陳博殷 麥達勤

摘要： 通過整理萬方數(shù)據(jù)庫的相關(guān)論文，分析歸納基于微粒觀建構(gòu)的“水溶液中的離子平衡”教學案例的典型特征。結(jié)果表明，教學中應基于學生認知發(fā)展點進行教學設計;注重新授課和復習課的觀念建構(gòu)銜接;結(jié)合具體情境，合理運用教學策略;發(fā)揮信息技術(shù)與課程整合的有效性;關(guān)注學生認知模型的建構(gòu);重視學習質(zhì)量評價。

關(guān)鍵詞： 微粒觀; 水溶液; 離子平衡; 觀念建構(gòu); 有效教學

文章編號： 10056629（2019）4001305中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

1 引言

化學觀念的建構(gòu)是中學化學教學的關(guān)鍵點，在新課程改革中備受關(guān)注[1～2]，其中微粒觀是化學觀念的基礎部分。綜合國內(nèi)學者對微粒觀的概念界定[3～5]，歸納微粒觀內(nèi)涵： 物質(zhì)由微粒構(gòu)成;微粒體積極小，肉眼不可見;微粒在不停地運動;微粒間有一定的距離;微粒間存在相互作用。本文選取“水溶液中的離子平衡”教學為研究對象，該內(nèi)容屬于新課標選擇性必修課程中化學反應原理模塊的三大主題之一，包括電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡[6]，其在生產(chǎn)生活中具有重要意義，是高中教學重難點及高考熱門考點[7];知識點關(guān)聯(lián)緊密，涉及微觀層面，綜合性邏輯性強;不同層次的學生在學習完本章節(jié)后，常會存在關(guān)于各知識點的迷思概念[8]。

因此，在“水溶液中的離子平衡”教學中，教師應重視學生微粒觀的建構(gòu)，具體表現(xiàn)如圖1，包括引導學生從微觀角度探析溶液體系，深入分析其中的微粒種類、數(shù)量（濃度）、行為、相互作用（包括不同離子平衡相互間影響、在水溶液體系中存在的主次關(guān)系），促進學生以微觀—動態(tài)—聯(lián)系—定量的認識方式深刻系統(tǒng)認識水溶液中的離子平衡，發(fā)展學生的學科能力和素養(yǎng)。目前，國內(nèi)已有不少學者對“水溶液中的離子平衡”各版塊教學中微粒觀的建構(gòu)進行了探究與實踐。基于此，本文主要述評國內(nèi)已有理論及實踐成果，為后續(xù)教學研究提供有益參考。

2 研究方法

在萬方數(shù)據(jù)庫以“微粒觀”為主題進行檢索，根據(jù)內(nèi)容相關(guān)性，側(cè)重關(guān)注基于微粒觀建構(gòu)的“水溶液中的離子平衡”課題教學研究，共選取18篇學術(shù)文獻。采用內(nèi)容分析法對文獻進行整理，歸納整體教學思路，關(guān)注與微粒觀建構(gòu)相關(guān)的課前準備、教學活動、教學素材、教學策略等，最后將教學案例按新授課（11個）及復習課（7個）分類，提煉案例典型特征進行解讀。

3 新授課教學案例分析

新授課案例中，教學內(nèi)容基本涵蓋水溶液中幾種類型的離子平衡?！拔⒘Ｓ^”的建構(gòu)并非一蹴而就，從新授課開始強化，有利于學生循序漸進建構(gòu)全面扎實的微粒觀，實現(xiàn)根據(jù)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)、描述和預測物質(zhì)變化規(guī)律的科學素養(yǎng)[9];同時為后續(xù)復習課奠定基礎，體現(xiàn)教學的系統(tǒng)性。新授課案例包括以下特點。

（1） 教學設計普遍關(guān)注學生已有微粒觀水平，其中經(jīng)驗總結(jié)較多，實證研究較少。

“水溶液中的離子平衡”課題一般在高二講授，通過初三及高一的化學課程，學生對微粒的存在、部分物質(zhì)的微觀構(gòu)成、微粒的運動特點等有一定了解，但基礎層次不盡相同。教師普遍考慮學生已有基礎，但更多基于以往教學經(jīng)驗總結(jié)學生情況，紙筆測試、課前訪談等實證研究方法運用較少[10～11]。實證研究有利于獲取學情一手數(shù)據(jù)，梳理學生關(guān)于水溶液中離子平衡的微粒觀水平，使教學設計有的放矢，對學生因材施教，后續(xù)研究可加強關(guān)注。

以“弱電解質(zhì)的電離”為例，有研究者基于微粒存在和種類、微粒數(shù)量、微粒運動變化、微粒間相互作用、學生微粒觀認識的思維特點五大角度，分析學生已有認識和不具備的認識，得出學生在新授課前的微粒觀是靜態(tài)、定性的，缺乏對弱電解質(zhì)電離可逆、相互作用，動態(tài)平衡，其溶液中同時存在分子和離子的認識，有利于后續(xù)開展針對性教學[12]。

（2） 大部分研究者通過實驗探究活動呈現(xiàn)真實情境素材，宏微結(jié)合建構(gòu)微粒觀。

水溶液中的離子平衡相關(guān)實驗操作較簡易、用時較短、現(xiàn)象明顯，如導電性檢驗、酸堿度測定、沉淀形成、溶解與轉(zhuǎn)化等，而實驗現(xiàn)象與微粒的存在及相互間的復雜作用直接相關(guān)。教師通過直觀現(xiàn)象引發(fā)學生思考水溶液中微粒的存在情況，宏觀辨識與微觀探析結(jié)合揭示問題本質(zhì);教學過程關(guān)注利用學生已有相關(guān)認識指導實驗設計和分析，使之符合科學探究教學的規(guī)律。

“弱電解質(zhì)的電離”教學中，常見實驗有不同溶液的導電性比較實驗、相同濃度強弱電解質(zhì)與同一物質(zhì)反應的對比實驗，如鹽酸、醋酸分別與碳酸鈣、鎂條反應;相同濃度強弱電解質(zhì)本身pH和稀釋后pH測定實驗等[13][14]?！胞}類水解平衡”教學中，有研究者以實驗教學輔助理論學習，選取硫酸銅為研究對象，對實驗硫酸銅溶液呈酸性進行理論分析，包括硫酸銅的離子構(gòu)成;之后設計實驗驗證引起酸性的離子種類;從實驗現(xiàn)象分析銅離子對水電離平衡的影響，得出鹽類水解平衡的本質(zhì)，最后應用知識解答問題。教學中從微粒的角度分析看待平衡，逐步探究水解內(nèi)涵，實現(xiàn)學生對學科觀念的自我構(gòu)建[15]。

（3） 部分研究者以問題驅(qū)動教學，讓學生在問題解決活動中逐步建構(gòu)微粒觀。

水溶液中的離子平衡立足微觀層面，涉及較多概念及原理，如果直接將結(jié)論告訴學生，缺乏建構(gòu)的過程，對學生建立宏觀物質(zhì)與微粒、微粒間的關(guān)聯(lián)是不利的。有研究者以富有邏輯性的問題驅(qū)動教學[16～19]，問題的設置由易到難，由淺入深，部分以問題組的形式出現(xiàn)，如從宏觀物質(zhì)組成到微粒的種類與組成，從宏觀現(xiàn)象到微粒的行為及相互作用，從實驗數(shù)據(jù)到微粒的數(shù)量及變化。問題序列的設置順序一般為“（情境設計）引導問題→教學活動→內(nèi)容或方法問題（引導問題的子問題）”，以及上述序列的一部分或循環(huán)。課前教師進行充分的教學準備，如尋找恰當?shù)那榫乘夭?，引出問題;預設實驗結(jié)果，設計后續(xù)相應問題;課上，教師結(jié)合課堂學生動態(tài)，捕捉生成性教學資源并巧妙運用。學生通過實驗論證、數(shù)據(jù)運算、演繹推理等一系列自主活動，對某一類型的離子平衡展開相對完整的探討，進而在頭腦中建構(gòu)原本看不見的微粒，清晰系統(tǒng)地認識水溶液中離子平衡的相關(guān)原理規(guī)律。

以“弱電解質(zhì)的電離”教學為例[20]，通過設置系列問題初步建構(gòu)“醋酸的弱電離”這一知識內(nèi)容，如表1。

（4） 部分研究者注重學生基于微粒觀的思維模式建構(gòu)，概括不同類型離子平衡問題的分析思路。

在每種離子平衡類型課程的總結(jié)部分，通過繪制概念圖、思維導圖等方式，師生共同總結(jié)或?qū)W生獨立總結(jié)，使零散的知識連線結(jié)網(wǎng)，理清水溶液體系中微粒變化分析脈絡，有利于學生對知識要點和微粒觀的明確鞏固[21]。

以“弱電解質(zhì)的電離”教學為例，在課程總結(jié)部分，讓學生繪制樹狀分類圖，辨析本節(jié)課涉及到的概念的相互關(guān)系，形成從電離角度分類的概念圖;并依據(jù)概念關(guān)系圖，說出分析水溶液中電解質(zhì)電離的基本思路[22]。以此強化學生從微粒性角度對弱電解質(zhì)的認識，以及站在微粒種類和數(shù)量變化基礎上，對水溶液體系電離平衡的基本分析思路。

（5） 部分研究者注重用數(shù)據(jù)說話，通過證據(jù)推理溶液中微粒的存在和變化情況。

教師通過傳統(tǒng)實驗或手持技術(shù)數(shù)字化實驗實時測量得出的pH、電導率等數(shù)據(jù)，或采用教材、化工手冊、生產(chǎn)生活實際等給定的理論數(shù)據(jù)，讓學生以此為依據(jù)進行推算論證，挖掘客觀數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，有利于其理性思維的培養(yǎng)。其中，相比傳統(tǒng)實驗，手持技術(shù)數(shù)字化實驗具有實時、定量、精確化、多傳感器測查數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理繪圖等功能，在即時表征離子濃度微弱變化等方面有獨特價值，但其在實際教學運用較少，仍需進一步推廣。

對于弱電解質(zhì)電離平衡這一知識點，有研究者運用手持技術(shù)，分別測量系列濃度的鹽酸和醋酸溶液的電導率，并將其自動轉(zhuǎn)化成電導率曲線圖，通過給出電導率和離子濃度的關(guān)系分析稀釋對弱電解質(zhì)電離的影響;同樣的方法在稀醋酸溶液中分別加入鎂條、氫氧化鈉固體、醋酸鈉固體、氯化氫氣體，測量其電導率，學生借助電導率和離子濃度的關(guān)系，有效理解這些因素對弱電解質(zhì)電離平衡的影響[23]。

（6） 較少研究者將信息技術(shù)與學科教學有效整合，通過多媒體技術(shù)將微?？梢暬?。

水溶液中的離子肉眼無法直接觀察，課堂上教師除了通過語言解釋、化學符號表達外，加入微觀動畫展現(xiàn)離子的電離、水解、沉淀過程，可以幫助學生更輕松地理解[24]，從而為微粒觀的建構(gòu)提供直觀感性的素材，但只有少部分案例中有所運用[25， 26]，這可能與教師信息技術(shù)水平、動畫資源、教學時間等因素相關(guān)。教師通過動畫制作軟件、在線平臺等自主設計視頻類或交互類動畫，或利用已有動畫資源將微?？梢暬ㄕ宫F(xiàn)水溶液離子平衡過程中微粒的種類、數(shù)目、彼此間的作用過程等畫面，是后續(xù)教學研究可以關(guān)注的方向。

例如，有研究者自制交互智能型課件進行“鹽類水解”教學，如在同一場景中展示氯化鐵溶液水解實驗視頻、微觀動畫及可拖拽的微粒素材，讓學生自主建構(gòu)鹽類水解過程;讓學生觀看醋酸鈉、氯化銨溶液在溫度、鹽濃度、溶液酸堿性不同的條件下，微觀粒子變化的動畫資源，羅列影響鹽類水解的主要因素等，通過教學反饋表明這種新穎的方式收效良好[27]。

4 復習課教學案例分析

復習課案例注重知識整合，主要集中在高三溶液中的微粒濃度大小關(guān)系、鹽溶液的性質(zhì)兩大專題，是水溶液的離子平衡各知識點的綜合應用。復習課相比新授課，同樣注重學生基礎水平探查和教學效果監(jiān)測;注重創(chuàng)設問題情境，以梯度問題為線索，循循善誘而非平鋪直敘。此外，復習課更注重對分散知識的深化整合、對解題思路的建構(gòu);以及引導學生深化“用微粒觀的視角分析、解決化學問題”的基本思路，發(fā)揮微粒觀對復習的指導和統(tǒng)領(lǐng)作用，提升復習效率[28];同時，面對于綜合性較強的問題，以微粒觀為基礎，整合并靈活運用定量觀、守恒觀、平衡觀等多種觀念[29， 30]。案例主要特點具體分析如下。

（1） 部分研究者注重多途徑探查學生已有微粒觀水平，基于學生認識發(fā)展點開展復習課教學。

水溶液中離子平衡相關(guān)復習專題，核心概念多，思維輻射面大，更注重知識的梳理和系統(tǒng)化。通過高一高二新授課的學習，學生對特定環(huán)境中溶液微粒存在和變化情況分析，是否有明確的著眼點和思路？教師在課前深入了解學生具體情況，明確學生在復習前和復習后所要達到的具體認識水平，如此才能設計針對性活動，突破認知障礙，實現(xiàn)高效復習。探查方式包括制定恰當內(nèi)容的課前測試，測試題可來源于原教材的課后練習、歷年的高考真題和模擬題，體現(xiàn)較高的典型性和價值性[31];學生對題目進行解釋分析，教師基于相應知識點統(tǒng)計正確率及錯誤原因，了解學生與本節(jié)課教學相對接的知識基礎和認識起點[32];也可以通過解讀課程標準及考試要求、整理已有文獻分析學生已有水平[33]。

例如，研究者在“鹽溶液的性質(zhì)”復習課前，通過上述多種方式檢測學生已有知識水平，結(jié)果表明，在復習前學生對溶液中微粒間的相互作用認識角度不夠豐富和清晰;對水溶液中各大離子平衡的認識彼此之間是孤立的，較少主動建立它們之間的聯(lián)系;不同學生在微粒種類、微粒濃度、相互作用、現(xiàn)象推理轉(zhuǎn)化、狀態(tài)改變等認識角度存在差異。針對學生已有認知水平，得出復習課的關(guān)鍵點——促進學生形成分析水溶液問題的整體思路;主動從分析微粒間相互作用的角度分析水溶液問題;將各大離子平衡打通，用化學平衡的一般思路分析溶液中的平衡問題;解決電離平衡與水解平衡的主次問題，明確分析多種作用共存的水溶液體系的基本方法[34]。

（2） 大部分研究者注重突出各種離子平衡的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，建構(gòu)并外顯用微粒觀求解問題的思維模式。

復習課專題性強，涉及的問題通常需要綜合運用多種離子平衡進行求解，而不同的離子平衡因微粒間相互作用而彼此關(guān)聯(lián)影響。通過內(nèi)隱思維的建構(gòu)和外顯，有利于明晰并深刻理解此類復雜化學問題的突破口和最優(yōu)解決途徑，修正錯誤或不合理的思路，提升解題能力。

如針對水溶液中的電離平衡，采用“微粒種類→微粒間的相互作用→作用結(jié)果”的思路進行分析[35]。針對微粒濃度大小關(guān)系，根據(jù)知識間的層級關(guān)系，強調(diào)以“微粒觀”解決問題的邏輯順序“溶質(zhì)的種類→單一溶質(zhì)（或多種溶質(zhì)）→溶質(zhì)微粒的存在形式→微粒在溶液中的行為→電離或水解或電離和水解都存在→微粒濃度大小關(guān)系”[36， 37]。而針對弱酸酸式鹽（NaHR）溶液性質(zhì)的分析，師生交流研討，共同歸納基本思路——先分析該溶液中本身存在的基本離子平衡（電離平衡、水解平衡）→分析溶液中存在的微粒種類→分析微粒HR-可能與外加離子發(fā)生的反應，建立的新平衡，從平衡移動的視角預測或解釋溶液性質(zhì)、判斷離子反應的方向和限度→分析微粒R2-可能與金屬陽離子反應，建立的沉淀溶解平衡，分析從單相體系過渡到多相體系中離子平衡的應用[38]。

（3） 大部分研究者關(guān)注變式情境的創(chuàng)設，聚焦微粒觀指導作用，考察問題解決能力。

復習課不是簡單知識點的重現(xiàn)或模式僵化的習題訓練。創(chuàng)設情境，結(jié)合多角度關(guān)聯(lián)問題開展教學活動，如教師演示實驗、學生實驗、學生反思、小組討論、變式訓練等[39～44]，在此過程強調(diào)微粒觀的思維工具價值，深化微觀—動態(tài)—聯(lián)系—定量的認識方式，讓復習課既生動有趣又實現(xiàn)其查漏補缺、提升素養(yǎng)的重要價值。

如分析單溶質(zhì)復雜平衡體系，讓學生分析預測陌生亞硫酸氫鈉溶液的酸堿性，之后動手實驗，促進學生主動反思分析思路;而針對多種溶質(zhì)的復雜平衡體系，以實際問題為驅(qū)動，進行實驗，將0.1mol/L醋酸溶液滴入10.00mL氫氧化鈉溶液中，體系pH的變化，讓學生利用水溶液問題的整體分析思路，解決多種溶質(zhì)的復雜體系水溶液問題[45]。此外，針對溶液中微粒濃度大小，有研究者先呈現(xiàn)醋酸溶液中滴入氫氧化鈉溶液的pH變化曲線圖，讓學生討論分析曲線關(guān)鍵點離子濃度大小;之后再進一步分析氫氧化鈉滴入醋酸溶液過程中的離子濃度大小變化，采用變式題目訓練思維[46]。

5 結(jié)論與啟示

基于上述分析，微粒觀的建構(gòu)貫穿高中化學“水溶液中的離子平衡”的教學，授課過程應關(guān)注以下幾點。其一，課程設計考慮學生的學習進階，體現(xiàn)微粒觀建構(gòu)在不同教學階段的螺旋上升。教師要立足整個高中乃至中學階段，基于學生在不同時期的認知水平和教學要求，設計進階式教學，促進微粒觀的縱向發(fā)展及逐步精致化。其二，結(jié)合具體情境選擇合適的教學策略，多角度展示水溶液體系中離子的微觀變化，除前文提及的宏觀實驗、模擬動畫、數(shù)據(jù)演算、推理分析等形式，實物模型展示、微粒變化示意圖繪制等也可應用。其三，概括外顯以微粒觀為基礎的解題思路，關(guān)注學生認知模型的建構(gòu)，避免學生知識點孤立零散。

此外，以下兩方面后續(xù)可加強研究與實踐。一方面，注重信息技術(shù)與課程的有效整合，發(fā)揮其信息呈現(xiàn)和處理的優(yōu)越性。譬如對于溶液中微粒數(shù)量和種類的微弱變化，借助粗略的定性實驗或傳統(tǒng)的定量實驗無法直觀精準呈現(xiàn)，而基于手持技術(shù)數(shù)字化化學實驗，通過pH傳感器、電導率傳感器、相關(guān)離子傳感器、色度計等，可以將水溶液體系中離子變化以精確的數(shù)據(jù)及可視的圖像實時呈現(xiàn)。再者，利用軟件（如常見的PPT、 flash、萬彩動畫大師等）自制動畫，或利用現(xiàn)有虛擬實驗平臺（如PhET互動仿真程序等），可實現(xiàn)以動畫等立體形式，模擬展示不同情況下水溶液中各離子的情況。另一方面，重視學生課后反思和學習結(jié)果質(zhì)量評價，探查學生微粒觀建構(gòu)的落實情況。課程結(jié)束后，學生的微粒觀是否有效建構(gòu)？教師可通過學生反饋進行檢查，形式如學生課后反思和測試題目。其中，反思可以是緊隨不同離子平衡類型的學習推進，要求學生從微觀的視角分析對溶液體系有哪些新認識。測試題目不是停留在對知識點識記的考察，可依托陌生問題情境，設計開放性題目，評價焦點集中在學生問題回答的質(zhì)量上（如基于SOLO分類理論進行評價），強調(diào)對學生思考角度和解題路徑的考察，剖析其微粒觀所處結(jié)構(gòu)層次。

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