生互評(píng)等評(píng)價(jià)方式診斷學(xué)生所達(dá)到的素養(yǎng)水平，進(jìn)而更好地指導(dǎo)教學(xué)。

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[6]劉妍，王秀紅，張冬華.基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的“鐵鹽和亞鐵鹽”教學(xué)設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教育，2019，40（7）：33-37