基于促進觀念建構的“沉淀溶解平衡”教學設計

吳春峰 高曉瑩

（江蘇省宿遷中學 江蘇 宿遷 223800）

成功的教育要能提供有助于學生終身教育的基礎和動力。我們經常發現學生也學習了不少的具體的化學專業知識，但是今后的生活、工作中遇到和化學相關的問題卻不會從化學的角度進行思維，化學教育并沒有讓學生成為終身發展受益的人。新課程背景下呼喚有利于學生終身發展的教學設計，能以具體的知識為載體，重視對化學核心概念原理知識所蘊含的豐富的認知價值和方法價值進行提取，強調化學基本觀念的建構，幫助學生建立基本的、核心的化學觀念并實現對化學學科本質規律的有意義認識具有現實的必要性。

一、觀念建構為本的教學理論

1．觀念性知識與具體性知識

教材中呈現的是具體的知識和概念，這類知識是“事實性知識”，譬如元素化合物知識。

觀念性知識是以具體知識為載體，深入挖掘教材內容的學科價值，體會教材所體現的思想、觀點、方法，通過不斷地概括和提煉形成的總觀性的認識和理解。觀念性知識是內隱在具體的知識和概念中。譬如微粒觀、平衡觀、定量觀、能量觀、元素觀、社會價值觀等。

2．觀念建構為本的教學

觀念建構為本的教學不是通過一段有限的時間形成的，它的形成需要一個持續的過程。但化學基本觀念一旦形成在很長時間內都會在人的認知活動中繼續發揮作用。教師要建立用化學基本觀念統率具體知識組織教學，不能把目光停留在一個個的具體知識的教學上，否則會使教學內容零散、割裂，不利于支撐觀念的建構。

觀念的建構過程是學生主動參與、積極思維的過程。有效的思維需要提供給學生有思考價值的問題。在真實的、開放的、具有挑戰性的問題情境中，通過驅動性的問題和探究活動，引導學生主動探究，積極構建，發現隱藏在事實背后的重要思想和觀點。將具體知識學習、觀念構建和問題解決有機結合起來，最終建構起自己的觀念體系。

二、觀念建構為本的教學設計

1．挖掘“沉淀溶解平衡”在化學觀念構建方面的教學價值

觀念建構為本的化學教學主張以課程標準為依據，以具體的知識為載體，幫助學生建立對化學核心概念、思想方法的認識，從而達到對化學科學的整體、本質的認識；從知識、方法、觀點等角度對教材進行分析，讓學生能用化學科學的觀點、思路和方法去認識和解決問題。“沉淀溶解平衡”是在學完化學平衡、電離平衡、鹽類水解平衡之后的又一個重點，高中化學選修4“沉淀溶解平衡”的單元教學中能否實現具體知識所承載的化學觀念構建方面的功能，取決于怎樣來看待“沉淀溶解平衡”的教學價值。

（1）確認基本觀念

“沉淀溶解平衡”是溶液中的離子反應的第四單元部分，第一單元“弱電解質的電離平衡”主要研究常見的弱電解質電離平衡建立和使用電離平衡原理解釋水的電離問題；第二單元“溶液的酸堿性”主要研究pH的簡單計算和酸堿中和滴定；第三節“鹽類的水解”主要研究弱酸根陰離子和弱堿陽離子對水的電離平衡的影響；第四節“沉淀溶解平衡”主要研究難溶物在水中沉淀溶解平衡的建立和應用。除了第二單元研究內容與平衡關系不大外，其他三個單元都涉及到平衡問題。“沉淀溶解平衡”的教學價值重在發展學生的微粒觀、平衡觀與定量觀作為核心觀念，幫助學生從微粒的角度來認識物質在水溶液中的行為。通過“沉淀溶解平衡”的教學可以對物質及其變化的認識加以拓展和深化，建構以下基本觀念：酸、堿、鹽在溶液中發生溶解與電離，產生自由移動的離子，認識物質在水溶液中的實際存在形態是分子或離子等微粒，這些微粒之間會相互作用，使分子分解為離子、離子結合成分子；當微粒間的這些相互作用過程可逆時會達到動態平衡狀態，這時微粒的數目保持不變；條件改變會引起平衡的移動，影響溶液中微粒的數量。

（2）明確化學觀念構建中的知識的層級關系

針對教材內容的整體分析和把握，要把化學核心概念、方法、思想與觀點從教材中挖掘出來，提煉出化學基本觀念作為教學目標。同時還要弄清基本觀念由哪些原理性知識、方法性知識、事實性知識支撐；原理性知識、方法性知識又有哪些具體的知識來支撐；這些知識間又有什么相互聯系。圖1分析了第一節“沉淀溶解平衡”中各類知識的層級關系。

圖1 “沉淀溶解平衡”中各類知識的層級關系

2.學生認識層次分析

基本觀念的學習貫穿整個中學化學學習的過程。化學教學中首先要從整體上把握教材，分析學生原有觀念的水平和對觀念形成哪些基本理解以及原有的觀念與將要建構的新觀念的之間的關系，從而確定觀念建構的起點和教學方式。其次還要分析學生在和基本觀念相關的概念原理、方法方面達到了什么水平，這樣才能知道設計怎樣的教學情境才能和學習保持高度的一致性，采取什么樣的活動方式才能進行有效的觀念建構。只有真實、可信、有驅動性的問題才能讓學生積極參與探究、討論與合作，促進基本觀念的建構。真實、可信、有驅動性的問題可以讓學生積極參與探究、討論與合作；形式多樣的活動可以讓學生容易發現具體知識與基本觀念的聯接點。

絕大多數的學生知道鹽作為電解質可以在水中溶解電離，但是對于難溶的電解質在水中也能極少量溶解卻不太明白。少數學生知道難溶物也能少量溶解，但卻不能解釋原因。幾乎所有的學生都知道難溶物會溶解于特定的酸或者堿溶液中，但不能用確切的原因來解釋。這說明學生對于核心概念的理解還不到位，通過前面的學習沒有順利形成微粒觀、平衡觀等基本觀念。

3.促進觀念建構的化學教學目標

通過對教學內容和學生特征的全面分析，確定本單元在促進觀念建構方面的教學目標為：學生通過學習掌握使用微粒觀來解釋生活、工作中遇到的涉及溶液的問題的一般方法；學生通過學習在平衡觀方面得到進一步發展，對溶液體系中的可逆過程能進行判斷并用平衡觀和定量觀來解釋溶液中的一些問題。

三、促進觀念建構的“沉淀溶解平衡”教學關鍵設計環節

圍繞核心概念的理解和應用，強化基本觀念的構建，“沉淀溶解平衡”的教學設計關鍵環節如下：

1.活動探究，引發思考

［情境設計1］在0.1mol/L的AgNO3溶液中加入足量的NaCl溶液，充分攪拌，靜置一段時間；取上層清液與另外一支潔凈的試管中，再向其中加入0.1mol/L的KI溶液，觀察到淡黃色的渾濁（現象見圖2）。請同學們交流討論后從宏觀現象和微觀的角度考慮。

設計意圖：通過具體探究活動，由已學的離子反應知識，學生已知AgNO3和NaCl在溶液中的混合反應是 Ag+、Cl-微粒之間的沉淀反應。而取靜置后的上層清液，加入KI溶液后有淡黃色的渾濁，再次促進學生從微觀離子反應角度分析AgCl在水中有極少量溶解而提供Ag+離子I-離子發生離子反應。這樣綜合考慮學生已有的知識、觀念水平與將要學習的知識和構建的觀念聯系起來。

圖2 實驗現象

2．概念的形成和理解

［情境設計2］將一塊不規則的蔗糖（已稱量）放入室溫下的飽和的蔗糖水溶液中，一段時間后觀察發現固體變為規則的晶體。取出晶體，干燥稱量其質量，發現幾乎未改變。你知道原因嗎？溶液中的蔗糖濃度變化了嗎？

設計意圖：該探究活動通過蔗糖質量不變而形狀發生改變，激發學生的認知沖突，提供一種分析溶液中同時存在溶質的固體和溶質微粒的方法。這樣可以幫助學生順利建立溶解擴散、吸附沉淀的平衡觀。

［問題1］你能把剛才情境設計2中的現象和思考類比遷移到在0．1mol/L的AgNO3溶液中加入足量的NaCl溶液，上層清液和固體共存的體系中得到相似的結論嗎？

［問題2］重復上述情境設計2，得到蔗糖水溶液和晶體的混合體系，再用恒溫槽加熱升溫保持在30℃，一段時間后取出晶體，稱量并與第一次的質量相比有變化嗎？試解釋原因？溶液中的蔗糖濃度變化了嗎？該濃度隨時間而變化嗎？

［問題3］重復上述情境設計2，得到蔗糖水溶液和晶體的混合體系，加入適量水，一段時間后取出晶體，稱量并與第一次的質量相比有變化嗎？試解釋原因？溶液中的蔗糖濃度變化了嗎？該濃度隨時間而變化嗎？

［問題 4］請把［問題 2］和［問題 3］的結論遷移到AgCl的水溶液和AgCl固體共存的體系中，會得到什么結論？

設計意圖：設計一組環環相扣的“問題組合”引導學生思考，從而深刻理解有關知識，加強核心概念的使用，促進基本觀念（平衡觀）的建構。

［問題5］如何類比已學的化學平衡體系，用化學方程式表示該平衡過程并用平衡常數（K）來表示該沉淀溶解平衡的特征。

圖3 蔗糖的溶解

設計意圖：用化學用語來表示沉淀溶解平衡，更簡潔的表示平衡的雙向動態建立過程，便于準確的使用平衡常數（K）表達式（此處的K可以修正為溶度積常數Ksp）。

［問題6］在圖4所示的坐標系中，畫出一定溫度下AgCl溶解達到平衡后，溶液中的 c（Ag+）隨 c（Cl-）變化的曲線。

圖4 坐標系

圖5 曲線圖

［問題7］在圖5的有A、B、C三點，試分析三點的溶解分別達到何種狀況？ 這三點對應的 c（Ag+）·c（Cl-）（該乘積定義為任何時刻的離子積Qc）與溶度積常數Ksp的關系如何？由此判斷難溶電解質在給定條件下能否繼續溶解或生成嗎？

設計意圖：在學生已有的化學平衡常數和濃度商關系的基礎上，遷移得出Ksp與Qc的關系，將抽象的表達式內隱的平衡觀通過圖像生動直觀體現出來，有助于沉淀溶解平衡和沉淀溶解平衡移動的理解。

［情境設計3］日常生活我們到超市買牙膏，大家看到大部分包裝上都提到含氟牙膏（含NaF），經常使用能堅固牙齒。但平時如果糖吃多了產生過多的乳酸，就容易患齲齒。

已知牙齒的成分是一種堅硬難溶的羥基磷酸鈣（Ca5（PO4）3OH），而 Ca5（PO4）3F 是一種更難溶的物質。Ksp（Ca5（PO4）3F）遠小于 Ca5（PO4）3OH。羥基磷酸鈣在水中存在如下平衡：

Ca5（PO4）3OH（s）?5Ca2+（aq）+OH-（aq）+3PO43-（aq）

請你解釋上面的兩個現象。

設計意圖：結合學生已有的經驗，把知識放在具體的熟悉的情節中，以問題啟發學生從新的角度思考，理解沉淀的溶解和轉化，幫助學生建立定量觀。

3．概念的鞏固與應用

［練習］很久以前美國密歇根州大學教授格雷對腎結石患者提出幾條建議：①在夏天，多喝水，增加尿量；②睡覺前少喝牛奶；③合理補鈣，控制用量；④盡量減少飲食中的草酸或草酸鹽的攝入，如菠菜等。（腎結石的主要成分是難溶的 CaC2O4和 Ca3（PO4）2，沉淀溶解平衡表達式略）

設計意圖：將學習的“沉淀溶解平衡”概念作為認識工具，在分析和解決實際問題中不斷深化對核心概念原理本質的認識，尋找超越事實的觀念、思想和方法。

4．反思總結，促進觀念建構

［問題8］這節課解決問題的邏輯順序是什么，你對沉淀溶解平衡有哪些新的認識，問題與所學知識之間有什么聯系，各知識的意義要點之間有什么聯系，從哪些方面整體把握分析問題有利于我們的學習，用你熟悉的方式記錄自己的想法，課后與同學交流。

設計意圖：通過這樣的反思使學生將所學的各具體性知識和相關的背景經驗聯系起來，與探索中的各種事實資料聯系起來，和具體性知識背后的觀念聯系起來，使學生在解決問題中逐漸形成和發展的基本觀念內化為學生認知結構。

四、促進觀念建構的化學教學設計應該注意的一些問題

1．處理好具體知識與基本觀念建構的關系

具體知識是基本觀念建構的載體，而基本觀念的形成又會深化具體知識的理解，從而加強對學科知識本質的規律認識，增強解決問題的能力。教師應該深挖知識的內涵，循序漸進地發展學生的化學基本觀念。具體知識的教學并不是一味的追求加大難度和面面俱到，它要求教師從整個化學學科體系高度對本單元的教學有一個宏觀的觀念性理解，再結合學生的已有經驗和知識水平把需要建構的觀念落實為具體可操作性的化學教學目標。

2．基本觀念建構需要恰當的問題設計

有驅動力的問題設計能激發學生的積極思維，通過對觀念的基本理解及輔助一定的情境，設計一些具有真實性、開放性和適當思維容量的問題串，激發學生在已有的認知上不斷引起思維沖突，讓問題始終落在學生的“最近發展區”。通過一定的探究活動（如小組討論、實驗探究、辯論等）引導學生進行體驗，發現知識間的內在聯系，提煉并反思個人見解，促進認識不斷提高。

總之，化學觀念的建構需要一個持續的過程，學生在不同的認知階段通過不同具體知識的學習逐步提煉發展起來的。教師在教學時應該引導學生分階段落實基本觀念的形成，最終達到靈活遷移運用，確保實施有效教學。

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