真實情境實現宏-微-符三重表征的實踐探索

崔紅 葉桂足 鄒標

摘? ?要：文章以身邊的水環境為真實素材，通過身邊的水樣測定、水樣變化的探究、辨“水”新技能、數據再分析等真實情境，建構分析模型，以“電解質的電離”為例培養建立學生的宏觀-微觀-符號三重表征的化學觀念，使學生建立靜態宏觀到動態微觀的認識橋梁。

關鍵詞： 溶液；電導率；電解質的電離

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》強調了獲取化學知識的方法和過程的重要性。要求培養未來生活中能有效地解決復雜問題和適應不同情境的人^{[ 1 ]。}學生化學學科核心素養只能在化學問題解決和學習中形成和發展。通過真實而復雜的情境抽離問題、開展體驗、引發思考和探究活動。逐步形成化學特征的思維方式，最終獲得問題的解決方案和結果。本文以魯科版（2019）必修一“電解質的電離”一節為例，探析真實情境下，建立模型實現對溶液體系宏觀-微觀-符號的三重表征，使化學學科核心素養落地生根。

1? 問題的提出、

1.1? 情境的內涵與價值

化學學科的廣泛應用決定了化學問題具有真實的情境。真實而有意義的真實情境，能夠激發學生的學習興趣，為學生提供學習和發展的內驅力^{[ 1 ]}。

化學問題的解決具有過程性，以系列活動引導學生建構新的認知，實施體驗性學習，通過探究活動、觀察評析、思維碰撞、尋找證據、建立模型，讓學生領悟和感受學習的過程。真實情境化學問題的解決能有效培養學生的批判性思維和創新思維。

1.2? 教學中亟待解決的問題及成因

化學反應發生的重要場所即在溶液體系中，了解物質在溶液中的行為是后續學習多種微粒相互作用的基礎。后續學生學習問題的反饋體現了本部分教學沒有落實的問題。比如：學生在處理溶液中的化學反應過程中，仍分不清哪些以化學式形式表示，哪些以離子符號形式表示；再如，當學生進入選擇性必修階段學習時，對書寫酸堿性不同電解質溶液的電解方程式常常出現H⁺和OH^-同時出現在同一個電極反應式中，而且不理解為何氯氣要用排飽和食鹽水法收集。種種問題體現的是學生對電離過程認識的薄弱，隨著學習的深入，溶液的認識視角由宏觀靜態到微觀動態，而學生認識的發展停滯在了宏觀的認識。以往的教學常常脫離目標導向，未放開視野，圍繞在基礎概念的教學：電解質、非電解質、導電的問題上，并沒有為后續的學習奠定多元的視角，導致學生邏輯混亂，不能形成有序的系統化的分析思維，找不到解決問題的關鍵。初中階段學生對溶液的宏觀認識即為分析溶液中的溶劑和溶質，而高中階段要實現學生對溶液的微觀認識，即分析溶液中的微粒。電解質的電離這節課是實現學生由宏觀認識到微觀認識的重要載體，電離過程的認識應作為學生發展的重要內容，電離內容的落實決定了學生在后續溶液中微粒行為的學習的質量。

2? 真實情境下，建立模型實現宏-微-符三重表征的教學設計

2.1? 教學設計理念及流程

“電解質的電離”選自魯科版（2019年）必修第一冊第2章第2節“電解質的電離 離子反應”，是本節內容的第1課時。作為“元素與物質世界”一章的新授課內容，“電解質”及“電離”概念是后續學習元素化學、化學反應原理以及理解溶液中離子行為及其變化的重要基礎。但同時，由于對基于歷史原因形成的概念名稱的望文生義以及教學中對“導電性”這一宏觀特征的關注，使得學生頭腦中產生了較多關于電解質及電離的迷思概念。2017年版課標強調“結合理論模型發展中的重要事實和科學家的推理論證過程，引導學生認識化學理論的建立過程和思想方法”。本節教學內容中，電離、電解質、強弱電解質的概念從身邊的水環境入手，剔除學生頭腦中的迷思概念，在真實情境下促進學生的概念轉變與理解；同時，通過實驗培養學生的發現問題、解決問題的科學探究能力，也蘊含著培育學生化學學科核心素養的重要價值。但部分教師在教學設計中常常采用與教材編排順序一致的教學內容，對教學內容蘊含的素養價值挖掘不夠，導致學生印象不深，未能充分發揮本節內容獨特的核心素養培養價值。本研究結合真實情境，多元活動的教學設計，能夠體現出對學生學科核心素養發展的獨特價值。本節教學設計流程如圖1所示。

2.2? 教學與評價目標

2.2.1? 教學目標

（1）知識目標

{1}掌握電離、電解質和非電解質的概念；

{2}能辨別電解質、非電解質、導電以及強弱電解質。

（2）能力目標

{1}會用符號表征強弱電解質的電離過程；

{2}通過微觀示意圖的繪制表達電解質電離過程。

（3）素養目標

{1}從宏觀測量數據的感知中，理解微觀粒子的存在形式；

{2}通過電解質宏觀現象變化，結合微觀的演示過程，實現宏觀-微觀-符號的三重聯系。

2.2.2? 評價目標

（1）利用電解質微觀變化演示過程，診斷并發展學生宏觀辨識與微觀探析的能力素養。

（2）通過對電解質與非電解質的區分及酸、堿、鹽本質的歸納，診斷并發展學生的概念理解水平及模型認知水平。

（3）通過微觀過程演示轉化為符號表達，診斷學生的微觀過程與符號表示的關聯能力。

2.3? 教學環節設計

【任務1】? 建立宏微聯系。

【情境導入】? 水是生命之源，自來水是我們飲用水的主要來源，我們身邊的水質如何呢？

【問題驅動】? 如何測量身邊的水質？

【學生活動】? 結合生活，思考如何測量水質。

【活動表現】? 大部分回答在水中加入洗滌劑辨別軟、硬水；部分回答凈水公司有專門測水質的檢測儀器。

【情境導入】? 電導率檢測筆是水質檢測常用的便攜儀器。介紹電導率檢測筆工作原理、量程（1-9999）us/cm、使用方法和注意事項。

【學生活動】? 使用電導率測試筆測海水、自來水、純凈水、醫用酒精的電導率值，并將數據記錄在表格1中。

【問題驅動】? 為什么海水的讀數很大？醫用酒精最小？

【活動表現】? 幾乎全部可以回答海水中物質成分復雜，醫用酒精中成分簡單。學生的視角還停留在宏觀角度即物質角度。

【情境導入】? 同學們能不能用提供的藥品模擬海水呢？提供藥品：固體氯化鈉、0.1 mol/L氯化鈉、0.1 mol/L氫氧化鈉、0.1 mol/L鹽酸，0.1 mol/L醋酸、醫用酒精。

【問題驅動】? 模擬海水要從什么角度思考呢？

【學生活動】? 從元素和溶液的電導率兩個角度，需要測量提供溶液的電導率。

【活動表現】? 測量提供溶液的電導率，如表2。

【問題驅動】? 如何選擇合適的藥品并設計方案？

【學生活動】? 小組合作選擇藥品并設計方案，匯報。

【活動表現】? 第一組同學給出方案1：學生設計用0.1 mol/L氫氧化鈉和0.1 mol/L氫氧化鈉；第二組同學給出方案2：0.1 mol/L氯化鈉；第三組同學給出方案3：0.1 mol/L氯化鈉和固體氯化鈉；第四組同學給出方案4：0.1 mol/L氫氧化鈉和0.1 mol/L氫氧化鈉和固體氯化鈉。

【任務2】? 建立宏微過程。

【問題驅動】? 顯然方案3最便捷可行，氯化鈉溶于水發生了什么變化呢？在水中以什么形式存在？

【情境導入】? 播放氯化鈉在水溶液中變化的微觀結構示意圖。

【問題驅動】? 常見的酸、堿、鹽和有機物在水中以什么形式存在呢。

【學生活動】? 思考常見的酸、堿、鹽和有機物在水中的存在形式。

【活動表現】? 大部分學生都能知道HCl、NaOH、NaCl和乙醇在水中的存在形式。

【情境導入】? 播放“氯化鈉熔化過程的導電情況”的視頻。

【學生活動】? 觀看視頻，觀察實驗現象，思考NaCl固體能否導電。

【活動表現】能通過上述探究總結氯化鈉在不同條件下的存在形式。

【問題驅動】? 熔融的NaCl為什么能導電？導電需具備什么條件？

【情境導入】? 播放氯化鈉熔化過程的微觀結構示意圖。

【提升總結】? 電離條件為在水溶液中或熔融狀態；電解質為在水溶液或熔融狀態下導電的化合物；非電解質為在水溶液和熔融狀態下都不導電的化合物。酸、堿、鹽為常見的電解質，大部分有機物為非電解質。

【任務3】? 實現符號表征。

【情境導入】? 觀察用微觀粒子示意圖體現NaCl電離的過程，使用化學語言表達該過程。

【學生活動】? 利用微觀粒子示意圖體現HCl的電離過程，并用化學語言表達電離過程。提示：氯化氫由分子構成。

【活動表現】? 學生問題表現：（1）氯化氫分子畫成氫離子和氯離子組成；（2）不注意微粒數量；（3）氯化氫分子用一個圓圈表示。

【問題驅動】? 書寫電離方程式需要注意什么？

【學生活動】? 建立電離的數量關系（原子守恒、電荷守恒），左側為化學式，右側為離子符號。由宏觀物質到微觀粒子。

【任務4】? 模型的應用。

【學生活動】? 分組完成以下3組物質的電離方程式：（1）HCl、NaOH、KCl；（2）H₂SO₄、KOH、Al₂（SO₄）₃；（3）NaHSO₄。進行各小組間互評。

【問題驅動】? 酸堿鹽電離有什么特點？

【情境導入】? 設計實驗判斷化合物X、化合物Y是否為電解質。

【學生活動】? 小組討論設計實驗方案，并投影展示，小組互相評價。

【情境導入】? 使用更精密的電導率儀器，檢測蒸餾水的電導率。結果為0.052 mS/cm。

【問題驅動】? 為什么蒸餾水的電導率不為零？

【提升總結】? 建立弱電解質概念和電離方程式的書寫方式，并給出常見的弱電解質：弱酸、弱堿和水。

【問題驅動】? 0.1 mol/L HCl溶液和0.1 mol/L CH₃COOH溶液的電導率數值相同么？這兩種化合物都是一元酸，為什么測出來的數值差別如此之大？

【情境導入】? 播放測量0.1 mol/L HCl溶液和0.1 mol/L CH₃COOH溶液pH的視頻。給出資料：溶液中氫離子濃度可通過pH計測得，pH=-lgc（H⁺），氫離子濃度越大，pH值越小。

【提升總結】? 建立強電解質概念。

【問題驅動】? 常見的強電解質有哪些？

【提升總結】? 學生列舉常見的強電解質；強酸、強堿和大部分鹽。

【學生活動】? 用微觀結構示意圖表示等濃度鹽酸和氫氟酸的電離程度。提示：氫氟酸為一元弱酸。

【活動表現】? 能夠通過多個分子表現出氯化氫完全電離和氟化氫部分電離，部分保持不變的過程。

【情境導入】? 介紹電導率值在生活飲用水中的參考價值，溶液中離子濃度越大，燒水時產生水垢越多，但水中的礦物質對人體也有一定的益處，所以固體總溶度只是水質參考的一個條件，并非決定性因素。

【活動表現】? 對身邊的水質判斷有初步認識，建立多角度評價標準。

【提升總結】? 溶液體系與生命活動，生產生活息息相關。期待同學們對溶液體系微觀粒子的行為不斷地探索。科學地保護水環境，合理使用水資源。

2.4? 板書設計（圖2）

2.5? 評價量表

評價量表是教學評價的一種方式，筆者設計了如表3所示的評價量表，從課前、課中和課后三個時間維度，本著學生自評、學生互評和教師總評三個角色維度對學生的學習活動進行真實性評價，可操作性強。評價不應該只出現在教學結束之后，局限于紙筆評價，應圍繞教學目標而服務，并非一個孤立環節，評價是教學中重要的組成部分，衡量教與學之間的轉換效率，教育者的付出和學習者的產出才能衡量一節課的效率和價值^{[ 2 ]}。評價設置可以促進教與學的有機銜接，讓教學真正落到實處，而非紙上談兵，反過來，教學評價也可以促進教學反思，優化教學過程與效率。不同活動呈現不同的評價方式，但評價的互動性不可欠缺，不僅要進行學生的自評和反思，還要進行組內合作的互評，體現組員的貢獻，也要有課堂內外的師生互動展現思維的沖突和認知的建立。總之好的評價具有綜合性，也應該有課堂重點的凸顯。本課時凸顯學生的動手操作和紙筆測試（電離方程式及微觀示意圖的表示）。

3? 教學反思

本節區級公開課教學結束后，筆者結合課堂實效與課后的建議做出以下反思。

3.1? 教學情境真實化，課程資源本土化^{[ 3 ]}

情境設置合理，利用大單元教學 ，情境取材真實化、本土化。身邊的水樣如海水、自來水、純凈水和醫用酒精都是學生隨處可見的教學資源。三安光電集團是廈門本土素材，生產過程中硫酸廢水的情境的運用體現了課程資源本土化，身邊自來水中離子探究和檢驗更是使學生體驗學以致用。在三種水環境的情境下展開了3課時，本文為第1課時，通過化合物溶液的電導率變化引發學生對化合物在不同環境下的存在形式展開思維風暴。

3.2? 模型的建立和運用與證據推理相結合

利用簡單的實驗儀器，通過電導率筆的實驗數據讓學生直觀感受電解質的電離，不斷強化學生的宏觀和微觀的視角，以及證據推理的認知。通過宏觀電導率筆的數值證明溶液體系中微觀粒子的存在形式。反復運用此模型，最終建立宏觀微觀的關聯和認識。

3.3? 宏觀-微觀-符號的三重表征相結合

借助微觀結構示意圖評價學生對電離的認識，進而形成宏觀-微觀-符號三重表征。通過電離方程式的書寫建立酸、堿、鹽可以電離的觀念，并可以通過電導率數值作為證據證明其電離，同時反復實現模型的運用。學生通過畫微觀結構示意圖進一步感受電解質的電離程度差異，解決了學生對電解質電離條件的模糊認識。利用多元活動的設計，使學生自主參與，自主探究，實現教師引導，學生主導，培養了學生宏微結合、證據推理、實驗探究的核心素養，同時提升了學生總結歸納的能力。

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2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：3.

［2］ 崔允漷，夏雪梅.“教-學-評一致性”：意義與含義[J].中小學管理，2013（1）：4-6.

［3］ 陳治國.中學化學課程資源的有效開發與利用[J].教育與教學研究，2009（12）：117-122.

2021年廈門市教育科研規劃領導小組辦公室課題：基于核心素養的高中化學課堂教學評價研究（21013）研究成果