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        高中化學(xué)核心概念教學(xué)的實(shí)踐與思考
        ——以“強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”為例

        2015-09-22 02:50:56張金怡
        化學(xué)教與學(xué) 2015年10期
        關(guān)鍵詞:電離醋酸電解質(zhì)

        張金怡

        (江蘇省常州高級中學(xué) 江蘇 常州 213000)

        高中化學(xué)核心概念教學(xué)的實(shí)踐與思考
        ——以“強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”為例

        張金怡

        (江蘇省常州高級中學(xué)江蘇常州213000)

        以“強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”的教學(xué)為例,分析了通過情境的創(chuàng)設(shè)、實(shí)驗的探究、問題的設(shè)置以及歷史的視角來認(rèn)識化學(xué)學(xué)習(xí)中核心概念的過程,實(shí)現(xiàn)了基于學(xué)科思想、學(xué)科特點(diǎn)和內(nèi)在價值的教學(xué)。

        核心概念;強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì);知識價值

        一、問題的提出

        美國著名課程專家埃里克森提出:“核心概念應(yīng)該是居于學(xué)科中心,且有超越課堂的持久和遷移價值的關(guān)鍵性原理、方法和概念。同時,它們還具有廣闊的解釋空間,能為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供深入的視角,并加強(qiáng)學(xué)科之間的聯(lián)系?!?/p>

        那么,化學(xué)核心概念則是建立在化學(xué)發(fā)展的過程中,在化學(xué)學(xué)科體系中有著重要的地位,體現(xiàn)了化學(xué)運(yùn)動規(guī)律、本質(zhì)屬性,是一種能對化學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)概括與抽象的思維形式,更是化學(xué)學(xué)科體系的精髓和命脈[1]。

        在《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊中,就包含著大量的化學(xué)核心概念和原理知識。據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示,師生普遍反映高中化學(xué)中最難教和最難學(xué)的就是《化學(xué)反應(yīng)原理》。這個模塊的學(xué)習(xí),需要學(xué)生從宏觀到微觀、從定性到定量、由靜態(tài)到動態(tài)等多個角度觀察、思考化學(xué)變化的問題;學(xué)會建立和轉(zhuǎn)換不同概念之間的關(guān)系;更需要通過對紛繁復(fù)雜的化學(xué)現(xiàn)象背后共同規(guī)律的認(rèn)識,體會現(xiàn)象背后的統(tǒng)一性。因此,在對學(xué)生的思維能力和思維品質(zhì)基礎(chǔ)較高要求的同時,也對教師教學(xué)提出了高要求[2]。

        基于對化學(xué)核心概念涵義的界定及有關(guān)師生的調(diào)查,筆者就怎樣通過課堂教學(xué)來幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)核心概念,在認(rèn)知得到發(fā)展的基礎(chǔ)上,從而改變對化學(xué)物質(zhì)及變化的認(rèn)識方式,進(jìn)行了關(guān)于化學(xué)核心概念的教學(xué)實(shí)踐和探索,以《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊中“強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”一節(jié)為例。

        二、高中化學(xué)核心概念“強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”的教學(xué)實(shí)踐與思考

        1.教學(xué)分析

        “強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”位于蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》專題三“溶液中的離子反應(yīng)”。溶液是很多化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場所以及所需的介質(zhì),與我們的生命活動也息息相關(guān)。通過對強(qiáng)弱電解質(zhì)的學(xué)習(xí),能促使學(xué)生學(xué)會從微觀的角度,認(rèn)識物質(zhì)在水溶液中的存在狀態(tài),從而為后續(xù)理解溶液中化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)奠定基礎(chǔ),初步建立起研究水溶液系統(tǒng)的思維方法,因而屬于化學(xué)核心概念。

        在認(rèn)識強(qiáng)弱電解質(zhì)概念之前,學(xué)生已經(jīng)知道了酸、堿、鹽在溶液中能發(fā)生電離,能書寫強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和大部分可溶性鹽等強(qiáng)電解質(zhì)的電離方程式。此外,化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的學(xué)習(xí),使學(xué)生建立了對化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡狀態(tài)等概念的基本認(rèn)知,這也有助于他們更好地理解弱電解質(zhì)電離的特征。

        2.教學(xué)目標(biāo)

        結(jié)合生活中的實(shí)例,理解電解質(zhì)的概念,感受電解質(zhì)在生活、生產(chǎn)中的重要作用。

        通過方案解讀與實(shí)驗探究,在提升實(shí)驗技能的同時,認(rèn)識到強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)的差異是它們在水溶液中的電離程度不同,從而培養(yǎng)科學(xué)研究的精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

        通過強(qiáng)、弱電解質(zhì)概念的學(xué)習(xí),體會學(xué)習(xí)概念性知識常用的“歸納法和演繹法”。

        3.教學(xué)過程

        (1)通過情境的設(shè)置,體現(xiàn)知識的應(yīng)用價值

        教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)是教學(xué)設(shè)計的關(guān)鍵。在化學(xué)概念教學(xué)中,教學(xué)情境更有利于學(xué)生主動建構(gòu)化學(xué)概念知識,為學(xué)生提供一個發(fā)現(xiàn)問題并自主解決問題的機(jī)會,最終建立概念知識體系,取得更好的教學(xué)效果。

        教學(xué)片段(一)

        [師]軍訓(xùn)是高中生活中一段難忘的時光,同學(xué)們是否還記得,我們在烈日下訓(xùn)練得汗流浹背時喝過的那一杯鹽開水么?為什么此時來點(diǎn)淡鹽水比糖水,更加利于我們的身體健康呢?

        [投影]圖片:軍訓(xùn)時喝過的鹽開水。

        [生]大量流汗后,汗液中含有的電解質(zhì)氯化鈉隨之流失,所以應(yīng)補(bǔ)充淡鹽水,維持人體平衡。

        [師]糖水中的蔗糖是不是電解質(zhì)呢?怎樣的物質(zhì)我們可以稱之為電解質(zhì)?

        [生]蔗糖溶于水不能電離,所以是非電解質(zhì)。只有在水溶液中或熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ姷幕衔锊拍芊Q之為電解質(zhì);如果在兩種情況下都不能導(dǎo)電的化合物,則是非電解質(zhì)。

        [師]電解質(zhì)與我們的生活密切相關(guān):

        ①我們經(jīng)常能看到這樣的安全警告標(biāo)志。不能用潮濕的手觸摸正在工作的電器,否則易發(fā)生觸電。

        ②在電解水時,常常向水中加入少量的氫氧化鈉或硫酸溶液,從而更快地得到氫氣和氧氣。

        能否嘗試用你所學(xué)的知識說說其中的原因?

        [生]①人體的體液也是電解質(zhì)溶液,潮濕的手觸碰工作的電器形成回路,引發(fā)觸電。

        ②純水導(dǎo)電能力弱,加入少量氫氧化鈉和硫酸溶液可以增強(qiáng)導(dǎo)電性,但不影響電解產(chǎn)物。

        [師]如果改成加氨水或醋酸能不能增強(qiáng)水溶液的導(dǎo)電性?

        [生]可以。

        [師]同樣是酸和堿,為什么我們一般選擇加氫氧化鈉和硫酸,而不是氨水和醋酸呢?

        [生]可能與加入物質(zhì)后溶液導(dǎo)電性變化有關(guān)。

        設(shè)計意圖:首先從學(xué)生熟悉的生活場景出發(fā),引發(fā)學(xué)生求知的興趣,并喚起對原有概念的認(rèn)知。接著,依然選取了生活中的實(shí)際案例,使學(xué)生進(jìn)一步體會到“電解質(zhì)”和我們生活生產(chǎn)的密切關(guān)系,并從中逐步引出這節(jié)課的研究重點(diǎn)——對“弱電解質(zhì)”概念的認(rèn)識。學(xué)生以原有概念為基礎(chǔ),從情境中發(fā)現(xiàn)問題,并分析解決問題,同時引出了實(shí)驗探究的主題,符合一般的認(rèn)知規(guī)律。

        (2)通過實(shí)驗探究,加深對概念的直觀認(rèn)識和理解

        實(shí)驗是過程方法教學(xué)的重點(diǎn)。通過實(shí)驗,學(xué)生在學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)測定、條件控制等實(shí)驗方法的過程中,也領(lǐng)悟了化學(xué)知識。更讓學(xué)生認(rèn)識到,實(shí)驗也是一種重要的科學(xué)研究方法,有助于加深對客觀事實(shí)的理解。從而使概念的形成過程不僅僅停留于表面,而是發(fā)生了質(zhì)的轉(zhuǎn)變。

        “強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”兩個概念只有兩句話,但怎樣讓學(xué)生來更好地理解和“完全電離”和“部分電離”的差異是本節(jié)課需要突破的難點(diǎn)。本節(jié)課通過傳統(tǒng)實(shí)驗和數(shù)字實(shí)驗相結(jié)合,分別直接和間接地論證了強(qiáng)電解質(zhì)“完全”電離和弱電解質(zhì)“部分”電離的存在,將原本抽象的概念直觀地呈現(xiàn)出來,使學(xué)生自發(fā)地總結(jié)出強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)的概念,體會科學(xué)研究的過程。而探究性實(shí)驗活動又有一定的靈活性,開放程度也大,盡管學(xué)生的能力水平不同,但同樣得到了發(fā)展。

        教學(xué)片段(二)

        [師]電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性的強(qiáng)弱又與什么有直接關(guān)系?

        [生]和單位體積內(nèi)自由移動的離子的數(shù)目有關(guān),其值越大,溶液的導(dǎo)電性越強(qiáng)。

        [師]現(xiàn)有濃度均為0.1mol/L的鹽酸和醋酸溶液,你有哪些方法可以來比較兩種溶液的導(dǎo)電性?

        [生]交流討論,設(shè)計方案,完成實(shí)驗、交流分享(見表1)。

        表1 實(shí)驗驗證與探究一

        [師]借助于DIS實(shí)驗系統(tǒng),我們也可以通過電導(dǎo)率的直接測量來比較兩種溶液導(dǎo)電性。

        (電導(dǎo)率:以數(shù)字表示的溶液傳導(dǎo)電流的能力。電導(dǎo)率越大,溶液導(dǎo)電能力越強(qiáng)。)

        [演示實(shí)驗]

        DIS實(shí)驗:測定0.1mol/L的鹽酸和醋酸溶液的電導(dǎo)率。

        0.1mol/L的鹽酸的電導(dǎo)率已超出量程,而0.1mol/L的醋酸電導(dǎo)率約為0.334ms/cm。

        [學(xué)生總結(jié)]同濃度的兩種一元酸的電離程度越大,溶液中自由移動的離子的濃度越大,導(dǎo)電性越強(qiáng)。

        [師]所以說,不同的電解質(zhì)在水中的電離程度并不相同,鹽酸中氫離子的濃度與酸的濃度相當(dāng),說明已經(jīng)完全電離,而醋酸中氫離子的濃度遠(yuǎn)小于酸的濃度,說明只是部分電離。觀察課本P63頁圖3-2、圖3-3,進(jìn)一步比較HCl和CH3COOH在水中的電離,你能說說在CH3COOH溶液中除了H+和CH3COO-之外,還存在哪類微粒?

        [生]CH3COOH分子和H2O分子。

        [師]你能進(jìn)一步通過實(shí)驗來確證在醋酸溶液中還存在醋酸分子么?

        [生]交流討論、設(shè)計方案。

        [師]DIS實(shí)驗:

        [師]對于上述實(shí)驗結(jié)果,你能嘗試作出分析么?

        [生]鹽酸被稀釋10倍,其氫離子的濃度也變?yōu)樵瓉淼?/10,稀釋的過程并沒有更多氫離子產(chǎn)生。而醋酸溶液稀釋之后ΔpH遠(yuǎn)小于1個單位,則說明有更多氫離子產(chǎn)生了。

        [追問]氫離子來源于哪里?

        [生]未電離的醋酸分子。

        [師]從而我們也間接證明了,醋酸溶液中醋酸分子的存在,而在鹽酸中則沒有氯化氫分子了。

        [師]若將鹽酸和醋酸換成是相同濃度的氫氧化鈉和氨水,它們的電離程度有無差異?在這兩者的溶液中又各自存在哪些微粒?你能否同樣設(shè)計實(shí)驗來驗證?

        [生]模仿對鹽酸和醋酸的研究設(shè)計實(shí)驗并論證。

        設(shè)計意圖:結(jié)合實(shí)驗,一方面,引導(dǎo)學(xué)生從不同的角度來比較和認(rèn)識同濃度的鹽酸與醋酸電離程度的差異,從而引起導(dǎo)電能力的變化。另一方面,幫助學(xué)生理解弱電解質(zhì)溶液中所含的微粒并設(shè)計實(shí)驗論證,借助數(shù)字實(shí)驗系統(tǒng)將抽象的化學(xué)原理知識直觀展示。加深了學(xué)生對弱電解質(zhì)概念中“部分電離”的理解,為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)電離平衡奠定基礎(chǔ),并將所學(xué)知識進(jìn)行遷移應(yīng)用分析。

        3.通過問題的科學(xué)設(shè)置,提升學(xué)生的思維能力

        課堂的提問行為在啟發(fā)學(xué)生思考的過程中起著不可替代的作用,如能根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)情況,通過發(fā)問、追問、反問、質(zhì)疑、設(shè)問等手段,則能誘發(fā)學(xué)生反思自己的認(rèn)知缺陷,拓展自己的思維角度、激發(fā)探究欲望,促進(jìn)概念的理解[3]。

        在“強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”的教學(xué)過程中,設(shè)計了貫穿性的系列問題:

        1.結(jié)合具體的生活場景,提出“什么樣的物質(zhì)是電解質(zhì),什么樣的物質(zhì)屬于非電解質(zhì)?”回顧舊知。

        2.仍然結(jié)合生活實(shí)例,提出問題:“電解質(zhì)溶液為什么能夠?qū)щ姡克鼈兊膶?dǎo)電能力是否相同?和什么因素有關(guān)?如何通過實(shí)驗來比較論證?”從而引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗的角度,來進(jìn)一步體會電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力的不同。

        3.通過第一組實(shí)驗使學(xué)生認(rèn)識到,不同的電解質(zhì)在水中電離程度的差異后,提出問題:如何進(jìn)一步論證在弱電解質(zhì)溶液中存在未電離的弱電解質(zhì)分子?”

        4.在學(xué)生提煉出“強(qiáng)、弱電解質(zhì)”的概念后,又設(shè)計了問題組:

        (1)在我們所認(rèn)識的物質(zhì)中,除了氫氧化鈉和氯化氫,還有哪些物質(zhì)屬于強(qiáng)電解質(zhì);除了醋酸和氨水是弱電解質(zhì),還有哪些屬于弱電解質(zhì)?

        (2)難溶物一定是弱電解質(zhì)嗎?

        (3)強(qiáng)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力是否一定強(qiáng)?

        (4)強(qiáng)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力是否一定強(qiáng)于弱電解質(zhì)溶液?

        從而,拓展了概念的外延,揭示了電解質(zhì)、強(qiáng)弱電解質(zhì)、難溶物、電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力之間的關(guān)系。

        4.通過歷史的視角,讓學(xué)生體會化學(xué)概念的研究過程

        著名化學(xué)家徐光憲曾經(jīng)說過:“化學(xué)的教學(xué)要把21世紀(jì)化學(xué)的生動活潑,立體多維的形象向?qū)W生展示出來。不要只講靜態(tài)的當(dāng)代化學(xué),要回顧歷史、展望未來。”[4]因此,本節(jié)課的教學(xué),最終并沒有只停留在化學(xué)概念的探索和理解上,而是呈現(xiàn)了這個概念產(chǎn)生的歷史過程。

        教學(xué)片段(三)

        [師]通過這節(jié)課的學(xué)習(xí),我們對于電解質(zhì)的理解又加深了一步。但回顧化學(xué)科學(xué)的發(fā)展過程,對于電解質(zhì)的認(rèn)識卻經(jīng)歷過激烈的爭論。

        [投影]化學(xué)史話:我們的身邊的酸堿鹽都是電解質(zhì),化學(xué)科學(xué)史告訴我們,科學(xué)家對電解質(zhì)在水溶液能導(dǎo)電的根本原因至少爭論了80年。

        1.法拉第等人認(rèn)為:“溶液中不存在離子,通電后才產(chǎn)生離子?!?/p>

        2.法國化學(xué)家希托夫等人認(rèn)為:“電解質(zhì)的分子與形成它們的原子之間存在著動態(tài)平衡,電解質(zhì)分子與鄰近分子之間不斷地交換原子,原子

        1008-0546(2015)10-0024-03

        G633.8

        B

        10.3969/j.issn.1008-0546.2015.10.010

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