曾闊+蔣小鋼

摘要：化學(xué)觀念的形成對學(xué)生的終身學(xué)習(xí)和發(fā)展意義重大。運用頂層設(shè)計原理，以“沉淀溶解平衡”的教學(xué)設(shè)計為例，對中學(xué)化學(xué)以“觀念建構(gòu)為本”的課堂教學(xué)策略做了一些探討。

關(guān)鍵詞：頂層設(shè)計；化學(xué)觀建構(gòu)；教學(xué)設(shè)計；教學(xué)策略

文章編號：1008-0546（2017）04-0048-04 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.04.016

一、問題的提出

化學(xué)從一個特殊的視角引導(dǎo)人們?nèi)フJ(rèn)識物質(zhì)世界，在提高公民科學(xué)素養(yǎng)方面具有其他學(xué)科不可替代的作用。對于學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展，中學(xué)化學(xué)能給予他們最有價值的東西應(yīng)該是什么呢？是學(xué)習(xí)和掌握更多的化學(xué)具體知識，提高解題技能？還是以具體化學(xué)知識的學(xué)習(xí)為載體，以認(rèn)識和闡述物質(zhì)世界的化學(xué)基本思想、方法和思維方式建構(gòu)化學(xué)基本觀念為重點？

化學(xué)觀念的形成，對學(xué)生的終身學(xué)習(xí)和發(fā)展意義重大，更是直接影響著今后學(xué)生走出校門、進入社會后分析、解決與化學(xué)相關(guān)的實際問題的思維方式、行為方式和價值取向。因此，幫助學(xué)生形成化學(xué)觀應(yīng)當(dāng)居于教學(xué)設(shè)計的頂層位置。

二、以化學(xué)平衡觀建構(gòu)為頂層設(shè)計的課堂教學(xué)策略

1. 頂層設(shè)計原理

頂層設(shè)計這一概念源自于“系統(tǒng)工程學(xué)”。為高效、快速完成某項任務(wù)，運用系統(tǒng)論的方法，從全局的視角，集中有效資源，對該目標(biāo)的各方面、各要素進行統(tǒng)籌規(guī)劃。頂層設(shè)計原理具有頂層決定性、整體關(guān)聯(lián)性和實際可操作性等特征。頂層設(shè)計是自上而下展開的設(shè)計方法，核心理念與目標(biāo)都源自頂層。圍繞核心理念和頂層目標(biāo)，強調(diào)設(shè)計對象的諸要素之間必須形成關(guān)聯(lián)、匹配及有機銜接。頂層設(shè)計成果應(yīng)是可實施、可操作的[1]。

由此可見，應(yīng)用頂層設(shè)計處理實際問題的主要原則是：應(yīng)從重大問題切入，抓住牽一發(fā)而動全身的關(guān)鍵問題，唯有如此，才能綱舉目張，為解決其他問題鋪平道路。只有做到這一點，才具有“頂層”的意義。

2. 運用頂層設(shè)計原理進行“沉淀溶解平衡”的教學(xué)

這里，以魯科版《化學(xué)反應(yīng)原理》第三章“物質(zhì)在水溶液的行為”第3節(jié)“沉淀溶解平衡”的教學(xué)為例，運用頂層設(shè)計理論，以“平衡觀”建構(gòu)為本的課堂教學(xué)。

（1）教材分析

這節(jié)知識是在新課程標(biāo)準(zhǔn)下的新增內(nèi)容。學(xué)生在第二章已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)限度的相關(guān)內(nèi)容，在本章的教材中又通過對水的電離、弱電解質(zhì)的電離、鹽類的水解的學(xué)習(xí)加深了對可逆反應(yīng)和化學(xué)平衡的認(rèn)識。本節(jié)教學(xué)要求學(xué)生能夠繼續(xù)從化學(xué)平衡的視角，用平衡的觀點研究新的一類平衡——沉淀溶解平衡，因此它起著“承上”的作用。同時，通過對沉淀溶解平衡的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以更全面地了解水溶液中離子平衡的相關(guān)理論，更好地理解在溶液中發(fā)生的離子反應(yīng)的本質(zhì)，因此它也起著“啟下”的作用。這樣，在教學(xué)功能上，通過本節(jié)課的教學(xué)就可以讓學(xué)生完善整個平衡體系的學(xué)習(xí)，除了鞏固前面所學(xué)知識外還起著延伸、拓展化學(xué)視野的作用。從教學(xué)意義上說，沉淀溶解平衡無論對于化學(xué)知識本體的學(xué)習(xí)，還是化工生產(chǎn)以及人們的生活實際都有重要的意義。

（2）教學(xué)目標(biāo)

①了解難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡，并能結(jié)合實例進行描述。引導(dǎo)學(xué)生主動參與實驗探究、分析實驗，獨立思考，解決問題。

②能描述沉淀溶解平衡，能寫出溶度積的表達式，知道溶度積的含義及意義。在這個過程中引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有的知識經(jīng)驗，分析推理出新的知識，在對知識的運用中，完成“實驗-結(jié)論-應(yīng)用”的提升。

③能夠運用平衡移動的觀點對沉淀的溶解、生成進行分析，體會化學(xué)對生產(chǎn)、生活的指導(dǎo)作用，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

（3）教材重難點

本課時教材的重點是“沉淀溶解平衡模型”的建立、溶度積常數(shù)的涵義；沉淀的溶解和生成的本質(zhì)。難點是“沉淀溶解平衡模型”的建立。而沉淀溶解平衡模型的建立又是重中之重。因為沉淀溶解平衡其實就是“化學(xué)大平衡觀”下的一種新的應(yīng)用。一旦學(xué)生知道了有這種平衡的存在，了解了沉淀溶解平衡是一種什么樣的平衡，它是如何建立的，余下的內(nèi)容如這種平衡的特征、平衡常數(shù)、平衡常數(shù)的意義等知識便可根據(jù)學(xué)生已有的知識進行自主構(gòu)建，所以它是重點中的重點。而這個模型的建立對學(xué)生來說有一定的難度，因此又是本節(jié)課的難點所在。

（4）學(xué)情分析

正如前面所說，學(xué)生已有了化學(xué)平衡的概念在腦海中，這就有了認(rèn)知基礎(chǔ)，有了新知識建構(gòu)的前提。但這種化學(xué)平衡是他們前面沒有接觸過的，而且在學(xué)生的觀點中可能還存在幾個思維誤區(qū)：①難溶物完全不溶于水。②難溶物的飽和溶液中不存在溶質(zhì)的微粒（分子或離子）。③對難溶物形成飽和溶液的微觀過程過于抽象，難于理解。這也是前面提到為什么沉淀溶解平衡模型的建立是難點的原因。如果這三個誤區(qū)得到解決，本節(jié)課的難點也得到突破了。

（5）教法與學(xué)法

在教學(xué)方法上，仍然遵循“雙主體”原則，通過講解陳述、提出問題、布置任務(wù)、獨立思考、討論思考、動手操作、匯報交流等方式優(yōu)化教學(xué)行為；采用問題教學(xué)法，用層層遞進的問題來啟發(fā)學(xué)生的思維，驅(qū)動學(xué)生的學(xué)習(xí)進程。學(xué)法上強調(diào)學(xué)生有意義的自主建構(gòu)。另外還用到了實驗探究、討論合作、類比學(xué)習(xí)等方法。教師在整節(jié)課中要起到引導(dǎo)幫助的作用，并在適當(dāng)時候給予鼓勵性評價以幫助學(xué)生建立學(xué)會新知的信心。

教學(xué)過程：

[環(huán)節(jié)1]情景設(shè)置，引入新課

教師：[問題提出] 等物質(zhì)的量的Na2SO4溶液和BaCl2溶液混合后的溶液中存在哪些離子？

設(shè)計意圖：用定量的方法，以學(xué)生非常熟悉的復(fù)分解反應(yīng)結(jié)果提出問題，激發(fā)思考，引出新課。

[環(huán)節(jié)2]沉淀溶解平衡模型的建立

學(xué)生：[探究實驗]探究BaSO4的飽和溶液中是否存在Ba2+和SO42-。

實驗內(nèi)容：

第一組：

1.取0.01 mol/L的Na2SO4溶液1 mL和0.01 mol/L BaCl2溶液2 mL于試管中充分振蕩，靜置。

2.取上述反應(yīng)后的上層清液于試管中，繼續(xù)滴加數(shù)滴飽和的BaCl2溶液，觀察實驗現(xiàn)象。

第二組：

1. 取0.01 mol/L的Na2SO4溶液2 mL和0.01 mol/L的 BaCl2溶液1 mL于試管中充分振蕩，靜置。

2.取上述反應(yīng)后的上層清液于試管中，繼續(xù)滴加數(shù)滴飽和的 Na2SO4溶液，觀察實驗現(xiàn)象。

教師：[引導(dǎo)討論]兩支試管為何又產(chǎn)生了白色沉淀？

設(shè)計意圖：

1.學(xué)生通過自己動手實驗形成與原有認(rèn)知的沖突，走出思維誤區(qū)：難溶物飽和溶液中沒有溶質(zhì)的離子存在。

2.充分發(fā)揮實驗在化學(xué)教學(xué)中的作用，調(diào)動學(xué)生的積極性。

教師：[演示實驗]課本P90，PbI2固體的溶解平衡。

學(xué)生：[定量推證]推算室溫時，100 g水中大約能溶解多少氫氧化鎂。

測飽和氫氧化鎂溶液的pH≈10，從而推出[OH-]=10-4 mol/L，那么發(fā)生電離的氫氧化鎂的濃度為5×10-5 mol/L，這部分氫氧化鎂的質(zhì)量約為2.9×10-4g。但事實上，氫氧化鎂是一種弱電解質(zhì)，不可能發(fā)生完全電離，因此，此時水中溶解的氫氧化鎂總質(zhì)量應(yīng)該大于2.9×10-4g 。通過查閱資料，室溫時，氫氧化鎂的溶解度約為2.9×10-3g。

設(shè)計意圖：此處為教師演示教科書上“觀察·思考”的實驗?？紤]到學(xué)生對PbI2并不熟悉，所以前面用BaSO4的例子讓學(xué)生探究。而這里教師采用演示實驗，目的是加以驗證沉淀溶解平衡的普遍性，同時培養(yǎng)學(xué)生從個別演繹到一般的思維方式。通過前面兩個實驗，學(xué)生對難溶物的溶解性有了一定的感性認(rèn)識，是否能從定量的角度用最直觀的數(shù)據(jù)來加深學(xué)生對難溶物的認(rèn)識呢？于是設(shè)計了定量推證的活動。從定量的角度，通過近似估算，用具體的數(shù)據(jù)讓學(xué)生體會到難溶物不是不溶，只是溶解的程度很小，從而走出思維誤區(qū)：難溶物絕對不溶是錯誤的。

教師：[講解陳述]

設(shè)計意圖：解決學(xué)生的思維誤區(qū)：難溶物的溶解是絕對的，不溶只是相對而言。

教師：[動畫演示]氯化銀的沉淀溶解微觀過程

設(shè)計意圖：化抽象為直觀，有利于學(xué)生的理解，解決思維誤區(qū)：難溶物形成飽和溶液的微觀過程不清楚。

教師：[講解陳述]這種平衡狀態(tài)叫做沉淀溶解平衡?？杀硎緸椋?/p>

BaSO4 （s）[?]Ba2+（aq）+ SO42-（aq）

PbI2（s）[?]Pb2+（aq）+ 2I-（aq）

設(shè)計意圖：通過學(xué)生的定性實驗探究、定量推證和一個動畫演示，此環(huán)節(jié)解決了學(xué)生三個思維誤區(qū)即：難溶物完全不溶、難溶物飽和溶液沒有溶質(zhì)的離子存在和難溶物形成飽和溶液的微觀過程不清楚。進而突破難點，建立起沉淀溶解平衡的概念。

[環(huán)節(jié)3]沉淀溶解平衡的特征

教師：[提出問題]化學(xué)平衡具有哪些特征？

學(xué)生：[交流研討]回顧化學(xué)反應(yīng)平衡的特征及相關(guān)知識。

設(shè)計意圖：

1.采用問題教學(xué)法創(chuàng)設(shè)情境，用問題啟發(fā)學(xué)生思維，指引學(xué)生分析出正確的結(jié)論。

2.利用學(xué)生已有的化學(xué)平衡知識建構(gòu)沉淀溶解平衡的相關(guān)知識，體現(xiàn)自主建構(gòu)的學(xué)習(xí)方法。

在這個過程中，不僅要引導(dǎo)學(xué)生回顧可以用動、等、定、變從定量的角度來描述化學(xué)平衡的特征，更可以從定量的角度用化學(xué)平衡常數(shù)K來衡量可逆反應(yīng)發(fā)生的限度。有了前面的知識鋪墊，學(xué)生不難從平衡常數(shù)的相關(guān)知識推導(dǎo)出沉淀溶解平衡的平衡常數(shù)Ksp的有關(guān)內(nèi)容。通過同類知識間的同化、順應(yīng)、遷移，學(xué)生在已有知識基礎(chǔ)上自主構(gòu)建出Ksp的表達式、影響因素、意義等知識。

學(xué)生：[練習(xí)鞏固]教材P91表3-3-1

比較AgCl、AgBr、AgI的溶解能力的大小，比較Mg（OH）2、Cu（OH）2溶解能力的大小。

設(shè)計意圖：加深學(xué)生對Ksp意義的理解，即表征難溶物在水中的溶解能力大小。

教師：[提出問題]我們又如何從濃度因素定量判斷化學(xué)平衡的移動方向？對于沉淀溶解平衡而言又當(dāng)如何呢？

學(xué)生：[匯報交流]學(xué)生通過回憶已學(xué)過的知識得出結(jié)論：

Q > Ksp 沉淀生成

Q < Ksp 沉淀溶解

Q = Ksp 達到沉淀溶解平衡狀態(tài)

設(shè)計意圖：

1.學(xué)會從定量的觀點理解沉淀溶解平衡移動。

2.再次體現(xiàn)建構(gòu)主義思想，同時為沉淀的生成、溶解本質(zhì)的學(xué)習(xí)作鋪墊。

[環(huán)節(jié)4]知識應(yīng)用：沉淀的溶解與生成

學(xué)生：[交流研討]運用此結(jié)論解釋前面BaSO4及PbI2的實驗現(xiàn)象。

學(xué)生：[閱讀思考]閱讀書本P92實例一、實例二后請學(xué)生回答。

設(shè)計意圖：

1.對前面兩個實驗進行解釋，前后呼應(yīng)，加深理解。

2.讓學(xué)生嘗試運用微粒觀、定量觀、變化觀獨立分析問題。

3.使學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)對生產(chǎn)、生活的貢獻，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，達成情感態(tài)度價值觀的教學(xué)目標(biāo)。

[環(huán)節(jié)5]思維凝練、提升方法、形成觀念

學(xué)生：讓學(xué)生根據(jù)這節(jié)課的學(xué)習(xí)經(jīng)歷總結(jié)。

（1）自然科學(xué)探究的一般方法，如圖1所示。

（2）建構(gòu)化學(xué)平衡觀，如圖2所示。

設(shè)計意圖：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)

1.讓學(xué)生進一步了解自然科學(xué)探究的一般過程和方法。

2.讓學(xué)生通過對具體化學(xué)知識學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生逐步形成主動運用化學(xué)的思想方法去分析和處理所遇事物或問題的自覺意識和思維習(xí)慣，也就是化學(xué)觀。

3. 教學(xué)反思：運用頂層設(shè)計原理建構(gòu)化學(xué)平衡觀。

知識、化學(xué)學(xué)習(xí)能力和化學(xué)基本觀念是中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)中不可缺少的三個要素，對應(yīng)著教學(xué)目標(biāo)的三個維度。化學(xué)知識、能力與化學(xué)觀之間的關(guān)系可以表示為圖3所示。

其中，化學(xué)觀的形成對學(xué)生的終身學(xué)習(xí)和發(fā)展意義最大，是居于最上位的，屬于頂層設(shè)計。化學(xué)知識和化學(xué)學(xué)習(xí)能力的獲得都應(yīng)通過一系列的教學(xué)行為，密切圍繞形成化學(xué)觀的最終目標(biāo)有計劃、有步驟的進行關(guān)聯(lián)和展開；化學(xué)觀反過來對化學(xué)知識和化學(xué)學(xué)習(xí)能力的習(xí)得起到潛移默化的規(guī)范和指導(dǎo)作用，有利于增進學(xué)生對知識的深刻理解，促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變和科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展[2]。

通過這節(jié)課的教學(xué)，除了讓學(xué)生掌握本節(jié)課所涵蓋的知識與技能外，更希望能夠引導(dǎo)學(xué)生通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)總結(jié)出這樣一種思維過程：即首先發(fā)現(xiàn)可逆過程，然后建立平衡模型，進而分析平衡特征，總結(jié)平衡規(guī)律，最后應(yīng)用于平衡問題的解決中。從而進一步讓學(xué)生感悟到在他們學(xué)習(xí)多種不同的平衡體系過程中逐步形成的一種化學(xué)平衡觀。在大平衡觀的引領(lǐng)下，一旦今后遇到有關(guān)平衡的問題便可以自覺形成這樣一種思維習(xí)慣來解決問題。

四、結(jié)語

從長期的教學(xué)實踐來看，許多學(xué)生從學(xué)校畢業(yè)走向社會后都不一定從事與化學(xué)相關(guān)的工作，但是中學(xué)的化學(xué)教育對他們?nèi)匀痪哂兄匾饬x。伴隨著具體化學(xué)知識的學(xué)習(xí)而逐漸形成的化學(xué)基本思想和方法，它能在潛意識中支配著學(xué)生的思維方式和行為方式。它表現(xiàn)為學(xué)生能夠自覺運用化學(xué)科學(xué)的觀點、思路和方法去認(rèn)識周圍的事物，去分析和解決實際問題。這就是化學(xué)觀念的教育價值所在！因此，把培養(yǎng)學(xué)生形成正確的化學(xué)基本觀念作為中學(xué)化學(xué)教學(xué)的高觀點和大視角，置于化學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計的最頂層位置，顯得尤為重要，上述教學(xué)設(shè)計的立足點和歸宿都是圍繞化學(xué)平衡觀的建構(gòu)進行的。

但是，化學(xué)基本觀念不是具體的化學(xué)知識，也不是化學(xué)知識的簡單積累[3]。如，化學(xué)平衡觀的建構(gòu)，它是學(xué)生基于自己的認(rèn)知基礎(chǔ)，是對化學(xué)學(xué)科特征的深刻理解和對前面所學(xué)的化學(xué)反應(yīng)的限度、水的電離、弱電解質(zhì)的電離、鹽類的水解等知識的高度概括和升華，是學(xué)生深入思考和內(nèi)心體驗的結(jié)果。畢華林教授認(rèn)為：化學(xué)基本觀念的形成既不可能憑空產(chǎn)生，也不可能通過記憶大量化學(xué)知識自發(fā)形成?；瘜W(xué)觀念的形成需要學(xué)生在主動的探究學(xué)習(xí)活動中，深刻理解和掌握有關(guān)的化學(xué)知識，不斷提升形象和邏輯思維能力，在知識的學(xué)習(xí)過程中不斷反思、概括、提煉而成[4]。因此，化學(xué)基本觀念的形成影響著學(xué)生處理實際問題的價值取向和行為方式，具有超越具體知識的持久價值和廣泛的遷移作用，因而意義重大。

參考文獻

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