立足實驗情境 發展核心素養
——以“難溶電解質的溶解平衡”為例

廣東省中山市第二中學(528429) 林增輝

1 教學情境的概述

合理的情境化教學，能有效地調動學生的學習興趣和積極性，因此，教學情境的創設倍受關注，成為了教學的重要組成部分，但教學情境的引入，在豐富課堂教學的同時，也引發了大家的思考。有學者通過剖析多節化學優質課，從“構成”“功能”和“過程特征”3個維度對教學情境進行分析，指出應圍繞教學與評價目標、聚焦學科核心素養等創設教學情境。學者們在課例分析的基礎上，指出了教學情境應用中存在的問題，提出了創設教學情境應該遵循的基本原則，使教學情境的創設越來越有針對性和技術性。

《普通高中化學課程標準(2017年版)》明確提出：倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動。課標明確倡導創設教學情境，這既是對教學情境研究的重視，也是對教學情境功能的期許。但值得一提的是，因為課程標準中出現“真實”字樣，在日常教學中，很多教師把“真實問題情境”理解為“生活情境”，認為只有生活中的問題，才是“真實情境”，才能培養學生的探究能力，忽視了“開展以化學實驗為主的多種探究活動”。筆者認為，生活情境有它的優點，能快速調動學生的生活經驗，增強課堂的趣味性。能讓學生快速進入課堂的角色；但很多生活情境，看似簡單，實則包含了很復雜的內容，學生很難在課堂上用有限的化學知識進行分析，自然也難以達到教學的目的。而實驗情境，則能讓學生利用觀察實驗現象、收集實驗數據，結合化學理論知識進行推理學習，達到深刻理解化學過程的目的。因此，富有探究價值的化學實驗情境，無論是用于學科知識的關聯、學科問題的揭示，還是培養學生的高階思維能力，都能發揮積極的作用。筆者以“難溶電解質的溶解平衡”為例，立足于實驗情境展開教學，成效卓著。

2 基于實驗情境的教學案例

2.1 基于教學情境視角的文獻分析

“難溶電解質的溶解平衡”是一個應用性很強的化學現象，在日常生活和工業生產中很容易找到與之有聯系的內容，很多教師的教學設計都呈現了這一特點。教師選擇了生活中出現的一些化學現象，篩選出學生比較熟悉的內容，輔以合適的教學問題，設計成富含學科意義的情境，給予了學生們開闊的視野和積極的啟發。由于生活情境能讓學生快速進入課堂角色，在本節課中，筆者以“純凈水對人體骨質的影響”為情境教學內容。為了讓學生能更真切地感受難溶物的溶解平衡現象，筆者創設了一系列的實驗情境，在實驗情境中探索難溶物的溶解平衡原理。

2.2 教學內容與學情分析

“難溶電解質的溶解平衡”是人教版化學選修4第3章第4節的內容，這一節主要講授的內容是溶解平衡的概念、平衡移動的影響因素和溶解平衡的應用。在此之前，學生已經學習了離子反應、難溶電解質的概念，也學習了化學平衡、電離平衡和水解平衡等基本理論，因此，本節課的關鍵在于怎樣把“難溶電解質”和“溶解平衡”進行有機融合，落實溶解平衡的基本概念，突破沉淀的生成、溶解和轉化等實際的應用問題，建立基于溶度積的定量分析模型。此外，筆者還注意到了一些學生認知的薄弱點，例如對于難溶的物質，學生往往會認為是絕對不溶的，缺乏“相對性”的意識。又如在判斷平衡移動的方向時，學生還不善于利用平衡常數進行定量的分析，習慣于簡單的定性判斷，思維方法不夠豐富。這些也將是課堂教學需要解決的基本問題。

2.3 教學目標

(1)通過觀察實驗現象，應用化學平衡理論理解、描述難溶電解質的溶解平衡現象。

(2)掌握溶度積常數，并能利用濃度商、溶度積常數進行簡單地計算。

(3)運用定量計算，理解淀沉生成、溶解和轉移的本質，認識沉淀溶解平衡在生活、生產中的作用。

2.4 教學環節設計

2.4.1 環節一：情境引入、宏觀辨識

問題討論：長期喝純凈水，對人的骨骼有什么影響嗎？

設計說明：利用生活常識引發疑問，為什么骨骼中難溶性的鈣鹽會被溶解？

2.4.2 環節二：宏觀辨識與微觀探析

實驗1：向盛有3 mL 0.1 mol/L NaCl溶液的試管(試管①)中滴加5～6滴0.1 mol/L AgNO3溶液。

提問：請問AgCl濁液中是否含有Ag+？

設計說明：氯化鈉過量，可以保證Ag+充分反應，在學生的經驗認識中，AgCl是不溶的，濁液中沒有Ag+。

實驗2：從試管①中取1 mL上層澄清溶液于試管②中，分別往兩支試管中逐滴加入飽和Na2S溶液(注：如能離心分離效果更好)。

設計說明：試管①②均生成黑色沉淀，說明清液中含有Ag+；試管①中原來的白色淀沉也轉變成黑色沉淀。這些現象，有力地沖擊學生的經驗認知，讓學生明白，難溶鹽也是能溶解的。

微觀探析：AgCl濁液中存在Ag+，符合化學平衡“沒有完全反應”的特點，當加入S2-，Ag+與S2-生成Ag2S(s)，而繼續加入S2-，白色沉淀逐漸轉化為黑色Ag2S(s)，可推斷AgCl(s)發生溶解，生成了Ag2S(s)，難溶電解質既存在溶解平衡的現象，也可以發生轉化。

2.4.3 環節三：定量推理與模型認知

問題討論：為什么加入S2-，AgCl(s)會溶解，而Ag2S(s)會生成呢？如何解釋呢？

設計說明：創設疑問，為引入溶度積常數作鋪墊。

模型建立：①濃度商Qc>Ksp，溶液過飽和，生成沉淀；②濃度商Qc=Ksp，溶液飽和，沉淀與溶解處于平衡狀態；③濃度商Qc

2.4.4 環節四：應用模型、深化理解

沉淀反應應用一：沉淀的生成

經過近似計算，在常溫下，當c(OH-)約為10-11mol/L時，也就是pH約為3時，Fe3+幾乎完全沉淀。而當Cu2+完全沉淀時，c(S2-)僅為10-15mol/L的數量級。通過Ksp與Qc的計算，讓學生從定量的角度，了解在生活生產中，如何控制條件，達到沉淀離子的目的。

沉淀反應應用二：沉淀的溶解

微觀探析碳酸鈣溶于鹽酸的原理：

設計說明：在學生的認知中，CaCO3與鹽酸的反應，只是一個靜態的反應方程式，學生并不理解其微觀的反應過程。分析反應過程，讓學生認識到這是一個包含溶解平衡、弱電解質電離平衡的多平衡體系。

問題遷移：水解呈酸性的NH4Cl能否溶解堿性難溶物Mg(OH)2和Fe(OH)3？

實驗3：用小試管取2 mL 0.1 mol/L的MgCl2溶液，滴加5～6滴0.1 mol/L的NaOH溶液，溶液變渾濁。

問題討論：往上述試管中滴加0.1 mol/L的NH4Cl溶液，沉淀能否溶解？

實驗4：往Mg(OH)2懸濁液中滴加0.1 mol/L的NH4Cl溶液，白色渾濁消失。

問題討論：NH4Cl溶液能否溶解Fe(OH)3沉淀？

實驗5：往Fe(OH)3懸濁液中滴加0.1 mol/L的NH4Cl溶液，紅褐色沉淀沒有溶解。

定量分析：用pH試紙測定0.1 mol/L的NH4Cl溶液的pH約5～6，而在前面已經近似計算過，當pH約等于3時，Fe3+已經幾乎沉淀完全，因此，在pH約5～6的區間內，Fe(OH)3沉淀不會溶解。而利用Mg(OH)2的Ksp(1.8×10-11)進行近似計算，當溶液中的c(Mg2+)=0.1 mol/L時，c(OH-)要達到10-5mol/L的數量級才會產生沉淀，即pH要達到9以上，低于9則可促進沉淀的溶解。

設計說明：對于Mg(OH)2和Fe(OH)3這兩種弱堿，如果沒有利用Ksp進行計算，學生無法體會兩者之間的差異，容易產生錯誤的認識，通過實驗探究和定量分析，讓學生進一步理解物質性質的一般性和特殊性。

沉淀反應應用三：沉淀的轉化

(1)由環節二的實驗可知，溶度積小的沉淀可轉化為溶度積更小的沉淀。

(2)工業應用。用Na2CO3將鍋爐上難溶于酸的CaSO4轉化成易溶于酸的CaCO3[Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,Ksp(CaSO4)=9.1×10-6]。

設計說明：將實驗室的結論推廣應用于工業生產，是化學學科的一大特色，學以致用，能極大程度地激發學生學習化學的興趣。同時，也可讓學生在實踐中，不斷地檢驗、推理論證理論模型，使化學理論和實踐相互促進。

3 結語

3.1 立足實驗教學，發展學科思維

創設實驗情境，基于實驗現象分析問題，是進行知識論證的有力手段。例如“取AgCl濁液的上層清液與S2-反應”這一實驗，有力地沖擊了學生的經驗認識，也成為了本節課的突破口。因此,通過創設實驗情境，并基于實驗情境，分析實驗的宏觀現象，引導學生從微觀角度進行推理論證，理解反應的本質，能有效地促進學生化學學科思維的發展。

3.2 整合教學素材，突破重點難點

化學是一門以實驗為基礎的科學，實驗的重要性眾所周知，但在開展實驗教學時，應明確實驗是為教學服務的，而不是教學為實驗服務的。實驗是探究、推理論證的途徑，在必要的時候，可適當增加實驗，以提高教學的有效性。在本案例的環節四中，關于沉淀的溶解，筆者設計了氯化銨溶液分別與Mg(OH)2沉淀、Fe(OH)3沉淀反應的實驗，在表面上看，兩者似乎都可以反應，但實驗事實證明，只有Mg(OH)2沉淀能與氯化銨溶液反應。這樣的設計不僅能讓學生深刻體會物質性質的一般性和特殊性，也能讓學生認識到化學實驗的重要性。因此，通過實驗與分析，能有效地突破本節課的重點和難點。

3.3 發展學科素養，達成教學目標

課堂是發展學生學科核心素養的主陣地，但歸根結底是要依靠學科知識進行落實。因此，教師首先必須明確每節課所能承載的素養功能，并有計劃地融入教學設計，最大程度地促進教學目標的達成。在本案例中，筆者從宏觀、微觀、定量和模型四個層次，分別融入了宏觀辨識與微觀探析、科學探究、證據推理與模型認知等核心素養目標，并以實驗情境為載體，促進學生核心素養的發展。