基于“IrYdium Chemistry Lab”的化學核心素養培養的教學研究
——以“鹽類的水解”為例

張貝貝 董 玲

（新疆師范大學 新疆烏魯木齊 830054）

化學是高中素質教育階段重要學科，同時也是發展學生核心素養的重要載體。［1］化學核心素養是對知識與技能、過程與方法、情感態度價值觀三維目標的整合，是動態的、可遷移的集合體，在學生系統地掌握知識、靈活地運用知識解決實際問題、堅定地培養終身學習的信念中起著不可替代的作用。因此，新課改形式下如何做好這項工作，就成為高中化學教師教學的重要任務。

在信息技術時代的環境下，虛擬實驗軟件成為教學常用手段。眾所周知，化學的微觀世界是抽象難理解的，因此，教師在課堂上利用信息技術所具備的直觀展示功能，來引導學生建立物質宏觀與微觀之間的連接是有效的，這樣就能使學生相關核心素養得以發展，進一步深化學生對于化學教學內容的把握。［2］“IrYdium Chemistry Lab”是一款由美國化學集成網站提供的將數字化實驗中傳感器、數據采集器和計算機系統進行整合的虛擬化學實驗軟件，周昌林對此軟件的下載方法以及簡單應用已做了詳細地介紹。［3］它包含了鹽類水解學習過程中常用的酸堿鹽，因此，借助此實驗軟件，筆者以“鹽類的水解”的教學設計為例，探究如何切實、有效地培養學生適應未來發展的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。

一、教材分析

鹽類的水解是中學化學教學中的核心概念，是化學反應原理的難點部分，更是每年高考熱點。鹽類的水解知識是眾多知識的交織點，是學生已有的關于溶液認知的升華，是在學習了化學反應速率、化學平衡的基礎上進一步加深學生對化學平衡的理論知識的鞏固和應用。本文為“鹽類的水解”第一課時，重在引導學生利用已有化學平衡知識，了解鹽類水解的定義及本質，教材內容前后關系與地位如圖1所示。因此，學好本節課內容，不僅可以加深學生對化學平衡理論知識的理解，還為學習影響鹽類水解的因素，利用鹽類水解的知識解釋并解決真實情境中中的問題奠定基礎，可以提高學生理論聯系實際，培養學生利用學科知識創造社會價值的思想。

圖1 教材內容前后關系與地位

二、學情分析

在中學階段，學生對于溶液問題的認識大體經歷了以下五個階段。首先，在義務教育階段，學生知道了溶液、溶質、溶劑等概念，掌握了溶液中可以發生的一些基本反應，對溶液有了基本的認知；其次，在高中階段，學生在化學必修第一冊學習了有關電解質的概念，討論了電解質在水溶液或熔融狀態下發生電離的過程，書寫了常見電解質的電離方程式；再次，學生在化學必修第二冊學習了可逆反應中的平衡問題，知道通過改變條件來調控化學平衡；然后，學生明白了強電解質和弱電解質的概念，并在化學平衡的基礎上遷移學習了電離平衡；最后，學生明晰了水的電離以及溶液的酸堿性和pH的關系，這些都為學生學習鹽類水解知識奠定了基石。

三、教學目標

1.通過IrYdium Chemistry Lab探究鹽類水解的實質及水解方程式的書寫，培養學生宏觀辨識與微觀探析和變化觀念與平衡思想的核心素養。

2.通過小組合作掌握鹽類水解規律，培養學生從證據推理與模型認知和實驗探究與創新意識的核心素養。

3.通過鑒定造紙工藝，利用已學知識解決實際問題，初步認識鹽類水解的應用，從而感悟化學在人類進步與社會發展中的價值，培養學生科學精神與社會責任的核心素養。

四、教學活動

1.任務一：鑒定工藝，創設情境

情境導入：造紙術是中國四大發明之一，是中國勞動人民長期經驗的積累和智慧的結晶。《東觀漢記》中記載——倫乃造意用樹皮、麻頭及敝布、魚網以為紙。先搗制成漿，取膜而去水，后晾干，而制成紙。興元年，奏上之。帝善其能，自是莫不從用焉，故天下咸稱“蔡侯紙”。大家知道這段古文的意思嗎？

學生思考并翻譯古文。

設計意圖：回顧東漢時期的造紙術，增強學生民族自尊心、自信心和自豪感，增強文化自信。

過渡：早期制得的紙張表面不平滑，一經寫字就會墨跡擴散，為了改善這種情況，工匠常在紙的表面涂覆明礬，但慢慢人們發現明礬會對紙張造成酸性腐蝕。明礬是一種鹽，但它的水溶液為什么會顯酸性呢？請同學們思考。

學生回答：可能是明礬中的某個離子和水發生了反應，產生了H+。

教師追問：同學們預測得對不對呢？如果正確，又是哪個離子和水反應了呢？今天，我們就帶著這些問題開始學習。

設計意圖：以鑒定造紙技術中明礬為什么會對紙張造成酸性腐蝕為情境，激發學生學習興趣，使學生帶著疑問進行下一環節的學習。

2.任務二：小組合作，整理歸納

過渡：我們在初中就學過“純堿不是堿，但它顯堿性”。為什么有的鹽顯酸性，有的鹽顯堿性呢？這其中有什么規律呢？

小組討論：

（1）請用“IrYdium Chemistry Lab”虛擬化學實驗軟件 模擬1 mol·L-1NaCl、NH4Cl、Na2CO3、NaHCO3、

CH3COONa的酸堿性，并對其鹽的類型進行分類。（2）溶液的酸堿性又是由什么決定的呢？

（3）你有什么方法可以將中性溶液變為酸性溶液或堿性溶液呢？并對HCl、NaOH、NH4Cl、CH3COONa溶液的酸堿性進行歸因。

學生小組討論并匯報小組成果。

歸納總結：

（1）分別模擬上述溶液酸、堿性，整理于表1。

表1 鹽的酸堿性和分類

（2）溶液的酸堿性由溶液中c（H+）和c（OH-）的相對大小決定。

（3）中性溶液→酸性溶液：向溶液中加H+或者消耗OH-，即使得溶液中c（H+）＞c（OH-）；中性溶液→堿性溶液：向溶液中加OH-或者消耗H+，即使得溶液中c（H+）＜c（OH-）。對溶液酸堿性歸因于表2。

表2 溶液酸堿性歸因

設計意圖：通過小組合作，借助“IrYdium Chemistry Lab”虛擬化學實驗軟件，模擬常見鹽的酸堿性并對其分類，使學生在宏觀上對鹽的酸堿性有初步的認識；通過分析溶液顯酸、堿性原因并對常見溶液的酸、堿性進行歸因分析，使學生明白溶液顯酸、堿性除了常見的向中性溶液加入H+或OH-外，還可以消耗H+或OH-，為后續學生探究水解反應就是離子和水電離出來的H+或OH-反應奠定理論基礎。

3.任務三：宏微結合，深化認知

過渡：通過上面的分析，我們明白了鹽溶液顯酸、堿性的原因就是溶液中的某個離子消耗了水中的H+或者OH-，那到底什么離子才能消耗水中的H+或者OH-？

小組討論：

（1）請用“IrYdium Chemistry Lab”虛擬化學實驗軟件模擬0.1mol·L-1NaCl、NH4Cl、CH3COONa的溶液中各微粒濃度。

（2）請寫出各溶液中發生反應的化學方程式，并結合離子方程式的書寫規則，嘗試寫出上述溶液顯酸、堿性的離子方程式。

學生利用軟件模擬上述溶液相關數據，教師及時參與到小組談論中，對有疑問的小組進行引導，爭取讓學生自主建構出如何書寫離子水解方程式。

歸納總結：

通過軟件模擬各溶液中微粒的濃度，學生運用比較、分析等方法歸納出鹽溶液顯酸、堿性的原因，總結出鹽類水解的規律，結果整理于表3。

表3 鹽溶液的水解規律

設計意圖：通過軟件模擬，學生可以清楚地發現NaCl溶液顯中性，溶液中并沒有其他微粒生成；NH4Cl溶液為強電解質，溶液中c(NH+4)本應該等于c（Cl-），但模擬發現c(NH+4)＜c（Cl-），而且生成了NH3·H2O這種弱電解質，這說明NH+4和水電離出來的OH-發生反應，打破了水的電離平衡，才使得溶液顯酸性，得出水解方程式為NH+4+H2O?NH3·H2O+H+。同樣，學生順理成章地分析出了CH3COONa溶液顯堿性的原因，并得出水解方程式為CH3COO-+H2O?CH3COOH+OH-。值得注意的是，學生可以發現水解的程度是比較微弱的，水解還是個動態的過程，而這也正是虛擬實驗軟件的優勢。通過上述分析，學生在宏觀認識溶液酸堿性的基礎上，了解了其微觀本質，培養了學生宏觀辨識與微觀探析的核心素養，加深了微觀是宏觀現象的本質解釋；借助虛擬實驗軟件使學生觀察到水解反應的微弱性和動態性，［4］培養了學生科學探究與創新意識，提升了其變化觀念與平衡思想的核心素養。

4.任務四：聯系實際，強化應用

過渡：通過這節課的學習，相信大家已經明白了明礬會對紙張造成酸性腐蝕的原因，請大家嘗試寫出相關的水解方程式，并思考我們該如何改變這一現狀？

學生思考并書寫離子方程式。

歸納總結：

（1）Al3++3H2O?Al（OH）3+3H+

（2）為防止紙張的酸性腐蝕，常在紙漿中加入碳酸鈣等添加劑。

設計意圖：回歸主題，使學生思考明礬會對紙張造成酸性腐蝕的原因，并結合工業實際嘗試尋找解決方案，將理論與實際相結合，從而落實科學態度與責任的核心素養。

五、教學反思

1.以問題為驅動，循循善誘

從情境引入到每個活動的開展都以問題的形式來過渡。在教師的循循善誘下，使學生沉浸式地體驗解決問題的同時，又帶著新的疑問進入下一環節的學習，激發了學生學習的興趣、增加了課堂的參與度。

2.以合作促建構，滲透宏微

本節課倡導學生學會學習、學會合作溝通、學會創新實踐，使學生通過小組合作的形式自主建構出鹽類水解的規律。借助“IrYdium Chemistry Lab”虛擬化學實驗軟件，在對鹽的類型和鹽的酸堿性關系認識的基礎上，通過觀察實驗數據，歸納出鹽類水解的方程式，培養了學生“四重表征”的科學思維。

3.以文化作呼應，落實素養

本節課以基于中華文化為背景的“造紙術”為情境，通過整節課的學習再來分析明礬會對紙張造成酸性腐蝕的原因，使整節課更加嚴謹、完整，傳承了中華傳統文化，厚植了愛國主義情懷，充分發揮了化學課程的育人功能。通過學生討論，尋找解決酸性腐蝕的方法，從而落實科學態度與責任的核心素養。