基于“證據推理和模型認知”的教學實踐

顧海東

摘要：化學核心素養的培養需要在課堂教學中落實，以鹽類的水解（第一課時）為例，借助于希沃授課助手、化學實驗操作、pH傳感器創設教學情境，培養學生“證據推理和模型認知”的核心素養能力。

關鍵詞：核心素養;模型認知;教學設計與實施

文章編號：1008-0546（2021）04-0061-03 中圖分類號：G63241 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.016

一、提出問題

《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力[1]。在提出的5個方面的核心素養中“證據推理與模型認知”素養作為化學學科核心素養的思維核心，包括五大培育目標：學會假設、學會認證、學會分析、學會預測與建模、學會問題解決[2]。選修教材《化學反應原理》因為理論性比較強，所以更加需要學生養成分析問題和解決問題的能力。在實際的教學中如能幫助學生先搭建起一個基本模型，然后讓學生收集證據再去修正模型，最后以模型認知去解決問題將會大大減輕學生的學習負擔，并極大地提高學習效率。本文以鹽類水解第一課時的教學為例，探討提升學生“證據推理與模型認知”素養的教學設計。

二、基于“證據推理與模型認知”的教學設計與實施

1.教材分析

鹽類的水解是人教版選修，（（化學反應原理》第三章第三節的教學內容，是對電解質的電離、水的電離平衡、水的離子積以及平衡移動等知識的綜合應用。教材主要包括了三個部分：一是找規律，從學生比較熟悉的鹽類物質入手，引導學生通過實驗并歸納分析鹽類的組成與鹽溶液酸堿性的關系;二是查原因，以水的電離平衡為基礎，分析鹽類電離出的陰、陽離子與水電離出的H+和OH-結合成弱酸或弱堿的趨勢，明確不同鹽溶液呈現不同酸堿性的本質原因;三是談變化，討論影響鹽類水解的主要因素，同時介紹鹽類水解的利用。作為第一課時的教學，主要要讓學生明確什么是鹽類的水解？怎么形成的？有什么判斷規律？

2.學情分析

學生通過前面兩節的學習已經初步建立起了從“微粒”的角度來認識和分析溶液情況的基本能力，也具備了一定的觀察、實驗、思考和自學能力，在此基礎上探究鹽類在水溶液中的酸堿性規律，有助于提高學生對知識的綜合應用能力。教學內容理論性較強，學生能否主動參與獲取知識對教學效果達成與否影響很大。

3.教學目標

本節內容中，學生必須明確引起鹽類水解的根本原因？怎樣影響？影響的結果是什么？所以為方便學生推理和建模，按圖1進行教學設計。再根據設計確定如下教學目標：

（1）運用實驗和離子平衡分析認識鹽類水解的本質，學會從宏觀與微觀結合的視角分析化學問題。

（2）初步學會用離子反應表示鹽類水解的過程，知道鹽類水解的微觀特征。

（3）能夠運用鹽類水解的規律判斷鹽溶液的酸堿性，建構相應的知識模型。

4.教學流程

（1）體驗鹽類的水解

【師生互動】請兩位同學上臺，一位同學手持附有白紙的板，另一位同學手持噴壺，并將噴壺的溶液噴向白紙，實驗現象是白紙上顯示出一個紅色的棗字。（為確保每個同學都能清晰的觀察到實驗現象，對實驗過程采用希沃授課助手進行直播）

設計意圖：因為上課地點在山西臨縣，而臨縣是“中國紅棗之鄉”，以當地的鄉土之情和酚酞遇到碳酸的化學“小魔術”來充分調動學生的學習積極性，并以此激發學生探究的熱情。

【教師活動】揭秘魔術，并提出碳酸鈉呈堿性，那其他的鹽類呢？

【活動1】用pH試紙測出表1中鹽溶液的酸堿性，根據形成該鹽的酸和堿的強弱，將表1中鹽按強酸強堿鹽、強酸弱堿鹽、強堿弱酸鹽分類。

設計意圖：通過實驗培養學生實驗探究能力，同時讓學生獲取鹽溶液酸堿性的感性材料，再次形成認知沖突。通過對鹽類型的分類，為鹽類水解實質性離子作好鋪墊。

【教師活動】將學生活動成果通過希沃平臺展示，提出從剛才的實驗中可以發現鹽溶液并不都是中性的。追問那小魔術中碳酸鈉溶液的堿性是誰引起的呢？是它電離出的鈉離子嗎？（學生回答：不是）為什么？你有佐證材料嗎？（學生回答：實驗顯示氯化鈉是中性的，應該不是鈉離子引起的）那如果是碳酸根離子引起的，我們該如何通過實驗來驗證呢？

【學生活動】思考，小組交流，最后得出假設：如果處理掉溶液中的碳酸根離子，那么溶液應該呈現中性。

【教師活動】那根據我們現有的實驗試劑，你能解決這個問題嗎？

【學生活動】學生觀察所提供的試劑，最后鎖定氯化鋇溶液。

（2）探究鹽類的水解

【活動2】設計并動手完成一個簡單的實驗，來證明碳酸鈉溶液的堿性是由CO32-引起的。

【學生活動】取少量碳酸鈉溶液，滴入1～2滴酚酞，逐漸加入氯化鋇晶體振蕩，溶液紅色褪去，并出現白色沉淀。

【教師活動】為進一步說明碳酸鈉溶液的堿性是由碳酸根離子引起的，引入pH傳感器實驗。將pH傳感器插入到碳酸鈉溶液中（為增強視覺性，在碳酸鈉溶液中滴入1～2滴酚酞），用電磁攪拌器攪拌溶液，再逐漸加入氯化鋇固體，請學生觀察pH的數字變化（圖2、圖3）。

設計意圖：通過引入傳感器實驗，讓學生從更為直觀的角度認識到碳酸鈉溶液的堿性與碳酸根離子的關系。

【問題思考】碳酸根離子引起了溶液呈堿性，它的根本機理是什么？

【活動3】結合Na2CO3和H2O電離出的微粒，試著分析碳酸鈉溶液呈堿性的原因。

（已知：常溫下H2CO3的Ka1=4.3×10-7，Ka2=5.61×10-11）

【學生活動】討論上述問題，匯報結果。碳酸鈉溶于水后電離產生的碳酸根離子結合了水電離出的H+，形成弱電解質HCO3-，由于水電離出的H+濃度減小，打破了水的電離平衡，促進了水的電離，使溶液中的c（OH-）大于c（H+），從而使溶液顯堿性。

【教師活動】Na2CO3=2Na++CO32-

H2OOH-+H+

【問題思考】能否用化學方程式表明碳酸鈉固體加入水后發生的反應？

【展示學生成果】Na2CO3+H2O=NaHCO3+NaOH

【教師活動】在兩個燒杯中加入同濃度的碳酸鈉溶液，分別連接好傳感器，在一個燒杯中加入碳酸鈉固體，另一個燒杯中加入碳酸氫鈉固體，學生直觀的看到了不同的數值變化。（加入碳酸鈉固體的數值增大，加入碳酸氫鈉的數值變小，如圖4、圖5所示。）

【師生互動】通過演示實驗的數據變化并結合學生前面學過的原理，得出這是一個可逆反應的結論。

【學生活動】把該反應方程式改寫成離子方程式。

【教師活動】展示學生的改寫成果，可以發現這個反應中真正參加反應的是碳酸根離子，這也驗證了前面對碳酸鈉溶液顯示堿性是由碳酸根離子引起的論證。

設計意圖：從電離出離子的角度，讓學生認識到鹽類水解的實質，并以此建立起鹽類水解的理論模型。通過引入傳感器實驗，讓學生從更為直觀的角度認識到碳酸鈉溶液的堿性與碳酸根離子的關系，幫助學生建立模型。

【活動4】結合NH4Cl和H2O電離出的微粒，試著分析氯化銨溶液呈酸性的原因。

【師生互動】展示學生分析的成果。學生代表描述小組討論結果，氯化銨溶于水電離出的銨根離子結合了水電離出的氫氧根離子，形成弱電解質一水合氨，打破了水的電離平衡，促進了水的電離，使溶液中c（H+）大于c（OH-），從而使溶液顯酸性。

設計意圖：通過對碳酸鈉溶液呈堿性的分析而建立起思維模型，培養學生引用模型分析問題的能力。

（3）歸納鹽類的水解

【教師活動】通過對碳酸鈉溶液、氯化按溶液的分析，我們認識到鹽溶液之所以顯酸堿性，主要是當這類鹽溶于水后，電離出的陽離子、陰離子分別結合了水電離出的OH-和H+結合生成弱電解質，從而促進了水的電離平衡，像這樣的反應，叫做鹽類的水解。

【過渡】現在我們已經從實質上認識了某些盆呈酸堿性的根本原因，下面請同學們把桌上的鹽溶液按酸性、中性、堿性的順序重新整理一下。再從鹽類型的角度觀察分別顯示酸性、中性、堿性的鹽分別有什么特點。

【學生活動】小組整理、觀察后回答組成為強酸弱堿的鹽顯酸性、強酸強堿的鹽顯中性、強堿弱酸的鹽顯堿性。

【追問】鹽類因為水解而顯示酸堿性，那能否找出什么樣的鹽才能發生水解？溶液顯示出性質又有什么規律？

【學生活動】再次觀察分類情況，得出“有弱才水解、誰強顯誰性”。

【師生互動】下面我們再進行一個頭腦風暴，你能否列舉出一些可以發生水解的鹽，并指出它們溶液的酸堿性呢？學生思考交流、代表回答、互為補充。

設計意圖：以點帶面，讓學生通過頭腦風暴，從鹽的組成上應用模型認識鹽類水解的規律，并鞏固弱酸、弱堿。

（4）總結與提升

【師生活動】①歸納一下鹽類水解的相關知識點。（展示歸納角度：定義、實質、規律）

②習題鞏固，檢驗課堂教學效果。

5.教學反思

本節課從趣味魔術引入，以學生實驗操作和對鹽的簡單分類為起點，幫助學生形成一個判斷鹽性質的初步框架。再以探究碳酸鈉溶液呈堿性的原因為切入點，培養學生先分析假設，再證明假設的“證據推理”核心素養能力。以探討碳酸根離子引起溶液呈堿性的機理，使學生從“微粒”層面認識鹽類水解的本質。通過小組活動對氯化銨溶液的成果展示，為學生搭建起鹽酸水解分析的模型，再以“頭腦風暴”的形式，幫助學生應用模型，最終達成“模型認知”的核心素養能力。整個教學過程中通過數字傳感器和多通道對比實驗的引入，把微觀的實驗變化，以數字化的形式呈現給學生，使得學生能更直觀地理解微觀的機理。希沃投屏的展示使學生更能從小組合作學習中獲得成長，從而最終達成良好的教學效果，培養學生“證據推理和模型認知”的核心素養能力。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：3

[2]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典[M].北京：中國醫藥科技出版社，2015：347