以“情境—問題—實驗—建模”突破傳統(tǒng)

楊茵

摘? ? 要：“離子反應(yīng)”是高中化學(xué)的核心概念之一，是學(xué)生形成微粒觀和變化觀的重要載體。但教學(xué)中往往重實驗情境，忽視生活生產(chǎn)中的具體應(yīng)用;實驗演示多，學(xué)生動手少;強調(diào)概念及“四步法”，忽視“宏觀—微觀—符號”三重表征的特質(zhì)。教師可采取問題導(dǎo)向策略，通過真實情境引出問題，引導(dǎo)學(xué)生對實驗事實進行分析推理、抽象概括，促進學(xué)生思維從宏觀向微觀轉(zhuǎn)變，切實培養(yǎng)化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：離子反應(yīng);證據(jù)推理;模型認(rèn)知;“宏觀—微觀—符號”三重表征

“離子反應(yīng)”是高中化學(xué)的核心概念之一，是學(xué)生形成微粒觀和變化觀的重要載體。但教學(xué)中往往存在這樣的現(xiàn)象：注重實驗情境的設(shè)置，卻忽視離子反應(yīng)在生活或生產(chǎn)中的具體應(yīng)用;演示實驗多，但學(xué)生分組動手實驗的機會很少;強調(diào)離子反應(yīng)的概念及離子方程式書寫的“四步法”，卻忽視“宏觀—微觀—符號”三重表征的特質(zhì)。所以，學(xué)生在面對具體問題時，往往缺乏從微觀視角去分析的意識、思路和方法。

一、教學(xué)改進

為解決上述問題，筆者認(rèn)為可采取如下教學(xué)改進：

1.利用電視劇《三國演義》中諸葛亮帶兵南征時用“安樂泉”水解“啞泉”毒這一“博眼球”的劇情，結(jié)合專家考證云南的確存在這樣兩口泉水的事實，通過真實的生活情境引出問題：為什么“安樂泉”水可以解毒？

2.學(xué)習(xí)任務(wù)采取問題導(dǎo)向策略，通過層層遞進的問題鏈觸動學(xué)生的原有認(rèn)知，觸發(fā)學(xué)生思維興奮區(qū)，促進學(xué)生形成從微觀的離子視角認(rèn)識物質(zhì)及反應(yīng)的認(rèn)知方式，把思維引向深度發(fā)展。

3.發(fā)揮學(xué)生主體作用，通過小組實驗，引導(dǎo)學(xué)生基于實驗事實進行分析推理、抽象概括，從而歸納出離子反應(yīng)滿足條件，并正確書寫相應(yīng)離子方程式。通過師生間的對話與交流、生生間的合作與討論，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，激發(fā)學(xué)生解決問題的興趣。

4.基于化學(xué)“宏觀—微觀—符號”三重表征的特質(zhì)，幫助學(xué)生構(gòu)建離子反應(yīng)分析的思維模型，發(fā)展模型認(rèn)知能力，使思維能力逐漸進階。

二、教學(xué)實錄

（一）問題情境：為什么“安樂泉”水可以解毒

[觀看視頻——電視劇《三國演義》中諸葛亮帶兵南征遇到的故事：將士誤喝“啞泉”水變啞，后得高人指點，用“安樂泉”水解毒。]

師：是否真的存在這樣兩口泉水呢？

[觀看視頻——科教片《地理中國》：專家考證云南地區(qū)的確存在這樣的兩口泉水;“啞泉”水中含有大量的銅鹽，銅離子大大超標(biāo)，飲入過多，容易導(dǎo)致咽喉部位迅速脫水，從而造成失聲。]

師：“安樂泉”水為什么能解毒？

生：泉水中含有的離子能與Cu2+結(jié)合。

師：你覺得泉水中可能含有什么離子？判斷的理由是什么？

生：含有OH-，因為OH-能與Cu2+結(jié)合生成Cu（OH）2沉淀。

師：預(yù)測是否合理呢？我們通過實驗驗證下。

設(shè)計意圖：戲劇沖突來源于真實的生活，泉水使人中毒和解毒容易激發(fā)學(xué)生探究的興趣，同時也讓學(xué)生用化學(xué)的眼光看生活，體會運用化學(xué)知識解決生活問題的學(xué)科魅力。

（二）實驗探析和模型建構(gòu)：理解“安樂泉”水能解毒的原因

[展示裝有CuSO4溶液、Ba（NO3）2溶液和NaOH溶液的試管。]

師：哪支試管中裝的是CuSO4溶液？另外兩種溶液都能和CuSO4反應(yīng)嗎？

生：顯藍色的為CuSO4溶液，與另外兩種溶液都會發(fā)生反應(yīng)。

環(huán)節(jié)一：從電離角度回顧溶質(zhì)在水溶液中的行為

[實驗：CuSO4溶液分別和Ba（NO3）2溶液、NaOH溶液混合。]

師：兩種溶質(zhì)各自主要存在形式及它們之間的數(shù)量關(guān)系如何？

生：CuSO4按1∶1完全電離為Cu2+和SO42-，Ba（NO3）2按1∶2完全電離為Ba2+和NO3-。

師：CuSO4和Ba（NO3）2為什么完全電離？

生：它們是強電解質(zhì)。

師：（強調(diào)）在像CuSO4和Ba（NO3）2這樣可溶性的強電解質(zhì)溶液中，不存在CuSO4和Ba（NO3）2分子。

師：以CuSO4和Ba（NO3）2溶質(zhì)為橫坐標(biāo)，它們在溶液中的微粒種類和數(shù)目為縱坐標(biāo)，構(gòu)建電離模型圖（圖略）可以幫助我們進行分析。

師：（強調(diào)）這些離子在各自溶液中是完全自由的。

環(huán)節(jié)二：探討溶液中反應(yīng)的微觀實質(zhì)

師：溶液混合后離子是怎樣的存在形式？發(fā)生反應(yīng)了嗎？請亮出你的證據(jù)。

生：有白色沉淀生成，說明混合后Ba2+與SO42-反應(yīng)生成BaSO4。

師：BaSO4是強電解質(zhì)還是弱電解質(zhì)？

生：強電解質(zhì)。

師：（強調(diào)）BaSO4雖是強電解質(zhì)，但同時又是難溶性物質(zhì)，在溶液中主要以分子形式聚集，宏觀上就是我們看到的沉淀，所以我們用BaSO4表示。但BaSO4極少量溶于水的部分又完全電離。

師：Cu2+與NO3-反應(yīng)了嗎？

生：上層溶液仍是藍色，說明兩者沒有反應(yīng)。

師：但上層溶液顏色變淺了，請設(shè)計實驗證明Cu2+與NO3-沒有發(fā)生反應(yīng)。

生：可以做對比實驗，取同濃度同體積的CuSO4溶液，加入與Ba（NO3）2溶液同體積的蒸餾水，觀察溶液顏色的變化。

師：我們把相互反應(yīng)的離子和反應(yīng)的結(jié)果用化學(xué)符號在模型圖上表示出來，得到關(guān)系圖。

師：（強調(diào)）溶液中并不是所有離子都參與反應(yīng)。像這樣有離子參加的反應(yīng)稱為離子反應(yīng)。Ba2+與SO42-失去自由，形成更穩(wěn)定的BaSO4沉淀。我們把它們之間的反應(yīng)用Ba2++SO42-=BaSO4↓這樣的離子方程式表示。

師：穩(wěn)定是自然界的普遍規(guī)律。離子雖然看不見，但是它們在溶液中也是在尋求一種比原來存在形式更為穩(wěn)定的狀態(tài)[1]。

環(huán)節(jié)三：鞏固對微觀反應(yīng)的理解，強調(diào)重金屬離子中毒的解毒方法

師：請分析CuSO4和NaOH的反應(yīng)?？梢运伎歼@三個問題：1.沒混合前溶液中微粒主要存在形式？2.微粒間能否相互作用？3.作用結(jié)果是什么？請用模型建構(gòu)方法表示。

[學(xué)生書寫。]

師：回到開始上課時提出的問題，科學(xué)家考證出“安樂泉”水中石灰水的濃度很高，所以“安樂泉”能解“啞泉”的毒。但“安樂泉”水也不能多喝，重金屬中毒最好先喝牛奶或豆?jié){，然后趕快去醫(yī)院就醫(yī)。

設(shè)計意圖：從熟悉的化學(xué)反應(yīng)入手，基于已有的電解質(zhì)及電離知識，通過以問題解決為核心任務(wù)的問題串，引導(dǎo)學(xué)生從宏微結(jié)合的視角進行富有邏輯的分析，逐步建構(gòu)微粒觀和變化觀，認(rèn)識到溶液中的反應(yīng)本質(zhì)上是離子間反應(yīng)，而離子間發(fā)生反應(yīng)也是一種趨向穩(wěn)定的過程。通過“宏觀—微觀—符號”三重表征的教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)視角分析溶液中離子反應(yīng)的能力;通過構(gòu)建離子反應(yīng)分析的思維模型，幫助學(xué)生理解和建構(gòu)抽象概念，使其思維方式逐漸進階。

（三）探究離子反應(yīng)的本質(zhì)和條件，感悟離子反應(yīng)的意義

環(huán)節(jié)一：歸納離子反應(yīng)的本質(zhì)和條件

師：請判斷下面四組物質(zhì)相互間哪些會發(fā)生離子反應(yīng)，通過實驗驗證，并書寫相應(yīng)的離子方程式：

1.稀硫酸、鹽酸、石蕊、碳酸鈉溶液

2.氫氧化鈉溶液、酚酞、氯化鈉溶液、鹽酸

3.硝酸銀溶液、氯化鈉溶液、氯化鉀溶液

4.鐵粉、鹽酸、稀硫酸

生：先在稀硫酸和鹽酸中滴加幾滴石蕊，再加入Na2CO3溶液。溶液紅色都逐漸褪去，說明稀硫酸和鹽酸都能和碳酸鈉發(fā)生離子反應(yīng)。離子方程式都是2H++CO32-=H2O+CO2↑。

生：NaOH能和鹽酸發(fā)生離子反應(yīng)。先在NaOH溶液中滴加幾滴酚酞，顯紅色，再滴入鹽酸，紅色逐漸褪去，說明OH-和H+發(fā)生了反應(yīng)。離子方程式是H++OH-=H2O。

生：NaCl和KCl都能和AgNO3發(fā)生離子反應(yīng)，離子方程式都是Ag++Cl-=AgCl↓。

生：鹽酸和稀硫酸都能和Fe發(fā)生離子反應(yīng)。離子方程式是2H++Fe=H2↑+Fe2+。

師：（強調(diào)）這說明離子方程式表示的不是一個化學(xué)反應(yīng)，而是一類化學(xué)反應(yīng)，并揭示了這類化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)。

師：請思考離子間發(fā)生反應(yīng)要滿足哪些條件。可以分別從復(fù)分解型和氧化還原型方面思考。離子反應(yīng)中離子最終趨向什么樣的狀態(tài)？

設(shè)計意圖：通過“微觀分析—實驗探究—宏觀觀察—符號表征”的過程，幫助學(xué)生形成簡單離子反應(yīng)發(fā)生條件的統(tǒng)攝概念、有效擺脫陳舊的“寫、拆、刪、查”書寫模式，加強學(xué)生的證據(jù)推理意識、感受化學(xué)學(xué)科特有的思維特征，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)典型的反應(yīng)歸納出離子反應(yīng)發(fā)生條件的歸納推理的思維方式和能力。

環(huán)節(jié)二：感悟離子反應(yīng)的意義

師：對于Ba2++SO42-=BaSO4↓這樣的離子反應(yīng)，可以找到的試劑組合有哪些？

生：1.BaCl2和Na2SO4反應(yīng);2.Ba（NO3）2和H2SO4反應(yīng);3.Ba（OH）2和Na2SO4反應(yīng);4.Ba（OH）2和H2SO4反應(yīng)。

師：看來離子方程式的確表示了一類反應(yīng)。

師：上面四個組合是否都可以用Ba2++SO42-=BaSO4↓這樣的離子反應(yīng)表示？

生：Ba（OH）2與H2SO4的反應(yīng)不可以。

師：它們的離子方程式如何書寫？

生：Ba2++OH-+H++SO42-=BaSO4↓+H2O

生：Ba2++2OH-+2H++SO42-=BaSO4↓+2H2O

師：Ba（OH）2按1∶2完全電離出Ba2+和OH-，H2SO4按2∶1完全電離出H+和SO42-。兩個離子方程式的區(qū)別是BaSO4沉淀完全時H+和OH-是否完全結(jié)合。我們通過測定溶液的電導(dǎo)率和pH來驗證。

[演示實驗：傳感器測Ba（OH）2溶液滴到H2SO4溶液中的電導(dǎo)率和pH]。

[展示：實驗測出的電導(dǎo)率和pH曲線圖（見圖1）。]

師：分析曲線判斷哪位學(xué)生書寫的離子方程式正確。

生：由圖可知Ba2+和SO42-以及OH-和H+之間的反應(yīng)是同時抵達終點，結(jié)合氫氧化鋇和硫酸在水中的電離情況，正確的離子方程式應(yīng)該是：Ba2++2OH-+2H++SO42-=BaSO4↓+2H2O。

師：（強調(diào)）可見同一溶液中的多種離子間的反應(yīng)存在定量關(guān)系。

設(shè)計意圖：在上一環(huán)節(jié)“設(shè)計意圖”的基礎(chǔ)上，再通過自我反思和同伴間的交流啟迪，促進學(xué)生最大限度地實現(xiàn)認(rèn)識方式的改變。通過數(shù)字化實驗突破學(xué)生的感官局限，讓他們“看”到宏觀物質(zhì)在水溶液中真實的存在形式，“看”到真實的反應(yīng)過程。如此，更有利于學(xué)生科學(xué)概念的形成。通過Ba（OH）2與H2SO4的離子方程式書寫的討論，培養(yǎng)學(xué)生基于離子反應(yīng)條件和離子方程式書寫方法進行演繹推理的能力[2]。

（四）構(gòu)建分析水溶液中離子狀態(tài)和反應(yīng)的思維模型

師：本節(jié)課我們初步建立了水溶液中離子反應(yīng)的分析思路，下面請同學(xué)們總結(jié)分析步驟。

生：首先分析反應(yīng)物在水溶液中的存在形式和比例關(guān)系，接下來分析離子間是否會反應(yīng)，如果發(fā)生反應(yīng)，則將反應(yīng)的結(jié)果用離子方程式表示出來。

[歸納：分析離子反應(yīng)的思維模型（見圖2）。]

設(shè)計意圖：建構(gòu)離子反應(yīng)的思維模型能幫助學(xué)生完善離子反應(yīng)概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在研究水溶液中物質(zhì)的反應(yīng)時，逐步掌握分析問題和解決問題的思路和方法。在這樣的課堂教學(xué)中，宏觀辨識和微觀探析、證據(jù)推理和模型認(rèn)識等化學(xué)核心素養(yǎng)可以真正落地。

參考文獻：

[1]鄭胤飛.文化有根 課堂有魂——鄭胤飛化學(xué)教學(xué)設(shè)計集[M].上海：上海教育出版社，2013：112.

[2]朱鵬飛，陳敏，陳凱.發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的課例研究——以離子反應(yīng)為例[J].化學(xué)教育，2018（23）：40.