對電解質概念教學若干問題的思考

程俊 蘭建祥

摘要： 基于在電解質概念教學課后學生暴露出的四類典型問題，提出五個優化教學的策略：優化教學內容的結構化組織，突出溶液導電性實驗的證據功能，通過科學史強化學生對電離與導電關系的認識，

展現電解質在日常生活中的無處不在，

彰顯離子視角分析溶液問題的重要性。

關鍵詞： 電解質； 概念教學； 核心素養; 高中化學

文章編號： 1005-6629（2023）04-0028-05

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

電解質作為極其重要的一類化合物，涵蓋了化學課程中的元素性質、反應原理、物質結構三大知識板塊，堪稱中學化學課程內容的主角。理解電解質概念是高中學習電解質相關知識的起點，對電解質概念的理解程度在很大程度上將影響著后續的學習。所以，電解質概念的教學一直以來備受關注和重視。但是，由于概念本身具有抽象性、電離過程具有微觀特征，尤其是學生缺乏物質結構的知識而致使認知水平受限，這些都成為學生從本質上理解電解質概念和電離微觀過程的障礙。

在《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）的背景之下，電解質概念教學又呼喚著兩大“新意”——教學設計要著眼于電解質在高中化學課程中具有的統攝意義，要著眼于電解質教學承載的發展學生學科核心素養的價值。為此，結合多年教學實踐，基于“新課標”教學理念，嘗試對電解質概念教學的相關問題做一個系統性思考，并對教學改進提出一些商榷性建議。

1? 電解質概念在高中化學課程中具有統攝意義

電解質是一種讓化學家著迷的物質，也是近代化學研究的起點，電解質的研究讓世界邁入了由化學能轉化為電能的神圣時代。在高中化學課程中，必修課程中的五個主題、選擇性必修課程中的三個模塊、選修課程中的三個系列，很大程度上是側重于從不同角度研究電解質的概念、電解質的微觀結構、電解質溶于水的電離行為、電解質在溶液中發生的化學反應（包括電化學反應）、電解質在溶液中存在的化學平衡等。所以，電解質是名副其實的高中化學課程內容主角，電解質概念在高中化學課程中具有顯著的統攝意義，可以用圖1把這種統攝意義呈現出來。

由此可見，電解質的知識關聯到高中化學中的元素性質、化學反應原理、物質結構與性質、實驗化學、化學與社會等主要板塊，涵蓋除有機化學板塊之外的幾乎所有領域。電解質知識是高中化學課程內容的基石，電解質概念對這些內容具有統攝性，這種統攝性可以描述為“沒有電解質，就沒有高中化學課程”。學生通過鑲嵌于整個高中化學課程中關于電解質的進階性學習，對電解質內涵的理解、建構不斷得以豐富、內化和深化。

2? 電解質概念教學承載的核心素養發展價值

在新課程背景下，學科教學要以“素養為本”，著力發展學生的學科核心素養，為學生的終身學習和發展服務。在高中化學教學中，電解質概念作為課時教學內容，主要包括電解質概念、電離概念與電離方程式的書寫、基于電離理解酸堿鹽的含義等內容要點，是促進學生化學學科核心素養形成和發展的重要載體。對標“新課標”中凝練的五個方面的學科核心素養，對電解質概念承載的教學價值理解如下。

（1） 發展“宏觀辨識與微觀探析”素養。“宏觀辨識”指向電解質溶液態或熔融態時的導電性，“微觀探析”指向電解質在溶液中解離成自由移動的離子狀態；發展“宏觀辨識與微觀探析”素養，就是引導學生建立宏觀層面上溶液的導電性與微觀層面上離子的自由移動之間的聯系，促進學生形成宏微結合分析問題的視角。在中學化學課程中，電解質溶液的性質主要包括：溶液的導電性、溶液的微觀組成、溶液中的化學反應、溶液中的三大平衡、溶液的電化學性質（包括原電池與電解池）等，這些性質有待在不同的課程模塊和主題中進行專題學習，且不同學習階段有著不同的學業質量要求。研究和理解溶液的這些性質，最為重要的就是基于離子或分子等微觀視角。

（2） 發展“變化觀念與平衡思想”素養。發展“變化觀念”素養，就是認識電解質溶于水或熔融時發生電離（在水溶液中還要形成水合離子），并且認識到這個變化是有條件的——電解質溶于水或熔融即電離的條件；甚至還要認識到，這個變化過程中伴隨著能量的變化，表現為溶液溫度升高或降低。通過認識這些變化，促進學生形成變化的觀念和動態分析變化的視角。至于“平衡思想”素養，有待后續學習中以電解質的電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等為載體來進行培育。

（3） 發展“證據推理與模型認知”素養。“證據推理”指向電解質溶液或熔融態時的導電性，“模型認知”指向電離方程式的書寫。發展“證據推理與模型認知”素養，就是引導學生基于導電性實驗來理解結論與證據之間的邏輯關系，并運用電離方程式來表示電離行為，以及解釋電解質溶液或熔融態的導電性。

（4） 發展“科學探究與創新意識”素養。“科學探究”指向著名的邁克爾·法拉第和阿倫尼烏斯之爭——NaCl溶液中形成自由移動的離子是產生于電流作用還是水分子作用？發展“科學探究與創新意識”素養，可以把“NaCl溶液中發生電離的機理”設計成探究活動，引導學生提出假設并運用控制變量方法設計實驗進行探究，鼓勵學生敢于質疑、勇于創新。

（5） 發展“科學態度與社會責任”素養。“科學態度”指向電解質概念的發展史、電離理論的發展與演進過程。發展“科學態度”素養，就是引導學生認識科學理論建立的曲折動態發展過程，感悟科學家在研究過程中的科學思維與探究方法、探索真理的艱辛歷程，欣賞科學家在科學研究過程中敢于質疑、勇于創新、探索未知、崇尚真理的科學精神。

3? 電解質概念教學的效能反饋

從既往教學實踐來看，電解質概念的教學效果常常是差強人意的，這種教學效果表現為學生在課堂提問評價、課后作業評價與測查中暴露的各種問題，并且由于后續元素化合物學習的多樣性，這些問題在教學和作業中很難回避。現將學生在學習電解質之后暴露的主要問題整理如下：

（1） 關于“是否為電解質”的辨析出現問題。主要包括：①把具有導電性的物質（包括金屬單質、某某溶液）判斷為電解質；②把溶液具有導電性的SO2、 NH3等判斷為電解質；③把難溶于水的鹽類物質（如AgCl、 BaSO4等）判斷為非電解質；④對CuO、 Al2O3等金屬氧化物是否為電解質認識不清。

（2） 關于“導電性”的分析出現障礙。主要包括：①不能判斷液態HCl、 H2SO4等是否導電；②不能理解熔融態NaCl、 Al2O3等為何能導電；③不能分析溶液在發生化學反應前后導電性的變化，如向Ba（OH）2溶液中通入CO2、向H2SO4溶液中滴加Ba（OH）2溶液等的過程中，溶液導電性如何變化。

（3） 關于“電離與導電關系”的理解出現差錯。主要問題是：部分學生把“電離與導電關系”誤解成“先有通電，后有電離”、“是因為通電才電離”，認為“通電是電離的條件”，甚至在潛意識中把電解質理解成“水溶液通電后能發生電離的化合物”“是其水溶液能導電的化合物”，也有學生認為“電解質的水溶液一定能導電”“水溶液不能導電的化合物肯定不是電解質”等，對“電離與導電關系”存在迷思認識。

（4） 關于“電離方程式”的書寫存在困惑。主要包括：①不能區別NaHSO4溶于水與熔融時電離方程式的區別；②錯誤寫出CuO、 Al2O3等金屬氧化物在水中的電離方程式；③錯誤寫出HCl、 H2SO4等共價型化合物在熔融狀態下的電離方程式。這些困惑的存在，將直接影響學生對后續離子方程式的正確書寫。

4? 電解質概念教學的幾點商榷

學生在學習電解質概念中暴露的問題，實則教師需要正視、值得反思、有待改進的問題，其中有些問題更是電解質概念教學中面臨的長期困境。

4.1? 優化教學內容的結構化組織

在電解質概念的教學中，教學內容涉及電解質、強電解質與弱電解質、電離與電離方程式等概念，其中的電解質又包括常見的酸、堿、鹽和金屬氧化物等四種類別的物質，這使得教學內容具有繁雜的特點，從而給教學內容的組織帶來挑戰。在傳統教學中，一般是按照酸、堿、鹽和金屬氧化物的分類，選取四類物質的代表物逐一講授其電離情況，而且還要分為溶于水和熔融狀態下兩種情形來分析，這就導致一個課時內很難完成教學任務，有的教師甚至干脆用兩個課時來完成電解質概念的教學。而且，物質類別的紛繁復雜還會給學生帶來認知上的負擔，極易造成學生認知上的混亂，進而影響學生的學習效能。

為此，特別需要對紛繁雜亂的教學內容進行高度的結構化組織，為教學的內容“瘦身”，為學生的理解“減負”。為此，我們不妨先思考：在傳統教學中，為何要按照酸、堿、鹽和金屬氧化物的分類，選取四種代表物逐一分析其電離情況？這是因為，學生在學習電解質概念時，正處于學習高中化學的起始階段，還完全不具備化學鍵的相關知識儲備——這也是電解質概念教學面臨的最大困境所在。也正是因此，導致學生難以從微觀本質上理解“電解質溶于水或熔融時究竟發生了什么”，難以從物質結構的角度理解電離的微觀過程。這也是造成學生在學習電解質概念之后，依舊不能熟練辨析陌生化合物“是否為電解質”的原因所在。

在初中化學的學習中，學生已經了解到構成物質的基本微粒有原子（如金屬單質）、分子（如氧氣、二氧化碳）與離子（如氯化鈉）。基于此，可以引導學生依據構成物質的基本微粒，把化合物分為離子型和分子型兩種基本類型（無需引入離子化合物與共價化合物概念），在這樣的分類視角之下，就可以把電解質區分為離子型和分子型兩類來研究。這樣一來，教學中就只需要選取兩種代表物（通常選取NaCl和HCl作為代表物）來研究它們的電離行為，從而可以把寶貴的課堂時間更多用于探討以NaCl和HCl為代表的兩類物質的電離。

這種分類完全處于學生可以接受的認知水平，不僅有效解決教學內容過于繁雜的問題，而且更有利于學生從本質上理解這兩類電解質電離的差異性。雖然難以引入化學鍵、離子鍵、共價鍵等陌生概念描述微粒間的相互作用，但可以將其簡單描述為“微粒間的相互作用”，并引導學生認識到，電離就是微粒間的相互作用被水分子或熔融條件破壞了而發生的，使得學生對電離的理解更加接近微觀本質。

4.2? 突出溶液導電性實驗的證據功能

“電解質的電離”是培養學生“宏觀辨識與微觀探析”素養的重要內容載體，溶液導電性實驗是微觀過程與宏觀現象溝通的橋梁。故此，導電性實驗是電解質概念教學中不可或缺的教學內容。

在常規教學中，教師習慣把導電性實驗的功能定位成“檢驗導電性”，對實驗的這種功能定位實則不準確。該實驗直接呈現出來的現象的確是導電性，的確是檢驗了物質的導電性。但是，這樣的功能定位，帶給學生的認知是：導電性是電解質的基本屬性，并且容易造成學生將是否導電作為研究電解質的重要角度［1］。相反，如果把導電性實驗功能定位成“驗證是否存在自由移動的離子”，這樣更有利于學生基于電離的視角來理解電解質溶于水的行為、理解電解質概念的本質。這樣的功能定位，使得實驗的驗證功能更加準確，使得實驗更加凸顯其功能價值。

在電解質概念教學中，為了強化導電性實驗的功能是“驗證溶液中是否存在自由移動的離子”，我們可以將導電性實驗作為驗證性實驗來呈現：向學生提出“NaCl溶于水后，其中的離子會發生什么變化”的問題，引導學生對NaCl固體溶于水之后的存在形態提出假設：（1）Na+與Cl-不能自由移動；（2）Na+與Cl-能自由移動，然后引導學生運用控制變量思想設計并實施對照實驗進行假設的驗證：（1）NaCl固體導電性實驗；（2）水的導電性實驗；（3）NaCl溶液導電性實驗。根據三個平行實驗的探究，得出的實驗結論是：NaCl溶解后，Na+與Cl-變成自由移動的離子（提請學生注意：實驗結論不是NaCl溶液具有導電性），并引導學生思考“水在這里起了什么作用”。

4.3? 通過科學史強化學生對電離與導電關系的認識

筆者在“電解質概念教學的效能反饋”中提到，不少學生把“電離與導電關系”誤解成“先有通電，后有電離”，認為“通電是電離的條件”，并動輒基于溶液的“導電性”來判別化合物是否為電解質，由此把具有導電性的單質，溶液具有導電性的SO2、 NH3等都判斷為電解質，把難溶于水的AgCl、 BaSO4等判斷為非電解質。

為何會出現這樣的誤解呢？或許與電解質的“前世今生”有關。

首先，電解質概念的起源與電化學的發展密不可分，可以說是電化學的發展推動了電解質概念的形成與發展。法拉第于1834年在他的論文中首次提出“電流能使化合物分解的現象稱為電解”，并將“分解前的物質稱為電解質”，這就是電解質的來源。但是，法拉第當時認為“只有在通電的條件下，電解質才會分解為帶電的離子”。所以，“先有通電，后有電離”其實正是人類對電離的最初理解，這種理解曾在很長一段時間占據著主導地位。

如今，教學中也總是基于溶液導電性來驗證電解質的電離，這在一定程度上導致學生對導電性這一宏觀特征產生過度關注；甚至教材也一直基于導電性來界定電解質的含義：在水溶液中或熔融狀態下能夠導電的化合物叫電解質；連電解質概念的名稱中都帶有“電”的字眼，這也會致使學生望文而生義：“電解質是因電而離解的物質”。

以上種種，都可能會對學生正確理解電離與導電關系造成干擾。所以，教學中需要重視厘清電離與導電的關系，有必要強化學生對電離與導電關系的正確認識。如何強化呢？在教學實踐中發現，以電解質概念的發展史為素材，以“著名的法拉第和阿倫尼烏斯之爭”為題，向學生講述一段與1903年諾貝爾化學獎有關的科學史故事——以講故事的形式向學生展示人類認識電離的曲折過程，讓學生感悟電離概念與電離學說的形成和發展的艱難演進過程，這種過程體現了科學家從基于導電性的感性認識向基于微觀層面的理性認識進行修正的歷程。同時，電離學說建立過程中科學家們發現問題、提出假設、主張證據、修正假設的科學研究過程以及貫穿過程中的科學精神，也蘊含著培育學生化學學科核心素養的重要價值［2］。

當然，有人提議教材可以考慮基于電離的角度對電解質的含義進行界定：在水溶液里或熔融狀態下能夠電離的化合物叫電解質。對此，筆者也非常贊成，因為這樣的定義更能揭示電解質的本質屬性是電離而非導電。

4.4? 展現電解質在日常生活中的無處不在

初次接觸電解質概念，學生對此概念難免產生疏遠、新奇之感，難以意識到電解質在日常生產生活中既尋常又有著特別重要的價值。為此，可在概念教學之后展現電解質在日常生產生活中的無處不在及其不可或缺的作用，從而讓學生對概念形成親近感，并認識到研究電解質的重大意義。

為此，教學中可以設置情境性問題“人體電解質紊亂之問”。選擇這個議題，是因為“電解質紊亂”之說，是學生日常生活中較為耳熟的說法，加上“電解質紊亂”事關日常生活，也事關人體健康，因而該議題更有生活氣息，更具生活意義。

解讀“人體電解質紊亂之問”，可以分四個步驟展開：第一步，向學生介紹人體體液（包括細胞內液和細胞外液）中電解質的主要成分及其在人體中的生理性功能、代謝過程。第二步，解釋“電解質紊亂”的大致含義及其對人體健康造成的主要危害。第三步，介紹向人體補充電解質的三種常用方法，主要包括醫院使用電解質類藥物（如臨床上常用的氯化鈉溶液、氯化鉀溶液、硫酸鎂溶液等）補充、日常生活中通過飲食補充、運動后通過電解質型功能飲料（含有鉀、鈉、鈣、鎂等的電解質，成分與人體體液相似）補充等三種途徑。第四步，向學生展示某運動飲料的配料說明（見表1），讓學生基于三種功能的角度對配料中的物質進行分類。

通過上述的“人體電解質紊亂之問”，可以讓學生真實感受到電解質的存在并不遙遠——電解質在人體內、在日常生活中舉目皆是，并由此領悟到學習電解質概念的意義，激發學習電解質的志趣。

4.5? 彰顯離子視角分析溶液問題的重要性

電解質概念的課時教學目標通常被設定為：能從宏觀和微觀的角度理解電解質的概念，了解常見的電解質，會正確判斷電解質與非電解質；知道酸、堿、鹽在水溶液中或熔融狀態下能發生電離，并會用電離方程式表示；能從電離的角度認識酸、堿、鹽的概念及各自的通性。以上屬于具體知識的知識性目標。

但是，如果放眼后續學習，我們對電解質概念的教學目標應該有指向觀念層面的目標：電解質概念教學更在于培養學生的微粒觀——認識電解質在溶液中的存在形態，包括強電解質在溶液中以離子形態存在，弱電解質在溶液中同時以分子形態和離子形態存在。有了這樣的微粒觀，今后就能從離子、分子等微粒角度進一步研究電解質溶液的性質、分析電解質溶液的相關問題！一旦學生形成這樣的觀念，甚至可以把電解質的概念本身忘卻，取而代之的是更有學科方法價值的微粒視角！

所以，在電解質概念的教學中，需要讓學生認識到離子視角分析溶液問題的重要性。為此，可以設置如下的一組問題來強化這一認識：

（1） 基于離子視角理解溶液的組成。

問題：用下列兩組物質配制無土栽培營養液：①NH4Cl、 KCl、 K2SO4? ②KCl、 NH4Cl、 （NH4）2SO4。請思考：用兩組物質配制出來的無土栽培營養液，其成分是否相同？（不考慮營養液的濃度）

（2） 基于離子視角理解溶液的顏色。

問題：現有兩組溶液：①CuSO4溶液與Cu（NO3）2溶液均顯藍色? ②Fe2（SO4）3溶液與FeCl3溶液均顯黃色。請思考：每組內的兩種溶液，其顏色為何相同？

（3） 基于離子視角理解物質的導電性。

問題：早在初中就知道，電解水時通常加入少量稀硫酸或氫氧化鈉溶液，其目的何在？

（4） 基于離子視角理解溶液的酸堿性。

問題：NaHSO4屬于鹽類物質，請寫出NaHSO4的電離方程式，根據電離方程式說明NaHSO4溶液是否具有酸性。

（5） 基于離子視角理解溶液含有的雜質與除雜。

問題：某NaCl溶液中混有少量Na2CO3。請思考：溶液中存在幾種離子？從離子角度看，雜質是哪種離子？可加入適量的什么物質除去該雜質離子？

（6） 基于離子視角理解物質的毒性。

問題：重金屬離子通常都有毒，如Ba2+等。醫院里用X射線檢查胃病時，病人常需服用BaSO4作鋇餐；若誤服BaCO3可引起中毒。請解釋原因。

（7） 基于離子視角理解溶液中的化學反應。

問題：將CuSO4溶液與NaOH溶液混合。請思考：兩溶液混合后，哪些離子離開了溶液？溶液中還存在哪些離子？混合溶液中的這些離子，其存在狀態在混合前后有無變化？（借助該問題為下一課時的離子反應的教學做好鋪墊）

參考文獻：

［1］范樓珍， 吳海建主編. 普通高中教科書·化學·選擇性必修1（化學反應原理）［M］. 北京： 人民教育出版社， 2020.

［2］劉貝貝， 嚴文法. 基于化學史學科核心素養培養價值的教學設計——以新人教版必修第一冊“電解質的電離“為例［J］. 化學教學， 2021， （9）： 17～20.