夯實高效化學課堂之根，彰顯學科核心素養之魂

王偉峰

摘要：以“水的電離和pH”的教學設計為例，創設真實情境，以DIS實驗為載體，通過問題引導、數據分析、歸納總結、拓展遷移等教學策略提高課堂效率，落實化學學科核心素養。

關鍵詞：化學核心素養；高效課堂；教學設計

文章編號：1008-0546（2018）11-0039-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.012

一、問題提出

水的電離和pH知識點分別位于上海科學技術出版社出版的滬教版化學高一下學期第五章第二節和第七章第一節，教材的編寫使得知識點零散，缺乏整體性。

華東師范大學鐘啟泉教授曾指出：落實核心素養，需要“脈絡化”與“情景化”的教學 [1]。如何創設合理的情境在教學設計中圍繞核心知識將零散的知識點串聯起來呈現清晰的思維脈絡是落實核心素養的基礎。筆者就以“水的電離和pH”教學為例淺析如何夯實高效化學課堂，培養學科核心素養。

二、設計思路

課堂的高效性體現在使教學目標達成的同時采用合理的教學策略調動學生的積極性和主動性來高效地完成學習目標。本節課的教學設計以水的電離平衡為核心知識，以“水的pH和溫度的關系”實驗為載體，將“溶液酸堿性判斷方法”、“水的離子積常數Kw”和“pH的應用”通過創設情境、問題引導、數據分析、歸納總結、拓展遷移等方法引導學生自主學習、積極思考，自主構建知識網絡，滲透化學學科核心素養。

三、教學目標

（1）學會書寫水的電離方程式；說出水的離子積含義及表達式 [2]。

（2）理解溫度、外加酸或堿對水的電離平衡移動的影響。

（3）知道pH的意義及數學表達式，并學會計算簡單的強酸強堿溶液的pH。

（4）理解溶液酸堿性的本質及與pH值之間的關系。

（5）學習在宏觀、微觀、符號三者之間建立聯系的化學思維方法。

四、教學過程

1.創設情景，引發深入思考

教師：pH是水溶液的最重要的理化參數之一，化學變化以及生產過程都與pH有關。對于純水和它的pH你有多少了解呢？

教師：（展示一瓶農夫山泉礦泉水）該水的pH等于多少？

學生：pH等于7；pH略大于7，是弱堿性的水。

教師：幾年前，農夫山泉在營銷時曾稱它的pH為7.3±0.5，是天然的弱堿性水，多喝這種弱堿性水有益于身體健康（見圖1）。那么，如何利用pH來判斷溶液的酸堿性呢？

學生：pH<7，溶液呈酸性；pH=7，溶液呈中性；pH>7，溶液呈堿性。

教師：農夫山泉瓶身上有這樣一個標簽，pH值（25℃）7.3±0.5（見圖2）。討論pH時為何要標明溫度？水的pH與溫度有關嗎？

設計意圖：生活離不開化學，而化學又源自生活。從最熟悉的礦泉水來引入，既表明要善于關注生活中的細節，又激發學生的好奇心和探究問題的興趣，引發深層思考，有利于培養學生聯系實際、敢于提出質疑的科學態度。

2.巧做實驗，求取科學證據

環節一：水的pH和溫度的關系

[實驗視頻]在燒杯中加入約100mL蒸餾水，放在磁力加熱攪拌器上加熱并不斷攪拌，利用溫度傳感器和pH傳感器實時記錄水的溫度和pH值的變化。實驗裝置如圖3，實驗數據如圖4。

教師：通過實驗數據分析水的pH和溫度之間有怎樣的關系，并分析原因。

學生：水的pH隨溫度的升高而減小。pH=-lgc（H+），由此可知，隨著溫度的升高，水中的c（H+）逐漸增大。

教師：水中的H+從何而來？又為何隨著溫度的升高而增大呢？

學生：由于水是極弱的電解質，在純水及任何稀溶液中都存在這樣的電離平衡，H2O?H++OH-，水在電離過程中，共價鍵發生斷裂，需要吸收能量，故水的電離是吸熱的。溫度升高，電離平衡向著吸熱方向移動，即向著水的電離方向移動，促進水的電離，所以c（H+）逐漸增大，水的pH逐漸減小。

[過渡]既然pH與溫度有關，所以用pH來衡量溶液的酸堿性是不嚴謹的，應該有一定的限制條件，比如在室溫下（25℃）可以用pH與7的相對大小來判斷溶液的酸堿性。是否有其他方法判斷溶液的酸堿性？

設計意圖：通過實驗數據的分析，結合已有知識利用化學平衡移動原理找到合理解釋數據呈現的科學證據，讓學生體會由量變到質變的過程。深刻理解溫度對弱電解質的電離平衡產生的影響。

3.宏微分析，建立認知模型

環節二：判斷溶液酸堿性的方法

教師：表格中的pH和溫度數據是老師從探究純水的pH與溫度關系的實驗中摘錄的，請同學們通過小組合作討論完成這張表格（見表1）。

學生：根據水的電離方程式，水電離出的H+和OH-是等量的，所以水中的c（OH-）與c（H+）相等。并且水在任何溫度下都是中性的。

教師：基于表格數據的分析，可以通過怎樣的關系來判斷溶液的酸堿性？

學生：當溶液中c（H+）=c（OH-）時，溶液呈中性；當溶液中c（H+）>c（OH-）時，溶液呈酸性；當溶液中c（H+）

教師：溶液中c（H+）和c（OH-）的相對大小是溶液酸堿性的本質，在任何條件下，只要能判斷出c（H+）和c（OH-）的相對大小，就可以知道溶液的酸堿性。

設計意圖：通過小組討論協作的方式，牢牢結合純水的pH與溫度的實驗和水的電離方程式展開計算，從數據分析到總結規律，建立起“宏觀-微觀-符號”三重表征的思維方式。

4.總結歸納，尋找客觀規律

環節三：水的離子積常數Kw

教師：除了溫度，影響水的電離平衡移動的因素還有哪些？

學生：增大c（H+）或者c（OH-）都能使水的電離平衡向左移動，抑制水的電離，使水電離出的H+和OH-的數目均減小。

教師：加酸或者加堿都能抑制水的電離。在酸或堿的溶液中，c（H+）和c（OH-）大小關系又是怎樣的呢？請填寫下表并歸納總結規律（見表2）。

學生：溫度相同的不同溶液中，c（H+）和c（OH-）的乘積是一個定值，并且因為水的電離是吸熱的，隨著溫度的升高，電離平衡向右移動，導致溶液中c（H+）和c（OH-）增大，則兩者的乘積也變大，該定值變大。

教師：一定溫度下，水的離子積常數Kw=c（H+）×c（OH-），只與溫度有關，隨溫度升高而增大，適用于純水和所有稀的水溶液。并且在25℃時，Kw=1×10-14。

[課堂練習]25℃時，水的離子積常數Kw=1×10-14在pH=2的HCl溶液中，溶液中的c（H+）和c（OH-）分別為多少？水電離出的c（H+）為多少？

設計意圖：以水的電離平衡移動影響因素作為切入點，利用表格數據分析純水及酸或堿溶液中c（H+）和c（OH-）的關系，歸納總結出離子積常數及其與溫度的變化關系，提升學生的概念提煉能力。

5.聯系生活，提升科學內涵

環節四：pH的意義和應用

教師：人體血液的pH穩定在7.4±0.05之間是因為血液中的碳酸也存在類似水的平衡：H++HCO3-?H2CO3?H2O+CO2。血液中的pH是如何穩定的呢？

學生：人體血液pH的穩定也要靠人體內化學平衡的移動來保持。

（1）當產生的H2CO3過多，即由肺部通過加深呼吸排出______氣體，碳酸的平衡向___移動，減少的____由腎臟調節補充，使血液中HCO3-和H2CO3維持正常比例（物質的量之比為20 ∶ 1時，維持血液的pH為7.4），其pH保持穩定。

（2）當有堿性物質進入血液時，就跟H+作用使得血液中的c（H+）_______（選填“增大”或“減小”），碳酸的平衡向_____移動，所產生過多的HCO3-由腎臟調節吸收，同時肺部呼吸變淺減少CO2的排出，使血液的pH仍保持穩定 [3]。

教師：自然界中也存在碳酸的平衡，請計算此時正常雨水的pH。

[拓展提高]已知25℃時，c（H2CO3）=2×10-8mol/L，碳酸的電離平衡常數Ka1==2.5×10-4，計算此時正常雨水的pH。

[尾語]農夫山泉弱堿性的水是否真的像所說的那樣有利于人體健康嗎？

設計意圖：化學學科的學習不但要求掌握理論知識，更要具有理論聯系實際的觀念，能夠將化學成果應用于生產和生活中，了解化學對人類健康、生態環境、社會可持續發展帶來的影響。

五、教學反思

1.清晰的教學邏輯與關鍵的核心問題驅動是提高課堂效率的保證

本節課以農夫山泉礦泉水的pH和溫度之間的聯系引出問題，所有的實驗數據分析和問題討論以及學生活動等都緊緊圍繞水的電離方程式展開，形成了清晰明朗的化學思維邏輯教學主線，給學生帶來了全新的學習體驗。教材作為學生學習知識的素材和重要工具，對教材的結構和脈絡有清晰的認識、設計有效提問和逐層深入的任務是保證教師課堂效率的前提。

2.有效的學生活動與平等的師生對話是彰顯課堂活力的重要支撐

通過實驗視頻、實驗數據、圖表分析、小組討論等豐富的學生活動，激發學生的自主探究意識和主觀能動性，在教師引導下營造出師生平等、生生平等的和諧課堂氛圍，讓學生敢于提出質疑和新的看法，真正把課堂還給學生。教師和學生在相互激發下消除困惑、解決疑問、滿足需要的過程 [4]，也是師生教學相長的過程。

3.真實的情境創設與科學的證據推理是凸顯核心素養的重要策略

現代生活與化學緊密相連，不可分割。無論是“礦泉水”、“純水”還是“雨水”，水的話題貫穿本課始終，良好情境的創設激發起學生的好奇心和學習興趣，為實現課堂的高效性提供幫助。對于水的研究層層遞進，從宏觀辨識到微觀探析再到符號表征，科學的實驗探究和證據推理是化學學科核心素養的充分體現。

參考文獻

[1] 陳永平.走向化學高效課堂[M].上海：上海教育出版社，2017

[2] 上海市教育委員會教學研究室.上海市高中化學學科教學基本要求[M].上海：華東師范大學出版社，2017

[3] 上海市中小學（幼兒園）課程改革委員會.高級中學課本化學高中一年級第二學期[M].上海：上海科學技術出版社，2007：52

[4] 楊敏文.讓學生“動”起來 讓課堂“活”起來——“水的電離和溶液的pH值”的教學設計[J].衛生職業教育，2003（11）