基于學科觀念和學科理解的概念教學

嚴曉玲

摘要：關注學生對化學概念的理解與應用。課堂不再是利用習題對學生進行考查，而是在實踐探究過程中，結合知識、過程、方法于一體，深化對概念的理解與應用。

關鍵詞：概念教學；學科觀念；學科理解

文章編號：1008-0546（2023）07-0064-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.07.012

一、問題的提出

在化學學科發展的過程中，形成了很多獨特的、具有學科特點的概念，這些概念既是探尋物質及物質變化規律的重要工具，也是促進學生化學思維發展、啟迪學生化學思維的“金鑰匙”。 “溶解度”是中學化學教學過程中的重要概念，對“溶解度”的正確理解，能更深刻地幫助學生從思維上實現從定性到定量的認識。

縱觀當前的概念教學，不少教師一般采用“一個定義、幾項注意或要素、表達方法”等版塊，對概念形成的背景和重要性并不過多強調；用大量的習題對概念進行考查，反而沒有給學生提供充足的時間和實踐去理解概念。以“解題”的訓練方式來進行概念學習，這種理解是膚淺的，是浮于表面的。學生“學”完后很快就會遺忘，以“解題”訓練的教學，有可能妨礙了學生對于概念的理解和應用，降低了對概念的內涵、外延、適用范圍等的追求和探索，不利于學生核心素養的發展，不利于深度學習的發生，不利于鍛煉學生關鍵能力和學科素養的形成。[1] 很多化學概念也比較抽象，往往在這里會成為學生學習的障礙點。所以，必須讓學生對概念由淺入深、由表及里深刻理解，才能突破概念教學的難點。設計合理的探究實驗，能讓學生的認知從感性到理性，降低學習難度，還能熟練應用概念來解決問題。[2]

溶解度的概念并不是某一個人提出來的，而是人們源于對某一問題或者某一現象的深度思考，隨著科學發展自然而然形成的：正是觀察到“溶質在溶劑中的溶解是有限度的”，逐漸形成“溶解度”的概念。本文以“溶解度”為例，圍繞“溶解度”的“概念形成” “概念理解” “概念應用”等幾方面展開對此概念的學習，旨在培養學生的學科觀念，加強學科理解。

二、教學內容及學情分析

溶液是生活中非常常見的混合體系。學生在生活中已經對溶液積累了一定的感性認知。前面也學習了物質的分類，關于純凈物、混合物的認知也非常到位，對溶液的學習也有了理論基礎。學生對溶解現象并不陌生，在之前的學習中已經可以對溶液進行“飽和溶液” “不飽和溶液”的分類，對“物質的溶解是有限度的”已經有了感性認識。這一節課的教學目標是將學生的感性認識上升為理性認知；從定性學習升華到定量學習，實現質的飛躍。

三、教學目標

1. 認知性目標：理解溶解度的概念，知道溶解度的相對大小和溶解性的關系；了解溶解度曲線，能利用溶解度曲線查閱有關物質的溶解度；

2. 技能性目標：培養學生觀察、分析能力以及利用控制變量法進行抽象概括、形成規律性認識的能力。

3. 體驗性目標：通過探究實驗，感受“物質的溶解是有限度的”，不同的物質的“溶解限度”也是不同的。體會事物內外因關系與量變的辯證關系。

四、教學重難點

正確理解溶解度的概念，并利用溶解度曲線去解決問題。

五、教學實錄和設計意圖

【教師】同學們，我上周在學校的“科技節”上看到了一個別致的展品。你們熟悉這件展品嗎？據工作人員介紹，這叫“風暴瓶”，又叫天氣預報瓶，它的發明者是英國的羅伯特菲茨羅伊船長。 “風暴瓶”最早應用于海上。讓我們通過視頻簡單地了解它。（展示圖1風暴瓶圖片及風暴瓶解說視頻15秒。）

這瓶子能“預報天氣，冷暖先知”，當真這么神奇么？我立刻進行了百度百科。

設計意圖：利用身邊的物質和學生的好奇心，直接將學生帶入“溶解”的世界，利用“風暴瓶”隨溫度變化的奇妙現象激發學生的學習熱情。再引導學生在生活中遇到一些“化學現象”可以嘗試多種方法去接近真相，例如：利用搜索引擎去查閱資料也是一種很重要的化學學習途徑和方法。

【一“探”風暴瓶】

【教師】根據介紹，我了解到這是由硝酸鉀、氯化銨以及樟腦溶于水和乙醇形成的混合物質。瓶內出現不同固體的原因之一就是瓶內的這三種溶質在兩種溶劑中溶解性強弱不同。

從這句介紹中，說明什么在影響物質的溶解性強弱呢？

【學生】溶劑。

【教師】是的。我同時發現硝酸鉀和氯化銨在水中的溶解性明顯強于樟腦。這又說明什么在影響著物質的溶解性強弱呢？

【學生】溶質。

【教師】（邊板書）它們都是影響物質溶解性強弱的內因，就是決定性因素。

【教師】既然硝酸鉀和氯化銨都易溶于水，那么，它們的溶解性誰強誰弱，還是相等呢？倘若我來比較這兩種物質的溶解性強弱，你覺得需要控制哪些因素？又為什么要控制這些因素呢？

請同學們開動腦筋，和小組同學交流討論，設計出探究的方案。

設計意圖：在之前學習溶解性的基礎上進行適當總結，得出溶解性的影響因素分為內因和外因，為后續學習“溫度”是影響溶解度重要因素打下堅實的學習基礎。

【學生】方案一：取等溫、等體積的水，加入固體并攪拌，直至飽和——溶解固體量多才飽和的，溶解性強。

方案二：取等質量的固體，加等溫的水直至恰好完全溶解——用水少即全部溶解的，溶解性強。

【教師】無論是哪個方案，我們都控制了一些共同的量。你發現了嗎？

【學生】一定的溫度、飽和狀態。

【教師】比較的方法很多，今天我們就選擇方案一進行實驗。

下面我們將利用討論好的方案，探究硝酸鉀和氯化銨的溶解性強弱。大家量取等體積的水，分別向其中加入固體，少量多次，直至固體不再溶解。利用天平稱量溶解前后的差值，在實驗過程中注意及時記錄實驗數據。（介紹圖2所示的溶解度測定方法。）

【學生】進行活動探究一。

設計意圖：引導學生進行控制變量的實驗設計及實施。在親手實施的過程中比較兩者的溶解能力，鍛煉了學生的動手能力；并且，在實驗過程中比較數據，通過數據來比較溶解能力，學生從定性認知上升到定量認知，有助于提升學生的科學思維能力。

【教師】引導學生描述實驗現象、歸納實驗結論。你觀察什么現象？

【學生】發現燒杯降溫。

【教師】對！我們還要考慮溶質溶解時吸、放熱，應該等到冷卻到室溫再進行觀察。

【教師】具體要什么數據才能比較出溶解性的強弱？

【學生】得稱溶解前后的質量，通過具體的數據去比較。

【教師】你得出結論了嗎？

【學生】列舉數據，得出結論。

【教師】我們發現不同的小組選擇了不同體積的水，也存在著沒有一個標準的問題。為了便于比較，你有什么好辦法呢？

【學生】制定統一的標準。

【教師】說得沒錯，一般情況下，我們規定溶劑為100 g，多數情況下，溶劑為水。那么，你能給這個比較的量下一個定義嗎？

【學生】歸納溶解度概念。

設計意圖：讓學生自己去歸納“溶解度”的定義，幫助學生真切地理解溶解度的“四要素”，在此概念的教學過程中，沒有生硬地進行“告知”，而是讓學生在探究的過程中去深入感受，在實驗的過程中提高認知。

【教師】這個特定的量就被我們稱作為“溶解度”，很明顯，它表示的是一定溫度下，100 g溶劑中最多能溶解的質量，單位為克。

【教師】我們能否用自己的語言來說一說你對“溶解度”的理解？以我們熟悉的食鹽為例，20 ℃時，食鹽的溶解度為36 g。

請小組交流討論，看誰說得多。

【學生】自由表達。

【教師】20 ℃時，50 g水中最多能溶解多少克食鹽呢？

【學生】18 g。

【教師】你是怎么算出來的。

【學生】按比例的。

【教師】你利用了溶液的什么性質？

【學生】均一性。

【教師】課本上列出了幾種固體物質的溶解度。我們一起來觀察數據。從表中可以看出，在室溫（20 ℃）下，不同固體在水中的溶解度差異很大，有的甚至達到了上千倍。根據常溫下，物質在水中溶解度的不同，可以將物質分為“易溶” “可溶” “微溶” “難溶”等。溶解度是定量地反映物質的溶解性強弱，那么它也受著影響溶解性強弱三個因素的制約和影響。溶解性是定性地、粗略地描述，而溶解度是定量地、精確地描述。從“定性”跨越到“定量”，我們的思維實現了質的升級。百度百科中對“風暴瓶”中幾種物質的溶解性都是定性的描述，那么這兩種物質的溶解度如何呢？我們可以去查閱溶解度表獲得。有了溶解度我們可以很迅速、很直接地比較出不同物質的溶解性強弱。很顯然：室溫（20 ℃）時，氯化銨的溶解度大于硝酸鉀，說明氯化銨的溶解性強于硝酸鉀。

設計意圖：物質的“溶解度”表直觀地反映出固體物質在某溫度下的溶解度，用數據進行對比，非常有說服力。而且，學生也了解數據的“產生”過程，這是建立在對概念深入理解基礎上的數據認知。對數據的認知會更清晰，對“溶解度”的第一個重要的應用已然掌握。

【二“究”風暴瓶】

【教師】“風暴瓶”最初應用于海上，從北極到赤道，各地區的溫度不同，那么知道在不同的溫度下物質的溶解度對制作風暴瓶有著重要的指導意義?？茖W家測定了不同溫度下物質的溶解度。

展示：硝酸鉀在不同溫度時的溶解度。像這樣（展示表格：硝酸鉀的溶解度。）采用表格的方法將不同溫度時的溶解度羅列出來，簡稱列表法。（板書：表示方法）我們可以從表格中獲得哪些信息呢？

【學生】1. 某個溫度下，該物質的溶解度；2. 該物質的溶解度隨溫度的變化趨勢。

【教師】但是，從表中我能得出50 ℃時候的溶解度嗎？由于溫度是個連續的量，我們想想辦法，能不能采用其他的表示形式呢？便于我們能方便查閱。

【學生】用圖像的方法。在坐標系中，描出點，連線。

【教師】參照老師剛才給定的硝酸鉀在不同溫度時的溶解度。利用老師給的方格紙，進行描點。注意橫縱坐標。

【學生】進行活動探究二。

設計意圖：利用實驗或者參考資料得到的數據，在坐標系上描點、連線是重要的學習能力之一。從某個溫度下多種物質的溶解度的認識過渡到多個溫度下某種物質的溶解度，且從繪制出的曲線的走勢學生能感受到溫度是影響物質溶解度的重要因素，甚至是關鍵因素。

【教師】像這樣得到的曲線就是溶解度曲線，根據數據作圖這種方法在科學研究中也有著非常廣泛的應用。

【教師】現在我們可以查閱50 ℃時硝酸鉀的溶解度了吧。你再查找硝酸鉀的溶解度是110 g時，硝酸鉀飽和溶液所對應的溫度？通過溶解度曲線，我們可以查找任意溫度下的溶解度，也可以查找一定溶解度所對應的飽和溶液的溫度。溶解度曲線要比表格法更直觀、更便捷。[3]

【學生】很容易看出硝酸鉀的溶解度隨溫度升高明顯增大。

【教師】那么，氯化銨是否也是同樣的變化趨勢呢？請同學們快速地繪制出氯化銨的溶解度曲線。

【教師】對比這兩條曲線，你又有什么新的認識？

【學生】這兩種物質的溶解度受溫度的影響程度不同。

【教師】誰受溫度影響的程度更大呢？

【學生】硝酸鉀。

【教師】你是根據什么了解到的？

【學生】曲線的變化趨勢。

【教師】我還發現了曲線有一個交點。請同學們說一說交點表示什么含義呢？

【學生】表示對應溫度下，兩種物質的溶解度相等。

【教師】你能對比圖像法和列表法的優缺點嗎？

【學生】列表法更精確；圖像法更直觀。

設計意圖：引導學生能根據曲線的走勢直觀地判斷出溫度對溶解度的重要影響；并對比溶解度的兩種表示方法，溶解度數據表是以實驗為基礎，數據準確，但無法在任意溫度下測定溶解度，所以有一定的局限性。溶解度曲線所呈現的溫度范圍比較寬，但曲線上查得的溶解度會有誤差。簡單地說，就是讓學生了解列表法和圖像法的區別就在于列表法可以精確地看到數據的數值是多少，而曲線法是更加直觀地觀察到溶解度隨著溫度等的變化。

【教師】下面我展示的是多種固體物質的溶解度曲線，大家又有什么新的發現？

【學生】大多數固體物質的溶解度隨溫度升高而升高，也有個別物質，如：氫氧化鈣的溶解度隨溫度升高而降低。

【教師】我們能觀察出哪種物質的溶解度受溫度影響最大嗎？哪種物質受影響又最小呢？

【學生】硝酸銨、硝酸鉀受溫度影響大；氫氧化鈣受溫度影響小。

【教師】在某一溫度下，我們還能對比出不同物質的溶解度大小。比如，你能比較出在60 ℃時候硝酸鉀和氯化銨的溶解度大小嗎？

【學生】60 ℃時，硝酸鉀的溶解度大于氯化銨。

【教師】這個結論再一次印證了在描述溶解度時要考慮重要的外因——溫度（板書）。當對較高溫度時候的飽和溶液進行降溫時，溶解度下降，原來溶解在溶液中的溶質就要析出，這就是結晶。

設計意圖：從溶液中析出晶體的過程叫做結晶。

從溶液中獲得純凈晶體在生產、生活、醫療、科研等方面有著非常重要的作用，這種純化方式已經在諸多行業成為重要的手段之一，現階段學生需要了解的主要是蒸發結晶和降溫結晶兩種方式。如何選擇合適的結晶方式，主要依據之一就是固體物質的溶解度曲線。

【三“問”風暴瓶】

【教師】同學們，讓我們的視線再回到“風暴瓶”

上，根據權威科普網站果殼網的介紹， “風暴瓶”中結晶的固體是樟腦。你現在是否理解“風暴瓶”中出現的現象？可以和你的小組同學討論一下。

【學生】溫度不同，影響了樟腦的溶解度。

【教師】那么我們之前對風暴瓶的定義是“預報天氣，冷暖先知”，你覺得此種表達是否準確？

【學生】不準確。

【教師】你認為風暴瓶的功能是什么？

【學生】溫度計。

【教師】不可否認，結晶的形成過程很美麗，所以現在“風暴瓶”一般作為美麗的工藝品用來欣賞；但真沒有預報天氣的功能，而是隨著外界溫度的變化而變化，所以它充其量也只能是一個美麗但又不太精確的溫度計。

設計意圖：讓學生對“風暴瓶”可以“預知冷暖”進行質疑。我們在教學中應堅持學生的主體地位不動搖，多從學生角度去思考，多創設質疑情境，使學生在一定情境中產生問題，從而提出并解決問題。這讓學生對概念的理解和應用大有裨益。也讓學生對之前“風暴瓶”認知產生了沖突，這就是學習科學的意義所在。

【教師】根據我們今天所學，你能告訴老師：在制作“風暴瓶”的過程中，哪些方法可以讓“風暴瓶”產生的結晶更多呢？請和你的小組同學說一說。

【學生】討論并總結：增加樟腦的量、減少乙醇的量、降低溫度。

【教師】總結：沒錯，依然是從影響物質溶解度的內外因角度去思考、解決問題。我們今天這節課通過對“風暴瓶”中物質的溶解性進行了思考，對物質組成和性質進行了探究，這對我們更好地利用物質有著重要的指導意義。通過學習，我們明白了固體物質在水中的溶解是有限度的，它受著溶解度的限定；當溶質溶劑確定時候，溫度是溶解度的最大影響因素。[4，5]

【教師】我給大家提供了“風暴瓶”的制作方法，大家課后可以去嘗試做出“風暴瓶”，關于“風暴瓶”還有更多的未知內容等待大家去探索、去發現！

附： “風暴瓶”制作方法：

實驗用品：2.5 g 硝酸鉀、2.5 g 氯化銨、33 mL 蒸餾水、40 mL乙醇、10 g天然樟腦。（特別注意：樟腦是有毒的??！一定要注意實驗安全！嚴禁入口！）

實驗步驟：

1. 將硝酸鉀和氯化銨溶解于水中。

2. 將樟腦溶解于酒精中，這個燒杯要稍微大一些。

3. 將步驟一的溶液加到步驟二的溶液中，攪拌，40 ℃水浴加熱到澄清。

4. 將澄清的混合液封存在玻璃容器中。做好之后不要動瓶子，靜置結晶，一般過2個小時就可以完成。

六、板書設計

見圖3。

七、教后反思

1. 學生在進行實驗時，還要再培訓學生組內再分組，把任務具體到人；在實驗過程中還要對學生不斷提醒記錄的數據和最終需要比較的數據；

2. 實驗耗時過長；可以考慮水的量減少：如提供2 mL、3 mL、5 mL的水，減少和縮短溶解的時間和量；

3. 對實驗進行評價：雖然不夠精確，但是完成了科學探究的過程。如果需要得出準確的結論還需要更精確的實驗；但學生就此明確了從“觀察—提出假設—建立模型—實驗—收集數據—修改假設—完善模型—得出結論”這樣一個循環迭代的科學探究過程，這是非常難能可貴的。

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.

[2] 何如濤. 初中化學“溶解度概念”的教學與反思[J]. 化學教學. 2013（3）：37-39.

[3] 張禮聰，林秋彬，周雷. “溶解度曲線”模型的認識與教學思考[J]. 化學教學. 2021（11）：46-50.

[4] 殷志忠，田長明. 初中化學“溶解度”教學的改進[J]. 化學教學. 2020（9）：94-97.

[5] 鄭婷婷，張賢金，徐立堂. 基于學科整體理解的化學實驗教學實踐——以人教版九年級化學“溶解度”教學為例[J]. 實驗教學與儀器. 2021，38（10）：14-18.