基于模型建構(gòu)促進(jìn)飽和溶液概念本質(zhì)的理解

李俊文

摘 要 模型建構(gòu)能力是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中“模型認(rèn)知”的重要內(nèi)容。通過模型建構(gòu)促進(jìn)對(duì)化學(xué)概念本質(zhì)的理解是重要的教學(xué)手段。“飽和溶液”“不飽和溶液”是初中化學(xué)教學(xué)中的重要概念，引導(dǎo)學(xué)生從定量角度抽象出“飽和溶液模型”的構(gòu)成要素，修改“溶液組成模型”，創(chuàng)建“飽和溶液模型”，應(yīng)用模型解釋“飽和溶液”與“不飽和溶液”間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，預(yù)測(cè)氫氧化鈣溶液狀態(tài)的轉(zhuǎn)化方法。在創(chuàng)建模型、應(yīng)用模型的過程中，促進(jìn)學(xué)生對(duì)“飽和溶液”概念本質(zhì)的理解，提升學(xué)生模型認(rèn)知能力。

關(guān)鍵詞 初中化學(xué) 飽和溶液 模型建構(gòu) 概念本質(zhì)

一、問題的提出

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）》提出“大力開展核心素養(yǎng)導(dǎo)向教學(xué)”“基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行證據(jù)推理、創(chuàng)建模型并推測(cè)物質(zhì)及其變化的思維能力”[1]。模型是對(duì)要素之間關(guān)系的抽象化表征[2]，模型具有描述、解釋或者預(yù)測(cè)等功能。創(chuàng)建模型是一個(gè)動(dòng)態(tài)的歷程，通常包括構(gòu)建、應(yīng)用、評(píng)估和修正等四個(gè)方面[3]。概念教學(xué)也需要經(jīng)歷初建、修正、完善的過程。模型建構(gòu)過程與概念建構(gòu)過程有相似之處，通過創(chuàng)建模型促進(jìn)對(duì)化學(xué)概念本質(zhì)的理解是常用的教學(xué)手段。

“飽和溶液與不飽和溶液”是滬教版九年級(jí)《化學(xué)》第3章“溶液”單元中的內(nèi)容，這一章中包含了溶質(zhì)、溶劑、溶液、溶解性、溶解度、飽和溶液等概念。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，容易忽視概念間關(guān)聯(lián)，人為割裂概念，缺乏對(duì)“溶液”單元概念本質(zhì)的系統(tǒng)性理解。學(xué)生腦海中的溶液相關(guān)概念是一顆顆散亂的“珠子”，在面對(duì)較為復(fù)雜的溶液情境時(shí)，難以基于已學(xué)過的概念進(jìn)行理解和遷移。究其根本，學(xué)生缺乏將不同概念建立聯(lián)系、將不同概念對(duì)應(yīng)的“珠子”串聯(lián)起來的“線索”。因此，創(chuàng)建模型幫助學(xué)生建立起眾多溶液概念之間的聯(lián)系，促進(jìn)對(duì)飽和溶液概念本質(zhì)的理解非常具有研究?jī)r(jià)值。

二、溶液概念的本質(zhì)理解及模型表征

“溶液”單元最基礎(chǔ)的概念是“溶液組成”。在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，配置溶液的最常見儀器是燒杯，為了使學(xué)生的理解更加直觀，筆者在燒杯原型的基礎(chǔ)上，用“●”表示溶質(zhì)，用一片空白的區(qū)域表示一定量的溶劑，若溶液中含有多種溶質(zhì)，則用“■”或“★”表示其他溶質(zhì)，建構(gòu)“溶液組成模型”。在該模型的基礎(chǔ)上，逐漸建構(gòu)其他溶液概念的模型。

在一定溫度下，一定量的水中，不同物質(zhì)的溶解性存在差異。模型中的黑點(diǎn)越多，則表示該條件下，該物質(zhì)的溶解性越強(qiáng)，以此建構(gòu)起形象理解溶質(zhì)溶解能力的“溶解性模型”。在“溶解性模型”中，學(xué)生無法快速、直觀地看出飽和溶液中溶質(zhì)和溶劑的定量關(guān)系，教師可引導(dǎo)學(xué)生抽象出飽和溶液中“溶質(zhì)與溶劑比為最大值”這一關(guān)鍵要素。以“溶解性模型”為基礎(chǔ)，將質(zhì)劑比為最大值加以呈現(xiàn)，進(jìn)一步修改模型為“飽和溶液模型”。在溶解度曲線部分，教師可將各溫度下的“飽和溶液模型”與溶解度曲線相結(jié)合，幫助學(xué)生直觀地感受溶解度與溫度的關(guān)系。溶液相關(guān)概念及模型表征如表1所示。

相同溫度下，不同溶液狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化 溶質(zhì)、溶劑的量不發(fā)生改變，溫度改變使溶液狀態(tài)改變?在“溶液”單元，學(xué)生比較容易理解溶質(zhì)、溶劑等基礎(chǔ)概念，不同學(xué)生對(duì)飽和溶液概念的理解差異較大，飽和溶液概念較為抽象，需要從定性、定量角度對(duì)飽和溶液進(jìn)行全面認(rèn)識(shí)，飽和溶液是學(xué)生學(xué)習(xí)“溶液”單元概念的分水嶺?！帮柡腿芤骸笔菑摹叭芙庑浴边^渡到“溶解度”的橋梁，即從定性認(rèn)識(shí)過渡到定量認(rèn)識(shí)的紐帶。學(xué)生對(duì)飽和溶液概念本質(zhì)的理解，有利于學(xué)生對(duì)“溶液”單元其他概念的理解。以飽和溶液為例，嘗試在課堂中引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)建飽和溶液模型，促進(jìn)學(xué)生對(duì)飽和溶液概念本質(zhì)的理解。

三、教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)思路設(shè)計(jì)

模型是解決問題的一種工具，具有描述、解釋、預(yù)測(cè)等功能[4]。本案例中，教師首先引導(dǎo)學(xué)生從定性、定量角度抽象出飽和溶液的關(guān)鍵要素，創(chuàng)建飽和溶液模型；然后引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)飽和溶液模型的解釋和預(yù)測(cè)功能。

（一）教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

創(chuàng)建模型促進(jìn)概念本質(zhì)理解的教學(xué)設(shè)計(jì)，每個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)活動(dòng)都要有助于學(xué)生辨明飽和溶液模型的構(gòu)成要素，并建立彼此之間的關(guān)聯(lián)。

本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)為：

1.能夠根據(jù)飽和溶液中各構(gòu)成要素間的關(guān)系，理解飽和溶液模型中的定性、定量關(guān)系。

2.能夠運(yùn)用飽和溶液模型解釋改變溫度實(shí)現(xiàn)溶液狀態(tài)轉(zhuǎn)變方法。

3.能夠運(yùn)用飽和溶液模型預(yù)測(cè)不同狀態(tài)的氫氧化鈣溶液的轉(zhuǎn)化方法。

（二）教學(xué)思路設(shè)計(jì)

教學(xué)思路設(shè)計(jì)如圖1所示。

三、教學(xué)流程

（一）環(huán)節(jié)１：模型創(chuàng)建準(zhǔn)備

【教師】視頻導(dǎo)入，向10 ml冷水中不斷地加入食鹽，溶液最終達(dá)到飽和狀態(tài)。

【教師】向10 ml冷水中，無論以哪種方式加入食鹽，最終食鹽都不再溶解。我們把不能溶解該溶質(zhì)的溶液叫做飽和溶液。

【教師】根據(jù)飽和溶液的定義，請(qǐng)對(duì)未知溶液狀態(tài)進(jìn)行判斷。

【學(xué)生】加入某種溶質(zhì)，若不溶解，則原溶液為飽和溶液；加入某種溶質(zhì)，若溶解，則原溶液為不飽和溶液。

【教師】飽和溶液中溶質(zhì)和溶劑在數(shù)量上有什么關(guān)系？

【學(xué)生】一定溫度下，飽和溶液中的溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)量比為最大值。

設(shè)計(jì)意圖：通過視頻導(dǎo)入，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)飽和溶液，從宏微定性角度分析、推理得出飽和溶液中的定性關(guān)系，微觀抽象出構(gòu)成飽和溶液模型的定量要素，為創(chuàng)建飽和溶液模型奠定基礎(chǔ)。

（二）環(huán)節(jié)２：模型創(chuàng)建

【教師】室溫下，一定量的水中最多溶解氯化鈉的質(zhì)量如表2所示，請(qǐng)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，在“溶液組成模型”中描繪出飽和溶液中溶質(zhì)與溶劑量的關(guān)系。

【學(xué)生】繪制飽和溶液中溶質(zhì)、溶劑的質(zhì)量關(guān)系模型圖，如圖2所示。

【教師】你能快速、直觀地看出飽和溶液中溶質(zhì)與溶劑的質(zhì)量比為最大值這一關(guān)系嗎？如果看不出，如何修改模型？將飽和溶液中的定量關(guān)系直觀地呈現(xiàn)出來。

【學(xué)生】描述飽和溶液中的定量關(guān)系，修改“溶解性模型”。學(xué)生創(chuàng)建的“飽和溶液模型”，如圖3所示。

【教師】無論用一格水、兩格水，還是十格水，都表示了飽和溶液。為了方便、準(zhǔn)確地表示飽和溶液，創(chuàng)建飽和溶液模型的關(guān)鍵是什么？

【學(xué)生】飽和溶液的特征，即一定溫度下，飽和溶液中溶質(zhì)與溶劑的比值為最大值?！帮柡腿芤耗Ｐ汀比鐖D4所示。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)主要目的是修改模型、創(chuàng)建新模型，核心內(nèi)容為飽和溶液模型的構(gòu)建。學(xué)生比較容易地在“溶解性模型”中畫出飽和溶液中溶質(zhì)與溶劑之間的定量關(guān)系。在畫的過程中，讓學(xué)生體會(huì)到畫十格水和畫一格水在本質(zhì)上是一樣的，學(xué)生發(fā)現(xiàn)畫十格水反而無法快速、直觀地看出飽和溶液中的定量關(guān)系。教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)建構(gòu)飽和溶液模型的關(guān)鍵不是“溶質(zhì)與溶劑的量的多少”，而是“飽和溶液中溶質(zhì)與溶劑的質(zhì)量比”，進(jìn)而創(chuàng)建最終的“飽和溶液模型”。

（三）環(huán)節(jié)３：模型應(yīng)用——解釋功能

【教師】結(jié)合模型構(gòu)建，如何實(shí)現(xiàn)硝酸鉀的飽和溶液與不飽和溶液間的相互轉(zhuǎn)化？

【學(xué)生】加水，可將硝酸鉀的飽和溶液轉(zhuǎn)化為不飽和溶液；加溶質(zhì)和恒溫蒸發(fā)溶劑，可將硝酸鉀的不飽和溶液轉(zhuǎn)化為飽和溶液。

【教師】演示實(shí)驗(yàn)，將盛有硝酸鉀飽和溶液的燒杯放入冷水中，有晶體析出；將燒杯取出后放石棉網(wǎng)上加熱，硝酸鉀晶體再次溶解，而且還可以繼續(xù)溶解更多的硝酸鉀。

【教師】用模型解釋如何改變溫度，實(shí)現(xiàn)硝酸鉀的飽和溶液與不飽和溶液之間的相互轉(zhuǎn)化。

設(shè)計(jì)意圖：基于學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生比較容易理解加水、加溶質(zhì)等方法實(shí)現(xiàn)溶液狀態(tài)的改變。改變溫度對(duì)溶液狀態(tài)的影響是難點(diǎn)。本環(huán)節(jié)重點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用“飽和溶液模型”，引導(dǎo)學(xué)生分析改變溫度對(duì)溶液的影響，從模型中“看到”溫度對(duì)溶液的影響，強(qiáng)化模型的解釋功能，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于飽和溶液概念本質(zhì)的理解。

（四）環(huán)節(jié)４：模型應(yīng)用——預(yù)測(cè)功能

【教師】氫氧化鈣這種物質(zhì)，溫度越高，溶解性越小。請(qǐng)嘗試用飽和溶液模型預(yù)測(cè)氫氧化鈣的飽和溶液與不飽和溶液之間的轉(zhuǎn)化。

【學(xué)生】用飽和溶液模型預(yù)測(cè)氫氧化鈣溶液狀態(tài)轉(zhuǎn)變方法。通過改變溫度，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)改變。

設(shè)計(jì)意圖：模型的功能是多樣的，具有解釋、預(yù)測(cè)等功能。本環(huán)節(jié)重點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生使用模型的預(yù)測(cè)功能，預(yù)測(cè)氫氧化鈣溶液狀態(tài)的轉(zhuǎn)化方法，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于模型預(yù)測(cè)功能的認(rèn)識(shí)。

四、結(jié)論與啟示

本課例的教學(xué)實(shí)踐表明，依據(jù)學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)和已有學(xué)科知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從定性、定量的角度逐步地提取模型構(gòu)成要素之間的關(guān)系，學(xué)生在不斷地理清構(gòu)成要素關(guān)系的過程中形成觀念模型。然后通過應(yīng)用模型，深化對(duì)模型工具性的認(rèn)識(shí)，加深對(duì)飽和溶液概念本質(zhì)的理解。與以往的教學(xué)相比，創(chuàng)建觀念模型策略更能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)飽和溶液概念本質(zhì)的把握。

（一）重視模型的功能，加深學(xué)生對(duì)模型功能的認(rèn)識(shí)

俗話說“磨刀不誤砍柴工”。本案例中教師花費(fèi)大量的時(shí)間幫助學(xué)生創(chuàng)建模型，“磨”好分析飽和溶液?jiǎn)栴}的“刀”（模型），磨好刀并沒有結(jié)束，而是砍柴的開始。同理，建構(gòu)好模型并不是建模教學(xué)的結(jié)束，而是模型應(yīng)用的開始。在本案例中，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用模型解釋飽和溶液與不飽和溶液的轉(zhuǎn)化關(guān)系、運(yùn)用模型預(yù)測(cè)飽和溶液的轉(zhuǎn)化方法。在磨刀（建模）和砍柴（應(yīng)用模型）的過程中，加深學(xué)生對(duì)模型工具性的認(rèn)識(shí)。

（二）利用模型促進(jìn)學(xué)生對(duì)物質(zhì)溶解和析出的微觀過程的理解

由于本章節(jié)與前面章節(jié)的聯(lián)系不緊密，學(xué)生普遍覺得本章內(nèi)容難度較大，而且學(xué)生對(duì)于物質(zhì)溶解和析出過程只停留于宏觀表象。在本案例中，教師在講解向飽和溶液中加入溶劑轉(zhuǎn)化為不飽和溶液時(shí)，從微觀角度引導(dǎo)學(xué)生分析向飽和溶液中加水后溶質(zhì)會(huì)均勻分散開，形成不飽和溶液。在恒溫蒸發(fā)溶劑時(shí)，不飽和溶液不斷濃縮，最終可得到飽和溶液。在加水和恒溫蒸發(fā)的過程中，運(yùn)用模型引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度體會(huì)溶質(zhì)溶解、溶液濃縮的過程，幫助學(xué)生“看到”溶液中溶質(zhì)的變化。

（三）重視模型的系統(tǒng)性，發(fā)揮模型的整體功能

本案例中構(gòu)建的“飽和溶液模型”并不是孤立的，它不僅可以用于解釋本單元上一節(jié)中溶液的組成、物質(zhì)的溶解性，還有利于理解下一節(jié)課中的溶解度、溶解度曲線等相關(guān)內(nèi)容。在建立模型、修改模型、完善模型的過程中，引導(dǎo)學(xué)生不僅將“溶液”單元的概念間建立了聯(lián)系，還有助于對(duì)概念形成整體性認(rèn)識(shí)。

總之，通過創(chuàng)建模型進(jìn)行概念教學(xué)，可以促進(jìn)學(xué)生抽象出知識(shí)點(diǎn)中的關(guān)鍵要素、構(gòu)建模型，將孤立的概念轉(zhuǎn)化為有聯(lián)系的概念群，促使學(xué)生深刻地理解化學(xué)知識(shí)、概念本質(zhì)。形成強(qiáng)調(diào)整體功能的系統(tǒng)思想，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)世界的重要方法和途徑[2]。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：6.

[2]李海芳，莫宇鋒，何琳，等.強(qiáng)化建模過程的課例研究：以“探究鹽溶液的酸堿性”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2021（4）：54-60.

[3]史凡，王磊.論國際化學(xué)教育研究熱點(diǎn)：模型與建模[J].全球教育展望，2019，48（05）：105-116.

[4]華麗芬.核心素養(yǎng)導(dǎo)向的化學(xué)模型教學(xué)研究[J].中小學(xué)教學(xué)研究，2020（05）：17-20.

（責(zé)任編輯：姜顯光）