［摘 要］“四元五環(huán)”教學(xué)模式是以“知識、思維、情感、能力”為課程設(shè)計的四個維度，涵蓋“導(dǎo)學(xué)、感悟、探究、內(nèi)化、運(yùn)用”五個教學(xué)環(huán)節(jié)，順應(yīng)新課程改革要求的一種科學(xué)教學(xué)模式。文章主要探討“四元五環(huán)”教學(xué)模式在高中化學(xué)“沉淀溶解平衡”一課中的應(yīng)用。研究表明，這一教學(xué)模式通過激發(fā)興趣、加深知識理解和實(shí)踐應(yīng)用，可有效提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中有著重要價值和實(shí)用性。

［關(guān)鍵詞］“四元五環(huán)”教學(xué)模式；沉淀溶解平衡；高中化學(xué)；核心素養(yǎng)

［中圖分類號］" " G633.8" " " " ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］" " A" " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）20-0060-05

21世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)革新迅猛，人們普遍認(rèn)識到科技是推動社會發(fā)展和國家強(qiáng)盛的關(guān)鍵因素。為此，教育部根據(jù)黨的十八大精神發(fā)布了課程改革文件，將核心素養(yǎng)的培養(yǎng)納入其首要位置，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的全面發(fā)展和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)[1]。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》明確提出以培育學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨。“四元五環(huán)”教學(xué)模式正是在新課程改革的背景下形成的一種新型教學(xué)模式。它體現(xiàn)了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、創(chuàng)新教育理論、生本教育理論、翻轉(zhuǎn)課堂理論和學(xué)習(xí)金字塔理論等豐富的理論知識，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動探究、合作交流、實(shí)踐應(yīng)用，更有利于學(xué)生全面發(fā)展，符合高中新課程改革的最新要求[2]。

一、“四元五環(huán)”教學(xué)模式概述

“四元五環(huán)”教學(xué)模式中的“四元”是指課程設(shè)計的四個維度，即知識、思維、情感、能力；“五環(huán)”是指教學(xué)實(shí)施的五個環(huán)節(jié)，包括導(dǎo)學(xué)環(huán)、感悟環(huán)、探究環(huán)、內(nèi)化環(huán)和應(yīng)用環(huán)，每個環(huán)節(jié)的具體步驟如表1所示。

教師在設(shè)計教學(xué)時，須深入理解學(xué)科本質(zhì)，圍繞“四元”構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容，確保學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的完整性和層次性，幫助學(xué)生理解學(xué)科的基本思想方法，培養(yǎng)學(xué)科思維，并逐漸形成學(xué)科核心素養(yǎng)。在教學(xué)實(shí)施上，“五環(huán)”有助于實(shí)現(xiàn)“四元”各要素的融合與協(xié)調(diào)發(fā)展，全面有效地提升學(xué)生的核心素養(yǎng)[3]。“四元”與“五環(huán)”之間融合協(xié)調(diào)，相互支持，形成一個循環(huán)往復(fù)的教學(xué)過程（如圖1）。通過這樣的教學(xué)模式，學(xué)生不僅能夠建構(gòu)化學(xué)核心知識，而且能夠深入感悟化學(xué)學(xué)科思想，積累基本經(jīng)驗(yàn)，并將其應(yīng)用于實(shí)踐，進(jìn)而形成學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、“四元五環(huán)”教學(xué)模式對學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的作用

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是指學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展的必要品質(zhì)和關(guān)鍵能力，主要包括宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任五個方面的內(nèi)容。下面基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要素屬性以及“四元五環(huán)”教學(xué)模式的特點(diǎn)，梳理“四元五環(huán)”教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)方面的促進(jìn)作用。

（一）宏觀辨識與微觀探析

“四元五環(huán)”教學(xué)模式通過導(dǎo)學(xué)、感悟、探究、內(nèi)化和應(yīng)用等環(huán)節(jié)，形成一個連貫且高效的教學(xué)流程。初始階段，通過創(chuàng)設(shè)情境激發(fā)學(xué)生對化學(xué)的興趣，引導(dǎo)他們觀察和理解化學(xué)現(xiàn)象的宏觀特征。隨后，通過感悟和探究環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生深入探討化學(xué)知識，從微觀層面理解物質(zhì)的組成和性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，再通過內(nèi)化環(huán)節(jié)加強(qiáng)學(xué)生對化學(xué)概念的理解和應(yīng)用。最后，通過應(yīng)用環(huán)節(jié)鼓勵學(xué)生在不同情境中靈活運(yùn)用知識，將宏觀現(xiàn)象與微觀理論相結(jié)合，對化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行更為深入的分析和預(yù)測。這種從宏觀現(xiàn)象到微觀機(jī)理的探究過程，加深了學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的理解。

（二）變化觀念與平衡思想

“四元五環(huán)”教學(xué)模式通過其全面的教學(xué)設(shè)計，有效地引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)地探索化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，理解化學(xué)反應(yīng)的動態(tài)性和平衡條件，使學(xué)生能夠理解化學(xué)反應(yīng)的動態(tài)過程，認(rèn)識到化學(xué)平衡的重要性，并在實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用中鞏固這些概念，從而全面提升他們在變化觀念與平衡思想方面的核心素養(yǎng)。

（三）證據(jù)推理與模型認(rèn)知

“四元五環(huán)”教學(xué)模式通過情境創(chuàng)設(shè)和任務(wù)導(dǎo)學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生識別和分析化學(xué)問題，理解證據(jù)的重要性，學(xué)習(xí)如何基于觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行邏輯推理。在合作學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)探索環(huán)節(jié)中，學(xué)生能夠?qū)嶋H操作和驗(yàn)證化學(xué)模型，加深對模型的認(rèn)知。在互動交流和提煉內(nèi)化環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過討論和反思，強(qiáng)化對證據(jù)的理解和對模型的深入認(rèn)識。在鞏固應(yīng)用和拓展延伸環(huán)節(jié)中，學(xué)生將所學(xué)應(yīng)用于新情境，實(shí)現(xiàn)證據(jù)推理與模型認(rèn)知能力的實(shí)際運(yùn)用和拓展。

（四）科學(xué)探究與創(chuàng)新意識

科學(xué)探究作為當(dāng)今科學(xué)教育的重要內(nèi)容，既是獲取科學(xué)知識、認(rèn)識和解釋科學(xué)現(xiàn)象、創(chuàng)新科學(xué)應(yīng)用、改造客觀世界的重要途徑，也是化學(xué)學(xué)科的重要研究方法?；瘜W(xué)學(xué)科能力的培養(yǎng)離不開科學(xué)探究的過程，而借助科學(xué)探究，又可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)[4]。將“四元五環(huán)”教學(xué)環(huán)節(jié)與科學(xué)探究聯(lián)結(jié)起來（如圖2），可以清楚地看出二者在理念和實(shí)施方面存在較強(qiáng)的一致性。

在“探究環(huán)”中，學(xué)生提出假設(shè)，設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，并親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，自主尋求答案。在這一過程中，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)到如何收集和分析數(shù)據(jù)，還學(xué)習(xí)到如何基于證據(jù)進(jìn)行合理的推理。在“內(nèi)化環(huán)”中，學(xué)生通過討論和交流，學(xué)會如何評估信息，提出新的見解，并在“應(yīng)用環(huán)”中將所學(xué)知識和技能應(yīng)用于新的問題解決和創(chuàng)新實(shí)踐中，進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

（五）科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任

在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任方面，“四元五環(huán)”教學(xué)模式提供了一個全面的教學(xué)框架，加深學(xué)生對科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任的認(rèn)識，同時引導(dǎo)學(xué)生討論化學(xué)知識如何服務(wù)于社會和環(huán)境，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。通過化學(xué)知識與社會實(shí)際問題相結(jié)合的活動，學(xué)生學(xué)會了如何負(fù)責(zé)任地應(yīng)用科學(xué)知識，理解科學(xué)知識與社會責(zé)任的聯(lián)系。

由此可見，“四元五環(huán)”教學(xué)模式可以全方位地培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，使學(xué)生在掌握知識的同時，發(fā)展必要的科學(xué)技能、思維能力、創(chuàng)新精神和社會責(zé)任感，同時，可以有效地將化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的理念轉(zhuǎn)化為實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐，為學(xué)生終身學(xué)習(xí)和社會實(shí)踐奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

三、基于“四元五環(huán)”教學(xué)模式的“沉淀溶解平衡”教學(xué)流程

本研究選取“沉淀溶解平衡”主題課程開展“四元五環(huán)”教學(xué)模式的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實(shí)踐研究，創(chuàng)設(shè)了5個環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)的教學(xué)環(huán)節(jié)，具體教學(xué)流程如圖3所示。

四、教學(xué)過程

（一）導(dǎo)學(xué)環(huán)：創(chuàng)設(shè)情境，任務(wù)導(dǎo)學(xué)

【情境導(dǎo)入】展示含銅廢水和銅元素超標(biāo)的生蠔圖片，介紹含銅廢水的來源，并提問含銅廢水對我們的生活和環(huán)境可能會造成哪些影響。

【學(xué)生討論】可能污染水體、破壞生態(tài)系統(tǒng)、影響人體健康。

【教師提問】如何通過化學(xué)方法除去水中的銅離子呢？

【學(xué)生回答】將銅離子轉(zhuǎn)化為沉淀，然后過濾除去。

（二）感悟環(huán)：整體感知，質(zhì)疑生問

【文獻(xiàn)展示】

1.氫氧化鎂沉淀具有較強(qiáng)的吸附作用，可起到沉淀和吸附重金屬離子的雙重作用，所生成的沉淀晶粒粗大且密實(shí)，易于沉降和過濾，對重金屬離子的去除率高達(dá)99%。

2.氫氧化鎂具有緩沖性，對酸性廢水進(jìn)行處理后，能夠使水體的pH維持在9～10，可以抑制水體中細(xì)菌的生長。

3.氫氧化鎂安全、無毒、無害，我國菱鎂礦的儲量世界居首，因此在我國使用氫氧化鎂和鎂鹽有著潛在的優(yōu)勢[5]。

【多媒體】展示氫氧化鎂的名片（如圖4）。

【教師提問】氫氧化鎂是難溶物，為什么它能夠使水體的pH維持在9～10呢？

（三）探究環(huán)：合作學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)探究

【教師引導(dǎo)】如何通過實(shí)驗(yàn)定性分析氫氧化鎂溶液的pH能夠維持在9～10呢？

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)1】實(shí)驗(yàn)用品：Mg（OH）2固體、蒸餾水、酚酞、稀硫酸。

【學(xué)生匯報】學(xué)生以小組為單位匯報實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及實(shí)驗(yàn)結(jié)論，具體內(nèi)容如表2所示。

【教師引導(dǎo)】難溶的氫氧化鎂是如何使溶液呈堿性的呢？

【學(xué)生回答】可能有部分氫氧化鎂溶解于水中。

【教師追問】向氫氧化鎂中加入幾滴稀硫酸，溶液為什么會先褪色后變紅？

【學(xué)生推理】氫氧化鎂濁液中含有大量的氫氧化鎂固體，通過酚酞進(jìn)行檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)體系中存在OH-，稀硫酸可與OH-反應(yīng)，使溶液中的OH-濃度降低，從而促使氫氧化鎂沉淀溶解平衡向著溶解的方向移動，使溶液的pH逐漸恢復(fù)到9～10之間，因此，溶液先褪色后變紅。

（四）內(nèi)化環(huán)：互動交流，提煉內(nèi)化

【手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)1】取盛有100 mL蒸餾水的燒杯，測其pH，再向其中加入1.0 g氫氧化鎂粉末，同時用磁力攪拌器攪拌，觀察溶液pH的變化。實(shí)驗(yàn)裝置及pH變化曲線如圖5所示。

【教師提問】實(shí)驗(yàn)中看到了哪些現(xiàn)象？

【學(xué)生回答】向蒸餾水中加入氫氧化鎂粉末后溶液變渾濁了，pH突然增大，然后到10左右保持不變。

【教師引導(dǎo)】為什么pH會突然增大呢？到[100 s]之后pH為什么保持不變了？

【學(xué)生回答】pH突然增大說明有部分氫氧化鎂溶于水中電離出OH-。pH上升到10左右保持穩(wěn)定說明OH-濃度保持不變，即氫氧化鎂溶液達(dá)到了飽和狀態(tài)，但此時大部分的氫氧化鎂還沒有溶解，說明該過程達(dá)到了沉淀溶解平衡。

【手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)2】向演示實(shí)驗(yàn)1中的燒杯加入幾滴稀硫酸，同時用磁力攪拌器攪拌，觀察溶液pH的變化。pH變化曲線如圖6所示。

【教師提問】實(shí)驗(yàn)中看到了哪些現(xiàn)象？

【學(xué)生回答】向燒杯中加入稀硫酸后，pH先下降到接近3的位置，隨后上升到接近10的穩(wěn)定值。

【教師追問】為什么溶液的pH會先下降后上升至一個穩(wěn)定值呢？

【學(xué)生推理】因?yàn)樵w系中氫氧化鎂存在沉淀溶解平衡，硫酸電離的H+與氫氧化鎂溶解產(chǎn)生的OH-反應(yīng)，使體系中的OH-濃度降低；依據(jù)勒夏特列原理，當(dāng)OH-濃度減小時，平衡向生成OH-的方向移動，直至形成新的平衡。

【總結(jié)】溶液中存在的這種沉淀和溶解的動態(tài)平衡稱為沉淀溶解平衡。用符號表示為：

Mg（OH）?（s）[溶解沉淀]Mg2+（aq）+ 2OH-（aq）

Ksp=c（Mg2+）·c2（OH-）

【教師提問】為什么Mg（OH）2能夠除去廢水中的Cu2+呢？

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)2】實(shí)驗(yàn)用品：Mg（OH）2固體、含Cu2+的廢水。

【教師引導(dǎo)】根據(jù)導(dǎo)入環(huán)節(jié)的推理，我們可以把水中的Cu2+轉(zhuǎn)化為沉淀來除去，具體怎么做呢？

【學(xué)生操作】向氫氧化鎂懸濁液中滴入幾滴含有Cu2+的溶液。

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】攪拌靜置后，觀察到有藍(lán)色沉淀生成。

【教師引導(dǎo)】說明有Cu（OH）2生成，那么Mg（OH）2是如何轉(zhuǎn)化為Cu（OH）2的？

【學(xué)生推理】溶液一開始存在如下平衡：[Mg（OH）2（s）]?[Mg2+（aq）+2OH-（aq）]，當(dāng)加入含有Cu2+的溶液后，Cu2+結(jié)合OH?形成Cu（OH）2沉淀，使原來的平衡被破壞，并向溶解方向移動。

【總結(jié)】用符號表示上述過程：

[Mg（OH）2（s）+Cu2+（aq）?Mg2+（aq）+Cu（OH）2（s）]

【教師提問】能否借助化學(xué)平衡常數(shù)K分析該反應(yīng)是否能夠發(fā)生？[已知常溫下，Ksp［Mg（OH）2］=1.9×10-11，Ksp［Cu（OH）2］=2.2×10-20]

【學(xué)生活動】計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)：[K=c（Mg2+）c（Cu2+）=KspMg（OH）2KspCu（OH）2 ]≈[109?105]，該反應(yīng)能夠順利進(jìn)行。

（五）應(yīng)用環(huán)：鞏固應(yīng)用，拓展延伸

【教師】向含銅離子的廢水中加入氫氧化鎂進(jìn)行處理后是否符合國家一級標(biāo)準(zhǔn)[c（Cu2+）≤7.8×10-6" mol/L]，試通過計算來說明。

【學(xué)生活動】計算：

[c（Cu2+）=KspCu（OH）2c2（OH-）=2.2×10-2010-8=2.2×10-12lt;7.8×10-6]

【教師小結(jié)】計算結(jié)果說明氫氧化鎂去除廢水中的Cu2+效果非常好。

【拓展應(yīng)用】嘗試將沉淀溶解平衡的知識應(yīng)用于實(shí)際問題，如水垢的去除。水垢的主要成分為Mg（OH）2和CaCO3，如何根據(jù)沉淀溶解平衡知識除去水垢？請同學(xué)們設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案。

五、教學(xué)反思

本文基于“四元五環(huán)”教學(xué)模式精心設(shè)計了“沉淀溶解平衡”一課，巧妙地將沉淀溶解平衡理論知識與含銅廢水的處理這一實(shí)際案例相結(jié)合。這種創(chuàng)新的教學(xué)模式不僅提升了課程的實(shí)用性和趣味性，而且有效增強(qiáng)了學(xué)生對環(huán)境問題的認(rèn)識和責(zé)任感。通過一系列定性和定量的實(shí)驗(yàn)活動，顯著提高了學(xué)生的參與度和興趣。學(xué)生親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，通過實(shí)踐深入理解理論知識，并在分析和推理過程中積極思考和討論[6]。在課程的最后階段，學(xué)生探討了如何將所學(xué)知識應(yīng)用于解決實(shí)際問題，有效地促進(jìn)了學(xué)生學(xué)以致用的能力。

總體而言，“四元五環(huán)”教學(xué)模式提供了一個結(jié)構(gòu)化的教學(xué)框架，可有效引導(dǎo)學(xué)生理解基本概念，實(shí)現(xiàn)知識的應(yīng)用和拓展。每個教學(xué)環(huán)節(jié)的具體實(shí)施可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步細(xì)化，以確保教學(xué)效果。這種模式不僅使學(xué)生在化學(xué)知識上獲得深入理解，還有助于學(xué)生在技能和態(tài)度方面得到培養(yǎng)。因此，我們有充分的理由相信，該教學(xué)模式的應(yīng)用有助于學(xué)生建立全面的化學(xué)知識體系，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

［" "參" "考" "文" "獻(xiàn)" "］

[1]" 核心素養(yǎng)研究課題組.中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)[J].中國教育學(xué)刊，2016（10）：1-3.

[2]" 李秀俊.“四元五環(huán)”教學(xué)模式在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用對策探析[J].考試周刊，2022（16）：78-83.

[3]" 陳華忠.“四元五環(huán)”教學(xué)的研究與實(shí)踐 [J].教書育人，2020（34）：30-32.

[4]" 錢揚(yáng)義.《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》解讀：科學(xué)探究與化學(xué)實(shí)驗(yàn)[J].化學(xué)教育（中英文），2022（21）：13-20.

[5]" 杜皓明，歐志陽.綠色水處理劑氫氧化鎂應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].廣東化工，2007（8）：45-47.

[6]" 朱成東.手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)促進(jìn)模型建構(gòu)的化學(xué)教學(xué)：沉淀溶解平衡[J].化學(xué)教育（中英文），2023（19）：41-45.

（責(zé)任編輯 羅 艷）