杭偉華 楊志杰

摘要：從“校園池塘里的天然水”入手，運(yùn)用生活化的實(shí)驗(yàn)儀器“TDS水質(zhì)測試筆”，設(shè)計(jì)多組“對(duì)比實(shí)驗(yàn)”，從“簡單到復(fù)雜”、“從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)”將抽象概念“強(qiáng)、弱電解質(zhì)”和“非電解質(zhì)”進(jìn)行了具體化構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：對(duì)比實(shí)驗(yàn)；控制變量；概念具體化

文章編號(hào)：1008-0546（2016）09-0078-04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.09.027

一、設(shè)計(jì)思路

王祖浩教授主編的《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)》充分體現(xiàn)了課程中“螺旋式上升”的理念。該教材將基本概念和原理分散到必修和選修模塊中逐步完善，螺旋式推進(jìn)，體現(xiàn)了不同階段的不同層次要求，同時(shí)也反映了相關(guān)課程內(nèi)容在滿足不同發(fā)展方向?qū)W生在基礎(chǔ)性和選擇性要求上的差異 。本文的“強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”是該教材選修模塊《化學(xué)反應(yīng)原理》專題三“溶液中的離子反應(yīng)”教學(xué)內(nèi)容，是學(xué)生在學(xué)習(xí)了必修教材《化學(xué)1》中“電解質(zhì)與非電解質(zhì)”等相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步深入。通過強(qiáng)弱電解質(zhì)的學(xué)習(xí)，促使學(xué)生學(xué)會(huì)從微觀的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)在水溶液中的存在狀態(tài)，從而為后續(xù)理解水溶液中化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)奠定基礎(chǔ)，初步建立研究水溶液系統(tǒng)的思維方法，屬于化學(xué)核心概念。

如何進(jìn)行化學(xué)概念教學(xué)，值得我們思考與討論。常見化學(xué)概念教學(xué)的做法是“定義呈現(xiàn)——重點(diǎn)解讀——練習(xí)鞏固”，具體來說是對(duì)概念進(jìn)行客觀呈現(xiàn)、主觀解讀后，就以習(xí)題進(jìn)行辨析、鞏固。結(jié)合本課內(nèi)容而言，常規(guī)的設(shè)計(jì)就分兩個(gè)部分：第一部分以概念回顧和配套習(xí)題來鞏固“強(qiáng)、弱電解質(zhì)和非電解質(zhì)”概念；第二部分以討論“冰醋酸是弱電解質(zhì)的實(shí)驗(yàn)證明方法”來體驗(yàn)弱電解質(zhì)的概念。但筆者認(rèn)為這樣的設(shè)計(jì)不利于學(xué)生深刻理解化學(xué)概念，不利于學(xué)生系統(tǒng)構(gòu)建知識(shí)體系，不利于學(xué)生在必修基礎(chǔ)上提升認(rèn)知，不符合蘇教版教材“螺旋式上升”的編寫理念。

筆者在教學(xué)中，嘗試借助TDS水質(zhì)測試筆，以設(shè)計(jì)“對(duì)比實(shí)驗(yàn)”對(duì)本課內(nèi)容“強(qiáng)、弱電解質(zhì)”和“非電解質(zhì)”進(jìn)行了具體化構(gòu)建，教學(xué)設(shè)計(jì)如圖1所示。

二、教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：引題

教師：展示一瓶在校園池塘里灌的天然水。

問題：如何檢測這瓶天然水的水質(zhì)呢？

教師：介紹TDS水質(zhì)測試筆：原理是通過測試被測液體的導(dǎo)電性強(qiáng)弱，來粗略反映液體中自由移動(dòng)離子濃度的大小，讀數(shù)越大，自由移動(dòng)離子濃度越大（注：導(dǎo)電性還與離子帶電量有關(guān)）。

【演示實(shí)驗(yàn)】 傾倒約20mL此天然水于燒杯中，用TDS水質(zhì)測試筆進(jìn)行測試，讀數(shù)約為160。

問題：這個(gè)讀數(shù)的具體意義是什么呢，我們沒有概念。在這個(gè)情況下，有什么方法可以知道這瓶水的水質(zhì)狀況呢？

學(xué)生：對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

【對(duì)比實(shí)驗(yàn)1】一瓶某知名品牌礦泉水、一瓶某知名品牌純凈水和一瓶無水乙醇，分別取約20mL于三只燒杯中，并用TDS水質(zhì)測試筆進(jìn)行測試，讀數(shù)分別約為42、2和0。

問題：通過這組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，你現(xiàn)在能判斷校園池塘里天然水的水質(zhì)嗎？

學(xué)生：水質(zhì)不大好，因?yàn)樽x數(shù)較大，說明導(dǎo)電性較強(qiáng)，水溶液中含有的自由移動(dòng)的離子較多。

追問：在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，為什么礦泉水、純凈水和無水乙醇讀數(shù)都不一樣呢？

學(xué)生：礦泉水里溶有的少量礦物質(zhì)鹽能完全電離，形成少量離子，所以讀數(shù)達(dá)到42；而純凈水里幾乎沒有礦物質(zhì)鹽，但本身也能微弱的電離或者混有極少量礦物質(zhì)鹽，形成極少量的離子，所以讀數(shù)為2；無水乙醇不電離，沒有離子，所以讀數(shù)為0。

教師：很好，這三種情況就是我們今天交流的主要話題：完全電離、部分電離、不電離。

設(shè)計(jì)意圖：通過以檢測校園池塘里的天然水為話題切入，既自然又貼近生活，在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情的過程中調(diào)動(dòng)學(xué)生思考、探究的積極性；通過第一組簡單的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在對(duì)天然水水質(zhì)檢測的探究中理解TDS水質(zhì)測試筆呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的含義，進(jìn)而學(xué)會(huì)如何使用TDS水質(zhì)測試筆，并引出了本課教學(xué)核心概念——電離程度。

環(huán)節(jié)二：構(gòu)建

【對(duì)比實(shí)驗(yàn)2（學(xué)生）】

實(shí)驗(yàn)操作：分別取約10mL的未知液體A和未知液體B，用TDS水質(zhì)測試筆進(jìn)行測試。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：讀數(shù)均為0。

問題：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了什么？

學(xué)生：不存在自由移動(dòng)的離子。

追問：液體A和液體B屬于電解質(zhì)還是非電解質(zhì)？

學(xué)生：非電解質(zhì)。

教師：請大家分別往液體A和液體B中加入約20mL水，再用TDS水質(zhì)測試筆進(jìn)行測試，看看會(huì)有什么變化。

實(shí)驗(yàn)操作：用TDS水質(zhì)測試筆分別測試A的水溶液和B的水溶液。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：A的水溶液讀數(shù)為0，B的水溶液讀數(shù)為100多。

問題：這組數(shù)據(jù)對(duì)比，又說明了什么？

學(xué)生：A在水中未發(fā)生電離，而B在水中發(fā)生了電離。

問題：前面大家對(duì)液體A和液體B的認(rèn)識(shí)是都屬于非電解質(zhì)，結(jié)合本次的對(duì)比實(shí)驗(yàn)思考，之前的認(rèn)識(shí)需要修正嗎？

學(xué)生：B應(yīng)該是電解質(zhì)。

追問1：請問，判斷一種物質(zhì)是電解質(zhì)還是非電解質(zhì)關(guān)鍵要看什么呢？

學(xué)生：在水溶液或熔融狀態(tài)下是否發(fā)生電離。

追問2：那電解質(zhì)和非電解質(zhì)是如何定義的？

學(xué)生：在水溶液里和熔融狀態(tài)下都不能導(dǎo)電的化合物稱為非電解質(zhì)；在水溶液里或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物稱為電解質(zhì)。

總結(jié)：液體A和A的水溶液都不導(dǎo)電，所以A是非電解質(zhì)（無水乙醇）；液體B不導(dǎo)電而B的水溶液導(dǎo)電，所以B 是電解質(zhì)（冰醋酸）。

學(xué)生：原來如此。

【對(duì)比實(shí)驗(yàn)3（學(xué)生）】

實(shí)驗(yàn)操作：取出已經(jīng)裝有等物質(zhì)的量固體A和固體B的兩只燒杯，分別加入約20mL水，并振蕩。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：固體A完全溶解，形成澄清溶液；固體B未完全溶解，形成懸濁液。

問題：說明了什么？

學(xué)生：固體A在水中的溶解能力較大，固體B在水中的溶解能力較小。

追問：固體A和固體B分別屬于強(qiáng)電解質(zhì)還是弱電解質(zhì)？

學(xué)生：A屬于強(qiáng)電解質(zhì)，B屬于弱電解質(zhì)。（有些學(xué)生反駁：強(qiáng)弱電解質(zhì)與其溶解性無關(guān)，應(yīng)該測其導(dǎo)電性。）

教師：究竟誰的認(rèn)識(shí)是正確的呢，我們用實(shí)驗(yàn)來說話。

實(shí)驗(yàn)操作：用TDS水質(zhì)測試筆分別測試固體A的水溶液和固體B 的水溶液。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：固體A的水溶液數(shù)值較大，固體B的水溶液數(shù)值較小。

問題：這個(gè)現(xiàn)象又說明了什么？

學(xué)生：說明了濃度基本相同的情況下，固體A的水溶液導(dǎo)電能力強(qiáng)于固體B的水溶液。

追問：固體A和固體B分別屬于強(qiáng)電解質(zhì)還是弱電解質(zhì)？

學(xué)生：固體A屬于強(qiáng)電解質(zhì)，固體B屬于弱電解質(zhì)。

教師：揭曉謎底，實(shí)驗(yàn)中A是NaCl，B是CaCO3。不結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，根據(jù)《化學(xué)1》所學(xué)知識(shí)判斷，這兩種物質(zhì)分別屬于什么？

學(xué)生：都是強(qiáng)電解質(zhì)。

問題：那剛才為什么會(huì)認(rèn)為固體B為弱電解質(zhì)呢？

學(xué)生：受物質(zhì)的溶解性和溶液的導(dǎo)電性干擾了。

追問：既然以物質(zhì)的溶解性和其溶液的導(dǎo)電性來判斷該物質(zhì)屬于強(qiáng)電解質(zhì)還是弱電解質(zhì)發(fā)生了錯(cuò)誤，那強(qiáng)、弱電解質(zhì)的根本區(qū)別在哪里？

學(xué)生：在水溶液中的電離程度，在水溶液里能完全電離的電解質(zhì)是強(qiáng)電解質(zhì)；在水溶液里部分電離的電解質(zhì)為弱電解質(zhì)。

教師：總結(jié)得很好。實(shí)驗(yàn)是最有說服力的，兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)的現(xiàn)象幫大家糾正了在理解“電解質(zhì)和非電解質(zhì)、強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”兩組概念上的一些誤區(qū)，讓我們對(duì)“電解質(zhì)和非電解質(zhì)、強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”這兩組化學(xué)概念有了更深刻的認(rèn)識(shí)。

設(shè)計(jì)意圖：經(jīng)過必修《化學(xué)1》的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)“電解質(zhì)和非電解質(zhì)、強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)”這兩組化學(xué)概念有了一定的認(rèn)識(shí)，但只是停留在了解層面，更多只是會(huì)從物質(zhì)類別角度去判斷，而對(duì)于其本質(zhì)的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)未達(dá)到。筆者的設(shè)計(jì)是借助兩個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在“已有認(rèn)識(shí)”與“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”之間產(chǎn)生認(rèn)知沖突，引發(fā)思考，促使其挖掘現(xiàn)象背后的問題。這招“欲擒故縱”讓學(xué)生的認(rèn)識(shí)在沖突中不斷清晰，讓抽象的概念對(duì)比中不斷的具體。

環(huán)節(jié)三：體驗(yàn)

問題：第一組實(shí)驗(yàn)中的冰醋酸是強(qiáng)電解質(zhì)還是弱電解質(zhì)呢？

學(xué)生：弱電解質(zhì)。

追問：如何以實(shí)驗(yàn)來證明冰醋酸是弱電解質(zhì)呢，請?jiān)O(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案？

學(xué)生1：取等量相同濃度的鹽酸和醋酸溶液，用TDS水質(zhì)測試筆分別測定其導(dǎo)電性，如果醋酸溶液的導(dǎo)電性明顯比鹽酸弱，則冰醋酸為弱電解質(zhì)；

學(xué)生2：取等量相同濃度的鹽酸和醋酸溶液，用pH試紙分別測定它們的pH，如果醋酸溶液的pH較大，則冰醋酸為弱電解質(zhì)；

學(xué)生3：取等量相同濃度的鹽酸和醋酸溶液，分別與形狀和大小相同的某種活潑金屬（如Mg）反應(yīng)，如果醋酸溶液反應(yīng)產(chǎn)生氣體速率較慢，則冰醋酸為弱電解質(zhì)；

學(xué)生4：取等量相同濃度的鹽酸和醋酸溶液，分別與等量的碳酸鈉反應(yīng)，如果醋酸溶液反應(yīng)產(chǎn)生氣體較慢，則冰醋酸為弱電解質(zhì)；

學(xué)生5：……

教師：是不是每一個(gè)方案都可行呢？請大家利用桌子上的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)藥品，來驗(yàn)證你的方案。

【對(duì)比實(shí)驗(yàn)4（學(xué)生）】取等量相同濃度的鹽酸和醋酸溶液，用TDS水質(zhì)測試筆測試，并讀取讀數(shù)。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鹽酸比醋酸的數(shù)據(jù)要大得多，證明冰醋酸為弱電解質(zhì)。

【對(duì)比實(shí)驗(yàn)5（學(xué)生）】用玻璃棒分別蘸取相同濃度的鹽酸和醋酸溶液，分別滴在兩張pH試紙上，觀察并對(duì)比顏色變化。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：醋酸的酸性較弱，證明冰醋酸為弱電解質(zhì)。

【對(duì)比實(shí)驗(yàn)6（學(xué)生）】取兩支試管，分別裝入兩片形狀和大小相同的鎂條，將兩只注射器針頭分別插入并穿透兩只橡皮塞，套上注射器，吸取等量相同濃度的鹽酸和醋酸溶液，用此橡皮塞塞住試管，同時(shí)將鹽酸和醋酸溶液注入試管，觀察針筒中氣體的體積變化。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：醋酸溶液與鎂條反應(yīng)產(chǎn)生氣體較慢，證明冰醋酸是弱電解質(zhì)。

問題：如果兩支試管中鎂條過量，最終哪只試管產(chǎn)生的氣體多？

學(xué)生：一樣多。

追問：那你可不可以用V-t（縱坐標(biāo)為產(chǎn)生氫氣的體積，橫坐標(biāo)為時(shí)間）表示兩支試管產(chǎn)生的氣體情況呢？

學(xué)生：

教師：大家用各自的方案說明了冰醋酸是弱電解質(zhì)，它在同濃度條件下導(dǎo)電性不如鹽酸。那如果往醋酸溶液中逐滴滴加同濃度的氫氧化鈉溶液，導(dǎo)電性會(huì)如何變化？

學(xué)生：變大。

追問：為何會(huì)變大？

學(xué)生：因?yàn)闅溲趸c為強(qiáng)電解質(zhì)，同濃度條件下導(dǎo)電能力更強(qiáng)。

教師：是不是如大家所說，我們來做一做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

【對(duì)比實(shí)驗(yàn)7（學(xué)生）】取20mL 醋酸溶液于燒杯中，插入TDS水質(zhì)測試筆，記錄讀數(shù)，將同濃度的氫氧化鈉溶液逐滴滴入醋酸溶液中，觀察并記錄讀數(shù)變化。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：讀數(shù)先逐漸上升，后基本不變。

問題：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象跟我們猜測的有差別，為什么后來基本不變了？

學(xué)生：后來氫氧化鈉大量過量了，混合溶液導(dǎo)電性接近原氫氧化鈉溶液了。

追問1：剛才往醋酸中滴加的氫氧化鈉是強(qiáng)電解質(zhì)，那如果往醋酸溶液中逐滴滴入同濃度的氨水，導(dǎo)電性又會(huì)如何變化呢？

學(xué)生：可能變化不大。

追問2：為什么？

學(xué)生：因?yàn)橐凰习币彩侨蹼娊赓|(zhì)，同濃度導(dǎo)電能力與醋酸溶液差不多。

教師：我們的分析是否正確呢？我們繼續(xù)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

【對(duì)比實(shí)驗(yàn)8（學(xué)生）】取20mL 醋酸溶液于燒杯中，插入TDS水質(zhì)測試筆，記錄讀數(shù)，將同濃度的氨水逐滴滴入醋酸溶液中，觀察并記錄讀數(shù)變化。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：讀數(shù)先上升，后下降，最后保持不變，并與初始數(shù)據(jù)相近。

問題：為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的讀數(shù)變化？

學(xué)生：因?yàn)榉磻?yīng)產(chǎn)生的醋酸銨為強(qiáng)電解質(zhì)，同濃度導(dǎo)電能力強(qiáng)。后來氨水過量，導(dǎo)電能力有所下降。

教師：化學(xué)是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，只有實(shí)驗(yàn)才是最高法庭。在化學(xué)學(xué)習(xí)中，我們要習(xí)慣于借助實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識(shí)、去探究。

設(shè)計(jì)意圖：著名化學(xué)家傅鷹先生說過：提出一個(gè)機(jī)理來解釋一種現(xiàn)象并不困難，困難的是如何以實(shí)驗(yàn)證明它是正確的，而且唯一是正確的。在這個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)中，筆者引導(dǎo)學(xué)生借助實(shí)驗(yàn)去辨析概念，在7組對(duì)比實(shí)驗(yàn)中鞏固認(rèn)知。

輕巧便攜的“TDS水質(zhì)測試筆”的數(shù)據(jù)直觀地將微觀“電離”問題轉(zhuǎn)化成了宏觀“水質(zhì)測試數(shù)據(jù)”，這是抽象問題具體化的最直接體驗(yàn)。從鹽酸與醋酸的“靜態(tài)對(duì)比”過渡到醋酸分別與氫氧化鈉溶液和氨水反應(yīng)的“動(dòng)態(tài)對(duì)比”，學(xué)生對(duì)“強(qiáng)電解質(zhì)與弱電解質(zhì)”的理解是越來越具體，越來越深入。

三、教學(xué)反思

反思本課的教學(xué)設(shè)計(jì)，主要有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1. “TDS水質(zhì)測試筆”的充分利用，取得了意想不到的效果。

“TDS水質(zhì)測試筆”具有操作方便，讀數(shù)簡單等優(yōu)勢，在本課的多個(gè)實(shí)驗(yàn)中被利用，不僅能將抽象的微觀問題“電離”以數(shù)據(jù)形式宏觀呈現(xiàn)，還能許多“教師演示實(shí)驗(yàn)”變成了“學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)”，提高了學(xué)生的課堂參與度和學(xué)習(xí)積極性。

2. 貫穿始終的“對(duì)比實(shí)驗(yàn)”，完成了抽象概念的具體化構(gòu)建。

從“池塘里的天然水”與礦泉水、純凈水、無水乙醇等的導(dǎo)電性對(duì)比，到“未知試劑A、B”系列對(duì)比實(shí)驗(yàn)，再到“鹽酸與醋酸”的對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，最后到“醋酸與強(qiáng)堿和弱堿反應(yīng)”的動(dòng)態(tài)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在“從簡單到復(fù)雜”，“從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)”的體驗(yàn)過程中構(gòu)建出了抽象概念具體化的深刻認(rèn)知。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)中的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)也十分巧妙，不僅激發(fā)了學(xué)生的探究熱情，更是引發(fā)了學(xué)生的深入思考，為抽象概念的具體化構(gòu)建助力。如在“未知試劑A、B”系列對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，先是用TDS水質(zhì)測試筆測試“未知液體A”和“未知液體B”，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讀數(shù)為0，很容易讓學(xué)生產(chǎn)生“A、B均是非電解質(zhì)”的錯(cuò)誤想法。而筆者安排的“將兩種液體分別加入等量的水并測試”這個(gè)小細(xì)節(jié)置學(xué)生的思維于“矛盾沖突”中，讓學(xué)生不得不重新思考并逐步構(gòu)建起“電解質(zhì)和非電解質(zhì)”的概念，使其對(duì)概念的理解更深入。

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