建構基本觀念 豐富學生的科學素養

李文良+張麗芳

[摘 要]

對滬教版“中和反應”課題設計的背景、課程標準、教材和學情進行科學分析，以“微粒觀、計量觀、實驗觀”等化學基本觀念為統領，倡導從具體性知識傳授到核心觀念建構的教學研究。

[關鍵詞]

化學觀念；建構；中和反應；手持技術

一、教學設計的背景分析

新一輪基礎教育課程改革對“學科基本觀念”給予充分的重視，強調培養學生持久性影響的化學觀念。宋心琦教授認為：“學生能否牢固地、準確地、哪怕只是定性地建立起基本的化學觀念，應當是中學化學教學的第一目標。”因此，較之以往的傳統教學，中學化學教學不能局限于具體化學知識本身，應從傳授事實、掌握知識轉變為應用事實、發展觀念，即要從“知識為本”的教學轉向“觀念建構”的教學，學生從中親身體驗化學知識的發現過程和應用價值，感悟化學知識蘊含的思想、觀念和方法，從而實現科學素養的全面提高。

“中和反應”是滬教版九年級化學下冊第七章“應用廣泛的酸、堿、鹽”之第二節“常見的酸和堿”中課題3的內容。中和反應是個宏觀的概念，反應的實質是酸和堿電離出的微觀離子之間的反應，教學過程中需要透過宏觀的性質和現象來分析微觀本質，從而形成有關化學觀念。本課題教學主要運用微粒觀、分類觀、變化觀、計量觀和化學價值觀等觀念確定教學設計的思路。

二、教材和學情分析

（一）教材分析

本課題的教材編寫是從實驗入手介紹中和反應，中和反應既是對酸和堿的化學性質的延續和深化，同時引出了另一類化合物——鹽，對后續鹽和化肥的學習起承上啟下的作用。關于中和反應的應用，教材從酸堿性的角度說明了它在實際中的價值。教材安排的活動與探究，主要是讓學生通過親身體驗，增強對教學內容的認識。所以本教材沒有簡單地將它作為酸堿的性質來介紹，而是專門編成一個課題來說明，這樣既順應了學生深入學習的需要，又體現了中和反應的重要性：一方面為高中中和滴定的學習起到銜接作用；另一方面讓學生了解和感受化學與生產、生活的緊密結合，為學生進入社會儲備必要的化學知識。

促進觀念建構的教學要有引領教學的觀念目標，為學生的思維活動指明方向。本課題涵蓋了“中和反應”基礎知識的觀念主要有實驗觀、微粒觀和計量觀。具體來說，就是學生能從定性和定量的角度探究酸與堿的反應，能從微粒的角度分析中和反應的實質，能從轉化的角度理解化學學科對人類的貢獻，從而感受化學學科的價值。

（二）學情分析

在知識承接上，學生已經初步認識酸堿指示劑、酸和堿的主要性質；在能力方面，學生具備初步的實驗操作技能、探究能力以及分析與解決問題的能力，為本課題的實驗探究奠定了基礎。雖然九年級的學生對實驗探究有濃厚的興趣，但實驗探究能力和觀察能力不強。同時，中和反應的本質是學生看不見、摸不著的微粒，需要學生具備較高的抽象思維能力。此外，學生習慣于定性認識實驗，缺乏定量認識的思維。因此，本課題立足于建構基本觀念的目標，按照“最近發展區”理論，將具體知識和核心概念的理解轉化為問題，以問題鏈的形式激發引導，幫助學生逐步形成認識思路和方法，設計有利于學生自主學習的情境，并借助手持技術和多媒體動畫形式，學生可以直接觀察動態變化的實驗過程，在想象中真切體會到微觀離子的反應過程，進而從微觀、動態、定量的角度讓學生在解決問題的過程中學習具體知識，生成與發展化學觀念。

三、教學流程

（一）環節1：硫酸灌裝車泄漏，引入課題

【視頻】高速路上兩車追尾，濃硫酸泄漏，濃煙滾滾，情況危急，有關部門緊急調運熟石灰用來搶險。

設計意圖：由新聞報道“硫酸灌裝車泄漏”引入，給學生制造感官沖擊；該情境貼近學生的生活。簡短的情境，迅速吸引了學生的注意力，既節約了課堂時間，又能激發學生的求知欲。

（二）環節2：利用酸堿特性分別消失，探究酸和堿能發生反應。

【提出問題1】酸和堿能不能發生反應？

【學生分組實驗1】取少量氫氧化鈉溶液，滴加鹽酸，觀察現象

【討論分析1】現象：沒有明顯現象；結論：無法判斷酸與堿能不能發生反應。

【教師演示實驗2】向兩份相同質量的氫氧化銅分別加入等體積的水和稀鹽酸，引導學生觀察現象。

【討論分析2】現象：氫氧化銅不溶于水，加入鹽酸后藍色沉淀消失；結論：酸堿會發生反應。

設計意圖：設置不同的實驗感受酸堿反應，形成中和反應的感性認識；不同的現象引發學生的認知沖突，培養學生對比分析能力，激發學生探究未知世界的興趣，從中建構實驗探索未知的實驗觀，體現“實踐出真知”思想。

【提出問題2】如何進一步判斷酸和堿是否發生反應呢？

【學生猜想】若沒有反應，混合物中既有酸又有堿

【實驗方案的設計】引導學生自主設計方案

【學生分組實驗3】將上述“實驗1”的混合物分成三份于燒杯中，一份證明混合物中是否存在酸，方法：加鎂條等；一份證明混合物中是否存在堿，方法：加酚酞等，并與最后一份原溶液進行對照，現象以及結論如表1。

【討論分析3】通過實驗現象，可以由酸和堿的特性消失，從而證明酸和堿發生了反應。

【學生分組實驗4】①將實驗3變紅的試管繼續加入稀鹽酸，振蕩，觀察現象。②溶液變為無色后，往試管再加入鎂條，觀察現象。現象以及結論如表2。

【討論分析4】本實驗再次說明酸與堿不能共存，會發生反應。同時，發現酸與堿會過量，怎樣才能使酸堿恰好完全反應？

設計意圖：教師引導學生創設出富有啟發性的問題情境，啟發學生積極思維，激發探究欲望，學生根據已有的經驗和知識設計實驗方案，親身經歷科學探究的過程，形成根據實驗現象得出結論的習慣和能力，充分體現了學生是課堂的主體。期間，主要引導學生建構用已知探索未知實驗觀，并從酸堿反應初步感受 “對立統一”思想。endprint

【提出問題3】如何通過直觀現象，控制酸的用量，控制酸與堿反應的程度呢？

【學生分組實驗5】1.在盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中滴入幾滴無色酚酞試液。再用膠頭滴管吸取鹽酸逐滴加入盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中。邊滴邊攪拌，當燒杯中溶液剛好變成無色時，停止加入鹽酸。

2.取“1”所得的少量溶液于一支試管中，另用一支膠頭滴管，向試管中加入一滴氫氧化鈉溶液，溶液的顏色又發生什么變化？這說明了什么？

3.用玻璃棒蘸取“1”所得的溶液，加熱至蒸干，觀察到什么現象？

【討論分析5】1中剛開始溶液顯紅色，隨著鹽酸的加入，二者發生反應，溶液剛好變為無色，說明堿與加入的酸剛好反應，堿的特性消失。

2中滴入氫氧化鈉溶液時，溶液由無色變為紅色；再次說明“1”中的氫氧化鈉溶液與所加入鹽酸恰好完全反應。

3中有白色固體析出。

設計意圖：實驗5的內容較多，采用逐步實驗逐步引導分析，降低學習難度。整個過程，學生將原有的知識經驗作為其新知識的生長點；學會了使用酸堿指示劑判斷中和反應的發生，掌握了探究中和反應產物的方法。同時，增強了實驗操作技能和觀察能力。

（三）環節3：主要引入DIS數字化系統來探究酸和堿發生了怎樣的反應。

【提出問題4】酸與堿混合后，溶液的酸堿性如何變化？

【教師演示實驗6】采用pH傳感器和溫度傳感器實時監測反應過程中溶液的溫度和酸堿性的變化。

【討論分析6】將鹽酸滴入含有酚酞的NaOH溶液，來探究pH變化曲線和溫度變化曲線，其中溫度、pH以及反應過程中pH和溫度曲線的實時結果如圖1。

1.探究pH變化曲線

（1）滴入鹽酸前，燒杯溶液中的NaOH的pH>7，溶液呈紅色。

（2）隨著HCl加入，堿與酸反應，堿性逐漸減弱，pH逐漸減小，曲線呈下降趨勢。

（3）當pH=7時，酸堿的特性消失，滴入的酸剛好和燒杯中的堿完全反應。

（4）繼續滴入鹽酸，鹽酸會過量，酸性增強，溶液的PH<7，溶液為無色。因此溶液為無色時，存在兩種情況。一種是酸堿恰好反應，另一種是酸過量。

2.探究溫度變化曲線

（5）隨著酸與堿的反應，溫度逐漸升高。當溫度達到最高時，說明酸堿恰好完全反應。隨后，在沒有熱量放出以及外界和滴入鹽酸的冷卻下，溫度逐漸下降。

【小結】氫氧化鈉溶液能與鹽酸反應，反應時放熱。當滴入的鹽酸量較少時，溶液中氫氧化鈉有剩余，溶液呈堿性，pH>7；當滴入的鹽酸量與氫氧化鈉恰好完全反應時，溶液呈中性，pH=7；當滴入的鹽酸過量時，溶液中鹽酸有剩余，溶液呈酸性，pH<7。

設計意圖：手持技術采集實驗過程中的溫度和pH等數據，數據的變化與實驗過程同步；同時，pH 和溫度曲線的自動生成呈現于屏幕上，學生對pH和溫度變化有更直觀的感性認識。通過DIS數字化系統，將中和熱以數據和曲線的形式呈現，學生在觀察過程中首先看到的是曲線的走向，不一定注意到數值的變化，提出圖像的觀察分析需定性與定量相結合，學生從中提高圖像分析能力。

引入DIS數字化系統，一是可以充分利用數形結合思想，讓學生在“做”中體會數據處理的重要意義，完善學生對計量觀的建構，培養細致嚴謹的科學品質；二是使數據的采集與處理變得更加方便，學生利用直觀的數據，實現了實驗從定性認識到定量認識的實驗觀轉變。

（四）環節4：借助Flash動畫，促進學生中和反應概念的形成與升華

【提出問題5】酸和堿為什么會發生反應？發生怎樣的反應？

【視頻】播放酸堿中和反應原理flash動畫

【討論分析】酸電離出的H+和堿電離出的OH-結合產生了H2O。

反應實質：H++OH-=H2O

反應原理：NaOH+HCl=NaCl+H2O

【分析小結】實驗5用玻璃棒蘸取“1”所得的溶液，加熱至蒸干，得到的白色固體就是氯化鈉。

【練一練】書寫化學方程式：

氫氧化鈣與鹽酸 氫氧化鈉與硫酸 氫氧化鈣與硫酸

【歸納總結】由金屬離子（或銨根離子）和酸根離子構成的一大類化合物稱鹽。酸和堿作用使各自的特性都消失，生成鹽和水的反應稱為中和反應。

設計意圖：根據以前的電離知識，結合酸堿混合時的動畫演示，幫助學生從微粒的角度認識中和反應的實質，實現學生對中和反應從感性認識到理性認識的升華；引導學生轉換觀察角度，運用宏觀與微觀結合的學科特征思維看問題，形成“抽象理論形象化”的思想，進而培養“用宏觀體會微觀”“用微觀解釋宏觀”的科學研究方法，建立正確的化學反應的微粒觀。同時，通過化學反應過程中離子的重新組合建構“化學變化過程中元素不變”元素觀。最后，通過三個典型的中和反應方程式，增強知識遷移的能力，總結出鹽的組成，滲透物質的分類觀，為后續鹽的學習做好鋪墊。

（五）環節5：創設情境，實現知識的遷移與應用

【討論】濃硫酸泄漏撒熟石灰的原理是什么？

【分析與歸納】投影有關中和反應在實際應用中的圖片，總結中和反應的應用：

1.改良酸性土壤；2.處理工業廢水；3.用于醫藥工業；4.用于實際生活

設計意圖：前后呼應，激發學生發散思維，應用所學知識解決生產生活中的問題，讓學生深刻感受到化學知識與生產生活實際的密切聯系，形成“化學來源于生活，服務于生活”理念，感受化學知識的實用價值，形成“化學價值觀”觀念；從中和反應的實際應用中，有選擇性地使用酸堿引導學生樹立環保理念，建構“化學與可持續發展”觀念，從而鞏固學生“性質決定用途”的化學思想。

四、教學反思

本課題的教學設計體現“從生活走進化學、用實驗探究化學、從化學走向社會”理念，在教學中以問題鏈的形式來創設學習情境和探究活動，“通過酸堿特性消失，探究酸堿是否反應”，“通過手持技術，動態探究酸堿反應的過程”、“通過flash動畫，探究酸堿反應的本質”，從而引領學生主動探究，積極建構。系列問題的引導與實驗的同步進行，不僅關注了學習內容本身，而且關注了學生的自主學習和主動參與；不僅關注了學生認識思路和方法的感悟，而且關注了學生化學觀念的形成與發展。更重要的是讓學生經歷科學理性的思維過程，在分析和解決問題的過程中去反復認識、體驗和感悟中和反應，從而促進學生探究能力的培養和科學素養的提升。

[參 考 文 獻]

[1]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]中學化學國家課程標準研制組.義務教育教科書：化學（九年級下冊）[M].上海：上海教育出版社，2012.

[3]吳海霞.基于觀念建構的化學概念教學[J].中學化學教學參考，2014（1-2）.

[4]陸軍.培養學生學科觀念的化學課堂教學策略[J].化學教學，2013（5）.endprint