培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng) 實(shí)踐化學(xué)建模教學(xué)

胡倩

摘 要：以高中化學(xué)核心概念之一的“鹽類水解”為例，基于模型教學(xué)的一般步驟（情境創(chuàng)設(shè)、模型建構(gòu)、模型應(yīng)用、模型修正、模型評估）的教學(xué)設(shè)計(jì)，旨在幫助學(xué)生提高綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)化學(xué)思維，建立解決鹽類水解問題的模型.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);鹽類的水解;化學(xué)建模;高中化學(xué)

中圖分類號：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2022）06-0110-03

1 化學(xué)建模教學(xué)

建模教學(xué)是一種通過教學(xué)活動(dòng)，利用證據(jù)推理和經(jīng)驗(yàn)來建構(gòu)模型，借助圖畫、表格、符號、數(shù)據(jù)、文字表征具體過程，然后利用模型幫助學(xué)生解決實(shí)際問題，理解客觀事物的本質(zhì)，提高認(rèn)知發(fā)展水平，最終達(dá)到提升學(xué)生的化學(xué)思維，提高學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo).

化學(xué)建模教學(xué)就是將建模的思想融入到化學(xué)教學(xué)活動(dòng)中，本文對化學(xué)建模教學(xué)的步驟進(jìn)行了實(shí)踐探究.

2 化學(xué)建模教學(xué)的過程—以“鹽類的水解”為例

2.1 教材和學(xué)情分析

“鹽類的水解”選自高中化學(xué)人教版選修四模塊《化學(xué)反應(yīng)原理》中的第三章第三節(jié)，之前學(xué)生已初步掌握了溶液酸堿性的判斷方法及其微觀實(shí)質(zhì)，在教學(xué)設(shè)計(jì)中需要通過任務(wù)和實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)利用模型進(jìn)行證據(jù)推理和模型認(rèn)知，提高解決實(shí)際問題的能力.

2.2 設(shè)計(jì)思路

以模型構(gòu)建為教學(xué)主線，通過情境創(chuàng)設(shè)、模型構(gòu)建、模型應(yīng)用、模型修正、模型評估的教學(xué)設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)，將小組合作、實(shí)驗(yàn)探究、思考討論、總結(jié)歸納、模型構(gòu)建等教學(xué)環(huán)節(jié)連貫起來，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，建立宏觀現(xiàn)象、微觀本質(zhì)、符號表征之間的聯(lián)系，梳理概念和原理，構(gòu)建模型認(rèn)知，形成化學(xué)思維，內(nèi)化“鹽類水解”這一核心概念，真正理解原理的本質(zhì)，從而學(xué)會(huì)分析復(fù)雜的化學(xué)情景，解決實(shí)際問題.

2.3 教學(xué)過程

2.3.1 情境創(chuàng)設(shè)

[提出問題]日常生活中我們熟悉的“純堿”明明是“鹽”，可為什么叫“堿”呢？提出問題，引發(fā)學(xué)生思考討論.

[思考討論]學(xué)生提出可能因?yàn)榧儔A的水溶液呈堿性，小組討論驗(yàn)證方法，提出可以用酸堿指示劑（例如酚酞）、pH試紙或者pH計(jì)測出純堿溶液的酸堿性.

[提出問題]請同學(xué)們復(fù)習(xí)回顧前面的知識，溶液呈酸堿性的實(shí)質(zhì)是什么？

[總結(jié)歸納]在溶液中，當(dāng)c（H+）>c（OH-）時(shí)溶液呈酸性，當(dāng)c（H+）=c（OH-）時(shí)溶液呈中性，當(dāng)c（H+）

2.3.2 模型建構(gòu)

任務(wù)一：鹽溶液的酸堿性如何判斷？

[提出問題]除了純堿Na2CO3以外的鹽，其溶液的酸堿性又如何？

[實(shí)驗(yàn)探究]小組討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，用pH計(jì)分別檢測NaCl、Na2SO4、NH4Cl、（NH4）2SO4、CH3COONa、NaHCO3溶液的酸堿性.

[模型建構(gòu)]建構(gòu)“鹽的類型”模型，適用于快速判斷鹽溶液的酸堿性.有弱才水解，無弱不水解;誰強(qiáng)顯誰性，兩強(qiáng)顯中性.

任務(wù)二：鹽類水解的本質(zhì)是什么？

[提出問題]為什么NH4Cl溶液呈酸性？思考NH4Cl溶液中存在哪些微粒？這些微粒之間能發(fā)生反應(yīng)嗎？

[思考討論]NH4Cl是一種鹽，在水溶液中能完全電離出NH+4和Cl-，而溶液中的水自身還能電離出+和OH-，其中NH+4和OH-能結(jié)合生成弱電解質(zhì)NH3·H2O，溶液中OH-的濃度減小，水的電離平衡向電離方向移動(dòng)，離子濃度c（H+）>c（OH-），溶液呈酸性.

[提出問題] 如何將這個(gè)過程更加直觀的表現(xiàn)出來？

[學(xué)生板書]

[總結(jié)歸納]在水溶液中，鹽電離出來的“弱酸陰離子或弱堿陽離子”與水電離出來的+ 或OH-結(jié)合，生成弱電解質(zhì)的反應(yīng)，叫做鹽類的水解.鹽類的水解的實(shí)質(zhì)是結(jié)合水電離出來的+或OH-，生成弱電解質(zhì)，促進(jìn)水的電離，使c（H+） ≠ c（OH-）.

[模型建構(gòu)] 建構(gòu)“鹽類水解的本質(zhì)”模型，建立宏微結(jié)合的思想（如圖1所示）.圖1

[強(qiáng)化練習(xí)]請用模型分析NaCl、CH3COONa、CuCl2溶液的酸堿性.

[總結(jié)歸納]簡化分析過程，總結(jié)出鹽類水解方程式的書寫要求.

任務(wù)三：鹽類的水解強(qiáng)弱如何判斷？

[提出問題]同濃度的Na2CO3和CH3COONa溶液哪一個(gè)堿性更強(qiáng)？

[實(shí)驗(yàn)探究]通過pH計(jì)直接測量同物質(zhì)的量濃度兩溶液的pH.如何用理論解釋？

[思考討論]根據(jù)水解方程式表示出水解平衡常數(shù)，通過簡單的數(shù)學(xué)變形，查閱數(shù)據(jù)，可以分別計(jì)算出兩種鹽水解常數(shù)的大小，從而比較堿性的強(qiáng)弱.假設(shè)有一種強(qiáng)堿弱酸鹽MA，水解離子方程式為：A-+H2OHA+OH-，水解常數(shù)Kh =

c（HA）·c（OH-）c（A-）;弱酸HA的電離方程式為：HAA-+H+，電離常數(shù)Ka =c（A-）·c（H+）c（HA）;則Kh·Ka =

c（HA）·c（OH-）·c（A-）·c（H+）c（A-）·c（HA）=c（H+）·c（OH-）=Kw.因此，強(qiáng)堿弱酸鹽中弱酸陰離子所對應(yīng)酸的酸性越大，Ka越大，鹽的Kh就越小，即鹽的水解程度就弱，堿性就弱.通過查閱數(shù)據(jù)可知，在25℃下，H2CO3的二級電離常數(shù)Ka2=4.7×10-11小于CH3COOH的電離常數(shù)Ka=1.8×10-5，因此，同物質(zhì)的量濃度的Na2CO3溶液比CH3COONa溶液堿性更強(qiáng).

[模型建構(gòu)] 建構(gòu)“鹽類的水解強(qiáng)弱判斷”模型，能夠水解的離子對應(yīng)的酸（或堿）越弱，水解程度越大，鹽溶液的堿（或酸）性越強(qiáng)，即越弱越水解.

2.3.3 模型應(yīng)用

任務(wù)四：弱酸的酸式鹽溶液都為堿性嗎？

[實(shí)驗(yàn)探究]請分別用pH計(jì)測量出室溫下，同物質(zhì)的量濃度的NaHCO3和NaHSO3的pH，學(xué)生們發(fā)現(xiàn)NaHCO3溶液呈堿性，NaHSO3溶液呈酸性，引發(fā)認(rèn)知沖突.

[模型應(yīng)用] ①判斷鹽的類型：NaHCO3和NaHSO3兩種鹽都為弱酸的酸式鹽，無法判斷溶液中+和OH-濃度的大小關(guān)系.②溶液種各微粒分析：例如NaHCO3溶液中所含有的微粒有Na+、HCO-3、H2CO3、CO2-3、H2O、H+和OH-，所以，不僅要考慮HCO-3離子的水解，還要考慮它的電離.③水解方程式：HCO-3+H2OH2CO3+OH- Kh1，HSO-3+H2OH2SO3 +OH- Kh2;電離方程式：HCO-3CO2-3+H+Ka1，HSO-3SO2-3+H+Ka2.④運(yùn)用平衡常數(shù)表達(dá)式和查閱數(shù)據(jù)：在NaHCO3溶液中，Kh1>Ka1，HCO-3的水解程度大于電離程度，溶液中c（OH-）>c（H+），呈堿性;在NaHSO3溶液中，K a2>K h2，HSO-3的電離程度大于水解程度，溶液中c（H+）>c（OH-），呈酸性.

2.3.4 模型修正

任務(wù)五：弱酸弱堿鹽會(huì)水解嗎？溶液顯什么性？

[實(shí)驗(yàn)探究]室溫下，用pH計(jì)測量一定物質(zhì)的量濃度的CH3COONH4的pH，約為中性.

[模型應(yīng)用]①判斷鹽的類型：CH3COONH4為弱酸弱堿鹽，無法判斷溶液中H+和OH-濃度的大小關(guān)系.②溶液種各微粒分析：CH3COONH4溶液中所含有的微粒有CH3COO-、NH+4、CH3COOH、NH3·H2O、H2O、H+和OH-，CH3COO-、NH+4兩種離子在溶液中都能水解.③用水解方程式表示：CH3COO-+H2OCH3COOH+OH- Kh1，NH+4+H2ONH3·H2O+H+ Kh2.④運(yùn)用平衡常數(shù)表達(dá)式和查閱數(shù)據(jù)可知，25℃下，CH3COOH的電離常數(shù)Ka=1.8×10-5，NH3·H2O的電離常數(shù)Kb=1.8×10-5，通過計(jì)算可得Kh1=Kh2，即NH+4的水解程度和CH3COO-的水解程度幾乎相同，c（H+）=c（OH-），溶解接近中性.

[模型修正]建構(gòu)解決鹽類水解問題的思維模型（如圖2所示）

圖2

2.3.5 模型評估

本文采用建模的教學(xué)方式對“鹽的水解”這一節(jié)課進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)，評價(jià)模型教學(xué)的效果需要借助一些評價(jià)手段：1.實(shí)驗(yàn)班與對照班教學(xué)前后測試成績分析：選取兩個(gè)平行班，實(shí)驗(yàn)之前先進(jìn)行一次普通測試，用軟件SPSS-17.0處理數(shù)據(jù)，形成測前成績分析;然后，在實(shí)驗(yàn)班進(jìn)行一系列的模型教學(xué)實(shí)踐，在對照班則仍是傳統(tǒng)教學(xué)，一段時(shí)間后，再次測試，形成后測成績分析;最后，將兩次成績進(jìn)行對比分析，得出結(jié)論.2.調(diào)查問卷分析：要求實(shí)驗(yàn)班的同學(xué)填寫問卷，問卷以選擇題的形式，問題主要圍繞“模型教學(xué)”展開，旨在了解學(xué)生是否認(rèn)為模型的應(yīng)用對自己的能力有提高？哪些化學(xué)模型讓學(xué)生受益匪淺？3 結(jié)論與展望

建模教學(xué)有利于落實(shí)新課標(biāo)的課程理念，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、科學(xué)思維以及解決實(shí)際問題的能力.期待未來可以對化學(xué)建模教學(xué)的策略、學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)建模等問題有更加深入和系統(tǒng)的研究.

參考文獻(xiàn)：

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[3] 周穎.新課標(biāo)下基于核心素養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究[D].延安：延安大學(xué)，2019.

[責(zé)任編輯：季春陽]