利用實驗創設問題情境培養核心素養

摘 要：傳統試管實驗和手持技術實驗相結合，通過創設一系列富有針對性的問題情境，引導學生主動構建離子反應這一核心概念的知識體系。學生通過宏觀現象，展開微觀分析，結合微觀結構示意圖，再用符號表征，發展了核心素養。

關鍵詞：實驗;問題情境;核心素養;離子反應

一、利用實驗創設問題情境培養核心素養背景分析

化學是一門以實驗為基礎的學科。是化學教學工作的基礎，對理解和掌握基礎知識，培養技能，提高學生的能力以及激發學生學習化學的興趣，訓練科學的學習方法和思維方法及培養學生科學精神和品質，都起著重要的作用[1]。化學教師在教學過程中，為了培養學生的核心素養，不可避免地要借助實驗進行教學。此時，創設以教學目標為導向的問題情境，將實驗素材加工成問題情境，有利于學生主動建構知識體系，形成發現問題，解決問題的思維方式。有價值的教學情境一定是內含問題的情境的，它能有效地引發學生的思考[2]。教師在實驗教學過程中，應精心創設問題情境，引導學生為解決問題，尋找有力的證據支撐。在當前課程改革背景下，如何將化學實驗轉為為有思考價值的問題，是一個值得深入探究的問題。筆者就“離子反應”一課為例，闡述相應的教學實踐。

二、利用實驗創設問題情境培養核心素養教學設計

（一）環節1：定性感受離子反應

[實驗探究]實驗一：對比硫酸銅、硫酸鈉溶液的顏色。實驗二：CuSO4溶液和足量NaOH溶液反應后靜置（提前一天放置）。實驗三：CuSO4溶液和足量BaCl2溶液反應后靜置（提前一天放置）。

[問題驅動]1.硫酸銅溶液呈藍色，而硫酸鈉溶液無色，說明硫酸銅溶液呈藍色是由什么微粒引起的？2.實驗二現象為藍色沉淀，無色上清液;實驗三現象為白色沉淀，藍色上清液。說明實驗二和實驗三中銅離子是否參與反應？說明了電解質在水溶液中是物質整體參與反應還是電離出的離子在反應？3.以上是看得到現象的反應，而有些反應卻看不到現象，比如酸堿中和，如何讓硫酸和氫氧化鈉溶液的反應“看得見”？

[學生活動]觀察思考回答。

[技術支持]手機同屏技術展示實驗現象。

[教師小結]電解質在水溶液中的反應實質上是部分離子參與反應，而部分離子不參與反應。像這樣有離子參加的反應稱為離子反應。

[設計意圖]通過看得見的現象直觀感受離子的存在，感受電解質在溶液中的反應實質上是離子參與反應，而有些離子并沒有參與反應。通過實驗探究培養學生證據推理意識，培養學生宏觀辨識與微觀探析的學科素養。手機同屏技術，讓試管實驗更清晰，讓實驗教學更公平。

（二）環節2：定量感受離子反應

[實驗探究]手持技術測定0.2mol/L硫酸滴定0.1mol/LNaOH溶液的電導率。（數據選擇原因：用濃度大的滴定濃度小的，避免因稀釋造成電導率下降，因此開始時電導率下降一定是發生了反應。其次，要控制傳感器的探頭浸入溶液，又不能被磁力攪拌器的磁子敲擊到。又要保證滴定終點時，50ml滴定管的溶液不會滴完，不需要中途加藥品。）

[問題驅動]1.分析電導率變化趨勢及原因？2.已知純水的電導率為4.1uS/cm，為什么最低點（即恰好完全反應的點）的電導率遠大于純水的電導率？3.請分別畫出反應前燒杯、滴定管，恰好完全反應時燒杯中的微粒主要存在形式示意圖，是離子（忽略水合作用），還是物質的結合體？

[學生活動]獨立觀察與思考，并畫出圖示。小組討論后，由小組代表匯報結果。

[問題驅動]預測0.2mol/L硫酸滴定0.1mol/L氫氧化鋇溶液的電導率曲線圖？

[學生活動]粗略畫出硫酸滴定氫氧化鋇的電導率曲線圖，并由學生代表說明理由。

[實驗驗證]手持技術測定0.2mol/L硫酸滴定含有酚酞的0.1mol/L氫氧化鋇溶液的電導率。

[問題驅動]1.為什么最低點（即恰好完全反應的點）的電導率接近純水的電導率？2.請分別畫出反應前燒杯、滴定管，恰好完全反應時燒杯中的微粒主要存在形式示意圖，是離子（忽略水合作用）還是物質的結合體？

[學生活動]小組討論后，由小組代表匯報結果。獨立觀察與思考，并畫出圖示。

[教師小結]在離子反應中，離子的濃度發生了改變，這是離子反應的本質。

[技術支持]在上一節課電解質概念授課中，已經通過手持技術事先測定純水及一些溶液的電導率，本節課又當堂測定兩組滴定的電導率。配合手機直播，把手提電腦的圖像和滴定過程的顏色變化，同時呈現在大屏幕上，效果很好。

[設計意圖]提升學生數形結合的分析能力，從定性探究走向定量探究，并直觀實時地感受離子濃度的變化過程。尤其是兩組數據最低點分別與純水電導率的對比，讓學生“看見”恰好完全反應時，是否還有離子存在的事實。將隱性的內容顯性化，并讓學生用圖示表征出來，培養學生證據推理意識及宏觀辨識與微觀探析的學科素養。通過一組實驗，再讓學生預測，實現了思維的進階，培養了學生遷移應用的推理能力。幫助學生基本形成離子反應的概念。

（三）環節3：探索復分解型離子反應的條件

[問題驅動]碳酸鈉和鹽酸、硫酸和氯化鈉、醋酸鈉和鹽酸混合會不會反應？畫出溶液混合前后微粒主要存在形式示意圖（假設恰好完全反應）。

[學生活動]獨立觀察與思考，并畫出圖示。根據前面的五個圖示：硫酸和氫氧化鈉溶液、硫酸和氫氧化鋇溶液、碳酸鈉和鹽酸、硫酸和氯化鈉、醋酸鈉和鹽酸，總結復分解型離子反應的條件。

[教師小結]復分解型離子反應的條件是：離子結合生成難溶物（沉淀）、易揮發（氣體）、難電離物質（弱酸、弱堿和水）。水只是難電離物質中的典型代表，但不是唯一的，初中的歸納受到我們所學知識的限制，到了高中應進行拓展。

[設計意圖]讓學生用圖示表征離子反應，達到化抽象為具象，學生不僅“看見”了離子反應，還為后續的表征離子反應這一模型認知作鋪墊。構建從微觀角度，認識離子反應發生條件的思路。通過特殊歸納出一般，并應用于特殊，應用于醋酸鈉和鹽酸這種看不見證據的推理，深化了證據推理。對初中的復分解的條件進一步深化，完善了概念。

[過度]電解質在溶液中的反應是部分離子在反應，為了表征離子在溶液中的反應，引入了離子方程式，用實際參加反應的離子符號來表示反應的式子。

（四）環節4：表征離子反應

[問題驅動]硫酸滴定氫氧化鋇溶液中，曲線最低點與酚酞指示劑變色幾乎同時，說明了微粒間的反應是否存在量的關系？請寫出硫酸溶液和氫氧化鋇溶液反應的離子方程式？

[教師示范]明確反應物在溶液中的主要存在形式及微粒間的數量關系確定哪些微粒能夠發生相互作用及數量關系實際參加反應的離子或生成的離子，用離子符號表示，難溶難電離物質用化學式表示。

[設計意圖]構建了離子反應的書寫模型，基于微粒觀的離子方程式的書寫，有利于培養學生從宏觀現象辨識到微觀結構探析，再到化學符號表征的學科素養。硫酸和氫氧化鋇離子方程的書寫，通過圖像最低點和酚酞變色時間幾乎一致，學生“看到了”多組離子協同反應時，微粒間量的關系。強化了證據推理意識。

（五）環節5：深化離子反應

[學生活動]書寫離子方程式：稀硫酸和NaOH溶液、鹽酸和KOH溶液，氨水和鹽酸。

[技術支持]手機電腦同屏，拍照上傳。

[問題驅動]1.稀硫酸和NaOH溶液、鹽酸和KOH溶液，以上兩個反應的離子方程一致說明了什么？2.對比稀硫酸和NaOH溶液、鹽酸和KOH溶液、硫酸和氫氧化鋇、氨水和鹽酸的離子方程，說明H++OH-===H2O可以表示哪一類反應？3.寫出鈉和水反應的離子方程。

[學生活動]獨立觀察、思考總結：化學方程式表示某個具體的反應，而離子方程可以表示一類型的反應。H++OH-===H2O可以表示強酸和強堿反應生成可溶鹽和水的反應。鈉和水的反應，體系中原來不存在大量離子，但反應后生成了大量的離子，說明了離子反應是離子濃度發生了改變，可以是增大也可以減少。離子反應的類型可以是復分解，也可以是氧化還原反應等。

[設計意圖]四個方程都是酸堿中和，但別有用意，分別涉及弱電解質一水合氨，生成沉淀鹽硫酸鋇，只有兩個的離子方程一樣，很好的歸納說明了H++OH-===H2O的意義。最后鈉和水的離子方程的書寫，強化了技能的同時，拓展了離子反應的外延。

三、利用實驗創設問題情境培養核心素養教學反思

教學過程中，筆者試圖通過三組實驗，讓學生獲取離子反應的有力證據。從定性到定量，從感性認識到理性認識再到硫酸滴定氫氧化鋇的遷移，從看得見現象的實驗，到借助指示劑或者手持技術的實驗，由特殊歸納復分解型離子反應的一般條件，再到醋酸鈉和鹽酸的推理演繹。借助實驗的同時，創設了一系列有利于證據推理的問題情境。并讓學生畫出示意圖，有利于從微觀角度構建離子方程書寫的模型。而化學實驗能提供很好的證據，引發學生的思考。面向開展以“素養為本”的新課程教學，離子反應等概念教學應該是師生通過實驗觀察獲取證據再結合邏輯推理“協同思考”中構建起來的。教學中多讓學生從宏觀實驗現象出發，再從微觀角度探析離子反應的過程，結合定量的證據推理，進而寫出富有動態反應過程的離子反應方程式，可以較好地落實化學教學中培養學生“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理和模型認知”等關鍵學科能力的要求[4]。

參考文獻

[1]盧一卉.化學實驗教學研究[M].北京：科學出版社，2014：1.

[2]余文森.核心素養導向的課堂教學[M].上海：上海教育出版社，2018：195.

[3]徐守兵.基于證據的概念構建——讓“離子反應”看得見[J].化學教與學，2020（7）：7-10

作者簡介：許有秩（1982.10-）.漢族，男，福建晉江。本科，晉江市第一中學，一級教師，研究方向為中學化學教學。