化學實驗教學對學生學習離子反應的影響

謝祥林　曾懿　左云霞

摘要：在離子反應的學習里，離子反應的概念構建和離子方程式書寫的內涵認識都是重要的學習內容，對離子反應微觀認識的初步建立尤為重要。本研究從實驗的基礎上對離子反應教學進行了設計并對學生的學習過程及結果進行了研究，同時對比于傳統的講授教學，闡述了實驗教學對學生學習離子反應的影響。

關鍵詞：離子反應；化學實驗；意義建構；學習影響

文章編號：1008-0546（2014）04-0002-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

離子反應是中學化學重要的基本概念之一，是從微粒層面了解溶液中物質反應的實質，其教學價值體現在發展學生從水溶液中微粒及微粒間的相互作用的角度認識物質及其變化的化學科學認識方法。[1]引導學生對物質變化的認識方式從宏觀角度向微觀角度轉變，對培養學生從現象看本質的思維能力及解決實際問題的能力上都起到重要作用，因而也是高考中重點考查內容。本文在了解學生離子反應學習情況的基礎上，設計了離子反應教學的化學實驗，考查化學實驗對學生學習離子反應的影響，揭示了學生學習離子反應概念的原理。

一、離子反應學習狀況

為了了解目前離子反應的教學效果及其原因，筆者在湖南師范大學附屬中學和長沙市第十九中學高一年級進行了調查，結果顯示學生對離子反應概念學習存在很多缺陷，主要表現在以下幾個方面：

（1）學生對離子反應概念的建構不完整。在大部分學生的理解中，離子反應“是生成沉淀、氣體或水的反應”，“是離子之間的反應”，“是電解質在溶液中的反應”。這些定義對離子反應的概括并不完整。

（2）學生對離子反應的本質認識尚不清晰。有的學生認為其本質是 “生成沉淀、氣體或水”，這部分學生對離子反應本質的認識還只是停留在宏觀表象上；有的學生則認為是“離子之間的反應”，這部分學生沒有深入認識到離子的變化情況；還有的學生認為是“離子濃度減小”，但這僅僅是針對兩種電解質在溶液發生離子反應而言的。

（3）學生缺乏對物質在溶液中的存在狀態的認識意識。針對“離子方程式的書寫步驟是‘寫、拆、刪、查，什么物質不拆、為什么不拆”的問題，學生的回答絕大多數是“沉淀、氣體和水”、“除易溶于水的強電解質”，至于為什么不拆，大多數學生認為這些物質“難溶于水，或是弱電解質”。這說明學生只是機械地記憶離子方程式的書寫步驟和規則，而并非了解電解質在溶液存在的實際狀態。

離子反應概念學習中，認識的對象是離子反應，因此離子反應實驗是學習的基礎，也是思維產生的基礎。并且，從分子、離子等微粒層面了解溶液中物質的存在及反應的實質具有抽象性，不能簡單地通過語言描述和學生討論的方式來建立，因此必須以化學事實和反應現象為依據。考慮到高一學生對化學思維方式還比較生疏，對離子反應的認識還只能從實驗的表觀現象“產生水、氣體和沉淀” 等現象的層次開始，要進一步建立微粒觀則需要通過教師引導學生透過現象分析本質，幫助學生真實地了解電解質在溶液中進行反應的微觀過程，從而形成水溶液中微粒及微粒間的相互作用的微觀認識。

二、離子反應教學中化學實驗及教學設計

1.離子反應概念構建的化學實驗

實驗材料：Ba（OH）2溶液、稀H2SO4溶液、酚酞溶液、燒杯、膠頭滴管、鉑電極2根、電池、導線、G型電流計

實驗步驟：

（1）如圖1所示連接實驗裝置。

（2）在燒杯中加入Ba （OH）2溶液沒過電極，滴加1-2滴酚酞，讀出電流計示數。（注：實驗時用玻璃棒或磁力攪拌器不斷攪拌溶液，防止溶液發生微弱電解產生的氣體附著在電極表面影響電流計讀數。）

（3） 用膠頭滴管往燒杯中緩慢滴加稀H2SO4溶液，觀察溶液中的現象和電流計示數的變化。（注：當電流計示數在0-2之間時，要慢慢逐滴滴加稀H2SO4溶液，以免電流計示數變化太快，學生觀察不到電流計示數為0的時刻。）

（4）當電流計示數為0，再繼續滴加稀H2SO4溶液，讀出電流計示數。

2. 離子反應教學過程設計

要使學生觀察到真實的離子反應過程是學生自主建構離子反應概念基本條件。教學過程第一步是觀察Ba（OH）2溶液和H2SO4溶液的導電性以及Ba（OH）2與H2SO4反應過程中溶液導電性的變化，引導學生對電流計示數的變化原因進行分析，幫助學生認識到Ba （OH）2和H2SO4在水溶液中的存在形式以及反應過程中離子濃度的變化，使學生認識反應中離子的變化及離子之間的相互作用，初步認識離子反應過程。在實驗認識的基礎上，通過用化學方程式和離子形式表示的化學方程式認識離子反應的具體過程，認識離子反應，寫出離子方程式。然后，通過提供三個離子反應的實例（鹽酸與碳酸鈉、鹽酸與氫氧化鈉、鐵與硫酸銅），引導學生模擬Ba（OH）2和H2SO4反應實質的思維過程，從微粒角度認識這些化學反應，寫出這些反應的化學方程式、離子形式的方程式和表示離子反應實質的方程式——離子方程式。從這些反應的式子總結共性，達到對離子反應本質上的認識，構建離子反應的概念并認識離子方程式。最后，讓學生概括出離子反應定義和離子方程式以及離子方程式書寫規則，達成離子反應概念的全面意義建構。

三、教學實踐研究

1. 被試選擇與研究方法

本研究選取湖南師大附中（示范高中）和長沙市第十九中（普通中學）高一年級中化學學習水平相近的學生共20名，將各校學生平均分成實驗組和對照組（每組10人）。實驗組進行離子反應實驗教學，對照組采用常規的教師講授的方式教學。

2. 教學結果及分析

（1）學生課堂學習情況分析

按照實驗教學設計進行教學，其教學情況列于表1。

通過對學生的課堂表現的對比可以看出，在有化學實驗的教學中，學生通過完成實驗使思維得以有真實的對象，學生的概念構建可以在教師的引導下主動完成，課堂中學生表現出學習的積極性。這是因為學生通過實驗觀察到實驗現象，產生了真實的問題，也就產生了解反應進行的實際過程的愿望。在教師引導下，真正地了解了溶液中離子的反應行為，離子反應的概念不是“聽說”的，而是“看到”的，這樣在后來的對離子反應的描述（將化學方程式表達成離子形式）及反應實質（離子反應方程式）的表述中順利形成，因而很自然地構建了概念。

而在教師講授的教學中，學生概念的形成是建立在語言描述上的，并且學生幾乎是以接受的方式進行學習，所以學習的積極性不高。其次是因為講授教學是以語言的形式學習的，學生學習的是一些規則，其思維并沒有與真實的離子反應聯系起來，因此他們學習的內容是一些語言表達，包括離子方程式的寫法，學生對這些寫法所表示的真正意義并不了解。

（2）學習結果及分析

a.學生對離子反應概念延伸認識和離子方程式書寫情況及分析

學生對離子反應的認識和離子方程式書寫情況分別列于表2和表3。

表2數據表明在理解離子反應概念上實驗組的學生的正確率都明顯高于對照組的學生；表3數據說明學生對于簡單離子方程式書寫差異不大，但對于難度稍大的題目，實驗組的學生的正確率都明顯高于對照組的學生。兩個題目測試結果表明采用實驗教學對學生掌握離子反應概念和離子方程式的書寫是大有裨益的。

這種學習結果說明：（1）由于常規教學中教師對離子反應的概念只是用語言描述，對照組學生對離子反應的理解基本上是建立在課堂上教師例舉的為數不多離子反應實例上，學生對離子反應的認識缺乏完整性；而實驗組的學生在動手實驗的情境下，思維得以開闊，能夠將各種離子反應聯系起來，概括出離子反應的共性內涵，形成準確且完整離子反應概念。（2）在書寫離子方程式的方面，對于生成物中有難溶、難電離、易揮發的物質的離子反應，實驗組和對照組的學生都能正確寫出離子方程式，但是當反應物中有難溶的物質時，對照組的正確率就遠低于實驗組。這是因為對照組的教學中，教師過于強調“寫、改、拆、查”的書寫規則和離子反應發生的條件，學生對生成物中是否難溶、難電離、易揮發的物質太過關注，而忽略了難溶的反應物。另外常規教學中用硫酸鈉與氯化鋇的反應作為學習書寫離子方程式的例子，給學生造成了離子反應是陰離子和陽離子反應的第一印象的誤導。而實驗組的教學注重的是物質在溶液中的實際存在的形式，并且通過化學實驗，學生對反應過程有完整的認識，對以離子形式存在溶液中的物質還是難溶的物質都有了直觀的感受。同時學生對離子方程式的意義能脫離語言層面的理解，寫離子方程式時，不再是對規則的單純記憶，而是理解了規則，對規則有了直覺的認識，所以有很好的知識遷移性。

b. 學生微觀認識發展結果及分析

學生從微觀角度對物質的定性變化和定量變化的認識情況列于表4中。

題3主要考查學生思維能力發展中對新問題的判斷能力，題4是從量的角度考查學生的思維發展。從上述這兩個測試題的結果中可以發現，在具體問題的解決中，對照組的學生是從宏觀現象和宏觀物質的角度來分析問題，而實驗組的學生能夠從微觀角度對問題進行把握。

在針對離子反應中物質變化的題3中，對照組的學生下意識沿用的是初中學習的酸、堿、鹽和復分解反應的知識來進行分析，經過提醒后才在書寫化學方程式的過程中發現離子方程式的不同。這說明常規方式教學在教師的說明下經過化學方程式的“改、拆、查”后而產生，這樣將離子方程式的書寫演變成了教師的講述下的形式學習，將離子方程式演變成了化學方程式的形式轉化，導致了學生認為離子方程式是化學方程式的變形結果的錯覺，學生的對反應實質認識能力比較薄弱。而實驗組教學通過化學實驗中電流表的讀數反映出物質是以離子形式存在于溶液中，并且通過電流表的讀數變化讓學生認識到發生的化學變化是離子之間的相互作用，從而將宏觀表象和微觀粒子反應聯系起來，在對物質的變化過程的實質進行探究的同時，實現認識從宏觀角度向微觀角度轉變。另外在解決題4的定量問題中，實驗組的學生能從微觀角度對化學變化中量的關系進行快速又準確的把握，而對照組的學生仍然要依賴于化學方程式，說明實驗教學能促進學生思維能力發展有很好的促進作用。

四、結論

在離子反應的化學實驗中，水溶液里存在的微粒以及微粒之間的相互作用通過實驗現象表現來刺激學生的視覺神經和大腦，學生的思維得以激發，在教師引導下學生通過實驗現象的表象由表及里地分析和思考，從而能夠自主構建離子反應的概念，并領會離子方程式的實際意義，同時，學生微觀認識水平的也會得到發展，并且從觀念上形成的微觀認識更容易在問題的解決中得到遷移。

參考文獻

[1][2]何彩霞. 整體把握和實施觀念建構的化學教學研究——以高中化學必修1“離子反應”單元為例[J]. 中學化學教學參考，2011，（7）：12-14

而在教師講授的教學中，學生概念的形成是建立在語言描述上的，并且學生幾乎是以接受的方式進行學習，所以學習的積極性不高。其次是因為講授教學是以語言的形式學習的，學生學習的是一些規則，其思維并沒有與真實的離子反應聯系起來，因此他們學習的內容是一些語言表達，包括離子方程式的寫法，學生對這些寫法所表示的真正意義并不了解。

（2）學習結果及分析

a.學生對離子反應概念延伸認識和離子方程式書寫情況及分析

學生對離子反應的認識和離子方程式書寫情況分別列于表2和表3。

表2數據表明在理解離子反應概念上實驗組的學生的正確率都明顯高于對照組的學生；表3數據說明學生對于簡單離子方程式書寫差異不大，但對于難度稍大的題目，實驗組的學生的正確率都明顯高于對照組的學生。兩個題目測試結果表明采用實驗教學對學生掌握離子反應概念和離子方程式的書寫是大有裨益的。

這種學習結果說明：（1）由于常規教學中教師對離子反應的概念只是用語言描述，對照組學生對離子反應的理解基本上是建立在課堂上教師例舉的為數不多離子反應實例上，學生對離子反應的認識缺乏完整性；而實驗組的學生在動手實驗的情境下，思維得以開闊，能夠將各種離子反應聯系起來，概括出離子反應的共性內涵，形成準確且完整離子反應概念。（2）在書寫離子方程式的方面，對于生成物中有難溶、難電離、易揮發的物質的離子反應，實驗組和對照組的學生都能正確寫出離子方程式，但是當反應物中有難溶的物質時，對照組的正確率就遠低于實驗組。這是因為對照組的教學中，教師過于強調“寫、改、拆、查”的書寫規則和離子反應發生的條件，學生對生成物中是否難溶、難電離、易揮發的物質太過關注，而忽略了難溶的反應物。另外常規教學中用硫酸鈉與氯化鋇的反應作為學習書寫離子方程式的例子，給學生造成了離子反應是陰離子和陽離子反應的第一印象的誤導。而實驗組的教學注重的是物質在溶液中的實際存在的形式，并且通過化學實驗，學生對反應過程有完整的認識，對以離子形式存在溶液中的物質還是難溶的物質都有了直觀的感受。同時學生對離子方程式的意義能脫離語言層面的理解，寫離子方程式時，不再是對規則的單純記憶，而是理解了規則，對規則有了直覺的認識，所以有很好的知識遷移性。

b. 學生微觀認識發展結果及分析

學生從微觀角度對物質的定性變化和定量變化的認識情況列于表4中。

題3主要考查學生思維能力發展中對新問題的判斷能力，題4是從量的角度考查學生的思維發展。從上述這兩個測試題的結果中可以發現，在具體問題的解決中，對照組的學生是從宏觀現象和宏觀物質的角度來分析問題，而實驗組的學生能夠從微觀角度對問題進行把握。

在針對離子反應中物質變化的題3中，對照組的學生下意識沿用的是初中學習的酸、堿、鹽和復分解反應的知識來進行分析，經過提醒后才在書寫化學方程式的過程中發現離子方程式的不同。這說明常規方式教學在教師的說明下經過化學方程式的“改、拆、查”后而產生，這樣將離子方程式的書寫演變成了教師的講述下的形式學習，將離子方程式演變成了化學方程式的形式轉化，導致了學生認為離子方程式是化學方程式的變形結果的錯覺，學生的對反應實質認識能力比較薄弱。而實驗組教學通過化學實驗中電流表的讀數反映出物質是以離子形式存在于溶液中，并且通過電流表的讀數變化讓學生認識到發生的化學變化是離子之間的相互作用，從而將宏觀表象和微觀粒子反應聯系起來，在對物質的變化過程的實質進行探究的同時，實現認識從宏觀角度向微觀角度轉變。另外在解決題4的定量問題中，實驗組的學生能從微觀角度對化學變化中量的關系進行快速又準確的把握，而對照組的學生仍然要依賴于化學方程式，說明實驗教學能促進學生思維能力發展有很好的促進作用。

四、結論

在離子反應的化學實驗中，水溶液里存在的微粒以及微粒之間的相互作用通過實驗現象表現來刺激學生的視覺神經和大腦，學生的思維得以激發，在教師引導下學生通過實驗現象的表象由表及里地分析和思考，從而能夠自主構建離子反應的概念，并領會離子方程式的實際意義，同時，學生微觀認識水平的也會得到發展，并且從觀念上形成的微觀認識更容易在問題的解決中得到遷移。

參考文獻

[1][2]何彩霞. 整體把握和實施觀念建構的化學教學研究——以高中化學必修1“離子反應”單元為例[J]. 中學化學教學參考，2011，（7）：12-14

而在教師講授的教學中，學生概念的形成是建立在語言描述上的，并且學生幾乎是以接受的方式進行學習，所以學習的積極性不高。其次是因為講授教學是以語言的形式學習的，學生學習的是一些規則，其思維并沒有與真實的離子反應聯系起來，因此他們學習的內容是一些語言表達，包括離子方程式的寫法，學生對這些寫法所表示的真正意義并不了解。

（2）學習結果及分析

a.學生對離子反應概念延伸認識和離子方程式書寫情況及分析

學生對離子反應的認識和離子方程式書寫情況分別列于表2和表3。

表2數據表明在理解離子反應概念上實驗組的學生的正確率都明顯高于對照組的學生；表3數據說明學生對于簡單離子方程式書寫差異不大，但對于難度稍大的題目，實驗組的學生的正確率都明顯高于對照組的學生。兩個題目測試結果表明采用實驗教學對學生掌握離子反應概念和離子方程式的書寫是大有裨益的。

這種學習結果說明：（1）由于常規教學中教師對離子反應的概念只是用語言描述，對照組學生對離子反應的理解基本上是建立在課堂上教師例舉的為數不多離子反應實例上，學生對離子反應的認識缺乏完整性；而實驗組的學生在動手實驗的情境下，思維得以開闊，能夠將各種離子反應聯系起來，概括出離子反應的共性內涵，形成準確且完整離子反應概念。（2）在書寫離子方程式的方面，對于生成物中有難溶、難電離、易揮發的物質的離子反應，實驗組和對照組的學生都能正確寫出離子方程式，但是當反應物中有難溶的物質時，對照組的正確率就遠低于實驗組。這是因為對照組的教學中，教師過于強調“寫、改、拆、查”的書寫規則和離子反應發生的條件，學生對生成物中是否難溶、難電離、易揮發的物質太過關注，而忽略了難溶的反應物。另外常規教學中用硫酸鈉與氯化鋇的反應作為學習書寫離子方程式的例子，給學生造成了離子反應是陰離子和陽離子反應的第一印象的誤導。而實驗組的教學注重的是物質在溶液中的實際存在的形式，并且通過化學實驗，學生對反應過程有完整的認識，對以離子形式存在溶液中的物質還是難溶的物質都有了直觀的感受。同時學生對離子方程式的意義能脫離語言層面的理解，寫離子方程式時，不再是對規則的單純記憶，而是理解了規則，對規則有了直覺的認識，所以有很好的知識遷移性。

b. 學生微觀認識發展結果及分析

學生從微觀角度對物質的定性變化和定量變化的認識情況列于表4中。

題3主要考查學生思維能力發展中對新問題的判斷能力，題4是從量的角度考查學生的思維發展。從上述這兩個測試題的結果中可以發現，在具體問題的解決中，對照組的學生是從宏觀現象和宏觀物質的角度來分析問題，而實驗組的學生能夠從微觀角度對問題進行把握。

在針對離子反應中物質變化的題3中，對照組的學生下意識沿用的是初中學習的酸、堿、鹽和復分解反應的知識來進行分析，經過提醒后才在書寫化學方程式的過程中發現離子方程式的不同。這說明常規方式教學在教師的說明下經過化學方程式的“改、拆、查”后而產生，這樣將離子方程式的書寫演變成了教師的講述下的形式學習，將離子方程式演變成了化學方程式的形式轉化，導致了學生認為離子方程式是化學方程式的變形結果的錯覺，學生的對反應實質認識能力比較薄弱。而實驗組教學通過化學實驗中電流表的讀數反映出物質是以離子形式存在于溶液中，并且通過電流表的讀數變化讓學生認識到發生的化學變化是離子之間的相互作用，從而將宏觀表象和微觀粒子反應聯系起來，在對物質的變化過程的實質進行探究的同時，實現認識從宏觀角度向微觀角度轉變。另外在解決題4的定量問題中，實驗組的學生能從微觀角度對化學變化中量的關系進行快速又準確的把握，而對照組的學生仍然要依賴于化學方程式，說明實驗教學能促進學生思維能力發展有很好的促進作用。

四、結論

在離子反應的化學實驗中，水溶液里存在的微粒以及微粒之間的相互作用通過實驗現象表現來刺激學生的視覺神經和大腦，學生的思維得以激發，在教師引導下學生通過實驗現象的表象由表及里地分析和思考，從而能夠自主構建離子反應的概念，并領會離子方程式的實際意義，同時，學生微觀認識水平的也會得到發展，并且從觀念上形成的微觀認識更容易在問題的解決中得到遷移。

參考文獻

[1][2]何彩霞. 整體把握和實施觀念建構的化學教學研究——以高中化學必修1“離子反應”單元為例[J]. 中學化學教學參考，2011，（7）：12-14