宏觀觀察 微觀想象 符號表征

文/王強 陸燕海

摘 要：作為高中化學核心概念之一，離子反應在教學中關鍵在于建立起對概念的理解。結合2013年浙江省高中化學優質課，通過實驗引導學生深刻理解概念，從宏觀現象、微觀本質、符號表征等角度設計了“離子反應”的教學，強化三者的有機融合。

關鍵詞：離子反應；基本概念；教學設計

蘇教版《化學1》（選修）教材專題二中“離子反應”是中學化學的核心概念之一，是中學化學教學的重點和難點。“離子反應”闡述了酸、堿、鹽在水溶液中的反應特點和規律，旨在培養學生透過水溶液中微粒及微粒間的變化現象認識反應的本質（微粒觀），并建構分析水溶液中化學反應的思維方法，進一步強化從宏觀到微觀的認識。基于這樣的理解，我們以“宏觀觀察、微觀想象、符號表征”的思維主線對該課重新進行了設計，并在2013年浙江省高中化學課堂教學評比中榮獲一等獎。

一、設計思路

教學活動是教和學的雙邊活動，必須充分發揮學生的主體作用和教師的主導作用。我們始終在思考，如何讓學生通過具體的事實體會進行邏輯思考并加以自主建構。為此，我們精心策劃數個實驗，從宏觀表象入手，幫助學生認識微觀本質并指導學生用規范術語表達，教學流程見下圖。

教學環節 教學主線 學生活動

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二、教學過程

環節一：生活引入，直入主題

【觀看】：展示：醋蛋圖片。對比：生活中的醋蛋（一般需要一周左右時間能完成）和實驗室用相近濃度鹽酸完成的“醋蛋”（數小時）

【思考1】：為什么前后所用時間不同？同濃度鹽酸和醋酸還有哪些不同？

【演示實驗】：同濃度醋酸和鹽酸導電能力的對比

設計意圖：提出用兩種不同的酸反應耗時不同的事實情況下，學生會思考醋酸和鹽酸的差別？為強弱電解質的概念埋下伏筆！同時，引導學生從微粒的角度分析問題，確定本節課的主題：從離子角度研究反應本質。而導電性實驗也是將微觀粒子存在宏觀化，聯系醋蛋的制作中，用不同的酸反應速度不一樣的本質可能就和H+濃度有關！

設置疑問：同濃度的強堿（NaOH）和弱堿（NH3·H2O）導電性又怎樣呢？

【跟蹤實驗】：同濃度的強堿（NaOH）和弱堿（NH3·H2O）導電性實驗。

設計意圖：通過實驗明確強弱電解質的概念，進行簡單歸納并舉例［HCl、Ca（OH）2、CaCl2和Na2CO3等］，對電離方程式進行訓練！電離方程式同樣也是化學學科中重要的符號，它直觀解釋了宏觀導電現象和微觀存在之間的關系，通過電離方程式將其有機聯系在一起，利用“■”和“■”表達電離情況不同。

環節二：學生體驗，認知概念

【思考2】：結合以上四種電解質溶液：HCl溶液、Ca（OH）2溶液、CaCl2溶液和Na2CO3溶液兩兩混合時能發生哪些反應？請設計并完成實驗！書寫出現現象的化學方程式。

【學生實驗1】設計意圖：

1.結合學生已學知識應該不難判斷，以下反應能發生離子反應：

Ⅰ Na2CO3+CaCl2■CaCO3↓+2NaCl

Ⅱ Na2CO3+Ca（OH）2■CaCO3↓+2NaOH

Ⅲ Na2CO3+2HCl■2NaCl+H2O+CO2↑

Ⅳ Ca（OH）2+2HCl■CaCl2+2H2O

2.通過1和2的實驗，進一步確定了在反應過程中，Ca2+和CO2-、3結合生成了CaCO3沉淀，即CO2-、3+Ca2+■CaCO3↓。通過討論微觀粒子的變化，幫助學生建立在這兩個反應中某些離子發生了結合，為離子反應概念及發生條件的給出埋下伏筆！

3.激發認知沖突：在生成CaCO3的同時，其他離子之間有沒有發生反應？

【追問】在反應Ⅲ中哪些離子間發生反應？其他離子有沒有反應？請用化學符號表達反應情況？

設計意圖：通過前面的思考，學生已經有意識地由微觀粒子間的變化考慮溶液中的化學反應，但是學生還沒有建立“看見”溶液中的離子這種思維，所以他們不能確定到底哪些離子參與反應，在此要從引導學生從認知出發，從微觀的變化解釋宏觀的現象。

在反應中，H+和CO2-、3能反應體現在有氣體生成：2H++CO2-3= H2O+CO2↑。

而Na+和Cl-兩者之間有沒有參加反應呢？設計實驗：在一定量鹽酸中加入過量的碳酸鈉溶液，再加入硝酸酸化，最終滴加硝酸銀溶液，觀察有沒有沉淀！同時，也解釋了離子間發生反應的條件（難溶物和氣體），明確物質在水溶液中的主要存在形式。

環節三：符號表征，強化書寫

【投影】離子反應和離子方程式書寫：

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設計意圖：

傳統的離子方程式書寫是按照“寫、拆、刪、查”四步，在教學中，筆者發現這種方法對于學生簡單記憶尚可，卻不利于學生能力的培養：（1）學生在書寫離子方程式時，生搬硬套，效率低下；（2）高一學生往往會受初中所學復分解條件的影響，只關注生成物的狀態而忽略了反應物；（3）碰到陌生反應，如向硝酸亞鐵溶液中加入硫酸就束手無策，而碰到離子共存問題則要轉化為具體化學物質才能進行判斷等等。究其本源，這種書寫方法沒有幫助學生認知概念的本質，只是將化學知識工具化、模式化，嚴重地挫傷了學生的學習積極性。

而從宏觀物質出發分析水溶液中的存在形式，分析哪些微粒之間能發生反應，關注微粒間的相互作用，直指概念本質，然后將實際參與或生成的物質用符號表達出來，這就是我們所要求的離子方程式。這樣基于微粒作用觀的教學設計促進學生的認知從宏觀向微觀轉變，更易把握溶液中物質相互作用的實質。

【強化訓練】基于鹽酸與碳酸鈉溶液，將反應物進行以下更改：①將鹽酸改為醋酸溶液；②將碳酸鈉溶液改為碳酸鈣；③同時將鹽酸改為醋酸溶液，碳酸鈉溶液改為碳酸鈣。

設計意圖：趁熱打鐵，將前面所學知識強化鞏固。同時，筆者通過設計反應③對課堂開始的“醋蛋”前后呼應，讓學生進一步了解其原理！

環節四：設計實驗，深化認識

【思考3】讓離子間反應“看得見”：HCl溶液、Ca（OH）2溶液、CaCl2溶液和Na2CO3溶液兩兩混合還有三組實驗：Ⅳ HCl+Ca（OH）2；Ⅴ HCl+CaCl2； Ⅵ Ca（OH）2+CaCl2，均無明顯的實驗現象，是否它們都沒有發生反應？

【學生實驗2】往滴有酚酞的Ca（OH）2溶液中滴加鹽酸，觀察溶液顏色變化？

設計意圖：學生進一步確定了在水溶液中發生復分解反應的條件（難溶物、易揮發物和弱電解質），同時建構起“微粒觀”，認識到溶液中的復分解反應實質上是某些離子間在反應。這一切都建立在他們親眼所見，離子反應概念的形成就水到渠成了。

【思考4】OH-+H+=H2O還能表達哪些反應？

設計意圖：該問題的設置突破了從物質出發研究反應的過程，考查了學生對概念的掌握和運用。在問題思考中，學生會設計很多酸堿中和反應，筆者只需要逐一分析反應物和生成物在水溶液的主要存在形式即可。

同時，留下問題：①H2SO4溶液和Ba（OH）2溶液反應的離子方程式？②向醋酸溶液中滴加少量氨水，導電能力如何變化？

三、教學反思

1．建立宏觀、微觀、符號的學科觀念

化學是一門以實驗為基礎，建立在分子、原子層面上研究物質的一門學科，是將宏觀現象和微觀想象相結合并具有獨特符號表征的自然科學。初中的教學引導學生認識物質宏觀的變化，而高中的教學則要讓學生通過宏觀的實驗事實去探索學習微觀粒子的運動和變化。因此，我們在教學中要培養學生從微觀的角度認識一些自然現象，形成對物質及其變化的科學認識。同時，凸顯化學學科的特點——知識符號化，利用符號作為鏈接宏觀與微觀的橋梁。

2．巧借實驗幫助學生認識微觀行為

概念教學中的實驗策略使用的關鍵點是建立實驗事實與概念本質間的聯系。在概念的教學中，我們要恰當地利用化學實驗使學生獲得感性認識，在宏觀實驗事實的支持下發展學生的微觀認識。而在課后對于實驗的分析，筆者又想到，有沒有更加直觀的現象進行觀察。在聽了其他老師的課后，筆者提出，我們可以借助傳感技術進行分析，如，跟蹤硫酸和氫氧化鋇溶液反應的導電性和渾濁性實驗分析離子反應的本質。合理地使用實驗，會讓我們教學的手段更加豐富，概念建立更容易！

參考文獻：

［1］夏可文.在實驗教學中如何培養學生形成化學概念［J］．理化生教學與研究，2008（16）：206.

［2］梁永平.微粒作用觀的科學學習價值及其科學建構.化學教學，2003（6）.

編輯 薄躍華