基于化學學科觀念的化學課堂教學

盧國田+杭亞萍

摘要：試圖以“弱電解質的電離”為例，說明基于化學學科觀念的化學課堂教學實施的策略。分別從課堂教學目標的設計、真實問題情境的創設、探究活動的實施和化學問題解決等方面予以闡述。

關鍵詞：弱電解質的電離平衡；學科觀念；化學教學

文章編號：1005–6629（2016）3–0045–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

《普通高中化學課程標準》要求學生：了解化學科學發展的主要線索，理解基本的化學概念和原理，認識化學現象的本質，理解化學變化的基本規律，形成有關化學科學的基本觀念。使學生形成化學科學的基本觀念是高中化學新課程的一個重要教學目標。然而，目前中學化學教師普遍認為：化學課堂教學就是教給學生具體的化學知識，特別是高考涉及的化學知識。其實，化學學科知識的教學是必要的，但是讓學生掌握知識不應該成為最終目標。英國哲學家懷特海說：教育就是忘記了在學校所學的之后剩下的東西。由此我們應該思考的是“什么是學生通過中學化學課程的學習不會忘記的”。零散的化學學科知識、片段性的化學概念或事實是很容易被忘記的，學生不會忘記的是學科觀念、學科特征的思維習慣和解決問題的方法。“任何一個研究領域的知識體系都是由經驗要素（科學事實）、理論要素（科學理論）和觀念要素（科學觀念）3種成分組成的。科學觀念凝聚著所在領域科學思想的精華，是科學知識體系中更本質的東西，處于核心的地位”。對于“弱電解質的電離平衡”的教學已有不少討論，本文從基于化學學科觀念教學的視角，結合“弱電解質的電離平衡”的課堂教學，探討在化學課堂教學中如何對學生進行學科觀念教育，以期對中學化學課堂教學改革做些有益的嘗試。

2 基于化學學科觀念的化學課堂教學策略

2.1 課堂教學目標中包含化學學科觀念

新課程倡導從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三維建構課堂教學目標。但是，日常教學中教師制定的課堂教學目標主要還是圍繞著“知識與技能”目標的達成而設計的，即使涉及“過程與方法、情感態度與價值觀”維度的目標也是浮在表面的，缺乏可行性。

基于化學學科觀念的課堂教學應在制定教學目標時，把化學學科觀念的形成作為化學課堂的教學目標。例如，“弱電解質的電離平衡”的教學，學生通過必修1的學習已經知道了氯化氫是強電解質，能完全電離；醋酸是弱電解質，不能完全電離。醋酸的電離程度、醋酸電離過程中的熱效應、醋酸不能完全電離的本質原因、醋酸電離平衡的影響因素及電離平衡的移動等是本節課的教學內容。而這些內容的主動獲取需要學生通過實驗探究、交流討論（爭論）、問題解決等學習活動才能完成。基于以上思考，“弱電解質的電離平衡”可設計以下教學目標：（1）能從宏觀與微觀相結合的視角描述和解釋弱電解質的電離平衡。（2）能通過實驗獲取“弱電解質電離平衡”的證據，并基于證據推理。（3）能應用化學平衡移動原理，解釋弱電解質電離平衡的移動。

通過服務于上述教學目標的“弱電解質的電離平衡”的課堂教學，學生可以感悟“宏微結合”是認識物質的重要的思維視角；通過“弱電解質存在電離平衡”的實驗探究，學生可以感悟“化學實驗是化學研究的重要方法”、“化學研究通過觀察和實驗獲取證據，基于證據推理形成結論”、“化學實驗需要控制變量”等學科觀念；通過對醋酸電離平衡移動的認識，學生可以感悟到認識物質及其變化規律的“模型化方法”，形成“物質是不停變化運動的、物質的變化是有條件的、物質變化過程中遵循著一定的規律”等觀念。

2.2 在真實而有意義的問題情境中建構學科觀念

學生是否建構了學科觀念，首先學生要認同觀念，其次學生要能運用學科觀念去解決真實而有意義的實際問題。學科觀念的建構不是將其當成知識進行講述就能完成的。必須倡導讓學生“在真實而有意義的實際情境問題解決中應用學科觀念”。因此，基于化學學科觀念建構的課堂教學，應創設真實而有意義的實際問題情境。

“弱電解質的電離平衡”的課堂教學可創設如下問題情境：室溫下，用0.100 mol/L NaOH溶液分別滴定20mL 0.100 mol/L HCl、20mL 0.100 mol/L CH3COOH溶液，得到滴定曲線如圖所示。觀察兩滴定曲線異同，并與同學討論導致兩滴定曲線的異同的原因。

NaOH滴定鹽酸、CH3COOH溶液的滴定曲線的繪制，是一個真實而有意義的問題情境。其基本過程是用一定物質的量濃度的NaOH分別滴定一定物質的量濃度的鹽酸、CH3COOH溶液，記錄加入一定體積的NaOH溶液時溶液的pH，以NaOH溶液的體積為橫坐標，溶液pH為縱坐標繪制曲線。學生通過對滴定曲線的觀察，根據觀察得到的事實（證據），通過宏觀-微觀相結合的方法，運用結構決定性質的學科觀念，進行分析推理形成結論，這一“觀察事實-獲取證據-形成結論”的過程就是應用化學學科觀念解決問題的過程。

學生對滴定曲線的觀察過程是對學生觀察品質的全面性和深刻性的培養過程，觀察結果的表述培養了學生的表達能力。學生通過認真而慎密的觀察，可以得到下列觀察結果（證據）：

證據（1）：V（NaOH）=0mL時，滴定曲線Ⅰ的pH約為2.8，滴定曲線Ⅱ的pH=1；

證據（2）：V（NaOH）=10mL前后，滴定曲線Ⅰ相對平坦，滴定曲線Ⅱ相對陡峭；

證據（3）：V（NaOH）=20mL時，滴定曲線Ⅰ的pH>7，滴定曲線Ⅱ的pH=7；

學生根據證據進行推理形成結論，必須從鹽酸和醋酸在水溶液中存在的微粒、微粒間相互作用，溶液中存在質量守恒和電荷守恒，電離平衡等方面進行結合分析，經歷基于證據進行推理的過程。endprint

根據證據（1）可以得出結論：HCl在水中是完全電離的（0.100 mol/L HCl溶液pH=1），而CH3COOH在水中是部分電離的（0.100 mol/L CH3COOH溶液pH約為2.8），說明醋酸在水中存在電離平衡：

CH3COOH CH3COO-+H+

醋酸在水中存在電離平衡的微觀解釋是：在水溶液中存在著兩個反應，一是CH3COOH分子電離生成CH3COO-和H+，二是CH3COO-和H+結合成CH3COOH分子，當兩個反應速率相等時形成了醋酸的電離平衡；醋酸存在電離平衡的宏觀解釋是：a mol/L CH3COOH溶液的pH>-lg（a），溶液中存在一定量的CH3COOH沒有發生電離，存在醋酸電離平衡。

根據證據（2）可以得出結論：醋酸在水溶液中存在電離平衡。因為向20mL 0.100 mol/L CH3COOH溶液中加入10mL 0.100 mol/L NaOH溶液得到的是等物質的量濃度的CH3COOH和CH3COONa的混合溶液，從醋酸電離平衡表達式可以看出，在該混合溶液中加少量的NaOH，NaOH與CH3COOH結合生成CH3COONa和H2O，而對溶液的pH影響不大，在滴定曲線上表現為較平坦。

根據證據（3）可以得出結論：HCl在水中是完全電離，醋酸在水溶液中存在電離平衡。因為向20mL 0.100 mol/L HCl中加入20mL 0.100 mol/L NaOH溶液，反應后得到NaCl溶液，HCl完全電離生成的H+全部被NaOH完全電離生成的OH-中和生成水，溶液的pH=7；向20mL 0.100 mol/L CH3COOH溶液中加入20mL 0.100 mol/L NaOH溶液，反應后得到CH3COONa溶液，由于醋酸存在電離平衡，溶液存在少量CH3COOH沒有電離，NaOH完全電離生成的OH-中和CH3COOH電離生成的H+反應后仍有剩余，因而溶液的pH>7。

實際課堂教學中，學生通過教師引導下的交流討論，獨立思考，分析推理，形成“醋酸是弱電解質，在水中存在電離平衡，實驗可以提供醋酸電離平衡的證據，醋酸的電離平衡可以從宏觀和微觀等方面給予解釋”的知識體系，而該知識體系的建構過程中，學生充分應用“物質的結構決定性質、化學變化遵循守恒和平衡等規律”等化學學科觀念。

2.3 實驗探究活動中融合化學學科觀念

實驗探究活動需要學生圍繞探究目的設計實驗方案，需要收集證據并基于證據進行推理而得出結論，這些過程都是建構和應用化學學科觀念的最佳載體。在“弱電解質的電離平衡”教學中，通過上述情境問題的解決，學生已經得出這樣的結論：根據0.100 mol/L CH3COOH溶液pH>1，CH3COONa溶液pH>7，可以說明醋酸在水溶液中存在電離平衡。由此可適時引導學生進行實驗探究：（1）實驗探究證明醋酸在水溶液中存在電離平衡；（2）實驗探究條件改變對醋酸電離平衡移動的影響。

實驗探究活動1：證明醋酸在水溶液中存在電離平衡

教學中讓學生證明醋酸確實存在電離平衡，要引導學生從微觀本質上進行分析，如果醋酸在水溶液中存在電離平衡，將會導致醋酸溶液具有哪些宏觀現象？或醋酸在水溶液中表現出哪些性質才能得出醋酸存在電離平衡的結論？解決這樣的問題的過程實質上是“尋找支撐結論的證據”的過程，其思考解決問題的過程為：“若醋酸溶液中存在電離平衡，則一定有……，可通過‘……實驗測定……”。例如，若醋酸溶液中存在電離平衡，則c（H+）1。學生經過討論可能設計出以下實驗方案：

（1）分別測定0.1 mol/L HCl和0.1 mol/L CH3COOH溶液的pH。

（2）向0.1 mol/L HCl和0.1 mol/L CH3COOH中分別加入足量鎂粉（或鋅粉），比較產生氣體速率快慢。

（3）向0.1 mol/L HCl和0.1 mol/L CH3COOH中分別加入足量CaCO3粉末，比較產生氣體的速率快慢。

（4）向等體積、等pH的HCl和CH3COOH溶液中加入足量鎂粉（或鋅粉），比較反應完全放出H2總量的多少。

（5）向等體積、等pH的HCl和CH3COOH溶液中加入足量CaCO3粉末，比較反應完全放出CO2總量的多少。

（6）測量0.1 mol/L CH3COONa和NaCl溶液的pH。

（7）向0.1 mol/L HCl溶液中分別加入少量NaCl和CH3COONa固體粉末，測量比較兩溶液的pH。

實驗探究活動2：條件改變對醋酸電離平衡移動的影響

探究條件改變對醋酸電離平衡的影響，就是將化學平衡移動理論遷移應用到醋酸電離平衡移動的問題解決中，再通過實驗驗證溫度、反應物和生成物的濃度的改變對醋酸電離平衡移動的影響。教學中學生設計條件改變對醋酸電離平衡移動影響的實驗探究方案，能有效建立“化學變化是有條件的，條件改變所產生的平衡移動的宏觀現象可以從電離平衡的微觀結構進行解釋和說明”等學科觀念。實際教學中，可引導學生通過交流討論，設計出如下方案：

（1）溫度對醋酸電離平衡移動的影響：分別測量10℃、20℃、30℃時0.01 mol/L CH3COOH溶液的pH。

（2）醋酸濃度對醋酸電離平衡移動的影響：向0.01 mol/L CH3COOH溶液中加入幾滴冰醋酸，測量比較冰醋酸加入前后溶液的pH。

（3）醋酸根濃度對醋酸電離平衡移動的影響：向0.01 mol/L CH3COOH溶液中加入少量固體醋酸鈉，測量比較醋酸鈉固體加入前后溶液的pH。

2.4 在問題解決中應用化學學科觀念

“弱電解質的電離平衡”的教學目標是學生能運用化學學科觀念和化學知識解決問題，在實際教學中可以安排學生通過課堂討論或課后獨立完成下列問題的解決來實現教學目標：

（1）向等體積的pH=3的HCl和CH3COOH溶液中加入9倍酸溶液體積的水稀釋，請預測稀釋前后醋酸和鹽酸溶液的pH變化，并進行解釋。

學生解決“醋酸溶液加水稀釋電離平衡移動”的問題有多種方法：

方法1：微觀結構解釋。醋酸加水稀釋后，CH3COO-和H+結合成CH3COOH分子的反應速率減慢的幅度遠大于CH3COOH分子電離生成CH3COO-和H+的減慢幅度，導致電離平衡正向移動。

上述分析不難發現，學生在問題解決中需要從宏觀與微觀相結合的視角，應用物質結構決定性質、化學變化中守恒與平衡等化學學科觀念分析醋酸溶液中的電離平衡及電離平衡移動的原因，學生應用化學學科觀念的能力得到有效提高。

3 結語

化學學科觀念建構不是讓教師拋棄化學知識與技能的教學，反而需要教師更加深刻理解所教化學知識的學科價值和育人價值，將化學學科觀念的應用融合在教學的整體設計中。化學學科觀念建構不能一蹴而就，需要滲透在教師對知識與技能的教學中，在學生運用知識和技能解決化學實際問題中。化學學科觀念的建構是一個長期而復雜的教育工程，需要教師從思想上、觀念上重視起來并運用自己的智慧不斷的將化學學科觀念建構與運用落實到教學實踐中去。

參考文獻：

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