融通真實情境及核心素養的課堂教學模型實踐研究*
——以“難溶電解質沉淀溶解平衡”高三一輪復習為例

曹育紅 許東慶 陳 晨

（閩江學院附屬中學 福建 福州 350005）

一、問題的提出

在中國知網中用“真實情境”&“素養為本”兩個主題詞進行檢索，發現刊發文章數量呈現逐年遞增之勢，表明自《普通高中化學課程標準（2017年版）》頒布以來，基于真實情境、素養為本（或者說素養立意、素養導向等）就成為教學領域研究的熱點。研究者包括一線中學教師、教研員、專家、高校研究生及教授等。這類文章集中發表在一些被人大復印報刊資料《中學化學教與學》年均全文轉載量較高的期刊，充分體現了國家層面綱領性文件的導向價值。

文獻分析表明，沉淀溶解平衡已有許多相關研究，［1-9］張弛［4］就本節內容提出了在化學文化觀照下進行核心素養培養的教學主張。他認為教師和學生在學科核心素養培養方面也是教學相長的，教師在關注學生課堂行為表現、體會學生素養狀態和發展狀況時，教師反思、積淀并發展自己的學科素養。具體實施時，以任務線、邏輯線和情感線三線融入STEAM理念并行推進。劉玉榮等［5］以“沉淀溶解平衡”為例，提出了“整體規劃素養發展路徑；制訂教-學-評目標，監測素養達成；設置活動任務，承載素養發展；創設真實情境，聯結素養與知識”4 個方面的教學策略，構建主題進行單元教學設計。東啟云［6］認為“難溶電解質的溶解平衡”教學的核心觀念是化學平衡觀和微粒觀，他將Mg（OH）2作為難溶電解質溶解平衡的研究對象，以問題和學生活動將教學活動串聯起來，圍繞“沉淀溶解平衡的建立—沉淀溶解平衡的概念—沉淀溶解平衡的移動—沉淀溶解平衡的微觀認識思路”4 個環節展開教學內容，以此加強平衡觀、微粒觀及學科本質認識的培養。范德超等［7］以“沉淀溶解平衡”為例，運用信息化教學手段，著力解決學生對曲線問題認識的障礙，培養學生證據收集與應用意識，提高學生對曲線分析與理解的能力，增強學科問題的本質理解。盛儉發等［8］、曾鳳英等［9］通過設計實驗來幫助學生理解沉淀溶解平衡的存在。

從上述代表性的教學研究與設計、實驗教學與創新來看，研究者們都注重課堂教學中真實情境的應用及核心素養的培養、注重從實驗角度幫助學生理解沉淀溶解平衡這一核心概念，但并未就高三一輪復習課堂教學中，融通真實情境及核心素養的課堂教學模型做出嘗試，本文力圖在這方面做出突破。

二、融通真實情境及核心素養培養的課堂教學模型

高三一輪復習的課堂教學，既要考慮到知識的基礎性與全面性，還要關注學生掌握知識情況及核心素養培養，也就是要力爭課堂效益的最大化。這就使得情境素材的選擇和使用顯得尤為重要。不同于新課講授時基于教材內容的情境使用，高三一輪復習課中的情境素材最好是真實的、全新的。針對所復習知識和解決問題的需要，要對情境素材進行加工，挖掘其隱含的深層內容，以問題（鏈）的形式更好地體現對學生思維的引導。教學情境中的問題要靠近學生“最近發展區”，要有層次、有梯度，為學生提供高水平的學習空間。［10］超出“最近發展區”的問題，教師需要搭腳手架——建模，幫助學生順利過渡。考慮課堂推進實際，兼顧核心素養的培養，我們提出如圖1所示的高三一輪復習中融通真實情境及核心素養的課堂教學模型。

圖1 融通情境、問題、知識及核心素養的課堂教學模型圖

在此模式圖中，真實情境是教學的出發點，從其中的復雜問題中剝離出化學核心問題是關鍵點。事實表明，發現問題的能力也是個人成長過程中的必備品質，也就是核心素養之一。這與學科核心素養“科學探究與創新意識”中所強調的“能發現和提出有探究價值的問題”是一致的。利用已學化學知識采取建模思維來解決化學問題是要點。研究顯示，建模是幫助學生正確、快速認識問題及其本質的有效途徑。這與學科核心素養“證據推理與模型認知”中所闡述的“建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系”“建立認知模型，并能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律”是吻合的。化學問題解決過程中所運用到的知識與思維以及能力培養遷移到日常生活中更多的實際問題解決是該模型圖中的閃光點。用所學知識解決實際問題正是學習的價值體現，也是個人對社會的貢獻、個人的價值體現。這與學科核心素養“科學態度和社會責任”中所倡導的“深刻認識化學對創造更多物質財富”“能參與有關化學問題的社會實踐活動”是相符的。

三、基于模型的教學流程

“難溶電解質沉淀溶解平衡”是學生學習中較難理解的內容：知識抽象、不直觀，數據計算多，知識應用多。用復習參考書按部就班進行復習教學，難以對學生進行提升。本課設計的總體思路是從真實生活情境入手（魚缸長水藻），產生問題（如何抑制水藻的產生），查閱資料（控制銅離子濃度），參閱文獻，動手實驗（探究難溶物氫氧化鎂溶解），得出結論（難溶電解質的沉淀溶解平衡及影響因素），同理類推（應用含銅的難溶物來控制銅離子濃度），應用結論（應用沉淀溶解平衡的計算確定可選擇的含銅難溶物），遷移拓展（結合材料及所學知識對腎結石患者的建議）。結合上述課堂教學模型圖，設計詳細教學流程如圖2所示。

圖2 教學流程圖

四、教學實錄（節選）

【師】情境介紹：熱帶魚因色彩美麗而受到很多人的喜好，家庭、辦公室都有人飼養，這是在朋友辦公室看見的魚缸；長了很多水藻，很影響觀瞻（見圖3）。如何防止熱帶魚池中水藻的生長呢？查閱資料發現只需保持水中Cu2+濃度約1.2×10-5mol·L-1，就可以有效抑制藻類生長，你會怎樣為你的魚缸保持這個濃度呢？

圖3 長滿水藻的魚缸

【生】答：加入可溶性銅鹽，如氯化銅，硫酸銅。

【師】問：同學們估算一下10 L 魚缸，需要加多少克銅鹽，比如硫酸銅，我們會發現它的質量（數據）很小，操作不便，而且魚缸要經常換水，況且每天水池水還會自然蒸發，那么，如何實現并保持Cu2+濃度呢？

【師】講述：老師查閱到一位福州碩士研究生，他在對蝦養殖水質保持的一篇研究論文里面提到“投加的氫氧化鎂制劑可使水體保持弱堿性（pH8.5～9.0），并且水體弱堿性可保持較長時間。”

……

【師】PPT 展示：氫氧化鎂為什么可以將水體弱堿性保持較長時間？漲潮了（水變多）、不小心撒多了氫氧化鎂固體、水體酸化了，還能保持相應的pH嗎？

【生】思考

【師】實驗圖示展示：取剛才加過酚酞的氫氧化鎂濁液，分成二支試管，一支試管加入1 mL 1 mol·L-1的氯化銅溶液，另一支加入1-2 滴稀硫酸，振蕩后觀察它們顏色變化。

【生】分組實驗2。

【生】現象匯報：加入氯化銅溶液的試管振蕩后紅色褪去變成藍色，滴加稀硫酸的試管，紅色先消失，振蕩后，又變成紅色了。

【師】展示教師實驗截圖：向滴加過酚酞的氫氧化鎂濁液中加入1-2滴稀硫酸時，體系的pH變化圖，如圖4所示。

圖4 Mg（OH）2濁液中加入1-2滴稀H2SO4時pH的變化

【師】問：同學們，上述顏色變化、pH 變化的原因是什么呢？

【生】答：平衡移動造成的。

【師】展示問題：對于平衡Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）+2OH-（aq），若改變條件，對其有何影響？

【師】PPT 展示：氫氧化鎂沉淀溶解平衡受外界條件影響及離子濃度變化表（見表1）

表1 氫氧化鎂沉淀溶解平衡受外界條件影響及離子濃度變化表

……

【師】問：加1 mol·L-1氯化銅溶液，為什么可以產生氫氧化銅沉淀？

【生】答：沉淀溶解平衡移動造成的沉淀轉化。

【師】問：其本質是什么呢？

【生】答：離子積與溶度積的關系。

【師】板書：三、離子積Qc與溶度積Ksp的關系

Qc＞Ksp，溶液過飽和，有沉淀析出；

Qc=Ksp，溶液飽和，沉淀與溶解處于平衡狀態；

Qc＜Ksp，溶液未飽和。

【師】PPT展示：例1：請依據室溫下Ksp［Mg（OH）2］=5.6×10-12、Ksp［Cu（OH）2］=2×10-20，計算在氫氧化鎂濁液中加入1 mol·L-1氯化銅溶液，為什么會產生氫氧化銅沉淀？

【師】板演：詳細過程略。

……

【師】PPT展示：據Ksp［Mg（OH）2］、Ksp［Cu（OH）2）］是否可以知道該反應：Mg（OH）2+Cu2+Cu（OH）2+Mg2+進行程度？請同學們列式計算。

【生】板演：

【師】講述：化學上對于一個反應平衡常數大于105，一般認為反應完全，如果一個反應平衡常數小于10-5，一般認為反應困難。所以我們在學習沉淀轉換的時候，認為Ksp大的難溶物容易轉化成Ksp小的難溶物，就是因為這類物質反應的K值更大。鍋爐除水垢就是這個道理，見表2。

表2 碳酸鈣和硫酸鈣的Ksp

……

【師】PPT 展示：江西是我國銅礦的主要生產地，銅藍礦化學組成：Cu 66.48%，S 33.52%，混入物有Fe 元素。通過焙燒，酸溶后成為銅離子和鐵離子的混合物，如何除去鐵離子呢？已知Ksp（Cu（OH）2）=2×10-20，Ksp（Fe（OH）3）=2.6×10-39，化學上通常認為殘留在溶液中的離子濃度小于1×10-5mol·L-1時，沉淀就達完全。

（1）Fe3+完全沉淀，溶液中pH約為多少？

（2）上述pH溶液中，銅離子可以存在的最大濃度是多少？

【生】交流、討論、演繹

【師】PPT展示計算過程

【師】講述：由理論計算我們發現調節溶液pH=2.81時Fe3+完全沉淀，而Cu2+還未開始沉淀。下面，我們通過實驗進行驗證。

【師】實驗演示：取200 mL 水溶液于燒杯，放在磁力攪拌器上，然后加入1滴管氯化銅溶液，用pH 傳感器測量溶液pH，然后再加入1 滴管氯化鐵溶液，觀察pH變化；接著往燒杯中加入氫氧化銅固體粉末，觀察pH變化，直到不再變化，停止實驗。取上層清液加入硫氰化鉀檢驗是否還含有三價鐵。

【生】現象描述：剛開始水pH 約為7，加入氯化銅pH 迅速降為2.1；加入氯化鐵后，pH 迅速降為1.9，然后加入氫氧化銅粉末后，pH 逐漸升高到4.3（見圖5）。取上層清液加硫氰化鉀未見血紅色。

圖5 氯化銅溶液中加入氯化鐵溶液后pH變化圖

【師】問：同學們，通過這個實驗可以獲得什么結論呢？

【生】答：通過添加Cu（OH）2實現調節溶液pH 使Fe3+沉淀析出，又不引入新雜質離子，自身也不溶于水。

……

【師】問：通過今天對沉淀溶解平衡的學習，我們可以選擇哪種含銅物作為控制魚缸中銅離子的濃度為10-5mol·L-1呢？

【生】答：尋找難溶水的物質。

【師】PPT展示：已知CuS、Cu（OH）2、CuCO3的Ksp值依次為1.3×10-36、2.2×10-20、1.4×10-10。

【生】答：通過估算：

【師】問：這樣無論魚缸水多少，都可以保持魚缸銅離子濃度約1.2×10-5mol·L-1

【師】問：依據表格中腎結石的主要成分及對應的Ksp，你會給結石患者什么建議？

表3 腎結石主要成分的Ksp與形成條件

【生】答：多喝水，尤其夏天；少喝牛奶，尤其睡前；合理補鈣，控制用量，少吃含草酸很高的物質，如菠菜。

五、教學反思

本課用真實情境作載體，以問題（鏈）滲透基礎知識與基本技能的復習。同時，在設計中注重學生核心素養的培養。通過氫氧化鎂溶解平衡的探究實驗進行宏觀設計、微觀粒子分析、符號表征，寫出沉淀溶解平衡方程式，實現宏微結合。利用兩個探究實驗來驗證沉淀溶解平衡的影響因素，樹立了學生變化的觀點和平衡思想：認識難溶電解質的溶解平衡有一定限度，是可以調控的，從而使學生能多角度、動態地分析難溶電解質的溶解平衡，并運用難溶電解質的溶解平衡原理解決實際問題。最后基于數據計算角度來認識沉淀轉換的本質，從定性與定量兩個角度突破難點。通過鍋爐除水垢和銅離子中混有鐵離子的除去兩個工業實際案例，為生活生產中實際問題的解決打下良好的基礎，培養學生的科學精神和社會責任感。

六、結束語

本課例在多所學校的現場教學活動中公開展示，得到了各校師生、教研員及專家的高度評價。在高三一輪復習課中，以真實情境和核心素養培養為導向，進行課堂教學設計，運用融通真實情境及核心素養的課堂教學模型，課堂真實靈動，課堂效果明顯提高。因此，緊密聯系生活挖掘更多一定深度、適合教學的真實情境，開發更多的優質課例，是我們繼續努力的方向。