余治瑤+高成
[摘 要]
學(xué)生對(duì)于離子反應(yīng)微觀過(guò)程的理解,容易產(chǎn)生認(rèn)知障礙,因此采用知識(shí)線索、思想線索和方法線索“三線合一”教學(xué)思想設(shè)計(jì)教學(xué),從現(xiàn)象入手,與思維聯(lián)系,同時(shí)以電導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)為載體,幫助學(xué)生建構(gòu)“微粒觀”,形成離子反應(yīng)的概念,并分析歸納出復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生條件。
[關(guān)鍵詞]
三線合一;離子反應(yīng);教學(xué)設(shè)計(jì)
一、“三線合一”內(nèi)涵及其教學(xué)設(shè)計(jì)的價(jià)值
匈牙利的哲學(xué)家貝拉·弗格拉希曾經(jīng)說(shuō)過(guò):“科學(xué)的一方面是方法,另一方面是理論;它是二者的統(tǒng)一,而不是同一”。知識(shí)、思想、方法是學(xué)科的核心要素,化學(xué)學(xué)科有自身獨(dú)特的知識(shí)、思想和方法?!叭€合一”概括講,是知識(shí)線索、思想線索和方法線索的統(tǒng)一。其中知識(shí)是指反映客觀事物的屬性與聯(lián)系,就化學(xué)學(xué)科而言涵蓋了化學(xué)用語(yǔ)、元素化合物知識(shí)、化學(xué)概念、化學(xué)原理等知識(shí)。思想是指對(duì)事物本質(zhì)的、抽象的一種具體的認(rèn)識(shí)概括,化學(xué)學(xué)科思想則是對(duì)化學(xué)學(xué)科本質(zhì)、規(guī)律以及價(jià)值的一種理性認(rèn)識(shí),從化學(xué)事實(shí)性知識(shí)中提煉出的化學(xué)觀點(diǎn),同時(shí)“它是多角度、多層次,且與化學(xué)知識(shí)、化學(xué)發(fā)展以及化學(xué)與技術(shù)、社會(huì)的關(guān)系密切相關(guān)”[1]。方法是達(dá)到某種目的而采取的途徑、手段和操作的總和,在解決化學(xué)學(xué)科問(wèn)題過(guò)程中形成和運(yùn)用的規(guī)則、方式和手段等。線索則是指存在的邏輯順序。在化學(xué)學(xué)科教學(xué)中,“三線合一”視角下的教學(xué)設(shè)計(jì)是指在知識(shí)線索、思想線索和方法線索統(tǒng)一的視角下,從知識(shí)線索的邏輯上去融合學(xué)科內(nèi)容的思想線索以及方法線索進(jìn)行編制教學(xué)預(yù)案的過(guò)程?!叭€合一”視角下的教學(xué)設(shè)計(jì)更有利于揭示知識(shí)之間的聯(lián)系以及價(jià)值,引導(dǎo)學(xué)生積極思考和進(jìn)行探究,促進(jìn)學(xué)生的理解能力和思維能力達(dá)到更高層次的抽象和概括水平,促進(jìn)從學(xué)科的角度去解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的思想形成。
二、離子反應(yīng)教材內(nèi)容及學(xué)情分析
本文以“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”為例,從“三線合一”視角下設(shè)計(jì)教學(xué)。“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”選取自人教版高中化學(xué)必修一第二章第二節(jié):離子反應(yīng),第二課時(shí)內(nèi)容[2]。本節(jié)內(nèi)容主要介紹了電解質(zhì)在水溶液中的反應(yīng),既是對(duì)前一課時(shí)電解質(zhì)在水溶液中存在形式的深入,又與選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中的弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡是秉承一脈的,這樣的內(nèi)容安排符合學(xué)生認(rèn)知順序。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課前,已經(jīng)能夠區(qū)分電解質(zhì)與非電解質(zhì),同時(shí)知道電解質(zhì)在水溶液中能離解成離子,掌握了四大基本反應(yīng)類型,并且積累了一些化學(xué)反應(yīng)方程式,這些前認(rèn)知為本課的開(kāi)展奠定了知識(shí)基礎(chǔ)。由于離子間的反應(yīng)涉及到微觀過(guò)程,學(xué)習(xí)起來(lái)學(xué)生容易產(chǎn)生一定的認(rèn)知障礙,于是將本課的教學(xué)難點(diǎn)突破放在了離子反應(yīng)概念的建立上,根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本節(jié)內(nèi)容的要求、知識(shí)的難易程度和學(xué)生的基礎(chǔ),將教學(xué)重點(diǎn)確立為:認(rèn)識(shí)復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生條件。
三、離子反應(yīng)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)
“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”是一節(jié)化學(xué)概念教學(xué)課,“概念是人們對(duì)事物本質(zhì)屬性的認(rèn)識(shí),是邏輯思維最基本的單元”[3]。在學(xué)習(xí)化學(xué)概念時(shí),不僅僅是對(duì)具體概念的理解、辨析和學(xué)習(xí),更重要的是要建立起對(duì)化學(xué)概念的深入理解,并將概念當(dāng)作認(rèn)識(shí)問(wèn)題和應(yīng)用的工具。本課以飲用的電解質(zhì)飲料為題材,接著以“硫酸與氫氧化鋇溶液混合”過(guò)程中離子濃度變化情況設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)建立離子反應(yīng)的概念,在區(qū)分離子反應(yīng)和非離子反應(yīng)時(shí),從實(shí)際例子分析歸納出復(fù)分解型離子反應(yīng)的發(fā)生條件,再由教材出發(fā)引導(dǎo)離子方程式的書(shū)寫(xiě),最后用所學(xué)的離子反應(yīng)知識(shí)解決實(shí)際的問(wèn)題這一層層深入的順序作為知識(shí)線索。同時(shí)在知識(shí)邏輯線索基礎(chǔ)中,將學(xué)生對(duì)混合溶液中離子濃度變化情況的深層次思想線索中的微粒觀的形成與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析、歸納等方法線索進(jìn)行有效整合,學(xué)生得以對(duì)離子反應(yīng)的認(rèn)識(shí)有“從理論抽象到思維具體”飛躍。
【教學(xué)過(guò)程】
[板書(shū)]離子反應(yīng)及其發(fā)生的條件
[導(dǎo)入新課]
[師]同學(xué)們,上課前,老師先問(wèn)大家一個(gè)生活問(wèn)題,劇烈運(yùn)動(dòng)之后,大家喝水嗎?
[生]喝。
[師]其實(shí)喝水的同時(shí)我們還應(yīng)該適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充電解質(zhì),這是某市售電解質(zhì)飲料的離子含量表。
[投影]
[師]補(bǔ)充的電解質(zhì)到哪兒去了呢?其實(shí)呀,他參與到人生命活動(dòng)中的各種化學(xué)反應(yīng)中去了。
【設(shè)計(jì)意圖】“三線合一”視角下“導(dǎo)入新課”的設(shè)計(jì)思路:調(diào)動(dòng)學(xué)生已有知識(shí),展示生活中運(yùn)動(dòng)后補(bǔ)充電解質(zhì)的做法和市售的電解質(zhì)飲料,提問(wèn)補(bǔ)充的電解質(zhì)都去了哪兒,引起學(xué)生探究興趣,并做出回答:其實(shí)它參與到人體生命活動(dòng)的各種化學(xué)反應(yīng)中;在第一課時(shí)學(xué)習(xí)了電解質(zhì)的概念,在此引入電解質(zhì)飲料題材既是對(duì)電解質(zhì)內(nèi)容進(jìn)行回顧,引出飲料中含有各種離子的化學(xué)學(xué)科知識(shí),又將思維轉(zhuǎn)入微觀領(lǐng)域,融合了意在激發(fā)學(xué)生探究水溶液中離子的反應(yīng)的學(xué)習(xí)興趣的方法,將觀察到的事實(shí)通過(guò)思維活動(dòng)給以概念化的處理。
[舉例]下面我們以硫酸、氫氧化鋇為例研究它們?cè)谒芤褐械姆磻?yīng)。
[引導(dǎo)]硫酸、氫氧化鋇溶于水分別以怎樣的形式存在?
[生]Ba2+、SO42-、H+和OH-
[師]如果將這4種離子混合會(huì)有什么現(xiàn)象?哪些成分會(huì)發(fā)生怎樣的變化?讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜想?如何驗(yàn)證Ba2+和SO42-結(jié)合成BaSO4?如何驗(yàn)證溶液中離子濃度減?。?/p>
[生設(shè)計(jì)方案]這時(shí)學(xué)生可能會(huì)設(shè)計(jì)出各種實(shí)驗(yàn)方案,比如:混合觀察是否有白色沉淀生成,加無(wú)水硫酸銅檢驗(yàn)是否變藍(lán),加酚酞、石蕊試液檢驗(yàn)酸堿性變化,測(cè)量混合過(guò)程導(dǎo)電性的變化等等。
[師]抓住動(dòng)態(tài)生成的資源,帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)各種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)并修正,最后得出一個(gè)完善的實(shí)驗(yàn)方案。
[師]同學(xué)們,大家猜一猜Ba(OH)2溶液中滴加稀H2SO4溶液離子濃度會(huì)發(fā)生怎樣的變化呢?
[生]學(xué)生一般只能才想到離子濃度減小。
[師]下面選用電導(dǎo)率傳感器來(lái)研究這兩種電解質(zhì)溶液混合過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)。電導(dǎo)率的變化可以表征離子濃度的變化情況。(電導(dǎo)率越大,離子濃度越大)
[實(shí)驗(yàn)操作]向稀Ba(OH)2溶液中滴加幾滴酚酞試液,插入電導(dǎo)率傳感器(用于測(cè)量稀溶液的導(dǎo)電情況,間接表征離子濃度,電導(dǎo)率越大,離子濃度越大),然后向溶液中滴加稀H2SO4溶液,觀察溶液中發(fā)生的現(xiàn)象和離子的濃度變化。(為保證充分反應(yīng),用磁力攪拌器不斷攪拌混合溶液)
[實(shí)驗(yàn)圖形]
[生,心理過(guò)程]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)曲線走勢(shì)和他們預(yù)測(cè)一致時(shí)便自然消除懷疑態(tài)度,轉(zhuǎn)變學(xué)生的迷思概念,當(dāng)曲線又開(kāi)始上升時(shí),產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突。
[師]隨著硫酸的逐漸加入,離子濃度發(fā)生了怎樣的變化,為什么?
[生]溶液中的離子濃度減小,因?yàn)锽a2+和SO42-結(jié)合成BaSO4,H+和OH-結(jié)合成H2O。
[師]最低點(diǎn)代表了什么意義?
[生]離子濃度為最小,恰好完全反應(yīng)。
[師]離子濃度為什么和大家的預(yù)測(cè)不一樣,又開(kāi)始增大了呢?
[生]硫酸的繼續(xù)加入又使溶液中的離子濃度增加。
【設(shè)計(jì)意圖】“三線合一”視角下“探索新知—離子反應(yīng)概念建立(1)”的設(shè)計(jì)思路:以H2SO4和Ba(OH)2溶液反應(yīng)為例,引起學(xué)生對(duì)該反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)方程式的回顧,并思考該反應(yīng)離子濃度如何變化并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案證明,學(xué)生的答案大多是通過(guò)導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)來(lái)判斷離子濃度變化。溶液中的具體離子雖然我們看不見(jiàn),但上節(jié)課中學(xué)生見(jiàn)過(guò)通過(guò)導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)來(lái)獲知溶液中有無(wú)自由移動(dòng)的離子,因此重現(xiàn)導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)。選用電導(dǎo)率傳感器來(lái)做,更能體現(xiàn)出滴加稀硫酸時(shí)溶液導(dǎo)電能力的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。將混合溶液中離子間的反應(yīng)與微粒觀的思維及導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)相融合,進(jìn)而同化理解新概念。這樣,能更好地完成課標(biāo)指出的“通過(guò)實(shí)驗(yàn)事實(shí)認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”[4]的要求。
[師]非常好,如果把向Ba(OH)2溶液中滴加的不是稀H2SO4溶液,而是稀Na2SO4溶液呢?會(huì)有什么現(xiàn)象?離子濃度會(huì)發(fā)生怎樣的變化?
[生]猜想和預(yù)測(cè)
[實(shí)驗(yàn)操作]向稀Ba(OH)2溶液中滴加幾滴酚酞試液,插入電導(dǎo)率傳感器,然后向溶液中滴加稀Na2SO4溶液,觀察溶液中發(fā)生的現(xiàn)象和離子的濃度變化。
[實(shí)驗(yàn)圖形]
[師]曲線有什么區(qū)別?
[生]發(fā)現(xiàn)離子濃度并未降到幾乎為零。
[師]溶液中哪些離子還大量存在?
[生]Na+和OH-。
[師]什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以說(shuō)明OH-仍大量存在?
[生]學(xué)生觀察到溶液未像前一實(shí)驗(yàn)?zāi)菢油噬?,這說(shuō)明該反應(yīng)有些離子并沒(méi)參與反應(yīng)
[師]通過(guò)實(shí)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)Ba(OH)2與H2SO4和Na2SO4的反應(yīng),的的確確是離子間的反應(yīng)。
[師]像這樣有離子參加的反應(yīng)就稱為離子反應(yīng)。我們可以根據(jù)有無(wú)離子參加將化學(xué)反應(yīng)分為離子反應(yīng)和非離子反應(yīng),于是便增加了一種對(duì)化學(xué)反應(yīng)的分類方法。
[師]在這些反應(yīng)中某些離子濃度都怎樣變化?
[生]減小
[師]對(duì),某些反應(yīng)物離子濃度減小,這就是離子反應(yīng)的本質(zhì)。
[板書(shū)]二、離子反應(yīng)及其發(fā)生條件
1.離子反應(yīng):有離子參加的反應(yīng)
化學(xué)反應(yīng)[非離子反應(yīng)離子反應(yīng)]
本質(zhì):某些反應(yīng)物離子濃度減小
【設(shè)計(jì)意圖】“三線合一”視角下“探索新知—離子反應(yīng)概念建立(2)”設(shè)計(jì)思路:為了突破學(xué)生理解的復(fù)分解反應(yīng)中所有離子都參與了反應(yīng)這種思維的局限性,接下來(lái)仍用電導(dǎo)率傳感器探究Na2SO4和Ba(OH)2混合過(guò)程中離子濃度如何變化。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這兩組反應(yīng)中電導(dǎo)率曲線進(jìn)行比較,看出:稀硫酸和氫氧化鋇完全反應(yīng)時(shí)電導(dǎo)率幾乎為零,硫酸鈉與氫氧化鋇完全反應(yīng)時(shí)電導(dǎo)率數(shù)值較大。從而可知,稀硫酸和氫氧化鋇的反應(yīng)中所有離子都參加了反應(yīng),而硫酸鈉與氫氧化鋇的反應(yīng)中只有Ba2+和 SO42-反應(yīng)了,鈉離子和氫氧根離子仍大量存在,至此,學(xué)生已初步建構(gòu)起“微粒觀”,認(rèn)識(shí)到溶液中的復(fù)分解型離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)——某些反應(yīng)物離子濃度改變。逐步地深化概念,能準(zhǔn)確對(duì)概念下定義,引領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)地去思考,形成知識(shí)的理解、具體觀念的建構(gòu),形成“將觀察到的事實(shí)通過(guò)思維活動(dòng)給以概念化的處理習(xí)慣”[5]。
[投影]練習(xí)1、將下面的六個(gè)反應(yīng)進(jìn)行分類,哪些是離子反應(yīng),哪些是非離子反應(yīng)。
① 2H2 + O2 = 2H2O
② CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 ↓ + Na2SO4
③ NaOH + HCl = NaCl + H2O
④ 2Cu + O2 [△] 2CuO
⑤ Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 ↑ + H2O
⑥ Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑
[生]②③⑤⑥為離子反應(yīng),①④是非離子反應(yīng)。
[師]很好,下面我們以②③⑤作為研究對(duì)象,他們有什么共同特點(diǎn)?
[生]都是復(fù)分解反應(yīng)
[師]對(duì),下面同學(xué)們分組進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn),第1組完成實(shí)驗(yàn)1,第2組完成實(shí)驗(yàn)2,第3組完成實(shí)驗(yàn)3。
[實(shí)驗(yàn),投影]
[師]仔細(xì)觀察表格中復(fù)分解反應(yīng)的例子,試著根據(jù)生成物的特征,歸納復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生的條件。
[生]生成沉淀,生成了水,放出氣體
[師]歸納得很好,復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生的條件就是:生成沉淀,生成氣體,生成水(滿足一個(gè)即可)。
[板書(shū)]2、復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生條件:生成沉淀,生成氣體,生成水
【設(shè)計(jì)意圖】“三線合一”視角下“探索新知—離子反應(yīng)概念應(yīng)用”的設(shè)計(jì)思路:通過(guò)練習(xí)題鞏固新知,強(qiáng)化理解,本著“充分利用教材,回歸教材”的理念,接下來(lái)將②③⑤復(fù)分解反應(yīng)(也是教材中的實(shí)驗(yàn))作為研究對(duì)象,學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn),教師指導(dǎo)規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作,這些實(shí)驗(yàn)都很容易,意在激活學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和化學(xué)方程式的前認(rèn)知,歸納復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生的條件。
[師]在實(shí)驗(yàn)1中,CuSO4 與 2NaOH 反應(yīng)生成 Cu(OH)2 ↓ 和Na2SO4,而實(shí)質(zhì)上卻是Cu2+與OH- 反應(yīng)生成Cu(OH)2 ↓,同時(shí)進(jìn)行副板書(shū),哪個(gè)式子更能反映出這個(gè)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)?
[生]Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2 ↓
[師]對(duì),像這樣用實(shí)際參加反應(yīng)的離子符號(hào)表示離子反應(yīng)的式子就稱為離子方程式。
[板書(shū)]3、離子方程式:用實(shí)際參加反應(yīng)的離子符號(hào)表示離子反應(yīng)的式子。
[師]如何正確書(shū)寫(xiě)離子方程式?練習(xí)2、請(qǐng)同學(xué)們以CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2↓+Na2SO4為例來(lái)進(jìn)行練習(xí)。
[生]
[師]我們一起來(lái)總結(jié)一下書(shū)寫(xiě)步驟:
①寫(xiě)出正確的化學(xué)方程式
②將易溶、易電離的物質(zhì)(強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、可溶性鹽)拆寫(xiě)成離子形式,難溶物質(zhì)、氣體、水等仍用化學(xué)式表示;
③刪去兩邊相同的離子
④檢查反應(yīng)前后電荷是否守恒,質(zhì)量是否守恒。
[投影]練習(xí)3、下列溶液間能否發(fā)生離子反應(yīng),能發(fā)生的寫(xiě)出離子方程式。
①氯化鈉與硝酸銀
②氯化鈉與氫氧化鉀
③石灰石與稀鹽酸
④KOH溶液和HNO3溶液
⑤NaOH溶液和H2SO4溶液
[生]學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成練習(xí)
【設(shè)計(jì)意圖】“三線合一”視角下“探索新知—離子反應(yīng)的表達(dá)”的設(shè)計(jì)思路:學(xué)生思考回答Cu2+與OH-反應(yīng)生成Cu(OH)2 沉淀,更能反映出CuSO4與NaOH反應(yīng)的實(shí)質(zhì),從而引出離子方程式的含義,再嘗試寫(xiě)出其離子方程式,然后大家共同總結(jié)出離子方程式的書(shū)寫(xiě)步驟,學(xué)生在老師的指導(dǎo)下完成對(duì)離子方程式的書(shū)寫(xiě)練習(xí)。
[拓展]長(zhǎng)期食用菠菜豆腐湯易患結(jié)石
菠菜豆腐湯是傳統(tǒng)家常菜,以其清淡爽口而受到人們喜愛(ài)?,F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究卻表明,菠菜和豆腐不宜同時(shí)食用。菠菜營(yíng)養(yǎng)豐富,但是菠菜里含較多的草酸(每100克菠菜中約含300毫克草酸)。然而豆腐里含有較多氯化鎂、硫酸鈣,兩者同時(shí)食用進(jìn)入人體內(nèi)會(huì)生成不溶性的草酸鈣,不但會(huì)造成鈣質(zhì)的流失,還可能慢慢沉積成結(jié)石。所以菠菜和豆腐最好不要同時(shí)食用。
【設(shè)計(jì)意圖】拓展小結(jié):為了體驗(yàn)化學(xué)在生活中的應(yīng)用,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用離子反應(yīng)的知識(shí)解釋:長(zhǎng)期食用菠菜豆腐湯增加患結(jié)石機(jī)率的原因。
[課后思考]H++OH-=H2O除了能表示習(xí)題中KOH與HNO3的反應(yīng),還能表示哪些反應(yīng)呢?
【設(shè)計(jì)意圖】課后思考:對(duì)概念的深入分析應(yīng)用可采取提供各種變式反應(yīng),對(duì)于更多的書(shū)寫(xiě)方面應(yīng)用,則需要在后續(xù)的學(xué)習(xí)中逐漸去滲透和強(qiáng)化,在書(shū)寫(xiě)的同時(shí)加深從微觀離子角度去分析反應(yīng)實(shí)質(zhì)的能力。
附:【板書(shū)設(shè)計(jì)】
離子反應(yīng)(第二課時(shí))
二、離子反應(yīng)及其發(fā)生條件
1.離子反應(yīng):有離子參加的反應(yīng)
化學(xué)反應(yīng)[非離子反應(yīng)離子反應(yīng)]
本質(zhì):某些反應(yīng)物離子濃度減小
2.復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生條件:生成沉淀,生成氣體,生成水
3.離子方程式:用實(shí)際參加反應(yīng)的離子符號(hào)表示離子反應(yīng)的式子。
書(shū)寫(xiě)步驟:寫(xiě)、拆、刪、查
[參 考 文 獻(xiàn)]
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