化學PIC教學模式的實踐應用

陳銳彬

摘要：PIC教學模式是一種以“問題—探究—建構（Problem-Inquiry-Construct）”為主線的化學探究式教學模式，以問題為中心，強調引導學生自主建構知識網絡體系。在“難溶電解質的溶解平衡”課中運用這種教學模式設計教學過程，以各個問題情景為明線，以知識建構為暗線。

關鍵詞：PIC教學模式；實驗探究；難溶電解質；溶解平衡

文章編號：1008-0546（2016）05-0048-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.05.020

化學探究教學中的“問題—探究—建構（Problem-Inquiry-Construct）”模式，簡稱化學PIC教學模式，將化學探究教學過程分為提問、猜想、驗證、解釋、遷移5個階段，逐步實踐探究學習的要求。本教學模式旨在使學生體驗到探究過程，了解科學的本質，并能在新形勢下形成對問題的合理解釋[1]。

化學概念課是高中化學課程的重要組成部分，但由于其比較抽象，學生在學習中往往缺乏興趣和耐心。本文以“難溶電解質的溶解平衡”為例，采用PIC教學模式進行設計，力求展現一節具有探究學習性質的概念型新課。

一、教學設計

1. 設計思路

以難溶電解質溶解平衡建構概念為主線，任務驅動為方法，實驗教學、類比教學為手段，構建以化學概念為目標的一種教學思路。

2. 教學方法

PIC教學模式以問題為中心，強調引導學生自主建構知識網絡體系。在本節課中筆者運用這種教學模式設計教學過程，以各個問題情景為明線，以知識建構為暗線。

3. 教學流程

二、教學目標（見表1）

三、教學重難點

通過理論探究及實驗探究，掌握難溶電解質的溶解平衡；

學會從平衡角度分析判斷溶解平衡的移動。

四、教學環節

情景引入：展示圖片，設置問題

[提問] 課本向我們提的第一個問題是：1、Ag+和Cl- 結合生成AgCl的反應能進行到底嗎？

[展示]在日常生活生產中，像這樣的問題還有很多。

2、吃糖過多為何會產生齲齒？

3、“鋇餐”為何不選擇BaCO3？

4、溶洞是如何形成的？

[板書]第四節 難溶電解質的溶解平衡

[設計意圖]連續設問，創造問題情景，引導學生產生疑問，并帶著疑問進入課堂。從教材中Ag+和Cl- 反應的限度問題開始，連續提出了齲齒的產生、醫學上的“鋇餐”、溶洞的形成等問題。把疑問從化學平衡的理論一步一步地帶到生活中，引導學生學習理論去解決生活問題。

任務1：建立飽和NaCl溶液的溶解平衡

[過渡]為了找到問題的答案，我們需要研究難溶電解質的溶解平衡。而在此之前，我們得先從建立可溶電解質的溶解平衡入手，由易到難，水到渠成。

[展示]室溫下NaCl的飽和溶液，并明確NaCl的溶解是在水分子的作用下實現的。

[提問] 欲使該溶液中的NaCl析出的方法有哪些？

[回答]加熱濃縮（蒸發結晶）。

[提問]在該溶液中滴加幾滴濃鹽酸，有何現象出現？

[演示實驗] 取1mL飽和NaCl溶液于試管中，滴加2～3滴濃鹽酸，觀察到大量白色沉淀產生。

[討論]你認為出現上述現象的原因是什么？

[分析]從溶液中離子的組成判斷，析出的沉淀只能是NaCl晶體。由于加入濃鹽酸，使c（Cl-）增大，從而使溶液中Na+和Cl-結晶速率加快，故有NaCl晶體析出。

[板書]建立平衡：NaCl（s）Na+（aq）+ Cl-（aq）

改變條件：溶液中c（Cl-）增大

平衡移動：平衡左移

造成結果：NaCl晶體析出

[設計意圖]通過演示實驗，觀察實驗現象，在問題的驅動下，結合化學平衡解決問題，初步認識飽和NaCl溶液中也存在溶解平衡現象，逐步建構可溶性電解質的溶解平衡，為難溶性電解質的溶解平衡的建立做鋪墊。

任務2：建立Mg（OH）2沉淀的溶解平衡

[過渡] 可溶性電解質溶液存在溶解平衡，難溶（不溶）電解質溶液是否也存在溶解平衡？

[講解]我們知道，溶液中有難溶于水的沉淀生成是離子發生的條件之一。例如，MgCl2溶液和NaOH溶液混合，生成白色沉淀Mg（OH）2（Mg2+ + 2OH- Mg（OH）2↓）。

[引導]查閱Mg（OH）2的溶解性——不溶。為了驗證Mg（OH）2的溶解性，我們將進行實驗探究。

[分組實驗] 取少量Mg（OH）2于試管中，加入約2mL蒸餾水，振蕩，再滴入2～3滴酚酞溶液。

觀察到：試管中仍有白色固體，加入酚酞后溶液變紅。

[提問]你認為出現上述現象的原因是什么？

[分析] 溶液變紅→溶液呈堿性→溶液中有足量OH-→有少量Mg（OH）2溶解。

[板書]Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）+ 2OH-（aq）

[設問]溶解性表錯了嗎？

[分組討論]查閱溶解度表與溶解性表，談談你對“溶”與“不溶”的理解。

[講解]習慣上，將溶解度小于0.01g的電解質稱為難溶電解質。溶與不溶是相對的，不存在絕對不溶的物質。

[過渡]既然Mg（OH）2沉淀在溶液中存在少量溶解現象，那么它應該存在溶解平衡。

[展示]Mg（OH）2固體在水分子的作用下溶解變成離子及離子通過碰撞重新結合為Mg（OH）2沉淀的微觀過程。

[講解]從固體溶解的角度理解Mg（OH）2在溶液中存在兩個過程：一方面，少量 Mg（OH）2沉淀溶解在水中形成Mg2+和OH-；另一方面，溶液中的Mg2+和OH- 結合成沉淀在Mg（OH）2表面析出。

[板書]Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）+ 2OH-（aq）

[提問]難溶電解質[如Mg（OH）2]在溶液中什么時候就算達到溶解平衡？

[回答]在一定條件下，當沉淀溶解和生成的速率相等時，形成Mg（OH）2飽和溶液，即建立了動態的溶解平衡。

[引導]結合化學平衡的定義，請同學們在學案上填寫難溶電解質溶解平衡的定義。

[板書]1、難溶電解質溶解平衡的定義

[總結]在一定條件下，難溶電解質溶解成離子的速率和離子結合成沉淀的速率相等，溶液中各離子的濃度保持不變的狀態，就是難溶電解質的溶解平衡狀態。

[引導]結合化學平衡的特征，請大家歸納出難溶電解質溶解平衡的特征。

[板書]2、特征：逆、等、動、定、變

[總結]逆→可逆過程

等→v（溶解）= v（沉淀），溶液達到飽和

動→動態平衡，v（溶解）= v（沉淀）≠ 0

定→溶液中各離子濃度保持不變

變→條件改變，平衡發生移動

[引導]如何用方程式表示Mg（OH）2的溶解平衡過程？

[板書]3、表達式：Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）+ 2OH-（aq）

[練習]請書寫以下物質溶解平衡的表達式：氯化銀、氫氧化鋁。

[回答]AgCl（s）Ag+（aq）+Cl-（aq）

Al（OH）3（s）Al3+（aq）+3OH-（aq）

[學以致用]1、Ag+和Cl-的反應能進行到底嗎？

[分析]Ag+和Cl-反應產生的AgCl沉淀存在溶解平衡。生成沉淀的離子反應不能真正進行到底。所謂沉淀完全在化學上通常指殘留在溶液中的離子濃度小于1×10-5 mol/L。

[引導]難溶電解質存在溶解平衡，平衡在什么情況下會發生移動呢？結合化學平衡的影響因素，請大家歸納出難溶電解質溶解平衡的影響因素。

[板書]4、影響難溶電解質溶解平衡的因素

[匯報]（1）內因：電解質本身的性質（主因）

（2）外因：

①濃度：減小離子濃度或加水，平衡向沉淀溶解的方向移動。

②溫度：升高溫度，促進多數沉淀溶解。[特例：Ca（OH）2]

[設計意圖]任務2是這節課的重點內容，通過對實驗探究的宏觀理解，結合Mg（OH）2溶解平衡的微觀解釋，運用“問題—探究—建構”PIC模式，通過類比、歸納，引導學生自主得出難溶電解質溶解平衡的定義、特征、表達式和影響因素，突破了這節課的重點內容。

學以致用：重回情景，解釋生活生產中具體問題

[學以致用]2、人體牙齒主要的無機成分是羥基磷灰石[Ca5（PO4）3（OH）]，其存在溶解平衡：

Ca5（PO4）3（OH）（s）5Ca2+（aq）+ 3PO43-（aq）+OH-（aq）

如果我們吃過多甜食，口腔中殘留的食物在酶的作用下，會分解產生酸性物質，易導致齲齒的發生。

[回答]酸性物質含大量H+，能結合OH-使c（OH-）減小，羥基磷灰石的溶解平衡向溶解方向移動，結果牙齒溶解了，形成齲齒。

[引導]從溶解平衡的角度分析問題有三個步驟：條件改變——平衡移動——造成結果。

[學以致用]3、由于Ba2+有毒，所以水溶性鋇鹽不能用作“鋇餐”。BaCO3和BaSO4都是難溶于水的，但是BaCO3不可用作鋇餐，而BaSO4則可以。

[回答]胃酸（主要成分是鹽酸）與CO32-反應，使BaCO3的溶解平衡右移，造成Ba2+濃度增大而引起人體中毒。

[設計意圖]①緊扣情景引入，引導學生從難溶電解質溶解平衡的角度解釋齲齒的成因，“鋇餐”的選擇問題，達到學以致用的目的；②培養學生從難溶電解質溶解平衡的角度分析問題和文字表達的能力。

任務3：驗證Mg（OH）2沉淀溶解平衡的移動

[拓展延伸] 為了更好地理解難溶電解質溶解平衡及平衡的移動，我們將對一些影響因素進行深入分析。

[設計實驗]Mg（OH）2存在以下平衡：Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）+ 2OH-（aq），請設計實驗方案，促進Mg（OH）2沉淀溶解。

[回答]1、升高溫度；2、加入蒸餾水；3、加入鹽酸；4、加入NH4Cl溶液……

[提問]加入NH4Cl溶液真能促進Mg（OH）2沉淀溶解？

[演示實驗]取1mL 1mol/L MgCl2溶液于試管中，加入1mL 2mol/L NaOH溶液，振蕩。待完全反應生成Mg（OH）2沉淀后，再加2～3mL NH4Cl溶液，振蕩。觀察到白色沉淀逐漸溶解。

[拓展延伸]思考NH4Cl溶液為什么能促進Mg（OH）2沉淀溶解？

[討論匯報]討論后有兩種預測結論：① 部分學生認為NH4Cl在水中完全電離出NH4+，NH4+結合OH- 使沉淀溶解；② 部分學生認為NH4Cl水解顯酸性消耗OH-使沉淀溶解。

[引導]現在的問題是：到底是NH4+促進沉淀溶解還是H+促進沉淀溶解？

[提問]結合所學的知識，請大家設計實驗驗證剛才的預測。

[引導]我們知道，酸是可以和堿反應使Mg（OH）2沉淀溶解的，也就是說足量H+可以促進Mg（OH）2沉淀溶解。那么我們要驗證的是足量NH4+能否促進Mg（OH）2沉淀溶解。NH4Cl水解顯酸性顯然不是合適的試劑，若要排除H+的干擾，盡量選擇中性試劑。

[幫助]桌面上有CH3COONH4 溶液，幾乎呈中性。

[分組實驗] 取1mL 1mol/L MgCl2溶液于試管中，加入1mL 2mol/L NaOH溶液，振蕩。待完全反應生成Mg（OH）2沉淀后，再加2～3mL CH3COONH4 溶液，振蕩。

[觀察驗證]沉淀逐漸溶解，說明是NH4+結合OH-使沉淀溶解。

[講解]溶液中離子的行為是復雜的，有多種因素在影響著，我們要確定哪種因素是主要的。NH4Cl在水中完全電離出NH4+，只有極少數發生水解，因此NH4+結合OH-使沉淀溶解是主要影響因素。但少數NH4+水解后產生的H+也能結合OH-使沉淀溶解，只是在這個問題上它不是主要因素。像AlCl3使Mg（OH）2沉淀溶解的原理也是一樣的。

[設計意圖]通過促進Mg（OH）2沉淀溶解的實驗方案設計，加深對難溶電解質溶解平衡的理解；通過實驗探究，解決了溶解平衡移動的認知障礙，并使學生再次親身體會并感受難溶電解質中存在溶解平衡現象。

小結歸納：難溶電解質的溶解平衡

[投影]難溶電解質的溶解平衡

1、定義：

2、特征：逆、等、動、定、變

3、表達式：Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）+ 2OH-（aq）

4、影響因素：內因（物質本身）；外因（c、T）

[科學視野] 溶洞都分布在由石灰巖組成的山巖中，石灰巖的主要成分是CaCO3，當遇到溶有CO2的水時，會發生反應生成溶解度較大的Ca（HCO3）2。

CaCO3（s）Ca2+（aq）+CO32-（aq）

CO32-+CO2+H2OHCO3-

溶有Ca（HCO3）2的水遇熱或壓強突然變小時，溶解在水里的Ca（HCO3）2就會分解，重新生成CaCO3沉積下來，同時放出CO2：Ca （HCO3）2CaCO3 + CO2↑+H2O，洞頂的水在緩慢向下滲透時，水中的Ca（HCO3）2發生上述反應，有的會沉積在洞頂，有的會沉積在洞底，洞頂的形成鐘乳石，而洞底的形成石筍，當鐘乳石與石筍連接在一起時就形成石柱。

[作業]

《課時作業》+《每課一題》

五、教學反思

本節課的教學思路是先創設多問題情景，引導學生帶著問題進行探究；通過3個任務，幫助學生建構難溶電解質溶解平衡的模型及溶解平衡移動的思維；最后再用所學知識應用于情景，解決問題。

在評課過程中，老師們普遍認可PIC（問題—探究—建構）教學模式的應用價值，并提出應大力推廣。這種問題驅動—實驗探究—概念建構的教學模式適用于新課標下的化學概念型新課，以其趣味性、實用性、自主性獲得學生的喜愛。課后的調查反饋出了學生對難溶電解質的溶解平衡模型掌握得比較牢固，對用文字解釋溶解平衡移動的問題也能適當遷移應用。

還有，部分老師認為本節課的知識體系的構建完全建立在探究學習基礎之上，充分發揮了學生的主觀能動性，讓學生過程緊張、有序而不冗長。通過“向溶液中滴加濃鹽酸，有何現象？”“Mg（OH）2固體加入蒸餾水后再滴加酚酞，溶液會不會變紅？”“加入NH4Cl溶液真能促進Mg（OH）2沉淀溶解？”“NH4Cl溶液為什么能促進Mg（OH）2沉淀溶解？”的實驗探究，使學生燃起探究熱情，對未知領域的探索充滿欲望，進而使課堂有趣且緊張，活潑且有序。

不足之處是在建構難溶電解質的溶解平衡的模型時，只使用“三重表征”方法，如果能夠運用圖像建構“四重表征”會更好。另外本節課沒有完全按照教材體系授課，而是將第四節內容進行整合，旨在學生能夠理解難溶電解質的溶解平衡的模型，故沒有引入定量因素Ksp，而是將其放在下一個課時。

參考文獻

[1] 王肇源.新課程模式下化學探究教學的PIC模式[J].吉林教育·教科研版，2007，（5）