陳雪霞 陳榮聰 張賢金 黃翠玉

摘要： 以電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力（或電導(dǎo)率）的影響因素及變化曲線模型、濃硫酸性質(zhì)應(yīng)用的學(xué)科本原性問題提煉和實驗現(xiàn)象的科學(xué)探究為例，結(jié)合具體習(xí)題或試題，基于化學(xué)學(xué)科理解的視角對部分教師知識理解上的問題進行剖析，提出優(yōu)化高中化學(xué)作業(yè)設(shè)計的三點啟示。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)學(xué)科理解; 作業(yè)設(shè)計; 真實情境; 導(dǎo)電能力; 數(shù)字實驗

文章編號： 10056629（2022）09008406

中圖分類號： G633.8

文獻標(biāo)識碼： B

作為一線高中化學(xué)教師，平時在選編設(shè)計作業(yè)時，經(jīng)常會遇到一些存在情境科學(xué)性和真實性問題的題目。所謂情境的科學(xué)性是指素材及其設(shè)問符合客觀實際，實驗材料、數(shù)據(jù)、結(jié)果可靠，能反映出事物的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律等的情境[1]。所謂情境的真實性是指“人為優(yōu)化”[2]后符合學(xué)生認知和發(fā)展且具有“正確導(dǎo)向”[3]的情境內(nèi)容，強調(diào)具有素養(yǎng)發(fā)展可能的知識的真實存在和思維的真實發(fā)生[4]?；瘜W(xué)學(xué)科作為一門科學(xué)學(xué)科，科學(xué)性和真實性是其內(nèi)在要求?；瘜W(xué)作業(yè)情境存在科學(xué)性和真實性問題有幾個可能的原因： 一是基于學(xué)生的知識經(jīng)驗和認知能力，教材編寫對某些比較復(fù)雜的化學(xué)知識進行了模糊表達[5]，而教師卻沒有深度研究，存在認識和理解上的不足;二是基于先行者進行化學(xué)探索、實證推測時運用的實驗手段和方法受限于理論水平或儀器技術(shù)水平，處理化學(xué)實驗問題產(chǎn)生了結(jié)論偏差;三是基于教師對教學(xué)的淺層表達或個人經(jīng)驗，出現(xiàn)了或以偏概全、或簡單遷移、或忽視細節(jié)、或?qū)I(yè)匱乏等科學(xué)性錯誤[6]。這些情境缺乏科學(xué)性和真實性的題目不利于發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，不宜再選編為作業(yè)。

提升作業(yè)情境的科學(xué)性和真實性，僅僅聚焦于教師專業(yè)知識水平的提升是不夠的，而應(yīng)站在更高的站位，通過增進教師的化學(xué)學(xué)科理解才能提升作業(yè)設(shè)計的質(zhì)量。所謂化學(xué)學(xué)科理解是指教師對化學(xué)學(xué)科知識及其（具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的）思維方式和方法的一種本原性、結(jié)構(gòu)化的認識[7]。要求教師對化學(xué)知識進行本原性思考，抽提出學(xué)科本原性問題，基于化學(xué)知識的學(xué)科功能，將化學(xué)知識關(guān)聯(lián)起來，形成有機的整體[8]。教師對化學(xué)學(xué)科知識的內(nèi)涵理解得越深刻，越容易從整體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)方法、實踐過程和思想觀念等領(lǐng)悟?qū)W科特質(zhì)[9]。

一線教師要提升高中化學(xué)作業(yè)設(shè)計的質(zhì)量，一個重要的途徑就是有意識地對已有的習(xí)題或試題進行深度研究，重點研究情境的科學(xué)性和真實性問題，以“情境問題”所涉及的知識為線索不斷進行拷問，不斷更新認知，有助于教師更為準(zhǔn)確、深刻地理解知識，不斷地增進教師的化學(xué)學(xué)科理解。本文嘗試以電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力（或電導(dǎo)率）的影響因素及變化曲線模型、濃硫酸性質(zhì)應(yīng)用的學(xué)科本原性問題提煉和實驗現(xiàn)象的科學(xué)探究為例，結(jié)合具體習(xí)題或試題，基于化學(xué)學(xué)科理解的視角對部分教師知識理解上的問題進行剖析?；谘芯浚岢鰞?yōu)化高中化學(xué)作業(yè)設(shè)計的三點具體啟示。

1 結(jié)合習(xí)題或試題進行深度研究，增進教師的化學(xué)學(xué)科理解

1.1 電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力（或電導(dǎo)率）的影響因素及變化曲線模型

高中化學(xué)學(xué)習(xí)中，導(dǎo)電性實驗被應(yīng)用于電解質(zhì)及其強弱的區(qū)分和探究離子反應(yīng)的本質(zhì)。如關(guān)于導(dǎo)電性強弱的影響因素，常見的一道習(xí)題為：

把0.05mol NaOH固體分別加入到下列100mL液體中，溶液的導(dǎo)電性基本不變的是（參考答案： B）。

A. 自來水????? B. 0.5mol·L-1的鹽酸

C. 0.5mol·L-1的醋酸 D. 0.5mol·L-1的氨水

這道習(xí)題構(gòu)建了溶液導(dǎo)電性與離子濃度關(guān)系的一般模型： 溶液中自由移動離子的濃度越大、離子所帶的電荷數(shù)越多，溶液的導(dǎo)電性越強。上述模型屬于知識立意淺層次的定性提煉，對導(dǎo)電實驗缺乏深度實踐。隨著高考改革的深入，導(dǎo)電性實驗試題不再局限于“離子濃度”和“離子電荷”等影響因素的考查，而是能力和素養(yǎng)立意，基于深度的定量實驗，以真實有力的實證數(shù)據(jù)，探尋離子多維性質(zhì)與溶液導(dǎo)電能力的關(guān)聯(lián)。以下以2019年全國Ⅰ卷第11題和2020年全國Ⅰ卷第27題（2）為例。

（2019年全國Ⅰ卷，11）NaOH溶液滴定鄰苯二甲酸氫鉀（鄰苯二甲酸H2A的Ka1=1.1×10-3， Ka2=3.9×10-6）溶液，混合溶液的相對導(dǎo)電能力變化曲線如圖1所示，其中b點為反應(yīng)終點。下列敘述錯誤的是（參考答案： C）。

A. 混合溶液的導(dǎo)電能力與離子濃度和種類有關(guān)

B. Na+與A2-的導(dǎo)電能力之和大于HA-的

C. b點的混合溶液pH=7

D. c點的混合溶液中，c（Na+）>c（K+）>c（OH-）

該題以滴定過程混合溶液的相對導(dǎo)電能力變化曲線為載體，考查導(dǎo)電能力的影響因素、導(dǎo)電能力大小比較、特定反應(yīng)比例點微粒濃度大小判斷與比較等。選項B，有關(guān)不同微粒導(dǎo)電能力比較的考查，考生僅能從曲線圖結(jié)合反應(yīng)過程不同點溶質(zhì)及濃度變化情況進行分析。a點的溶質(zhì)為KHA，b點的溶質(zhì)為KNaA，且隨著溶液體積的增加，c（K+）減小，c（HA-）a大于c（A2-）b，結(jié)合圖像，顯然“Na+與A2-的導(dǎo)電能力之和大于HA-的”，故選項B正確。

部分教師及學(xué)生解釋為： 離子所帶電荷數(shù)增加（HA-→A2-）、離子半徑和式量的減?。↘+→Na+）是導(dǎo)電能力增加的原因。面對可能出現(xiàn)的化學(xué)學(xué)科理解窄化，即如“離子半徑和式量越小，導(dǎo)電能力越強”，2020年全國Ⅰ卷命制了如下試題：

[2020年全國Ⅰ卷第27題（2）]電池裝置中，鹽橋連接兩電極電解質(zhì)溶液。鹽橋中陰、陽離子不與溶液中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且電遷移率（u∞）應(yīng)盡可能地相近。根據(jù)表1數(shù)據(jù)，鹽橋中應(yīng)選擇? _______作為電解質(zhì)。（參考答案： KCl）

該題以鹽橋中電解質(zhì)的選擇為背景，考查離子共存及鹽橋中電解質(zhì)陰、陽離子選擇的依據(jù)。雖然沒有正面考查導(dǎo)電性強弱與離子電荷、離子半徑和離子式量的關(guān)系，但給出的數(shù)據(jù)，糾正了該知識塊的窄化理解：“離子半徑和式量越小，導(dǎo)電能力越強”和“帶2個單位電荷，導(dǎo)電能力是帶1個單位電荷的2倍”。例證： Na+、 K+和Ca2+的電遷移率[u∞×108]分別為5.19、7.62和6.16[10]（注： 試題數(shù)據(jù)與查閱數(shù)據(jù)不同，6.59[11]應(yīng)為Ba2+的，Ca2+的數(shù)據(jù)6.16為計算所得），顯然Na+的導(dǎo)電能力小于K+的，Ca2+的并不為Na+的2倍，且小于K+的。

理論依據(jù)： 電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是由溶液中離子定向移動引起的，而離子在電場中的運動速度，與離子的本性（如離子所帶電荷、離子半徑、離子的水化程度等）、離子的電遷移率（即離子淌度，受溶液濃度、溶劑性質(zhì)、溫度等影響）有關(guān)[12]。

反思中學(xué)作業(yè)設(shè)計與命制，在鞏固夯實雙基的同時，應(yīng)重視基于實證和對學(xué)科知識、概念本質(zhì)的理解，避免知識理解窄化或錯題的使用，造成片面學(xué)習(xí)或錯誤學(xué)習(xí)。有關(guān)導(dǎo)電能力變化曲線的作業(yè)如下：

在Ca（OH）2溶液中通入CO2氣體，溶液的導(dǎo)電能力隨CO2通入體積（V）的變化曲線是圖2中的_______ 。（參考答案： B）

電遷移率[u∞×108/（m2·s-1·V-1）]： Ca2+ 6.16，OH- 20.52，通入CO2氣體后，導(dǎo)電離子HCO-3的電遷移率（4.61）遠低于OH-（20.52）的電遷移率，故作業(yè)設(shè)計圖像模型有誤。研究發(fā)現(xiàn)[13]，向Ca（OH）2溶液中通入足量CO2氣體并不能將CaCO3完全溶解，曲線不對稱。正確的變化曲線模型如圖3所示。

向Ba（OH）2溶液中逐滴滴加稀H2SO4，溶液的導(dǎo)電能力隨H2SO4體積（V）的變化曲線圖是_______。（參考答案如圖4）

電遷移率[u∞×108/（m2·s-1·V-1）]： Ba2+ 6.59，OH- 20.52，滴加稀H2SO4后，SO2-4的電遷移率（8.27）略大于Ba2+的，而H+的電遷移率（36.30）大于OH-的。故作業(yè)設(shè)計圖像模型有誤。

2019版三套化學(xué)新教材中，除蘇教版外，人教版[14]和魯科版[15]均在《化學(xué)（必修第一冊）》“離子反應(yīng)”部分引入數(shù)字實驗，探究向一定體積的Ba（OH）2溶液中逐滴加入稀硫酸，導(dǎo)電能力（或電導(dǎo)率）隨時間的變化情況，分別如圖5、圖6所示。觀察兩幅圖像，證實了上述兩道作業(yè)設(shè)計圖像模型有誤。

數(shù)字實驗的引入為許多實驗提供了充足的證據(jù)，也糾正了許多錯誤的實驗。對導(dǎo)電能力變化曲線圖習(xí)題的錯誤糾正，進一步引導(dǎo)我們在教學(xué)中應(yīng)重視知識的更新與學(xué)習(xí)，重視新的教育理念和教育教學(xué)手段的應(yīng)用。為了進一步研究導(dǎo)電能力的變化情況，許多教師應(yīng)用傳感器做了大量的實驗，其中，任雪明、吳文中團隊做了“向NaOH溶液中逐滴滴加鹽酸溶液的電導(dǎo)變化曲線”，如圖7所示[16]。參照溶液中各微粒的電遷移率，結(jié)合曲線和數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，帶相同電荷的離子，其導(dǎo)電能力并不與離子的式量成正比。

教師在教學(xué)中不僅要關(guān)注離子反應(yīng)本質(zhì)的探究，還要引導(dǎo)學(xué)生挖掘圖中曲線所蘊含的深層次的內(nèi)容——透過現(xiàn)象分析曲線不對稱的具體原因，增強證據(jù)意識，踐行“宏觀辨識與微觀探析”的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1.2 濃硫酸性質(zhì)應(yīng)用的學(xué)科本原問題提煉和實驗現(xiàn)象的科學(xué)探究

濃硫酸的“三大特性”以及其有機化學(xué)反應(yīng)常用催化劑等性質(zhì)，備受試題命制的青睞。以“實驗室制備乙酸乙酯，試劑的添加順序”和“濃硫酸與鋅的反應(yīng)”為例，例舉對濃硫酸性質(zhì)應(yīng)用的學(xué)科本原問題提煉和實驗現(xiàn)象的科學(xué)探究。

1.2.1 實驗室制備乙酸乙酯中試劑的添加順序

中學(xué)教材中，實驗室制備乙酸乙酯中試劑的添加順序為“乙醇→濃硫酸→乙酸”，許多中學(xué)教師解釋為，濃硫酸稀釋放熱，需考慮實驗安全。故而認為，試劑的添加順序還可以為“乙醇→乙酸→濃硫酸”或“乙酸→濃硫酸→乙醇”。那么，該實驗試劑的添加順序真如很多教師認為的基于“考慮濃硫酸的稀釋放熱”嗎？

乙酸乙酯的制備中，起催化作用的微粒是H+。硫酸在水溶液中為強酸，但在乙酸溶液中為弱酸[Ka1（H2SO4）=6.3×10-9]， c（H+）很低。因此，若向乙酸或乙酸和乙醇的混合溶液中滴加濃硫酸，將會抑制硫酸的電離，催化作用減弱。

弄清楚反應(yīng)原理，精準(zhǔn)提煉概念的學(xué)科本原，是解決問題的關(guān)鍵。如電解質(zhì)的電離程度除了與電解質(zhì)本身性質(zhì)有關(guān)，還與溶劑的性質(zhì)等有關(guān)。例舉，H2SO4（一級電離）、HCl、 HNO3、 HClO4、 HI、 HBr這些強酸結(jié)構(gòu)中與可電離氫原子結(jié)合的化學(xué)鍵不同，在不同極性溶劑中電離程度不同，表現(xiàn)的強度也不同。溶劑水（奪取質(zhì)子的能力強）的拉平效應(yīng)，使得它們在水中表現(xiàn)出相同的強度;甲醇、醋酸等（奪取質(zhì)子的能力較弱）的區(qū)分效應(yīng)，使它們顯現(xiàn)出不同的強度： HClO4>HI>HBr>HCl>HNO3>H2SO4（一級電離）[17]。筆者曾命制如下試題，引導(dǎo)教師和學(xué)生在教學(xué)中加強對學(xué)科概念的本原性理解。

酸在溶劑中的電離實質(zhì)是酸中的H+轉(zhuǎn)移給溶劑分子，如HCl+H2OH3O++Cl-。已知H2SO4和HNO3在冰醋酸中的電離平衡常數(shù)Ka1（H2SO4）=6.3×10-9， Ka（HNO3）=4.2×10-10。下列說法正確的是_________ 。（參考答案： B）

A. 冰醋酸中H2SO4的電離方程式： H2SO4+2CH3COOHSO2-4+2CH3COOH+2

B. H2SO4的冰醋酸溶液中： c（CH3COOH+2）=c（HSO-4）+2c（SO2-4）+c（CH3COO-）

C. 濃度均為0.1mol·L-1的H2SO4或HNO3的冰醋酸溶液： pH（H2SO4）>pH（HNO3）

D. 向HNO3的冰醋酸溶液中加入冰醋酸，

c（CH3COOH+2）c（HNO3）減小

教師應(yīng)深入研究與理解學(xué)科概念的本原，設(shè)計與命制理解型、能力型的相應(yīng)作業(yè)，架設(shè)基于新教材到新高考的學(xué)習(xí)力階梯，助力學(xué)生高階思維的養(yǎng)成。

1.2.2 濃硫酸與鋅反應(yīng)中產(chǎn)物的驗證

中學(xué)階段有關(guān)三大強酸的濃溶液、稀溶液與同一物質(zhì)反應(yīng)的試題常常被教師設(shè)計成不同的作業(yè)或測試題，考查學(xué)生對三大酸性質(zhì)的理解與掌握程度。如二氧化錳與鹽酸、銅與硝酸、銅與硫酸等反應(yīng)。為了進一步考查濃硫酸的性質(zhì)，常見如下作業(yè)。

向盛有足量鋅粒的試管中加入一定量濃硫酸，寫出反應(yīng)過程中所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式，并解釋原因。

錯誤推論： 濃硫酸表現(xiàn)出強氧化性，產(chǎn)物為SO2;隨著反應(yīng)進行，硫酸逐漸變稀，產(chǎn)物為H2。

其實，產(chǎn)物ZnSO4具有一定的吸水性，可生成ZnSO4·7H2O，再因為硫酸的沸點338℃，遠比水的沸點高，故隨著反應(yīng)的進行濃硫酸也難以變?yōu)橄×蛩帷６尾絒18]認為： 足量鋅與一定量濃硫酸反應(yīng)至后來因為生成的ZnSO4覆蓋在鋅粒表面，不僅沒有H2產(chǎn)生而且反應(yīng)還停止了。葉永謙[19]等實驗證實： 濃硫酸與鋅反應(yīng)的還原產(chǎn)物與硫酸的濃度、溫度有關(guān)，還與鋅的狀態(tài)，如鋅粒、鋅粉有關(guān)，加熱時產(chǎn)物有H2、 S、 SO2、 H2S等。推測產(chǎn)生H2的原因并不是硫酸濃度變小所致，而應(yīng)與硫酸的自偶電離等有關(guān)。

在大量的實驗證據(jù)面前，經(jīng)驗教學(xué)的諸多不足與問題已顯露無疑。隨著實驗技術(shù)的進一步創(chuàng)新，基于實證的推理教學(xué)，需要教師深度學(xué)習(xí)、大膽質(zhì)疑、推理論證、實踐檢驗、探究創(chuàng)新。

2 上述研究對高中作業(yè)設(shè)計的啟示

前文以具體的習(xí)題或試題為載體，基于化學(xué)學(xué)科理解視角對高中化學(xué)作業(yè)做了一些探索和思考?；诖耍岢鲆韵氯c研究啟示。

2.1 教師的化學(xué)學(xué)科理解是設(shè)計與命制優(yōu)秀作業(yè)的前提

教師積極主動地學(xué)習(xí)與研訓(xùn)、實踐與反思，不斷增進化學(xué)學(xué)科理解，提升學(xué)科專業(yè)水平和專業(yè)素養(yǎng)，是設(shè)計與命制優(yōu)秀作業(yè)的前提。創(chuàng)設(shè)各種平臺，推進教師學(xué)習(xí)與研訓(xùn)的主動性和積極性，提升教師的學(xué)科理解能力，培養(yǎng)教師設(shè)計與命制優(yōu)秀作業(yè)的能力，是當(dāng)務(wù)之急，是實現(xiàn)“增效提質(zhì)”的關(guān)鍵因素。教育教研部門和學(xué)校，應(yīng)創(chuàng)設(shè)機制、創(chuàng)新教研文化，充分發(fā)掘教研組、集備組的功能，充分依托省市級“名師工作室”“學(xué)科教研基地（校）聯(lián)盟”等平臺，整合優(yōu)秀的學(xué)科類微信公眾號和QQ群等網(wǎng)絡(luò)信息資源，針對性地推進和加強教師的學(xué)習(xí)與研訓(xùn)、實踐與反思，增進教師的化學(xué)學(xué)科理解，并通過不斷的作業(yè)設(shè)計與命制實踐、評比、賞析與指導(dǎo)等，提升設(shè)計與命制優(yōu)秀作業(yè)的能力。

2.2 作業(yè)的設(shè)計與命制應(yīng)選擇具有真實性和科學(xué)性的情境

作業(yè)具有承載對課程內(nèi)容的理解和掌握、強化對課程內(nèi)容價值把握的功能，是達成課程目標(biāo)的重要載體。優(yōu)秀的作業(yè)情境，不僅利于學(xué)生掌握知識，還能夠培育學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，體現(xiàn)作業(yè)的育人價值。情境的真實性和科學(xué)性，是建構(gòu)可靠的知識基礎(chǔ)，對樹立正確的價值觀和價值取向有重要的意義。所以，作業(yè)的設(shè)計與命制，應(yīng)高于知識的學(xué)習(xí)與掌握，立足素養(yǎng)培養(yǎng)和能力立意，從情境的真實性與科學(xué)性出發(fā)，解決真實的問題，促進學(xué)生對學(xué)科知識和學(xué)科價值的理解。

網(wǎng)絡(luò)上流傳的許多老舊或所謂的經(jīng)典習(xí)題，或重知識、輕能力，或缺乏對知識內(nèi)容的實驗驗證等原因，已經(jīng)不能滿足新課程對培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，在選編命制作業(yè)時，應(yīng)予以擯棄。如濃硫酸與鋅反應(yīng)的產(chǎn)物推論已被大量的實驗證偽，在教學(xué)中不宜再選擇為作業(yè)而誤導(dǎo)教與學(xué)。諸如此類的習(xí)題還有許多，如氮的氧化物與水反應(yīng)后溶液的濃度計算、金屬（銅或銅與其他金屬混合物）與硝酸反應(yīng)后通入氧氣的計算，由于氮氧化物的復(fù)雜性，此類計算題為想象型習(xí)題，失去情境的科學(xué)性，不屬于真實性問題的解決。

2.3 作業(yè)的設(shè)計與命制應(yīng)有利于增進學(xué)生的化學(xué)學(xué)科理解

做作業(yè)的過程，是學(xué)生自主學(xué)習(xí)理解、內(nèi)化和掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容的過程[20]。教師設(shè)計與命制作業(yè)時架設(shè)的思維支架、學(xué)法指導(dǎo)等應(yīng)有意識地滲透對化學(xué)學(xué)科知識的理解和對化學(xué)學(xué)科特有的思維方式和學(xué)科思想方法的理解。例如，將“2020年全國Ⅰ卷第27題（2）”改編成高三綜合題，并在題中設(shè)置相應(yīng)問題激疑驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生對離子共存概念進行準(zhǔn)確描述和對導(dǎo)電能力的影響因素進行思考。如問題1： 請從離子共存的角度說明選擇的理由;問題2： 請分析表中數(shù)據(jù)，對“離子的式量和半徑越小，溶液的導(dǎo)電能力越強”和“帶2個單位電荷的離子，導(dǎo)電能力是帶1個單位電荷離子的2倍”進行評價;問題3： 請查閱資料： 溶液中離子的導(dǎo)電能力受哪些因素的影響？對高考原題，部分考生僅憑記憶選擇答案。但上述所設(shè)計的作業(yè)問題的意圖是： 問題1，學(xué)生務(wù)必進行全面思考，并按照要求進行文字描述，能夠很好地反映學(xué)生對離子共存概念的掌握和理解情況;問題2，通過數(shù)據(jù)分析，學(xué)生可以糾正對知識的窄化理解，并啟發(fā)學(xué)生對導(dǎo)電能力的影響因素進行探究，完善知識認知，增進對導(dǎo)電能力的理解。

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