基于概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)設(shè)計(jì)*——以“鹽類的水解”（第一課時(shí)）為例

楊啟寧 楊梓生

（1連城縣第三中學(xué) 福建 龍巖 364000；2龍巖市普通教育教學(xué)研究室 福建 龍巖 364000）

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)者將帶著“前概念”（即頭腦中已有知識與經(jīng)驗(yàn)）進(jìn)入學(xué)習(xí)，而且“前概念”直接影響著學(xué)習(xí)結(jié)果。對于“前概念”，既可能是精致、正確的，也可能是模糊甚至錯(cuò)誤的。科學(xué)學(xué)科的教學(xué)，就是要幫助學(xué)生將頭腦中模糊或者錯(cuò)誤的“前概念”轉(zhuǎn)化為精致、正確的“科學(xué)概念”。這一過程被稱為“概念轉(zhuǎn)變”的過程。

研究表明，學(xué)生頭腦中的“前概念”具有“頑固性”特征，因而“概念轉(zhuǎn)化”將不會輕易實(shí)現(xiàn)，需要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜過程。這一復(fù)雜的過程，必須同時(shí)具備對現(xiàn)有概念的不滿、新概念的可理解性、新概念的合理性以及新概念的有效性四個(gè)方面。具體來說，就是學(xué)習(xí)者認(rèn)識到已有知識經(jīng)驗(yàn)無法解決所面臨的問題時(shí)，才會意識到建構(gòu)新概念的必要性，而且新概念能夠被學(xué)習(xí)者理解并被意識到比原有概念更加合理、更加有效地解決問題時(shí)，學(xué)習(xí)者才愿意用新概念替代已有概念，從而實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)化。

因此，“概念轉(zhuǎn)變”是新舊經(jīng)驗(yàn)作用的結(jié)果，是新經(jīng)驗(yàn)對已有經(jīng)驗(yàn)的改造或重構(gòu)，概念轉(zhuǎn)變的過程就是認(rèn)知沖突的引發(fā)及其解決的過程。化學(xué)過程中如何有效地促進(jìn)“概念轉(zhuǎn)變”？很顯然，教師中心工作是：第一、進(jìn)行認(rèn)知探測，把準(zhǔn)迷思概念；第二、創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情景，提供學(xué)習(xí)反例；第三、引發(fā)認(rèn)知沖突，解構(gòu)迷思概念；第四、解決認(rèn)知沖突，建構(gòu)科學(xué)概念。下面結(jié)合“鹽類的水解”（第一課時(shí)）來談?wù)劇?/p>

一、電解質(zhì)溶液酸堿性分析視角

“鹽類的水解”學(xué)習(xí)之前，學(xué)生已掌握：⑴水的電離、溶液酸堿性與 c（H＋）、c（OH－）關(guān)系；⑵酸（堿）在水中電離出 H＋（OH－）導(dǎo)致溶液呈酸（堿）性；⑶弱電解質(zhì)水溶液存在電離平衡。因此，對于溶液酸堿性的認(rèn)識，學(xué)生將立足于“酸（堿）溶液顯酸（堿）性是因?yàn)樗幔▔A）電離出 H＋（OH－）”這一經(jīng)驗(yàn)，建立起“溶液酸堿性是因?yàn)殡娊赓|(zhì)自身電離出 H＋或 OH－導(dǎo)致體系中 c（H＋）≠c（OH－）”的模型（“電離模型”）。

“鹽類的水解”學(xué)習(xí)，需要建立起解釋鹽溶液酸堿性的“水解模型”。即：體系中鹽電離出來的某離子與水電離出的H＋或OH－結(jié)合為弱電解質(zhì)而破壞水的電離平衡，導(dǎo)致溶液體系中 c（H＋）≠c（OH－）。 在此基礎(chǔ)上，還將進(jìn)一步建立起“電離—水解模型”，解釋某些既存在電離又存在水解的酸式鹽溶液（如NaHCO3）、緩沖溶液（如 NH4Cl－NH3·H2O、CH3COOH－CH3COONa）酸堿性問題。

顯然，“電離模型”和“水解模型”、“電離—水解模型”是認(rèn)識電解質(zhì)溶液體系酸堿性的三個(gè)不同視角。在進(jìn)入“鹽類的水解”學(xué)習(xí)時(shí)，原有的“電離模式”不足以解釋許多正鹽溶液不顯中性的原因，這就需要建立“水解模型”乃至“電離—水解模型”。這一模型轉(zhuǎn)化的過程，便是“概念轉(zhuǎn)變”的過程。

二、促進(jìn)“概念轉(zhuǎn)變”的教學(xué)策略

如何有效促進(jìn)學(xué)生從“電離模型”向“水解模型”轉(zhuǎn)變？單純靠老師的講授顯然是不可行的。教學(xué)的首要任務(wù)在于引發(fā)認(rèn)知沖突，從而認(rèn)識“電離模型”的局限性。在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生認(rèn)識到改變或調(diào)整原有認(rèn)知的必要性。于是，借助一定手段、設(shè)置能使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知困惑和沖突的問題情景，并立足于這一困惑和沖突的問題情景，開展深入的探究，從而實(shí)現(xiàn)舊概念的重組、新概念的建構(gòu)成為教學(xué)的關(guān)鍵。

問題情景對學(xué)生造成的認(rèn)知沖突程度越顯著，越有利于激發(fā)學(xué)生解決困惑與沖突的探究興趣。如何設(shè)置能使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈認(rèn)知沖突的問題情景？一方面，要強(qiáng)化學(xué)生原有認(rèn)知，讓學(xué)生清晰認(rèn)識頭腦中“電離模型”；另一方面，呈現(xiàn)直觀明顯、沖突強(qiáng)烈的反例，讓學(xué)生對原有認(rèn)知產(chǎn)生強(qiáng)烈的不適感。

當(dāng)對“反例”產(chǎn)生認(rèn)知沖突時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生立足于從系統(tǒng)的視角去分析溶液中存在的微粒及微粒間的作用，初步建構(gòu)起解釋鹽溶液酸堿性的“水解模型”；在初步建立新模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用此模型去預(yù)測更多未知鹽溶液的酸堿性，并通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，從而讓學(xué)生認(rèn)識到新認(rèn)知模型的合理性和有效性。

最后，對新、舊認(rèn)知模型進(jìn)行對比分析，明確適用對象、本質(zhì)差異等，深化對新概念模型的認(rèn)識，從而有效實(shí)現(xiàn)“概念轉(zhuǎn)變”。

三、“鹽類的水解”（第一課時(shí)）的教學(xué)設(shè)計(jì)

概念轉(zhuǎn)變的前提條件是“對現(xiàn)有概念的不滿”。對“現(xiàn)有概念的不滿”，不僅與學(xué)習(xí)者面對的情景有關(guān)，而且與學(xué)習(xí)者對自身原有認(rèn)知的清晰度有關(guān)。學(xué)習(xí)者對自身的原有認(rèn)知越清晰，面臨新的問題情境時(shí)，產(chǎn)生的沖突將越強(qiáng)烈。本課教學(xué)時(shí)，先安排下述復(fù)習(xí)回顧活動(dòng)：

請同學(xué)們結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)與知識（如強(qiáng)弱電解質(zhì)電離、溶液酸堿性等），思考如下問題：

（1）純水會發(fā)生怎樣的電離？常溫下，純水中的c（H＋）、c（OH－）大小關(guān)系如何？

（2）對于水溶液而言，溶液的酸堿性與溶液中c（H＋）、c（OH－）大小有何關(guān)系？

（3）酸（或堿）溶于水后形成的溶液顯酸（或堿）性，為什么？

歸納總結(jié)：酸（或堿）溶于水形成的溶液顯酸（或堿）性，是因?yàn)樗幔ɑ驂A）電離出 H＋（或 OH－），導(dǎo)致溶液中 c（H＋）大于（或小于）c（OH－）。

【設(shè)計(jì)意圖】設(shè)置三個(gè)問題供學(xué)生思考，強(qiáng)化學(xué)生對水的電離、溶液酸堿性與 c（H＋）、c（OH－）大小關(guān)系的認(rèn)識，并激活“電離模型”。其目的不僅為鹽溶液酸堿性分析奠定基礎(chǔ)，并為后認(rèn)知沖突作鋪墊。

在完成上述教學(xué)任務(wù)之后，接著安排如下探究活動(dòng)：

提出問題：現(xiàn)有一瓶0．1mol／L CH3COONa溶液，請分析與預(yù)測：

（1）CH3COONa在水中如何電離？是否產(chǎn)生H＋或OH－？

（2）請預(yù)測：CH3COONa溶液顯酸性、中性還是堿性？為什么？

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)：請?jiān)陬A(yù)測基礎(chǔ)上，用pH試紙測定該溶液的pH。

【設(shè)計(jì)意圖】要求“分析與預(yù)測”的目的在于引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用“電離模型”解釋未知溶液酸堿性，為認(rèn)知沖突埋下伏筆；“實(shí)驗(yàn)活動(dòng)”的目的，則讓學(xué)生親自獲取感性材料，強(qiáng)烈感知預(yù)測和實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異性，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，誘發(fā)學(xué)生對“電離模型”的不滿。

接下來，并不急于分析醋酸鈉溶液為何顯堿性，而是安排學(xué)生反思與動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。具體安排如下：

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)：請重測CH3COONa溶液的pH，并用同樣方法測0．1mol／L NH4Cl溶液的pH。將結(jié)果填入表中。

所測溶液 0.1mol/L CH3COONa溶液 0.1mol/L NH4Cl溶液溶液的pH

【設(shè)計(jì)意圖】反思的目的，在于確認(rèn)自己的分析與pH檢測無誤；實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的目的，不僅確認(rèn)醋酸鈉溶液pH確實(shí)顯堿性并獲取更多的事實(shí)證據(jù)，同時(shí)得出鹽溶液可呈堿性、也可以呈酸性的事實(shí)，從而進(jìn)一步認(rèn)識到“電離模型”的局限，激發(fā)建構(gòu)新思維的驅(qū)動(dòng)力。

前面的教學(xué)活動(dòng)，為“概念轉(zhuǎn)變”提供了前提條件。接下來的教學(xué)，便是要引導(dǎo)學(xué)生探究，以期建立“水解模型”。教學(xué)安排如下：

提出問題：1．請結(jié)合醋酸鈉溶液顯堿性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，思考并討論下述問題：（1）該溶液體系存在哪些電離？是否可逆？電離出哪些微粒？（2）溶液中H＋、OH－均來自水的電離，對于純水電離而言，c（H＋）應(yīng)等于 c（OH－）。為何該溶液中 c（H＋）小于 c（OH－）？ 是不是體系中哪些微粒結(jié)合了水電離產(chǎn)生的H＋？請結(jié)合溶液中的微粒加以分析。

2．按前述醋酸鈉溶液顯堿性的分析思路，探討NH4Cl溶液顯酸性的原因。

3．和同學(xué)交流討論，并用自己話語歸納總結(jié)鹽溶液顯酸性或堿性的原因。

【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生從同時(shí)考慮醋酸鈉和水的電離、電離是否可逆、電離產(chǎn)生的微粒出發(fā)，并從系統(tǒng)中微粒相互作用的視角分析醋酸鈉溶液中 c（H＋）、c（OH－）變化的原因。之后，遵循這樣的思路，分析討論NH4Cl溶液顯酸性的原因。經(jīng)歷這樣的探究活動(dòng)，學(xué)生將初步建起了鹽溶液酸堿性分析的基本思路，初步形成鹽類水解的概念，初步建立起體系中微粒間的相互作用、水的電離平衡及移動(dòng)、鹽溶液的酸堿性等整體性認(rèn)識。這樣的學(xué)習(xí)，解決了“新概念的可理解性”、“新概念的合理性”問題，從而有利于概念轉(zhuǎn)變。

對現(xiàn)代宇宙學(xué)界來說，這是自1929年哈伯發(fā)現(xiàn)河外星系紅移即宇宙膨脹現(xiàn)象以來又一次劃時(shí)代的重大發(fā)現(xiàn)。彭齊亞斯和威爾遜追究令人討厭的噪聲，竟帶來了現(xiàn)代宇宙學(xué)發(fā)展的第二次高潮，他們獲得了1978年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，理由是他們的“貢獻(xiàn)是一項(xiàng)根本性的發(fā)現(xiàn)，使人們有可能得到很久以前——在宇宙形成時(shí)——所發(fā)生的宇宙變化過程的信息。”

學(xué)生雖然建立起對“鹽類的水解”概念及“水解模型”的初步認(rèn)識，但還需進(jìn)一步檢驗(yàn)。因此，接下來的教學(xué)，要讓學(xué)生從理論與實(shí)踐兩個(gè)層面去論證“水解模型”的合理性。教學(xué)過程如下：

問題討論：1．為何鹽溶液體系中的鹽電離出來的金屬離子或酸根離子會與水電離出來的OH－或H＋結(jié)合？你將如何證明？2．根據(jù)你的分析，預(yù)測Na2CO3及Al2（SO4）3溶液酸堿性，并從微觀視角加以分析。

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)：1．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證“鹽溶液體系中的鹽電離出來的金屬離子或酸根離子會與水電離出來的OH－或H＋結(jié)合形成弱電解質(zhì)；2．用pH試紙測定 0．1mol／L Na2CO3、Al2（SO4）3及 KNO3溶液的 pH，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測相對比。

【設(shè)計(jì)意圖】本階段教學(xué)任務(wù)的功能如下：一是寄希望于學(xué)生能從弱電解質(zhì)電離平衡的角度，認(rèn)識到溶液體系中若同時(shí)存在弱堿的金屬離子與OH－、弱酸的酸根離子與H＋時(shí)，將結(jié)合為弱電解質(zhì)分子并建立起平衡，再用實(shí)驗(yàn)來證實(shí)；二是應(yīng)用“水解模型”去預(yù)測未知鹽溶液的酸堿性，并通過實(shí)驗(yàn)來證實(shí)。最終，讓學(xué)生從理論和實(shí)踐層面證實(shí)“水解模型”合理性，同時(shí)體驗(yàn)“新概念的有效性”。

到此為止，學(xué)生將體驗(yàn)到“電離模型”不合理性，體驗(yàn)到“水解模型”的可接受性、合理性及有效性，從而較好地達(dá)成 “概念轉(zhuǎn)變”——即判斷溶液酸堿性從“電離模型”轉(zhuǎn)向“水解模型”。但是，教學(xué)并不能到此為止，還需繼續(xù)安排相關(guān)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

提出問題：現(xiàn)有一瓶 0．1mol／L 的 NaCl、KNO3溶液，請預(yù)測這兩種溶液的pH，并從微觀視角加以分析。

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)：請用pH試紙檢測上述兩種溶液的pH。

交流討論：（1）你的預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否一致？（2）若不一致，請分析其可能原因；（3）結(jié)合前面六種鹽溶液酸堿性及微觀視角的分析，總結(jié)分析鹽溶液的思路。

【設(shè)計(jì)意圖】本階段活動(dòng)的安排，旨在讓學(xué)生認(rèn)識到鹽溶液還可能顯中性。這是其一；第二，通過提供鹽類水解的“反例”（即有些鹽并不水解），進(jìn)一步深化對“水解模型”的認(rèn)識（此類鹽不水解，照樣可以用“水解模型”解釋——因?yàn)榇祟慃}電離時(shí)既不產(chǎn)生弱酸根離子，也不產(chǎn)生弱堿的金屬陽離子，將不會結(jié)合水電離出來的H＋、OH－而不破壞水的電離平衡，故其溶液顯中性）。至此，學(xué)生借助“水解模型”全面解釋了各類鹽（能水解的鹽、不能水解的鹽）溶液的酸堿性，深刻認(rèn)識到“水解模型”的合理性和有效性，將牢固建立分析溶液酸堿性的新模型。

最后，安排如下活動(dòng)，幫助學(xué)生總結(jié)溶液酸堿性判斷兩類模型（“電離模型”和“水解模型”）的適用對象與分析思路，達(dá)成本課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

提出問題：現(xiàn)有稀鹽酸、氫氧化鈉溶液、硫酸鈉溶液、氯化鐵溶液及硅酸鈉溶液。

（1）哪些溶液顯酸性？哪些溶液顯中性？哪些溶液顯堿性？

（2）以上述顯酸性溶液為例，從微觀角度分析它們顯酸性的原因。

（3）結(jié)合問題（2），總結(jié)可從哪些角度分析溶液的酸堿性？

（4）結(jié)合（3）的分析，在分析電解質(zhì)溶液酸堿性時(shí)，哪些溶液只需考慮電解質(zhì)的電離？哪些溶液需要同時(shí)考慮電解質(zhì)和水的電離？

建立在學(xué)習(xí)已有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行 “概念轉(zhuǎn)變”的教學(xué)，從而幫助學(xué)生正確理解并掌握科學(xué)概念，是目前學(xué)習(xí)心理學(xué)研究的一個(gè)重要課題。前面以“鹽類的水解”（第一課時(shí)）為例，闡述如何開展基于“概念轉(zhuǎn)變”的教學(xué)設(shè)計(jì)，以期促進(jìn)學(xué)生對“鹽類的水解”概念和本質(zhì)的理解與把握，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)教育提升學(xué)生化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)。

［1］ 蔡鐵權(quán)等．概念轉(zhuǎn)變的科學(xué)教學(xué)［M］．北京：教育科學(xué)出版社，2009

［2］ 畢華林等．化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)—任務(wù)、策略與實(shí)踐［M］．北京：北京師范大學(xué)出版社，2013