建構(gòu)認(rèn)識模型 提升“宏微結(jié)合”素養(yǎng)

唐琛 王慧 于少華 孫敏

摘要： 以“離子反應(yīng)”教學(xué)為例，創(chuàng)造真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)。從單一電解質(zhì)溶液到多種電解質(zhì)溶液，從宏觀現(xiàn)象的預(yù)測到微觀本質(zhì)的分析，從定性解釋到定量分析，層層深入，讓學(xué)生逐步構(gòu)建離子反應(yīng)的認(rèn)識模型，提升學(xué)生“宏微結(jié)合”素養(yǎng)，同時實(shí)施多樣化評價，為開展認(rèn)識模型建構(gòu)的課堂教學(xué)提供實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞： 宏微結(jié)合； 核心素養(yǎng)； 離子反應(yīng)； 認(rèn)識模型； 高中教學(xué)

文章編號： 10056629（2022）10005005

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 理論依據(jù)

高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)分為宏觀辨識與微觀探析（簡稱“宏微結(jié)合”）、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任五個維度。為了更好地發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（簡稱“新課標(biāo)”）在課程基本理念中提出，“知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律”［1］。“模型認(rèn)知”素養(yǎng)除了關(guān)注科學(xué)模型的建構(gòu)與應(yīng)用外，還強(qiáng)調(diào)科學(xué)思維的過程，要為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識、解決化學(xué)問題構(gòu)建相應(yīng)的思維框架，即認(rèn)識模型的構(gòu)建與應(yīng)用［2］。此類認(rèn)識模型主要由研究對象、認(rèn)識角度、認(rèn)識方式、化學(xué)問題、任務(wù)類型等要素構(gòu)成，具有將化學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容從知識關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化提升到認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化的重要價值［3］。創(chuàng)設(shè)特定的情境，讓學(xué)生在化學(xué)知識的學(xué)習(xí)和化學(xué)問題的解決中，基于核心概念構(gòu)建認(rèn)識模型，可促進(jìn)知識向能力的轉(zhuǎn)化，從而發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

本文以“從具體的知識傳授到核心觀念的構(gòu)建，從知識的解析為本到基于學(xué)生認(rèn)識發(fā)展為本”為指導(dǎo)思想，圍繞離子反應(yīng)核心概念的建構(gòu)、理解和應(yīng)用，形成認(rèn)識水平的考查指標(biāo)并在教學(xué)過程中進(jìn)行實(shí)時評價，將核心概念轉(zhuǎn)化為認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)的角度和思路。以離子反應(yīng)認(rèn)識模型的自主建構(gòu)為統(tǒng)領(lǐng)，通過從宏觀現(xiàn)象的解釋到微觀本質(zhì)的分析、為微觀分析尋找宏觀證據(jù)等學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生在宏觀與微觀之間不斷切換角度進(jìn)行思考，從而提升“宏微結(jié)合”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2 主題的確立

“電離和離子反應(yīng)”是2019年魯科版高中化學(xué)必修一第二章第2節(jié)的內(nèi)容。新課標(biāo)對本節(jié)內(nèi)容的要求是“認(rèn)識酸、堿、鹽等電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下能發(fā)生電離。通過實(shí)驗(yàn)事實(shí)認(rèn)識離子反應(yīng)及其發(fā)生條件。了解常見離子的檢驗(yàn)方法”。

本部分內(nèi)容可以分為3課時。第1課時為離子反應(yīng)認(rèn)識模型的初步建構(gòu)——電解質(zhì)的電離，以“固體氯化鈉溶于水后會發(fā)生什么”為驅(qū)動問題，引導(dǎo)學(xué)生提出猜想、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，建立起宏觀物質(zhì)與微觀粒子間的關(guān)聯(lián)，形成認(rèn)識單一電解質(zhì)溶液的思路方法，初步形成“宏微結(jié)合”的意識；第2課時為離子反應(yīng)認(rèn)識模型的建構(gòu)，以“稀H2SO4和Ba（OH）2溶液混合后會發(fā)生什么”為問題情境，引導(dǎo)學(xué)生分析探究，進(jìn)入微觀視角認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)，真正從本質(zhì)上理解離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，從而突破學(xué)生書寫離子方程式的難點(diǎn)，形成多種電解質(zhì)溶液性質(zhì)及變化分析的思路方法，自主建構(gòu)離子反應(yīng)的認(rèn)識模型，發(fā)展學(xué)生“宏微結(jié)合”核心素養(yǎng)；第3課時為離子反應(yīng)認(rèn)識模型的應(yīng)用，以“如何用化學(xué)沉淀法除去粗鹽中的雜質(zhì)離子”為問題情境，引導(dǎo)學(xué)生分析思考，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，再實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境中應(yīng)用離子反應(yīng)認(rèn)識模型解決物質(zhì)的除雜問題，體現(xiàn)離子反應(yīng)認(rèn)識模型的功能價值，進(jìn)一步提升學(xué)生“宏微結(jié)合”的核心素養(yǎng)。

建構(gòu)認(rèn)識模型是一個動態(tài)、復(fù)雜的過程，需要以具體的化學(xué)知識為基礎(chǔ)，在化學(xué)問題的解決過程中，逐步形成對認(rèn)識對象結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識，從而形成相應(yīng)的思維框架。本部分第1課時形成認(rèn)識單一電解質(zhì)溶液的思路方法，初步建構(gòu)離子反應(yīng)的認(rèn)識模型；第2課時形成認(rèn)識多種電解質(zhì)溶液的思路方法，真正建構(gòu)離子反應(yīng)的認(rèn)識模型；第3課時實(shí)際應(yīng)用離子反應(yīng)的認(rèn)識模型，完成對陌生情境復(fù)雜問題的解決。三課時有序推進(jìn)，有利于學(xué)生逐步建構(gòu)和應(yīng)用離子反應(yīng)認(rèn)識模型。本文具體以第2課時建構(gòu)離子反應(yīng)的認(rèn)識模型為例，從教學(xué)目標(biāo)、評價思路、實(shí)踐過程以及教學(xué)反思等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述，為建構(gòu)認(rèn)識模型的課堂教學(xué)提供實(shí)踐參考。

3 教學(xué)目標(biāo)與評價思路

3.1 教學(xué)目標(biāo)

（1） 通過對Ba（OH）2溶液和稀H2SO4溶液的再次認(rèn)識，鞏固認(rèn)識單一電解質(zhì)溶液的思路方法。

（2） 通過Ba（OH）2溶液和稀H2SO4溶液的實(shí)驗(yàn)探究，形成認(rèn)識多種電解質(zhì)溶液的思路方法，建立離子反應(yīng)的認(rèn)識模型。

（3） 通過分析描述NaOH溶液滴加到CuCl2溶液中的微粒變化，初步應(yīng)用離子反應(yīng)的認(rèn)識模型。

3.2 評價目標(biāo)

（1） 通過學(xué)生對Ba（OH）2溶液和稀H2SO4溶液的再次認(rèn)識，診斷并發(fā)展學(xué)生從微觀角度認(rèn)識物質(zhì)的水平，鞏固并提升認(rèn)識單一電解質(zhì)在水溶液中行為的思路方法。

（2） 通過Ba（OH）2溶液和稀H2SO4溶液的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象預(yù)測和分析解釋，診斷并提升學(xué)生根據(jù)宏觀現(xiàn)象預(yù)測微觀本質(zhì)以及根據(jù)微觀本質(zhì)解釋宏觀現(xiàn)象的能力；通過電導(dǎo)率變化趨勢圖的繪制，診斷并發(fā)展學(xué)生認(rèn)識多種電解質(zhì)在水溶液中行為的思路方法。

（3） 通過分析NaOH溶液滴加到CuCl2溶液的微粒變化及離子方程式的書寫，診斷并發(fā)展學(xué)生對離子反應(yīng)認(rèn)識模型的應(yīng)用水平。

3.3 評價思路

基于“教、學(xué)、評”一體化理念，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，確定“離子反應(yīng)”的教學(xué)和評價思路如圖1所示。

4 教學(xué)實(shí)踐過程

4.1 診斷已知，探查起點(diǎn)

［學(xué)習(xí)任務(wù)1］Ba（OH）2溶液和稀H2SO4溶液的再次認(rèn)識。請將你的認(rèn)識記錄在學(xué)案上。

學(xué)生自主思考，在學(xué)案中記錄相應(yīng)的認(rèn)識想法，并闡述自己的觀點(diǎn)，學(xué)生和學(xué)生相互交流評價，達(dá)成共識。Ba（OH）2屬于易溶于水的堿，在水溶液中會電離出Ba2+和OH-，且兩者數(shù)量之比為1∶2，同時溶液中還存在水分子。H2SO4屬于易溶于水的酸，在水溶液中會電離出SO2-4和H+，且兩者數(shù)量之比為1∶2，同時溶液中還存在水分子。

［評價任務(wù)1］診斷學(xué)生是否具有微觀的視角認(rèn)識物質(zhì)，是否掌握單一電解質(zhì)在水溶液中的行為，為后續(xù)離子反應(yīng)奠定基礎(chǔ)。以下是教學(xué)實(shí)踐過程中，不同水平學(xué)生的表現(xiàn)。

水平1：認(rèn)為Ba（OH）2溶液中存在Ba（OH）2；H2SO4溶液中存在H2SO4。

水平2：認(rèn)為Ba（OH）2溶液中存在Ba2+和OH-；H2SO4溶液中存在H+和SO2-4。

水平3：認(rèn)為Ba（OH）2溶液中存在Ba2+和OH-；H2SO4溶液中存在H+和SO2-4，并可指出離子的數(shù)量關(guān)系，且還能關(guān)注水分子。

4.2 創(chuàng)設(shè)情境，構(gòu)建模型

［學(xué)習(xí)任務(wù)2］在2～3mL滴有2～3滴酚酞的Ba（OH）2溶液中滴加過量稀H2SO4會發(fā)生什么？請預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并進(jìn)行分析解釋。

學(xué)生先自主思考，然后小組內(nèi)交流討論，小組代表表述相應(yīng)的觀點(diǎn)，各小組通過交流評價，達(dá)成一致的意見。然后學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證預(yù)測的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師再進(jìn)行精煉總結(jié)。

（1） 現(xiàn)象：酚酞變紅。

解釋：Ba（OH）2屬于易溶于水的堿，在水溶液中會電離出OH-，因此加酚酞后會變紅。

（2） 現(xiàn)象：酚酞變紅后褪色。

解釋：H2SO4屬于易溶于水的酸，在水溶液中會電離出H+，隨著稀H2SO4的加入，H+與OH-結(jié)合生成H2O， OH-濃度不斷減小，酚酞褪色。

（3） 現(xiàn)象：生成白色沉淀。

解釋：Ba（OH）2屬于易溶于水的堿，在水溶液中會電離出Ba2+， H2SO4屬于易溶于水的酸，在水溶液中會電離生SO2-4，隨著稀H2SO4的加入，Ba2+與SO2-4結(jié)合生成BaSO4白色沉淀。

［評價任務(wù)2］診斷學(xué)生能否根據(jù)宏觀現(xiàn)象預(yù)測微觀本質(zhì)，根據(jù)微觀本質(zhì)解釋宏觀現(xiàn)象，初步感受溶液中離子變化與離子反應(yīng)。通過實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生真實(shí)感受離子反應(yīng)的發(fā)生，理解粒子間的相互作用。以下是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋的教學(xué)實(shí)踐過程中，不同水平學(xué)生的表現(xiàn)。

水平1：Ba2＋與SO2－4反應(yīng)生成BaSO4白色沉淀，發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，酚酞變紅后褪色。

水平2：Ba2＋與SO2－4反應(yīng)生成BaSO4白色沉淀，OH-與H+發(fā)生反應(yīng)，酚酞變紅后褪色。

水平3：Ba2＋與SO2－4反應(yīng)生成BaSO4白色沉淀，酚酞遇OH-變紅，硫酸中有H+， OH-與H+反應(yīng)，OH-濃度減小，酚酞變紅后褪色。

［學(xué)習(xí)任務(wù)3］請預(yù)測并在學(xué)案上畫出向Ba（OH）2溶液中滴加過量稀硫酸的過程中溶液的導(dǎo)電性變化趨勢圖。

學(xué)生自主思考后，小組內(nèi)交流討論，小組代表表述相應(yīng)的觀點(diǎn)，小組間相互評價，達(dá)成共識。隨著過量稀硫酸的滴加，溶液的導(dǎo)電性由強(qiáng)變?nèi)酰僮儚?qiáng)，隨后教師用微型溶液導(dǎo)電器做導(dǎo)電性演示實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示，驗(yàn)證學(xué)生的預(yù)測。

通過以上實(shí)驗(yàn)來比較導(dǎo)電性強(qiáng)弱還是較粗糙的，科學(xué)家們找到一個更精確的、可定量表示溶液中離子濃度大小的物理量——電導(dǎo)率。電導(dǎo)率的數(shù)值越高，表示溶液中的離子濃度越大。實(shí)驗(yàn)測出電導(dǎo)率的變化圖如圖3所示，讓學(xué)生再次解釋說明向Ba（OH）2溶液中滴加過量稀硫酸過程中混合溶液的電導(dǎo)率變化情況。

學(xué)生通過自主梳理和完善，再次解釋說明電導(dǎo)率的變化趨勢，然后由教師通過整理剛才的實(shí)驗(yàn)探究過程，形成離子反應(yīng)及離子方程式的概念，歸納總結(jié)認(rèn)識多種電解質(zhì)水溶液的思路方法，建構(gòu)離子反應(yīng)的認(rèn)識模型（如圖4所示）。

［評價任務(wù)3］通過電導(dǎo)率變化趨勢圖的繪制，診斷學(xué)生對多種電解質(zhì)在水溶液中行為的掌握情況；通過電導(dǎo)率變化趨勢圖的再次解釋說明，進(jìn)一步鞏固分析離子反應(yīng)的角度和思路方法，形成離子反應(yīng)的核心概念，構(gòu)建離子反應(yīng)的認(rèn)識模型。以下是電導(dǎo)率變化趨勢圖的繪制教學(xué)實(shí)踐過程中不同水平學(xué)生的表現(xiàn)。

水平1：滴加稀硫酸后，離子數(shù)目增加，導(dǎo)電性變強(qiáng)。學(xué)生繪制圖如圖5所示。

水平2：滴加稀硫酸后，發(fā)生離子反應(yīng)，離子濃度降低，導(dǎo)電性變?nèi)酢W(xué)生繪制圖如圖6所示。

水平3：滴加稀硫酸后，發(fā)生離子反應(yīng)，離子濃度降低，導(dǎo)電性先變?nèi)酰捎诘渭拥氖沁^量的稀硫酸，所以后續(xù)離子濃度增加，導(dǎo)電性又變強(qiáng)。學(xué)生繪制圖如圖7所示。

4.3 應(yīng)用模型，解決問題

［學(xué)習(xí)任務(wù)4］分析NaOH溶液滴加到CuCl2溶液中的微粒變化，并寫出相應(yīng)的離子方程式。

學(xué)生自主思考后，交流討論，通過相互評價，達(dá)成共識，并應(yīng)用構(gòu)建的離子反應(yīng)認(rèn)識模型解決陌生情境下的離子反應(yīng)。然后教師歸納總結(jié)離子反應(yīng)發(fā)生的條件及本質(zhì)。宏觀上需要生成氣體、沉淀和水，微觀上是某些離子的濃度下降。

［評價任務(wù)4］診斷學(xué)生能否應(yīng)用構(gòu)建的認(rèn)識模型，解決兩種電解質(zhì)溶液在水溶液中的行為，體會認(rèn)識模型的應(yīng)用價值，歸納離子反應(yīng)發(fā)生的條件及本質(zhì)。以下是教學(xué)實(shí)踐過程中，不同水平學(xué)生的表現(xiàn)。

水平1：Na++OH-+Cu2++2Cl-Cu（OH）2↓+NaCl

水平2：2Na++2OH-+Cu2++2Cl-Cu（OH）2↓+2Na++2Cl-

水平3：2OH-+Cu2+Cu（OH）2↓

5 教學(xué)反思

“離子反應(yīng)”是高中化學(xué)必修課程中的核心概念，是高中階段水溶液的認(rèn)識起點(diǎn)，也是發(fā)展學(xué)生從微觀角度認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)，使學(xué)生認(rèn)識方式從宏觀發(fā)展到微觀，并向“宏微結(jié)合”轉(zhuǎn)變的重要環(huán)節(jié)。本文旨在離子反應(yīng)認(rèn)識模型的構(gòu)建過程中發(fā)展學(xué)生“宏微結(jié)合”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

5.1 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，引發(fā)認(rèn)知沖突

以“探究稀H2SO4和Ba（OH）2溶液混合后發(fā)生的變化”創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生想要解決問題的欲望。情境的創(chuàng)設(shè)是建立在充分診斷學(xué)生前認(rèn)識的基礎(chǔ)上，通過學(xué)習(xí)任務(wù)1診斷學(xué)生的已有認(rèn)識，鞏固單一電解質(zhì)在水溶液中行為的認(rèn)知，然后結(jié)合學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，提出有效的問題情境。

5.2 自主實(shí)驗(yàn)探究，建立認(rèn)識模型

學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)探究，建立認(rèn)識模型是本節(jié)課的核心環(huán)節(jié)，構(gòu)建認(rèn)識模型有利于學(xué)生學(xué)習(xí)抽象的化學(xué)概念，理解化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，發(fā)展思維能力［4］。在教學(xué)過程中，教師要充分考慮學(xué)生的實(shí)際水平，圍繞核心認(rèn)知提出驅(qū)動性問題，引導(dǎo)學(xué)生自主探究。有效的驅(qū)動性問題的提出，需要教師在備課過程中充分了解學(xué)生的水平，在教學(xué)過程中做到心中有數(shù)。核心問題的提出一定要在教學(xué)過程中追問到核心認(rèn)知，如“酚酞變紅后褪色”的解釋說明環(huán)節(jié)，學(xué)生只回答到酸堿中和是不到位的，教師一定要追問到微粒的角度和數(shù)量的變化，才能真正讓學(xué)生在學(xué)習(xí)任務(wù)中落實(shí)核心認(rèn)知。

5.3 實(shí)施多樣化評價，教學(xué)評一體化

“新課標(biāo)”提出樹立素養(yǎng)為本的化學(xué)學(xué)習(xí)評價觀，實(shí)施“教、學(xué)、評”一體化教學(xué)，多樣化的教學(xué)評價需要貫穿整個教學(xué)活動的始終。如學(xué)習(xí)任務(wù)1“Ba（OH）2溶液和稀H2SO4溶液的再次認(rèn)識”是對學(xué)生已知的探查，通過學(xué)生的自主思考、相互評價，鞏固單一電解質(zhì)在水溶液中行為的認(rèn)知；學(xué)習(xí)任務(wù)4“NaOH溶液滴加到CuCl2溶液中微粒變化的分析”是對學(xué)生新認(rèn)知的診斷，評價學(xué)生是否能應(yīng)用離子反應(yīng)的認(rèn)識模型來解決實(shí)際問題。教學(xué)過程中，教師通過觀察、提問、點(diǎn)評等方式進(jìn)行表現(xiàn)性評價和過程性評價，同時引導(dǎo)學(xué)生開展自我評價、小組互評等。教學(xué)結(jié)束后，可組織學(xué)生訪談、結(jié)合紙筆測試等診斷評價學(xué)生的水平，以此促進(jìn)學(xué)生的批判性思維以及自我評價、反思能力的不斷提高。

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