巧設(shè)情境　圖促認(rèn)知　宏微結(jié)合　發(fā)展素養(yǎng)

韋驍珉　韓瑋瑋

[摘?? 要]基于非洲豬瘟背景，創(chuàng)設(shè)養(yǎng)殖戶使用硫酸銅不當(dāng)導(dǎo)致豬中毒的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生從離子反應(yīng)的角度尋找合適的洗胃試劑。通過運(yùn)用水溶液三維認(rèn)知模型圖以及多重表征手段，促進(jìn)學(xué)生深化理解離子反應(yīng)的本質(zhì)及復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生的條件。整個教學(xué)過程注重分析微觀過程，力求發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]“SEST”真實情境;離子反應(yīng);核心素養(yǎng);水溶液三維認(rèn)知模型圖

[中圖分類號]??? G633.8??????? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]??? A??????? [文章編號]??? 1674-6058（2021）02-0059-03

一、借“SEST”真實情境助學(xué)生“由境生情”

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》要求教師實施以“化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”為本的教學(xué)，提倡在真實情景中創(chuàng)設(shè)問題，明確提出了“通過實驗事實認(rèn)識離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”這一教學(xué)目標(biāo)[1]。沈旭東對近三十年有關(guān)化學(xué)情境教學(xué)的研究文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計分析后得出，現(xiàn)階段的情境教學(xué)特點為“由境生情，人在境內(nèi)”[2]。為了更好地發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，教師應(yīng)了解知識、情境、素養(yǎng)三者的關(guān)系：化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是以化學(xué)學(xué)科知識作為載體的，情境則是支撐學(xué)生實現(xiàn)認(rèn)知遷移的重要保障。而要想實現(xiàn)三者的有效融合，情境應(yīng)從“SEST”類真實素材中選取[3]。一堂好課中，應(yīng)該有真實的情境所包裹的基礎(chǔ)知識，并伴隨著情境提出問題，讓學(xué)生在研究問題的過程中建立科學(xué)的態(tài)度、方法與社會責(zé)任，以及在探究活動中鍛煉關(guān)鍵能力[2]。

離子反應(yīng)是高中化學(xué)的核心概念，是微粒觀、變化觀形成的重要載體，更是學(xué)生學(xué)習(xí)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中鹽類水解平衡、沉淀溶解平衡及電化學(xué)等知識的基礎(chǔ)。本文基于“SEST”真實情境設(shè)計《離子反應(yīng)》教學(xué)過程，選用的真實情境內(nèi)容為非洲豬瘟造成了豬大量死亡，豬價上漲，養(yǎng)殖戶為了提高肉豬產(chǎn)量，過量使用硫酸銅作為飼料添加劑反而導(dǎo)致豬死亡。在這樣的情境中，引導(dǎo)學(xué)生思考如何選擇合適的洗胃試劑。因為該情境是真實發(fā)生的，且學(xué)生對豬價格飆升有切身體會，因此問題一拋出立即激發(fā)了學(xué)生的求知欲，課堂氣氛活躍。有關(guān)離子反應(yīng)的很多文獻(xiàn)中都提到了類似雞中毒、豬中毒事件，但此時將情境更新為非洲豬瘟背景下發(fā)生的事件，學(xué)生的參與感更為強(qiáng)烈，更能“由境生情”。

二、利用水溶液三維認(rèn)知模型突破離子反應(yīng)的本質(zhì)及方程式的書寫難點

離子反應(yīng)的本質(zhì)就是離子濃度的變化，在分析離子濃度的變化和離子方程式的書寫這一難點時，本文應(yīng)用了宏觀實驗與微觀模型分析相結(jié)合的方法。學(xué)生在尋找合適的洗胃試劑時，提到了用氯化鋇與硫酸銅反應(yīng)，教師順勢安排學(xué)生完成實驗，并提出問題讓學(xué)生思考：銅離子與氯離子是否參加反應(yīng)？學(xué)生在教師的引導(dǎo)下提取反應(yīng)后的上層清液，加入硝酸銀與稀硝酸進(jìn)行檢驗，最后借助宏觀實驗現(xiàn)象“有白色沉淀且溶液顏色還是藍(lán)色”得出了氯化鋇與硫酸銅反應(yīng)中，真正參加反應(yīng)的離子為鋇離子與硫酸根離子。很多教師至此便開始要求學(xué)生書寫離子方程式，并沿用“寫、改、刪、查”的方法指導(dǎo)學(xué)生完成離子方程式的書寫，這樣并沒有將離子反應(yīng)的教學(xué)意義體現(xiàn)出來。離子反應(yīng)是學(xué)生初步建立微粒觀的起點，學(xué)生經(jīng)過離子反應(yīng)的學(xué)習(xí)應(yīng)該能從微觀的角度分析水溶液中離子濃度的變化。為了更好地做到這一點，我們需要構(gòu)建分析離子反應(yīng)所需要的模型——水溶液三維認(rèn)知模型。該模型是在2018年王璐設(shè)計的“水溶液認(rèn)知模型”[4]（如圖1）的基礎(chǔ)上進(jìn)行的優(yōu)化。

在圖1的模型中，對宏觀、微觀以及微粒間的相互作用均能較好地體現(xiàn)出來，能幫助學(xué)生從微觀的角度思考離子反應(yīng)的本質(zhì)。但該模型對于初學(xué)者而言不夠清晰明了，可再做優(yōu)化調(diào)整。筆者以CuSO4和BaCl2的反應(yīng)為例設(shè)計了如圖2所示的優(yōu)化模型。

優(yōu)化改進(jìn)后的模型，清晰地將“宏—微—符”三重表征融于一體，且各坐標(biāo)指代較為清晰，學(xué)生容易模仿使用。在該反應(yīng)中宏觀物質(zhì)為氯化鋇和硫酸銅，因此在標(biāo)注第一個橫坐標(biāo)項時先引導(dǎo)學(xué)生從電解質(zhì)的角度思考二者在水溶液中的存在形式與數(shù)量。接著根據(jù)宏觀實驗結(jié)果，學(xué)生知道是鋇離子和硫酸根反應(yīng)，并在圖表上用短線相連，得出第二個橫坐標(biāo)項——作用結(jié)果。經(jīng)過這樣的表達(dá)可以幫助學(xué)生清晰地認(rèn)識到反應(yīng)后溶液中鋇離子和硫酸根的濃度在減小，而銅離子與氯離子的濃度沒有發(fā)生變化，再根據(jù)離子反應(yīng)方程式的定義“用實際參加反應(yīng)的離子的符號表示離子反應(yīng)的式子”，輕松幫助學(xué)生突破了符號表征——離子方程式的書寫這一難點。使用該模型對于“與量有關(guān)的離子反應(yīng)”的方程式的書寫也有很大的幫助。例如，1 mol Ba（OH）2和1 mol H2SO4的離子反應(yīng)方程式的書寫一直是學(xué)生初學(xué)時難以理解并頻頻出錯的內(nèi)容。該知識要求學(xué)生在理解離子反應(yīng)本質(zhì)的基礎(chǔ)上從量的角度思考反應(yīng)前后各組分離子的存在形式。很多學(xué)生容易把離子反應(yīng)方程式寫成：Ba2++SO42-+H++OH-=BaSO4+H2O 。而應(yīng)用了該模型（如圖3）后，學(xué)生注意到第一個橫坐標(biāo)項上要求表達(dá)的除了種類以外還有各離子的數(shù)量。學(xué)生通過書寫后很容易理解1 mol Ba2+、1 mol SO42-與2 mol H+、2 mol OH-是同時反應(yīng)的，不難得出正確的離子反應(yīng)方程式。

三、《離子反應(yīng)》教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)真實問題情境，引入離子反應(yīng)和離子反應(yīng)方程式的概念

[引入] 非洲豬瘟造成豬大量死亡，豬價急劇上升，急需提高豬的產(chǎn)量以緩解豬肉的供應(yīng)壓力。適量的Cu2+可刺激動物生長，因此，CuSO4常作為飼料添加劑。然而一些養(yǎng)殖戶對添加劑過于迷信，在飼養(yǎng)過程中加入過量的CuSO4導(dǎo)致豬Cu2+中毒。現(xiàn)需要一種化學(xué)試劑對豬進(jìn)行洗胃，請大家從反應(yīng)原理的角度尋找合適的試劑并寫出化學(xué)方程式。

[學(xué)生] 討論，分析，找出不同的試劑，如BaCl2、Ba（OH）2、NaOH、Ba（NO3）2等。

設(shè)計意圖：化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展需要在真實的情境中培養(yǎng)，因此以近期的社會熱點為背景，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，滲透社會責(zé)任素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2.構(gòu)建水溶液三維認(rèn)知模型，突破離子反應(yīng)方程式的書寫難點

[學(xué)生活動1] 小組合作完成CuSO4（aq）和BaCl2（aq）反應(yīng)的實驗。

[學(xué)生] 觀察并分析實驗現(xiàn)象，思考以下幾個問題：（1）溶質(zhì)在水溶液中以什么形式存在？（2）哪些離子之間發(fā)生了相互作用？結(jié)果如何？（3）如何用化學(xué)用語表征這一過程？

設(shè)計意圖：選取氯化鋇和硫酸銅作為實驗材料引導(dǎo)學(xué)生開展小組合作實驗，借助宏觀現(xiàn)象（如沉淀、Cu2+的顏色等）幫助學(xué)生認(rèn)識微觀反應(yīng)的過程——Ba2+與SO42-反應(yīng)，Cu2+與Cl-沒有參加反應(yīng)。

[教師] 如何從微觀的角度分析該過程呢？請同學(xué)們完成學(xué)案上的“水溶液三維認(rèn)知模型圖”。

[學(xué)生] 模仿分析CuSO4和BaCl2的反應(yīng)過程對CuSO4與NaOH的反應(yīng)進(jìn)行分析。

設(shè)計意圖：指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)案上完成“水溶液三維認(rèn)知模型圖”，這是本節(jié)課的亮點和關(guān)鍵設(shè)計。“水溶液三維認(rèn)知模型圖”突破原有的以知識為主的呈現(xiàn)方式，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀現(xiàn)象入手，順利分析微粒變化過程（離子反應(yīng)方程式），完成了“宏觀—微觀—符號”三重表征的認(rèn)識和水溶液三維認(rèn)知模型的構(gòu)建。

3.利用多重表征手段，深化理解離子反應(yīng)中存在的定量關(guān)系

[學(xué)生活動2]向燒杯中加入2 mL? 0.1 mol/L Ba（OH）2，滴加幾滴酚酞，逐滴滴入0.1 mol/L H2SO4。觀察實驗現(xiàn)象并根據(jù)現(xiàn)象完成水溶液三維認(rèn)知模型圖。

[學(xué)生]記錄實驗現(xiàn)象：隨著硫酸的滴入，溶液逐漸褪色。

離子反應(yīng)方程式：

①H+ + SO42- + Ba2+ +OH- =BaSO4↓+ H2O

② SO42- + Ba2+ =BaSO4↓，H+ +OH-=H2O

③ 2H+ + SO42- + Ba2+ +2OH- =BaSO4↓+ 2H2O

[思考] 哪一個離子反應(yīng)方程式更合理呢？

設(shè)計意圖：在概念深化部分，選取Ba（OH）2和H2SO4這一典型反應(yīng)進(jìn)行小組合作實驗，并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象自主完成水溶液三維認(rèn)知模型圖。學(xué)生主要列出了以上三種離子反應(yīng)方程式。可以看出，學(xué)生能判斷出哪些離子參與了反應(yīng)，但是對于量的關(guān)系理解不到位。教師拋出問題后讓學(xué)生各抒己見，最后再引導(dǎo)學(xué)生用實驗來證明。

[實驗驗證] 向溶液中逐滴加入稀硫酸，利用電導(dǎo)率傳感器和pH傳感器跟蹤測定反應(yīng)過程的溶液pH和電導(dǎo)率變化[5]。

[教師] 通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電導(dǎo)率數(shù)值達(dá)到最低點時，反應(yīng)體系的pH約為7。也就意味著 Ba2+ 、SO42-、OH-、H+之間的反應(yīng)同時達(dá)到終點。再結(jié)合水溶液三維認(rèn)知模型進(jìn)行分析，每生成1 mol BaSO4 的同時一定會生成2 mol H2O，所以離子方程式③是正確的。

設(shè)計意圖：利用數(shù)字化實驗技術(shù)，結(jié)合水溶液三維認(rèn)知模型，可以輕易幫助學(xué)生理解并判斷出三個離子反應(yīng)方程式中哪一個是正確的，以及同一溶液中多種離子間存在定量關(guān)系，加深學(xué)生對“書寫離子反應(yīng)方程式必須根據(jù)客觀事實準(zhǔn)確反映這種內(nèi)在聯(lián)系”的理解。

4.宏微結(jié)合思考離子反應(yīng)發(fā)生的條件及實質(zhì)

教師通過電導(dǎo)率圖像和上階段的實驗，引導(dǎo)學(xué)生思考離子反應(yīng)的實質(zhì)是離子濃度的減小。根據(jù)已有知識，學(xué)生認(rèn)為離子濃度減小的方式為生成沉淀、水和氣體。

[教師] 播放《美麗化學(xué)》中CaCO3、Na2CO3分別與鹽酸反應(yīng)的高清視頻[6]。

[小結(jié)] 離子反應(yīng)的實質(zhì)及發(fā)生條件的思維導(dǎo)圖（如圖5）。

設(shè)計意圖：通過電導(dǎo)率圖像直觀清晰地幫助學(xué)生理解離子反應(yīng)的實質(zhì)是朝著反應(yīng)離子濃度減小的方向進(jìn)行，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合宏觀現(xiàn)象和微觀實質(zhì)總結(jié)出復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生的條件。利用高清視頻，真實地呈現(xiàn)出碳酸鈣、碳酸鈉和鹽酸反應(yīng)的現(xiàn)象，學(xué)生清晰地看到氣泡是從溶液各處和貝殼表面生成。一方面表明了生成氣體是減小離子濃度的一種方式，另一方面讓學(xué)生直觀地感受到碳酸根在兩個體系中存在的形式不同，因此書寫離子反應(yīng)方程式時應(yīng)該按照其真實的存在形式來書寫。

5.運(yùn)用分類思想理解離子反應(yīng)方程式的意義

[學(xué)生活動3] 請將先前提出的處理硫酸銅方案中的試劑進(jìn)行分類，再將離子反應(yīng)方程式補(bǔ)充完整，并找出規(guī)律。

[思考] 小組討論后匯報：哪種試劑最合適給豬洗胃呢？

[教師] 資料：豬中毒后先使用0.2%～0.3%的亞鐵氰化鉀（K4Fe（CN）6）溶液洗胃，然后灌5～8個雞蛋清，連用2～3天。反應(yīng)原理為：2Cu2+ + [Fe（CN）6]4- → Cu2[Fe（CN）6]↓。

設(shè)計意圖：運(yùn)用分類的思想，將先前方案中的試劑進(jìn)行分類，學(xué)生在書寫完離子反應(yīng)方程式后會發(fā)現(xiàn)相同類型的反應(yīng)離子方程式相同，得出了離子反應(yīng)的意義，以及以是否有離子參與反應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)重新對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類。經(jīng)過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，各小組找到了最合適的洗胃試劑。最后，教師給出實際醫(yī)療中使用的洗胃試劑，既呼應(yīng)了本節(jié)課的引入，又強(qiáng)化了離子反應(yīng)知識的應(yīng)用。

6.從離子反應(yīng)的角度回顧粗鹽提純，解決實際問題

回顧粗鹽提純的流程，要求學(xué)生以離子反應(yīng)的角度再次理解粗鹽提純過程中各種試劑添加的用量和順序。

設(shè)計意圖：利用學(xué)生熟悉的粗鹽提純過程，加深學(xué)生對離子反應(yīng)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的微粒觀，同時讓學(xué)生感受化學(xué)知識與生產(chǎn)生活的密切聯(lián)系。

四、教學(xué)反思

《離子反應(yīng)》一課緊貼社會熱點，真實的問題情境貫穿始終。利用水溶液三維認(rèn)知模型圖幫助學(xué)生直觀、深刻地理解與掌握電解質(zhì)溶液中“宏、微、符”三者的關(guān)系，摒棄了原離子反應(yīng)方程式書寫的“寫、改、刪、查”的煩冗流程，改為以物質(zhì)在水溶液中的真實存在形式為出發(fā)點，通過建立模型來完成。同時運(yùn)用分類思想和數(shù)字化實驗，探究多種離子間反應(yīng)的定量關(guān)系，理解離子反應(yīng)的本質(zhì)與意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版） [S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]? 沈旭東.從“為情而境”到“由境生情”：化學(xué)教學(xué)中真實情境創(chuàng)設(shè)概論[J].化學(xué)教學(xué)，2019（7）：25-29.

[3]? 沈旭東.論化學(xué)課堂教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)的遷移價值[J].現(xiàn)代中小學(xué)教育，2011（3）：39-42.

[4]? 王璐.基于水溶液認(rèn)識模型認(rèn)識離子反應(yīng)：以“離子反應(yīng)及其發(fā)生的條件”為例[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（20）：23-25.

[5]? 王延廣.發(fā)揮實驗教學(xué)功能?? 探求離子方程式意義：“離子反應(yīng)”教學(xué)實錄與反思[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013（10）：28-30.

[6]? 保志明.運(yùn)用實驗體現(xiàn)概念的構(gòu)建過程：“離子反應(yīng)”的教學(xué)與思考[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012（3）：16-17.

（責(zé)任編輯 羅?? 艷）