離子的認知教學與反思*

嚴西平

（蘇州市立達中學　江蘇 蘇州　215003）

離子的認知教學與反思*

嚴西平

（蘇州市立達中學江蘇 蘇州215003）

由于教材的限制和實驗手段的缺乏，離子的教學一直是傳統難點之一。借助電導率數字實驗和自拍的實驗微視頻彌補了感性認知的不足，按照認知規律重新設計了教學內容和遞進次序，實現了從存在、形成、運動、原子相互轉化、表征等視角初步認知離子的目標。

離子；認知教學；數字化實驗；反思

一、設計思想

在常見微粒的認知過程中，最難被學生接受的就是離子了。由于滬教版教材將原子核外電子的排布、穩定結構等內容放到了“拓展視野”板塊中，所以離子的出現顯得特別突兀生硬，除了鈉在氯氣中燃燒生成氯化鈉的實驗（P71圖3－14）和鈉離子和氯離子的形成（P71圖3－15）示意圖外，僅僅靠幾句蒼白的課文實施傳授式教學效果很差，學生接受起來顯得非常被動，有些學生感覺“頭腦中好像被硬塞進來一種微?！保瑹o法喚醒學生的主動性。如何突破這個傳統難點呢？2011版課標提出“創設真實而有意義的學習情景”［1］啟發筆者，能不能利用離子最顯著的特征——帶電微粒，通過身邊熟悉的物質——食鹽水開展認識之旅呢？于是想到了借助電導率數字實驗對比分析了蒸餾水和食鹽水的差異，使學生能直觀地“感覺”離子的存在；借助自拍的食鹽晶體不導電微視頻以及食鹽溶解過程中電導率變化的數字實驗，使學生能深切地“感知”到離子的“束縛”與“自由”；借助電解熔融氯化鈉的視頻，使學生可以進一步“感悟”離子與原子的相互轉化的……這些生動的教學情境的創建，構成了教學的主要脈絡（明線），與此平行的以問答為主要載體的思維活動（暗線）使學生的“主動建構”得以體現，多維認知、內化提升，課堂成了探究新知的陣地。經過前期準備，筆者在2014年秋季蘇州市化學名師發展共同體集體研修活動上開了這節研討課（包括上海來的教師約100人聽課），反響熱烈。

二、精選教學片段

片段1：離子的“現身”

圖1

圖2

在觀看6B鉛筆（見圖1）和食鹽水能導電的視頻（見圖2）后，學生能回答出“鉛筆能導電的原因是石墨中有自由移動的電子”，但是面對提問“食鹽水導電是不是同樣原因呢？”學生沉默了，思維“憤而不悱”。這時筆者用食指伸入燒杯中，取出后笑問：老師有沒有被電著？學生頓時“受啟而發”，搶答道：導電的微粒肯定不是電子！一定是其他帶電的微粒，而且是兩種：一種是帶正電荷，另一種帶負電荷，它們的所帶的正負電荷一定相等，溶液呈電中性，否則老師就要被電著了，呵呵…筆者不由得贊賞道：分析得有道理！這樣的帶電微粒就是我們這節課要認識的新朋友——離子…生動的引入，瞬間就把學生的思維激活了，他們迫切地希望跟著老師走進離子的認識之旅。

片段2：離子濃度的“估測”

簡單介紹溶液電導率的測量意義（即示數可以近似理解為單位體積內離子的數目）后，筆者先讓學生預測一下蒸餾水的電導率示數（見圖3），不少學生認為是“零”，隨后筆者將電導率傳感器伸入水中，出現示數為“6μS／cm”，大家嘆到“原來蒸餾水中并非只有水分子，還有很少量的離子呀”。當筆者再請學生預測一下食鹽水中的電導率示數，部分學生怯生生地答到“幾十”，最大預測值也不過“幾百”，可當看到“22266μS／cm”的示數后，小伙伴們都驚呆了！他們誰也沒料到食鹽水中居然有這么多的離子！這時他們恍然大悟：食鹽水導電的奧秘就是因為這些大量的離子，只有離子濃度達到一定數量時才能導電，怪不得蒸餾水的導電性只能說微弱…定量地說服，把量變引起質變的觀點潛移默化地移植到學生的思想中，也引領他們學會用定量的方法學習和研究化學。

圖3

片段3：離子運動的“相對論”

在看到筆者制作的微視頻 “食鹽晶體不能使燈珠變亮”（見圖4、5）后，學生又驚詫了：食鹽中的鈉、氯離子都仿佛“凍住”了，沒有定向移動呀。這時筆者在屏幕上投影出“食鹽晶體的結構示意圖”（見圖6），讓大家展開討論，于是乎你一言我一語非常熱烈，集中的意見是“鈉離子和氯離子緊密排列，彼此靜電作用力大，所以不能動彈”。筆者笑問到：你們端坐在一起，就像圖中的陰陽離子，可你們會紋絲不動嗎？你們是不是也要轉動頭頸、扭動身體呀。只不過沒有打下課鈴，否則你們都可以自由運動了。聽此言大家都笑了…這種擬人化的比喻一下子就把道理點明了：晶體中離子雖然是“束縛”的，但是也是可以在其位置上“抖動”的。這種“絕對運動”觀的樹立不能因為食鹽晶體不導電而被扼殺！緊接著筆者又提出：食鹽水中的離子為什么能“自由”呢？這個下課鈴是誰打給它們的呢？大家自然把視點聚焦到水上了：水分子能有這么大的本領嗎？比得過電場能量嗎？帶著這些疑惑，筆者演示了食鹽溶于水電導率的變化。當看到如圖7所示的曲線流淌出來（注意：開始大約10s沒有啟動電磁攪拌；第二個躍升是我靈機一動多加了一勺食鹽形成的，想更好地表達水分子的作用，當約100s時停止攪拌），大家不由得發出了嘖嘖驚嘆，激動、興奮、交流。趁勢我又請同學們觀看外文視頻“食鹽溶解的微觀過程”，我笑問到：你們聽懂了嗎？一位女生就主動當起了小老師：我雖然沒有聽懂，但是看懂了。聯系圖7是不是這樣理解：開始食鹽沉在燒杯底部，周圍接觸的水分子不多，所以能把鈉離子和氯離子從表面拽出來的數目很少，啟動攪拌后水和食鹽充分接觸，無數個水分子一起行動起來了，它們就像勇士一樣沖上去，幾乎一下子就把大部分的鈉離子和氯離子都包圍起來了，這些離子幾乎一下子都獲得解放，“自由”了…另一位男生站起來繼續發言：我覺得水分子很了不起，有了這層水分子包圍，陰陽離子再相互結合就難了，所以即使停止攪拌，燒杯中離子數目也不再變化了…聽到這樣精彩的回答聽課老師也不由得頻頻點頭，課堂氣氛達到高潮。

片段4：離子的“再認識”

在課堂小結時，觀看酸堿鹽溶液導電微視頻（見圖8）、熔融氯化鈉導電視頻（見圖9）以及水合離子的圖片（見圖10）讓同學們展開討論。

圖8

圖9

圖10

首先，筆者讓同學們閱讀教材P82－83有關原子團的內容，學生甲很快反應到：硫酸的化學式是H2SO4，由于氫是正一價，硫酸根是負二價，那么稀硫酸中應該有大量的H＋和SO42－；其他同學也很快接著齊答：氫氧化鈉溶液中應該有大量的Na＋和OH－，碳酸鈉溶液中應該有大量的Na＋和CO32－，筆者趁機發問：像上面這樣由原子團形成的離子是不是也是離子家族的成員呢？學生一致同意：教材p71上的離子的定義過于簡單了，應該包括原子團離子。這是“再認識”的一個收獲——視野拓展了：離子的形態不僅有簡單離子，還有復雜離子；其次當看到熔融氯化鈉能導電視頻時，大家都很興奮，有的同學迫不及待地說：高溫使離子“自由”了！這是“再認識”的另一個收獲——理解透徹了：電離既可以在溶解時發生，也可以是熔融狀態下實現，雖然初中化學降低了“電離”的要求，甚至不要求掌握這個概念，僅僅要求學生知曉溶解時會產生離子，但是為了更準確地反映電離的實質，筆者還是設計了這個環節，目的是讓學生提前感知破壞“離子鍵”的方式是多樣的，思維不能局限于“水合離子”一種形式；再次，當看到圖10后不少學生都能回答：水分子中氧原子呈負電性，氫原子顯正電性，異性電荷相吸唄。這是“再認識”的又一個收獲——想象豐富了：原來水分子并不是真正的電中性，而是有“極性”的，“水合”的根本原因就是靜電作用呀，以后學生再想象水中離子的運動形態就不會再是“赤裸”的離子在漫無目的地亂跑，而是被水分子有規則地包圍后形成的“水合離子”在自由徜徉……這樣的小結讓學生思維深刻性、全面性、發展性都有了新的提高。

三、教后反思

經過評課，聽課教師反映這節課有以下一些亮點：

一是靈活地組織教學素材，體現了主動性。教材中關于離子的內容分散在第3、6、7章。以往的教學中發現存在的弊端主要是：第6章溶解過程的實質認識不透徹，對于某些化合物在水中分散的微粒認識模糊，比如對于“食鹽水中的微?！?，學生不是答作氯化鈉分子就是答作氯化鈉離子，至于水分子更容易被忽略；第7章中復分解反應的實質、共存離子的理解更是稀里糊涂，學生沒有建立溶液中離子的構象，于是演變成教學難點。這些問題的根源就在于第3章初次認識離子時“吃了夾生飯”，對于離子的印象就像“高度近視患者”始終模糊不清，離子的存在形態、帶電原因、結合方式和運動規律等諸多要素根本沒有掌握。在認真領悟2011版課標精神［2］后執教者能對教材進行“二次開發”，打通3、6、7章，把教材中涉及離子的內容重新編排，按照“存在→形成→運動→轉化”順序有機重組教學素材，是靈動地“用教材教”而不是機械地“教教材”的有益實踐。

二是用心地培育學生的化學素養，體現了發展性。比如設計了因素排除法分析食鹽水導電原因：石墨電極導電是自由電子貢獻，而水中很少量的離子也不是導電的主要原因，只有食鹽提供的離子才是根本內因，讓學生受到了嚴謹推理思想的熏陶；比如設置了似是而非的問題（諸如水中無離子嗎？有大量離子就一定能導電嗎等）讓學生發展批判性思維，樹立質疑精神；比如通過觀察食鹽晶體結構示意圖和聚焦電導率曲線，讓學生構思鈉、氯離子的空間排列和運動狀況，激發學生想象力。比如雖不提 “電離”、“電解質”、“極性分子”等概念，但是讓學生接觸離子伊始就建立正確的觀念，避免“前學習”中容易出現的“相異構想”，為學生順利銜接初高中，深入學習這些內容作了有效的鋪墊。

三是恰當地運用技術手段和教學策略，體現了服務性?？紤]這節課容量大、實驗多，執教者提前制作了導電性微視頻，節約了時間，促進了學生的思維活動。其中令人印象深刻的是“大塊食鹽晶體導電性”，以往的教學中教師普遍采用的是把食鹽粉末盛放在燒杯中，像測液體導電性那樣實驗，這里的科學性就值得推敲了：食鹽顆粒之間也是有空隙的，不能有效說明緊密排列的離子是否導電？特別值得一提的是 “電導率數字實驗”，讓以前無法感知的離子“躍入眼前”，化抽象為具體，變神秘為平凡，突破了以往的教學難點，搭建了具象“支架”，學生的認知得以有效建構。還有為加深學生對溶液中離子數目巨大的印象，配合演示使用了“POE”（即預測－觀察－解釋）策略，讓學生先入為主，創設矛盾情景，調動了學生參與實驗的積極性，實驗教育的功效充分展現。在練習書寫離子符號時，執教者有意引入“試錯教學”，發現學生對離子所帶的電量與電性呈現的錯誤再逐一糾正，厘清“＋”、“－”原本就是一個單位正負電荷的意思，所以鈉離子應該寫成“Na＋”而不應畫蛇添足為“Na＋1”、硫酸根離子應該是“SO42－”而不是“SO4－2”，“宏微符”三重表征的教學范式應該值得肯定。這些手段和策略的運用，充分反映出執教者“教為學服務”的思想。

［1］［2］中華人民共和國教育部制定．義務教育化學課程標準［S］．北京：北京師范大學出版社，2011：26，40－41

1008-0546（2015）06-0013-03

G632．41

B

10.3969／j．issn．1008－0546．2015．06．005

*中國化學會基礎教育規劃課題（HJ2014－0014）階段研究成果