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摘 要:水溶液中离子平衡是对高中化学必修阶段离子反应实质的深度挖掘,属于偏难理解的应用性知识。本文以分类、同化、应用为主线,设计穿插分类观、微粒观、变化观、平衡观等基本观念,指导学生深度理解离子反应实质并促进学生构建化学观念,提高新旧知识的衔接整合能力。
关键词:观念构建;酸碱盐;离子平衡
应试教育存在以机械记忆及题海战术攻破分数论,缺乏对知识本质的理解,不利于迁移整合知识框架[1],让学生轻松有效地自主学习。新版《普通高中化学课程标准》要求学生具备微观探析、变化观念与平衡思想等核心素养,这有利于学生化学基本观念的构建,促进学生建立终生学习理念[2]。
一、化学基本观念
(一)化学基本观念內涵
观念构建源自学生意识中对物质稳定的认知和情感倾向,是存在于学生头脑中潜在的思维表象[3]。化学基本观念则是指人们针对化学学科特点将观念意识应用于化学教育中,包括分类观、变化观、守恒观、平衡观、微粒观、元素观等多种学科思维的养成[4]。中学化学基本观念的基本则体现在两方面:一方面体现在以实验为基础和理论性知识繁多零散;另一方面体现观念构建的主体是学生,是中学生需要通过在化学理论性知识学习过程中养成公民需要具备的科学素养。
(二)化学基本观念构建的意义
化学基本观念可以从多个维度得以体现,这些维度的构建融入了新课标提倡的五大核心素养目标。分别有包括变化观、微粒观等对物质初步认识维度;包括分类观、守恒观等对科学探究、推理、创新维度;包括价值观与发展观等科学态度维度。化学基本观念的构建有利于引导学生变被动为主动,自主探讨,独立思考。对于酸碱盐的学习,学生需要融合多种观念意识探析电解质在水溶液中的微粒组成,以增强学生构建知识体系的意识。
二、设计思路
(一)化学基本观念在“酸碱盐”内容中的渗透
酸碱盐专题从初中阶段贯穿于高中必修、选择性必修阶段,难度呈螺旋式上升,对学生的要求从初中阶段掌握酸碱盐基本概念和知道酸碱盐可以导电上升到高中必修一阶段要求纵向深挖酸碱盐导电的本质即酸碱盐满足电解质的条件、离子反应和选择性必修一中电解质溶液中离子平衡的存在范围。这无疑需要教师在酸碱盐内容教学中潜移默化地引导学生建立属于自己的核心观念。
1.分类观。分类观是学生要具备根据化学知识之间相同点和不同点对所学知识进行划分、归类、总结的意识观念。从分类观衍生出的分类法是学生掌握各种琐碎化学知识的学习方法,可以达到促进学生系统总结知识概念,迅速定位化学知识的目的。酸碱盐专题在高中教材呈现给老师和学生的是电解质的定义、离子反应、电解质溶液中发生的各种离子平衡等。教师在讲授该知识点时,应当紧扣电解质本质属性,按照电解质溶液的不同离子平衡的显著特点,引导学生利用分类的学习法简单有效地建立新旧概念的联系与区别。
2.微粒观。微粒观是学生通过宏观现象通往微观世界的桥梁,微粒观体现在化学老师持微观视角去教,学生从原子等微粒层次去认识新物质,使化学学科变得有规律可循。微粒视角类似显微镜,放大了电解质溶液离子平衡的和电解质导电的本质,让学生对酸碱盐的理解更透彻清晰,具体体现在学生能否通过已学的电解质定义和电离导电实验现象,获取推理分析电解质强弱的能力。
3.变化观。变化观从广义上讲是人们根据头脑中已有的物质变化现象和变化规律认识自然界的一种潜在思维。狭义的化学变化观是从化学反应遵循的原理、条件、限度等变化规律去认识化学变化。将变化观渗透于电解质电离教学中,教师在讲授离子方程式书写时,可以本着化学变化守恒的观念,让学生意识到反应前后原子种类、数目、质量不发生改变,衔接电解质溶液的离子平衡知识点,加深学生对不同电解质溶液离子平衡的反应速率、反应条件参差不齐的理解。
4.平衡观。平衡观是指从多角度、用动态思维分析化学反应的一种观念,是化学核心素养要求之一。平衡思想体现在学生在意识到化学反应是有限度和速率的同时,认识到化学反应是可以达到平衡状态,但平衡会受物质浓度、温度、压强等外界因素及参与反应的物质自身属性的影响,化学反应具有可调控性[5]。电解质溶液中的离子反应达到平衡状态时具有五个特征,分别是①逆:可逆反应;②等:正反应速率等于逆反应速率;③动:平衡时反应一直在进行;④定:各组分含量、反应速率不变;⑤变:反应具有可调控性,受内、外在因素影响。
(二)化学观念构建下“酸碱盐”知识点纵向巩固
“酸、碱、盐”知识由浅入深过渡衔接贯穿于人教版教材必修和选修阶段[6]。为促进学生知识内化,减轻学生负担,笔者从纵向和横向分别提出“分类—同化—应用”三步提升主线,设计复习专题模块,融合微粒观、变化观、平衡观、分类观,强化学生学习技能。
1.“酸碱盐”概念性知识列表分类。化学分类观是中学生必须建立的并根据概念性知识的异同点进行列表分类的学习方法。在复习课堂中,教师要考虑学情,紧扣学生实际掌握离子平衡基本概念程度和知识点之间异同点,引导学生衔接新旧知识,设计知识整合表(表1)。由表1可知,利用分类法设计表格可以凸显知识点特征,实现复杂性知识趋向于简单明了化,减轻学生的学习负担。教师在引导学生设计表格的同时,潜移默化激发学生独立思考能力和分类观的形成。
2.“酸碱盐”概念性知识同化。概念同化是一种学习策略,是指学习者利用头脑中已有的且与新知识相关联的概念结构去掌握新概念,作用结果是使原有的认知结构不断扩大。概念同化的关键在于学习者头脑中的知识结构是否具备概括性、稳定性以及清晰性。在水溶液离子平衡专题的教学中,教师要把握电解质电离、水解、溶解三类平衡新概念的特征,引导学生精确类比,建立与头脑中已有电解质、离子反应和化学平衡知识体系旧概念之间的逻辑关系,帮助学生理解新知识并将新知识纳入原有认知中,丰富知识网络体系。如表2所示,设计表格的目的是为了帮助学生更好地进行知识点定位,引导学生建立电解质溶液离子平衡新概念与头脑中已有的电解质定义旧概念之间的逻辑关系,使学生通过理论性知识的学习深入探索离子平衡的本质,纠正学生对化学知识理解片面的问题。在表1概念性知识的基础上借助实例,帮助学生通过宏观现象去探析微粒间的相互作用,驱动学生构建化学观念的同时促进概念同化。 3.高考试题考查—应用。若要强化学生头脑中的化学观念,则需借助实例,基于此,笔者分析了18-20近三年的新课标全国化学卷对于本专题知识的考查,发现题目对于电解质在水溶液中的行为考查大概分为6个方向:①酸碱中和滴定;②离子浓度大小比较;③溶液三大守恒;④沉淀溶解平衡;⑤平衡常数计算;⑥溶液酸碱性判断。题干更趋向于联系真实情境,考查学生分析解决问题能力,满足实例强化特征。以新课标20年全国Ⅰ卷选择题13题为例:题干以NaOH滴定未知浓度二元酸H2A中和实验为主线,要求学生具备掌握酸碱中和滴定本质、水溶液中离子平衡以及电离常数的基本概念的同时,还要具有结合题干定量分析图表的能力。本题关键在于学生要结合曲线定性分析HA- 是非完全电离,结合微粒观和变化观理解NaOH与H2A反应实质,再根据曲线数据定量推理滴定终点时完全反应消耗碱的体积,最后利用平衡守恒观计算电离平衡常数以及推理溶液中各离子浓度大小。
三、结束语
中学生缺乏利用微观、定量思维去认识酸、碱、盐在水溶液中行为的能力,而中学阶段要求培养学生具备微粒观、变化观、平衡观去系统地分析电解质溶液中微粒相互作用、化抽象知识形象化的技能。因此,在“酸、碱、盐”教学过程中,教师可从化学基本观念出发,通过电解质溶液在水中发生电离、水解的宏观实验现象去引导学生定量比较离子浓度大小,引导学生在最深层意义上巩固所学知识,形成多种化学基本观念衔接的学科素养。
參考文献:
[1]卢巍,徐迎春.促进观念建构的“聚类—提升—应用”复习策略[J].化学教学,2020(02):38-41.
[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2020.
[3]冯春艳.指向观念构建的深度教学[J].教学与管理,2020(21):1-4.
[4]吴升红,周莉.化学基本观念:内涵分析与教学建构[J].化工设计通讯,2019,045(001):165.
[5]陈花.在化学平衡教学中构建变化观念与平衡思想[J].当代教育理论与实践,2019,11(03):23-26.
[6]邓玉华,杜丽君.数字化实验在化学核心素养“宏观辨识与微观探析”维度的教学应用[J].化学教育,2019,40(21):77-81.
作者简介:
郑仁仁(1998.05-),女,汉族,陕西省榆林市人,延安大学化学与化工学院硕士研究生在读,主要研究方向:中学化学教育。
通讯作者:
崔华莉(1978.07-)女,汉族,陕西省延安市人,硕士研究生学历,延安大学化学与化工学院副教授,主要研究方向:材料与分析化学等。
★ 【课题项目】延安大学研究生教改研究项目——基于卓越教师视角下化学教育硕士培养模式的探索与实践(编号:YDYJG2020005)。
(陕西省延安大学化学与化工学院)
关键词:观念构建;酸碱盐;离子平衡
应试教育存在以机械记忆及题海战术攻破分数论,缺乏对知识本质的理解,不利于迁移整合知识框架[1],让学生轻松有效地自主学习。新版《普通高中化学课程标准》要求学生具备微观探析、变化观念与平衡思想等核心素养,这有利于学生化学基本观念的构建,促进学生建立终生学习理念[2]。
一、化学基本观念
(一)化学基本观念內涵
观念构建源自学生意识中对物质稳定的认知和情感倾向,是存在于学生头脑中潜在的思维表象[3]。化学基本观念则是指人们针对化学学科特点将观念意识应用于化学教育中,包括分类观、变化观、守恒观、平衡观、微粒观、元素观等多种学科思维的养成[4]。中学化学基本观念的基本则体现在两方面:一方面体现在以实验为基础和理论性知识繁多零散;另一方面体现观念构建的主体是学生,是中学生需要通过在化学理论性知识学习过程中养成公民需要具备的科学素养。
(二)化学基本观念构建的意义
化学基本观念可以从多个维度得以体现,这些维度的构建融入了新课标提倡的五大核心素养目标。分别有包括变化观、微粒观等对物质初步认识维度;包括分类观、守恒观等对科学探究、推理、创新维度;包括价值观与发展观等科学态度维度。化学基本观念的构建有利于引导学生变被动为主动,自主探讨,独立思考。对于酸碱盐的学习,学生需要融合多种观念意识探析电解质在水溶液中的微粒组成,以增强学生构建知识体系的意识。
二、设计思路
(一)化学基本观念在“酸碱盐”内容中的渗透
酸碱盐专题从初中阶段贯穿于高中必修、选择性必修阶段,难度呈螺旋式上升,对学生的要求从初中阶段掌握酸碱盐基本概念和知道酸碱盐可以导电上升到高中必修一阶段要求纵向深挖酸碱盐导电的本质即酸碱盐满足电解质的条件、离子反应和选择性必修一中电解质溶液中离子平衡的存在范围。这无疑需要教师在酸碱盐内容教学中潜移默化地引导学生建立属于自己的核心观念。
1.分类观。分类观是学生要具备根据化学知识之间相同点和不同点对所学知识进行划分、归类、总结的意识观念。从分类观衍生出的分类法是学生掌握各种琐碎化学知识的学习方法,可以达到促进学生系统总结知识概念,迅速定位化学知识的目的。酸碱盐专题在高中教材呈现给老师和学生的是电解质的定义、离子反应、电解质溶液中发生的各种离子平衡等。教师在讲授该知识点时,应当紧扣电解质本质属性,按照电解质溶液的不同离子平衡的显著特点,引导学生利用分类的学习法简单有效地建立新旧概念的联系与区别。
2.微粒观。微粒观是学生通过宏观现象通往微观世界的桥梁,微粒观体现在化学老师持微观视角去教,学生从原子等微粒层次去认识新物质,使化学学科变得有规律可循。微粒视角类似显微镜,放大了电解质溶液离子平衡的和电解质导电的本质,让学生对酸碱盐的理解更透彻清晰,具体体现在学生能否通过已学的电解质定义和电离导电实验现象,获取推理分析电解质强弱的能力。
3.变化观。变化观从广义上讲是人们根据头脑中已有的物质变化现象和变化规律认识自然界的一种潜在思维。狭义的化学变化观是从化学反应遵循的原理、条件、限度等变化规律去认识化学变化。将变化观渗透于电解质电离教学中,教师在讲授离子方程式书写时,可以本着化学变化守恒的观念,让学生意识到反应前后原子种类、数目、质量不发生改变,衔接电解质溶液的离子平衡知识点,加深学生对不同电解质溶液离子平衡的反应速率、反应条件参差不齐的理解。
4.平衡观。平衡观是指从多角度、用动态思维分析化学反应的一种观念,是化学核心素养要求之一。平衡思想体现在学生在意识到化学反应是有限度和速率的同时,认识到化学反应是可以达到平衡状态,但平衡会受物质浓度、温度、压强等外界因素及参与反应的物质自身属性的影响,化学反应具有可调控性[5]。电解质溶液中的离子反应达到平衡状态时具有五个特征,分别是①逆:可逆反应;②等:正反应速率等于逆反应速率;③动:平衡时反应一直在进行;④定:各组分含量、反应速率不变;⑤变:反应具有可调控性,受内、外在因素影响。
(二)化学观念构建下“酸碱盐”知识点纵向巩固
“酸、碱、盐”知识由浅入深过渡衔接贯穿于人教版教材必修和选修阶段[6]。为促进学生知识内化,减轻学生负担,笔者从纵向和横向分别提出“分类—同化—应用”三步提升主线,设计复习专题模块,融合微粒观、变化观、平衡观、分类观,强化学生学习技能。
1.“酸碱盐”概念性知识列表分类。化学分类观是中学生必须建立的并根据概念性知识的异同点进行列表分类的学习方法。在复习课堂中,教师要考虑学情,紧扣学生实际掌握离子平衡基本概念程度和知识点之间异同点,引导学生衔接新旧知识,设计知识整合表(表1)。由表1可知,利用分类法设计表格可以凸显知识点特征,实现复杂性知识趋向于简单明了化,减轻学生的学习负担。教师在引导学生设计表格的同时,潜移默化激发学生独立思考能力和分类观的形成。
2.“酸碱盐”概念性知识同化。概念同化是一种学习策略,是指学习者利用头脑中已有的且与新知识相关联的概念结构去掌握新概念,作用结果是使原有的认知结构不断扩大。概念同化的关键在于学习者头脑中的知识结构是否具备概括性、稳定性以及清晰性。在水溶液离子平衡专题的教学中,教师要把握电解质电离、水解、溶解三类平衡新概念的特征,引导学生精确类比,建立与头脑中已有电解质、离子反应和化学平衡知识体系旧概念之间的逻辑关系,帮助学生理解新知识并将新知识纳入原有认知中,丰富知识网络体系。如表2所示,设计表格的目的是为了帮助学生更好地进行知识点定位,引导学生建立电解质溶液离子平衡新概念与头脑中已有的电解质定义旧概念之间的逻辑关系,使学生通过理论性知识的学习深入探索离子平衡的本质,纠正学生对化学知识理解片面的问题。在表1概念性知识的基础上借助实例,帮助学生通过宏观现象去探析微粒间的相互作用,驱动学生构建化学观念的同时促进概念同化。 3.高考试题考查—应用。若要强化学生头脑中的化学观念,则需借助实例,基于此,笔者分析了18-20近三年的新课标全国化学卷对于本专题知识的考查,发现题目对于电解质在水溶液中的行为考查大概分为6个方向:①酸碱中和滴定;②离子浓度大小比较;③溶液三大守恒;④沉淀溶解平衡;⑤平衡常数计算;⑥溶液酸碱性判断。题干更趋向于联系真实情境,考查学生分析解决问题能力,满足实例强化特征。以新课标20年全国Ⅰ卷选择题13题为例:题干以NaOH滴定未知浓度二元酸H2A中和实验为主线,要求学生具备掌握酸碱中和滴定本质、水溶液中离子平衡以及电离常数的基本概念的同时,还要具有结合题干定量分析图表的能力。本题关键在于学生要结合曲线定性分析HA- 是非完全电离,结合微粒观和变化观理解NaOH与H2A反应实质,再根据曲线数据定量推理滴定终点时完全反应消耗碱的体积,最后利用平衡守恒观计算电离平衡常数以及推理溶液中各离子浓度大小。
三、结束语
中学生缺乏利用微观、定量思维去认识酸、碱、盐在水溶液中行为的能力,而中学阶段要求培养学生具备微粒观、变化观、平衡观去系统地分析电解质溶液中微粒相互作用、化抽象知识形象化的技能。因此,在“酸、碱、盐”教学过程中,教师可从化学基本观念出发,通过电解质溶液在水中发生电离、水解的宏观实验现象去引导学生定量比较离子浓度大小,引导学生在最深层意义上巩固所学知识,形成多种化学基本观念衔接的学科素养。
參考文献:
[1]卢巍,徐迎春.促进观念建构的“聚类—提升—应用”复习策略[J].化学教学,2020(02):38-41.
[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2020.
[3]冯春艳.指向观念构建的深度教学[J].教学与管理,2020(21):1-4.
[4]吴升红,周莉.化学基本观念:内涵分析与教学建构[J].化工设计通讯,2019,045(001):165.
[5]陈花.在化学平衡教学中构建变化观念与平衡思想[J].当代教育理论与实践,2019,11(03):23-26.
[6]邓玉华,杜丽君.数字化实验在化学核心素养“宏观辨识与微观探析”维度的教学应用[J].化学教育,2019,40(21):77-81.
作者简介:
郑仁仁(1998.05-),女,汉族,陕西省榆林市人,延安大学化学与化工学院硕士研究生在读,主要研究方向:中学化学教育。
通讯作者:
崔华莉(1978.07-)女,汉族,陕西省延安市人,硕士研究生学历,延安大学化学与化工学院副教授,主要研究方向:材料与分析化学等。
★ 【课题项目】延安大学研究生教改研究项目——基于卓越教师视角下化学教育硕士培养模式的探索与实践(编号:YDYJG2020005)。
(陕西省延安大学化学与化工学院)