核心素養指導下探究式學習的教學

摘 要：探究式學習是培養學生化學核心素養教學模式的一種。以“沉淀溶解平衡”教學設計為例闡述探究式學習的實踐運用，提高學生分析解決問題的實踐能力。探究式學習能將所學知識放到具體問題中加以運用，讓學生在真實情境中就如何檢測自來水中氯離子含量，分析信息是否為謠言做主線，利用沉淀溶解平衡知識完成實際分析工作，讓學生學到知識的同時能感性地體會到知識與實際應用之間的關系，有利于培養能綜合運用所學知識解釋和解決有關的STSE問題的人才。

關鍵詞：核心素養;探究式學習;沉淀溶解平衡;教學設計

探究式學習引導學生在真實情境中提出問題、分析問題及解決問題，有助于學生在沉淀溶解平衡學習中建立科學探究與創新意識。對實驗進行理論計算、分析及評價，有利于學生形成完整的知識體系，提升證據推理與模型認知的能力。觀察實驗現象了解溶解平衡的微觀本質，有助于構建變化觀念與平衡思想。利用學科知識分析信息真實性，樹立嚴謹求實的科學態度，體現科學精神與社會責任。以人教版選擇性必修教材《化學反應原理》中“沉淀溶解平衡”為例，對核心素養指導下的“探究式學習”的教學設計加以闡述。

一、 探究式學習的概述

“科學探究與創新意識”是《普通高中化學課程標準（2017版）》中化學學科核心素養之一。在真實情境中探究問題進行探討，對改變傳統的學習方式和教學行為起到了重要的作用。探究式學習的源頭是問題情境的創設，必須讓學生在相應的教學情境中，產生相應的問題，從而達到科學探究的目的。問題情境主要有三種創設方式：①語言創設情境;②通過實驗創設問題情境;③借助多媒體設備來創設問題情境。探究式學習模式的構建和實施主要有三個重點：①引導學生建立正確的探究思路;②重視教學過程;③充分利用教學工具。

二、 探究式學習的意義

采用探究式學習模式以及設計真實情境進行教學，在實驗探究過程中將探究和實驗相結合，增強學生對學科理論的掌握與正確實驗的操作，有效地調動學生的自主學習性，發揮了學生在教學過程中的主體作用，有利于發展學生的核心素養，培養高綜合能力的學生。

三、 基本設計思路

主要以“沉淀存在溶解平衡—沉淀的轉化—沉淀轉化的應用”三個版塊進行教學，通過實驗探究、操作與評價，讓學生認識到沉淀溶解平衡原理在生活生產和科研中的應用。以自來水含氯能否致癌的真實情境為線索貫穿課堂，提高學生積極性及參與度，培養學生敢于質疑、探究實踐、實事求是的科學精神。

四、 探究式學習教學模式下的沉淀溶解平衡教學過程

（一）真實生活情境創設

【生活情境】來自網絡信息：自來水含氯，如果用自來水蒸煮食物，水中的氯會包裹在食物上，存在致癌的危險。

【知識補充】根據國家職業衛生標準規定，出廠自來水余氯含量應≥0.3mg/L，但不應超過0.5mg/L，經換算可知自來水中Cl-濃度不應超過3.2×10-5mol/L。

【思維引導】自來水是否含氯（定性分析）—自來水余氯含量（定量分析）—分析實驗結果：余氯是否符合國家標準。

【問題探究1】

如何對自來水中的氯進行定量及定性分析？

【學生】

①定性分析：用稀硝酸酸化樣品，再加入適量硝酸銀。

②定量分析：取5mL樣品于試管中，滴加HNO3酸化，加入AgNO3使氯離子充分沉淀，經過過濾、洗滌、干燥，用托盤天平稱量沉淀質量。

③實驗現象：滴加硝酸銀后有白色沉淀，證明自來水含氯。自來水Cl-含量較低，所得AgCl沉淀較少，難以稱量其質量且與理論值存在較大誤差。

【教師引導】

分析存在誤差的原因：

①沉淀少難以準確稱量質量，過濾時沉淀損失較多;

②溶液中的離子無法完全沉淀。

思考分析：

①沉淀形成與溶解在微觀存在什么行為？

②某種離子濃度≤10-5mol/L認為沉淀完全，如何更準確地分析自來水中余氯含量？

【設計意圖】設置真實情境，提高學生積極性，促使學生形成定性、定量分析思維，初步形成難溶電解質存在部分溶解。

（二）沉淀溶解平衡思維的構建

1. 沉淀溶解平衡

【問題探究2】AgCl能否溶解，實驗如表1所示。

實驗步驟實驗現象實驗目的及結論

1. 往探究1試管滴加1mL1.000mol/LNaCl，觀察現象。有白色沉淀產生。實驗目的：Cl-過量，使Ag+充分形成AgCl沉淀。

2. 往上述濁液中滴加3～5滴0.010mol/LKI。有黃色沉淀產生。實驗結論：溶液中仍存在Ag+。

【學生思考】實驗2中生成的AgI，Ag+從何而來？

【沉淀溶解思維構建】AgCl部分溶于水：AgCl（s）Ag+（aq）+Cl-（aq），物質溶解度描述如圖1所示。

【問題探究3】過量Cl-能否使沉淀重新析出，實驗如表2所示。

實驗步驟實驗現象實驗目的及結論

3. 使用離心機聚集沉淀，取上層溶液于試管中，滴加1.00mol/LNaCl，觀察現象。重新析出白色沉淀。實驗結論：上層清液中存在Ag+，加入過量Cl-能形成AgCl沉淀，沉淀溶解存在平衡。

【學生思考】步驟3中增大c（Cl-）為什么會重新析出AgCl沉淀？

【教師引導】沉淀形成過程的微觀辨析，溶液中存在AgCl溶解平衡：

AgCl（s）Ag+（aq）+Cl-（aq），當c（Cl-）增大時，平衡逆向移動，重新析出AgCl沉淀（如圖2所示）。

【總結】難溶電解質在飽和溶液中存在溶解平衡。

【設計意圖】通過宏觀現象，定性分析難溶電解質存在溶解平衡，改變平衡條件（離子濃度）能使平衡發生移動，構建變化觀念與平衡思想。

2. 沉淀溶解平衡常數的應用

【過渡】自來水中存在Cl-，但未能準確測定Cl-的含量。已知沉淀存在溶解平衡，故引入定量分析手段—沉淀溶解平衡常數——溶度積（Ksp）。閱讀課本沉淀溶解平衡常數并完成練習。

1. 分別寫出AgCl、Ag2CrO4沉淀溶解平衡方程式及Ksp表達式。

2. 常溫時，計算AgCl飽和溶液中Ag+與Cl-的濃度。Ksp（AgCl）=1.0×10-10

3. 常溫時，某含AgCl沉淀懸濁液中，Cl-為 0.0100mol/L，求溶液中Ag+濃度。

【學生】閱讀課本，理解沉淀溶解平衡常數的定義并進行簡單的計算。

【實驗探究4】沉淀溶解平衡常數的應用：莫爾法測定溶液中Cl-含量。

【學生】

1. 閱讀莫爾法測定溶液中Cl-含量的方法及步驟，完成下列任務。

（1）通過計算，解釋剛開始滴定時，為什么先析出AgCl？（設此時溶液中c（Cl-）=3×10-5mol/L，c（CrO2-4）=5×10-3mol/L）

（2）當滴入一定量AgNO3標準溶液后，溶液中產生磚紅色沉淀，此時為滴定終點，試計算此時溶液中Ag+濃度;計算Cl-濃度并判斷Cl-是否完全沉淀？（已知：①滴定終點時溶液中c（CrO2-4）=3.0×10-3mol/L;②溶液中離子濃度小于1×10-5mol/L，可認為該離子已完全沉淀）

2. 根據實驗步驟完成實驗：測定未知濃度NaCl溶液中Cl-含量。

試劑：未知濃度氯化鈉溶液20mL（已滴加5%K2CrO4指示劑）、AgNO3標準液（0.0500mol/L）;

儀器：錐形瓶;酸式滴定管;燒杯;

莫爾法測定溶液中Cl-含量：用AgNO3標準液潤洗酸式滴定管，把AgNO3標準液注入潤洗過的酸式滴定管，邊搖動邊逐滴滴加AgNO3標準溶液，滴定至剛出現淡磚紅色即為終點。

原理：滴定終點時c（Cl-）<1×10-5mol/L，Cl-完全沉淀，此時消耗nAg+=nCl-，通過c（Ag+）·V（Ag+）=c（Cl-）·V（Cl-）計算Cl-含量。

【課后拓展】利用莫爾法測定自來水中余氯含量是否符合國家標準。

【設計意圖】進行定量分析，明確沉淀先后順序與Ksp的關系及沉淀滴定實驗過程中，滴定終點現象產生的原因。讓學生知道溶液中的不同微粒結合生成沉淀時存在競爭關系，沉淀先后順序與Ksp及濃度有關。促使學生形成科學探究與創新意識并養成科學精神與社會責任的核心素養。

五、 對基于核心素養“探究式學習”的反思

（一）以“真實情境中的生活問題”為主線

真實情境及問題不應虛構，應是與生活或社會熱點相關，能引起學生興趣且有能力解決的問題。有助于學生提高在實際情境中對知識提取、遷移和應用的能力。設置的實驗應考慮探究過程中包含的知識需符合學生的邏輯和能力水平，體現知識遞進性，符合知識的螺旋上升規律，使學生在實驗過程中重新整合和構建認知體系。

（二）用具體代替抽象

沉淀溶解平衡過程是一個抽象的概念，主要是微觀的粒子的行為導致宏觀現象的產生，利用AgCl的溶解平衡實驗探究以及微觀粒子動態示意圖，培養了學生的證據推理和模型認知能力。

（三）層層遞進，發展核心素養

核心素養的提出，對各個學科而言都是新課題，培養學生核心素養將是教育工作者的主要工作。在教學環節設計當中應結合化學學科固有的特點，注重宏微結合、運用三種表征等方法，將核心素養融入課堂，培養學生的關鍵能力，提升學生的核心品質。

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作者簡介：

梁嘉裕，廣東省廣州市，廣州市第二中學南沙天元學校。