基于PBL的實驗設計促進高中化學必修和選修的契合

李元華

【摘要】本文分析了魯科版必修、選修教材中離子反應的編寫和教師教學實踐中存在的問題，闡述了PBL的教學實驗設計在高中化學教學過程的具體實踐和教學反思。

【關鍵詞】離子反應 核心素養 基于PBL的教學實驗設計

【基金項目】福建省“十三五”第一批中學化學教學帶頭人培養對象科研課題“學習進階下電解質溶液核心概念的研究”，項目編號：XKHX2017008，福建省中學化學嚴業安名師工作室研究成果。

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）08-0015-02

魯科版必修《化學1》通過一些強電解質之間（氯化鋇與硫酸鈉、氫氧化鈉與鹽酸、碳酸鈉與鹽酸等）反應的實驗，呈現了離子反應的概念以及離子反應條件的基本知識。魯科版《化學選修4（化學反應原理）》則通過鹽酸和鋅粒、氫氧化鋇和硫酸鈉溶液、高錳酸鉀溶液與硫酸亞鐵溶液、鋅片與氯化銅溶液的反應，對離子反應的條件和實質加以完善，給出了離子反應的條件和實質。筆者在執教魯科版高中化學教材的實踐中發現教材中離子反應的編寫存在著必修和選修的脫節；在聽一些被指導的年輕教師的課時，發現教學中存在一些不妥的做法，致使學生對離子反應的實質不能很好地理解，尤其是離子互換型的離子反應發生條件是否一定要符合“電離平衡常數大的酸制取電離平衡常數小的酸或溶度積大的沉淀制取溶度積小的沉淀的規律”。

基于問題式學習（Problem？鄄Based Learning，PBL）是一種基于建構主義理念的教學模式[1]，該教學模式以問題為起點，教師通過創設情境，引導學生小組合作和自主探究，從而激發學生更深層次的認識，符合核心素養導向。本文基于教學和聽課發現的問題以及學生學習的實際情況，闡述了PBL的教學設計在高中化學教學過程的具體實踐和教學反思。

一、基于PBL的教學設計實例

以下是魯科版關于“離子反應”的教學實驗設計探討。

1.從基本概念引發的“PBL問題”

《高中化學課程標準（實驗）》對必修《化學1》“離子反應”的要求注重基礎，對電解質在水溶液中的電離有一定的認知，能知道離子反應的本質是離子濃度的變化，離子反應具體分類有復分解反應、氧化還原反應等，復分解反應伴隨的現象有產生氣體、沉淀或弱電解質，氧化還原反應伴隨的現象和反應的推動力比較復雜，沒有統一要求。《高中化學課程標準（實驗）》對《化學選修4（化學反應原理）》中離子反應則有更高的要求，增加了強弱電解質的化學反應，不但要求復分解反應型的離子反應，而且對可逆反應、氧化還原反應，絡合反應等等都要深刻理解，并且能夠結合熱力學特征，考察學生對反應限度與化學平衡的認知，從而進一步得出結論，離子濃度減小只是反應的推動力之一。

根據布魯納的觀點，每一個學科都含有一個基本框架，即基本結構，“教師首先要使學生理解所教學科的基本結構，這是基本要求，可以幫助學生在課后遇到問題的時候，能夠自我處理，或者在練習過程中遇到不一樣的難題時，能夠根據學科的基本結構來解決問題。

從基本概念引發的“PBL問題”，教材設計的6個實驗，見表1。

教材中設計的6個實驗將離子反應發生條件的教學難點化解，6個實驗完成后學生就自然而然地對離子反應概念、條件、規律產生了感性認識。就必修而言，實驗1、2的意圖是離子方程式概念及如何書寫離子方程式；實驗3讓學生感知沒有明顯現象出現也可以發生離子反應；實驗4、5、6讓學生看到三種互換型離子反應產生的現象，讓學生充分理解并掌握互換型反應的具體條件就是產生氣體，產生沉淀和弱電解質（如水）。而有水或氣體產生的互換型離子反應規律是相對較強酸（或較強堿）制取相對較弱酸（或較弱堿），有沉淀產生的互換型離子反應規律是溶解度大電解質制取溶解度小的電解質。

2.“PBL問題”在課程內容和進度上邏輯相配

選修模塊離子反應教學之前，學生除具有上述定性角度認識離子反應的能力外，還有定量角度認識離子反應的能力，如：酸（或堿）的強弱通過比較電離平衡常數大小來判斷，沉淀溶解度的大小通過溶度積大小來判斷等等。選修模塊離子反應在《化學選修4（化學反應原理）》首先設置一個交流研討與四個探究實驗，見表2。

表2化學選修4離子反應中的四個探究實驗

對于選修教材設置的交流研討與探究實驗，筆者的看法是：交流研討與探究實驗明顯滯后于教學的進程和選修教學要求，滯后于學生科學素養的提升。基于具體學情，筆者談談如何開展選修模塊中離子反應教學設計與實施。

展示硫化氫一系列性質實驗，包括硫化氫制備、硫化氫分別通入紫色石蕊溶液、硫酸銅溶液、溴水、氯化鐵溶液、酸化高錳酸鉀溶液，最后用氫氧化鈉溶液進行尾氣吸收，要求學生書寫有關硫化氫一系列性質實驗中涉及的離子反應方程式并且總結離子反應的條件；從制硫化氫反應提出是否所有反應均要符合電離度大的酸制取電離度小的酸規律，根據硫化氫通入硫酸銅溶液產生黑色沉淀的特例，通過給定數據如硫化銅的溶度積、飽和硫化氫溶液中的硫離子濃度等進行計算，從溶度積規則進行判斷為什么可以由電離度小的酸生成電離度大酸的反應發生。通過在碘化銀沉淀混合液中加入硫化鈉溶液后產生黑色沉淀的實驗提出是否所有沉淀的轉化反應均要符合溶解度大的沉淀制取溶解度的沉淀的規律；通過在硫酸鋇沉淀混合液中加入等體積的飽和碳酸鈉溶液（物質的量濃度約為2mol.L-1）后，溶度積小的硫酸鋇會轉化為溶度積大的碳酸鋇沉淀的事實，利用溶度積規則解釋為什么可以有溶解度小的沉淀轉化溶解度大的沉淀反應發生。最后得出結論即離子反應本質就是要符合溶度積規則，建立解決沉淀溶解平衡問題的證據推理和模型認知。

3.“PBL問題”有利于學生發展有效的假設演繹推理

在必修1的第二章第三節“氧化還原反應”的課程中，學生不僅要獲得對應的化學知識，更要從微觀層面上認識水溶液中的各種微粒之間的相互作用，需要將化學觀點（微粒觀和平衡觀）為落腳點，圍繞離子反應的條件為核心，引領學生發展有效的假設演繹推理，如Fe3+與SCN-、Al3+與OH-形成配位化合物 等；教材把相對較強酸制取相對較弱酸的互換型離子反應發生的一般規律進行分解到各個章節的元素化合物知識中，如：亞硫酸鈉固體中滴加硫酸制取二氧化硫實驗，碳酸氫鈉固體中滴加鹽酸生成二氧化碳氣體，氯化銨固體中滴加濃氫氧化鈉溶液產生氨氣，硅酸鈉溶液中通二氧化碳產生白色沉淀等等；而在碳的多樣性及硫的轉化中涉及氯化鋇溶液通入二氧化碳（或二氧化硫）不會產生沉淀，而將硫化氫通入硫酸銅溶液反而產生黑色沉淀，這個現象與之前所認識的強酸制備弱酸的有很大的沖突，引發其對此反應的再思考，學生在困惑中產生探究的沖動，這為選修教學埋下了伏筆。

二、反思與建議

化學必修一的目的是培養中學生的化學素養，認識與生產生活中常見的化學物質，初步行程化學概念和塑造一定的科研能力，應該淡化邏輯性、關聯性，強化應用性。教育的目標不是要使學生沒有問題，而是讓學生產生新問題，給學生留下思考的問題，把相關問題的本質聯系，明確更為上位、更為基本的問題，為后續教學找到突破口。離子反應的教學分別在必修和選修中進行，必修教學就應該為學生留下疑問，留下需要解決的問題。

離子反應的教學從必修到選修一脈相通，對于學生形成正確認識、理解離子反應的實質的作用至關重要。對于必修教材離子反應的教學，考慮到知識的階段性，教學時對有利于當時課堂教學的現象加以有選擇地利用是正確的，但不能忽視或回避其他對選修教學有價值的信息。對于選修教材的教學，筆者認為應該無縫對接必修教材，重新設計一些有創新綜合性化學實驗和探究問題，從必修教材中離子反應的一些反常現象入手，讓學生深入思考解決問題的方法。學生對離子反應不能很好地理解，有教材編寫的原因，也有教師教學的問題。筆者希望教材的編寫不但要從學科知識上來考慮，更要從科學方法上來思考，使得選修教材不再只是學科知識的再現或者是加深，還應是科學素養的提升；教師的教學既要考慮當前，也要著眼長遠，方能使教學根基深厚、相映成章。

參考文獻：

[1]劉儒德.問題式學習：一條體現建構主義思想的教學改革思路[J].電化學研究，2000，（2）：3-9