高中化学观念建构教学设计研究

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摘要：基于真实的情景任务化设计教学过程，引导培育学生主动建构科学的化学观念，从微观出发分析物质的转化及其宏观性质、应用，是落实素养指向课堂的基本途径。基于此立意，本文以“醋酸溶液的电离”的教学过程为例，立足化学观念建构思维模型、结构化设计教学主题、配合教师预设的教学环节，分析弱电解质溶液的电离平衡特点，结合真实课堂的生成性，引导学生主动参与建构，实现学生学习方式的转变，达到提升学生化学知识结构化水平，实现发展化学核心素养的教学目标。

关键词：观念建构；电离平衡；结构化

培养和发展学生化学观念建构是高中化学践行“素养为本”课堂的有效途径。“素养为本”的课堂教学不应仅停留在显性的、具体的化学专业知识，更需在教学活动中突出发展能影响中学生的世界观、人生观和价值观的化学思想观念，尤其是具有化学学科特点的认识论和方法论等隐性素养，即培养学生的思维方式与陌生情景问题的解决能力。立意于此，本文借鉴毕华林教授的“观念建构”模型“明确基本观念→形成基本理解→转为驱动问题→设计学习情境和探究活动→反思评价”，促进观念建构；设计“醋酸溶液的电离”的教学实践。

一、建构真实情景，挖掘化学观念

指向素养的课堂必须建构真实的教学情景，利用显性知识发展培育隐性素养。本教学设计立足真实醋酸溶液的实验探究，在明确教学课题目标和方向的前提下设计结构化问题串，通过深入分析、挖掘课题中的具体化学知识，分析包涵的具体的化学观念，引导学生达成“跳出知识看知识”，实现“观念建构”，即思维初步建模。“醋酸溶液的电离”的教学过程如下：【教学主题】醋酸溶液中的微粒【驱动性问题】醋酸溶液性质初探。1.醋酸溶液有哪些化学性质或物理性质？2.根据溶液的性质，分析具体微粒有哪些？3.如何设计实验证明醋酸是弱电解质。【探究性实验】实验1：用玻璃棒分别蘸取少量浓度均为0.01mol·L-1的盐酸溶液和醋酸溶液于广泛pH试纸上，对比记录。【认知思路】通过对比相同浓度醋酸溶液与熟悉的强电解质溶液盐酸的不同pH，在已有的知识认知经验的基础上，结合电离平衡、质量守恒和电荷守恒，对比迁移分析得出结论：醋酸是弱电解质，其在溶液中是不完全电离的。【教学主题】弱电解质醋酸溶液中的电离平衡【驱动性问题】1.醋酸溶液有刺激性气味说明了什么？2.化学反应如何建立平衡，请小组内交流分享醋酸溶液中的平衡关系。3.稀释醋酸溶液，弱电解质醋酸的电离平衡将会如何变化，醋酸溶液的气味又如何变化？4.加热弱电解质醋酸溶液，你认为电离平衡如何移动？预测可能的平衡变化。【探究性实验】实验2：稀释0.01mol·L-1的醋酸溶液后测定该溶液pH，对比实验1结果。实验3：微热0.01mol·L-1的醋酸溶液后测定该溶液pH，对比实验1结果。【认知思路】1.归纳总结探究性实验，结合物理知识，根据分子的运动性，判断出醋酸溶液中存在醋酸分子。2.结合已学过的化学平衡建立的知识，分析得出弱电解质醋酸溶液中溶质的电离平衡特点：溶液中同时存在CH3COOH、CH3COO-和H+，是动态平衡；外界条件（温度和浓度）改变，平衡会发生移动。【教学主题】弱电解质醋酸分子在溶液中的电离平衡特点。【驱动性问题】1.查阅资料，参考已学过的化学平衡常数的意义，分析讨论醋酸溶液的电离平衡程度。2.结合醋酸溶液的电离平衡常数，你可以定量地讨论外因（温度和浓度）如何影响平衡移动吗？【认知思路】1.实现化学平衡知识迁移，引导学习将抽象知识应用到具体的客观事物，体验平衡观分析醋酸溶液中各微粒浓度变化的思维方法，即使用思维模型。2.学习从定性描述和定量分析两个角度思考问题。【教学主题】归纳总结反思【驱动性问题】1.醋酸溶液存在哪些微粒？2.醋酸溶液的电离平衡如何建立？请结合微粒观、变化观和平衡观进行讨论分析。3.温度和浓度如何影响弱电解质醋酸的电离平衡？请从定性和定量两个角度讨论分析。4.请根据你的提议，进行归纳总结。学生总结。【认知思路】领悟宏观与微观的关系，应用微粒观、变化观和化学平衡观思想和实验观解决问题等。教学过程中，借助教师预设的驱动性问题，发挥客观学生的主体能动性，通过问题研讨、实验佐证再归纳总结和知识迁移的方法，帮助学生将具体的知识内容和认知思路有机结合，培养学生在学习过程中主动思考、探究并内化的能力，实现化学微粒观、变化观和平衡观的主动建构。

二、问题驱动，巩固观念建构

素养指向的课堂教学不仅要评价具体的显性知识，更要注重学生隐性素养的内化过程，即指向性明确。学习过程中，驱动问题是思维的起点，教师合理地预设问题能够帮助学生发现矛盾，引起思考，从而达到激发学习动机，最终实现推动学生产生解决问题的欲望。化学教学中的“观念建构”与此不谋而合，“观念教学”注重将具体的化学问题通过或迁移或对比的方法转化为鲜明活泼的、真实的驱动性问题，注重在已有的认知经验上建立新的认知，有益于化学核心素养的内化。务必引起注意的是，驱动性问题的设置应该难度适中、排列有序而且注重教学时机。教师预设的驱动性问题首先应该贴近学生的真实学情，基于固有认知经验建构新知；其次，驱动性问题的设计还要指向明确，做到服务教学内容和教学目标。每一个驱动问题之间应注重逻辑性和启发性，有统一的大概念指向，能够展示或揭示特定学习阶段之间的互相联系，符合新旧知识、能力、素养等思维品质递进加深的教学设计，实现教·学·评一体化；再次，教学过程中应注重真实情景，尤其实验探究课堂的生产性和学生的主观能动性，不能照本宣科，实施教学活动的时候要注重学生学习心理变化和学生主体本位思想，注重教学时机的把握。1.分析溶液组成，强化微粒观，实现宏观辨识与微观探析结合。问题1：相同浓度的盐酸与醋酸溶液的pH相同吗？溶液具有刺激性气味的原因是什么？通过对比等浓度的盐酸的pH，再结合醋酸溶液具有刺激性气味的特点，帮助学生分析得出结论：醋酸溶液中同时存在CH3COOH、CH3COO-和H+，说明醋酸的电离是不完全电离，是弱电离，结合电荷守恒，可以得出弱电解质醋酸溶液中的溶质电离方程式：CH3COOH⇌CH3COO-+H+设计意图：从实验现象和切身体会开始设问，引导学生建构宏微结合和平衡思想，思考宏观现象后的微观原因，达到建构“转化观”的目的。2.结合实验现象，体验转化观，初步建立变化观念与平衡观念。问题2：思考测定等浓度盐酸和醋酸溶液的pH的本质是什么，思考还可以通过哪些方法证明醋酸是弱电解质。生：①测定pH的本质是测定溶液中H+浓度；②设计实验测定相同浓度盐酸和醋酸溶液的导电性；③设计实验测定溶液中各成分的浓度，如比较Cl-浓度与CH3COO-离子相对浓度大小……追问3：测定浓度的本质能证明什么，反映客观怎样的事实？生：醋酸是弱电解质，在水溶液中不完全电离。设计意图：通过分析实验现象讨论溶液中微粒，引发学生基于微观组成思考分析、解决真实的化学问题。帮助学生认识到设计实验的本质和目的，理解溶液中微粒的来源，从而形成转化观。3.知识迁移应用，理解平衡观。问题4：醋酸溶液如何建立平衡？生：醋酸分子是弱电解质。溶质分子电离成CH3COO-离子与H+离子，同时，CH3COO-离子和H+离子又重新化合成溶质分子。追问5：能否用速率-时间图解释说明？生：醋酸分子电离生成CH3COO-离子和H+离子的同时自身浓度减小，导致v正减小；与此同时，溶液中CH3COO-离子和H+离子浓度增大，及v逆增大，最终v正=v逆≠0，即达到了电离平衡状态（图1）。图1追问6：达到平衡后本质是什么，特征是什么，是否可以发生平衡移动？生：①本质是v正=v逆≠0，特征是等、定、动、变；②外界条件改变，平衡能够发生移动。追问7：从弱电解质的本质和化学反应焓变的角度分析，温度如何影响平衡移动？生：弱电解质的电离是旧键的断裂，故ΔH>0，升高温度有利于平衡正向移动。追问8：浓度改变如何影响平衡移动？生：类似平衡移动原理，从浓度改变后的浓度商与电离平衡常数Ka比较，从而判断移动方向。设计意图：通过迁移应用已学过的平衡移动原理，自然引发学生思维起点，体验在已有的认知基础上独立自主地建立新的知识，在这个过程中体验化学平衡观。4.定性描述、定量分析，体验化学逻辑演绎。问题9：结合弱电解质电离平衡常数Ka，如何定量分析？生：平衡常数Ka有且仅是温度的函数，代表着化学反应的最大限度，故吸热反应的弱电解质溶液电离升高温度平衡正向移动。设计意图：由特殊引发思考推及一般情况，引导同学们从醋酸溶液的电离本质和特征出发思考其他的弱电解质溶液，将思路上升到另一个层面，从中体验化学动态平衡思想，引导自主提升思维品质。对于浓度的变化对弱电解质溶液的电离影响，可以通过介绍客观弱电解质的Ka几乎都很小（即电离度α≤0.01），再结合弱电解质的电离平衡方程演绎证明（HA代表醋酸分子，c0代表醋酸起始浓度），具体如下：HA⇌H++A-起始浓度：c000浓度改变量：c0αc0αc0α平衡时浓度：c0（1-α）c0αc0α≈c0结合平衡常数Ka=（c0α）2/c0，故得出结论电离度α=（Ka/c0）1/2，即越稀越电离。

三、结语

本课例首先通过引导学生体验、分析醋酸溶液的物理性质，对比熟悉的盐酸溶液的性质，基于已有对酸溶液的认知经验，实现初步观念建构。继而结合实验探究引发认知的冲突，引导学生主动地探析醋酸溶液的组成，结合定性描述已获悉的性质辅助电离平衡、质量守恒与电荷守恒的定量分析，实现认知模型修改。最终通过设计合理的问题，配合教师—学生、学生—学生互评的方式，实现宏观辨识与微观探析、转化观念、平衡思想的建构、转化与迁移，达到核心素养内化的目标。王磊等研究揭示学生的核心素养发展应经历“学习理解、实践应用、迁移创新”等步骤。培养化学核心素养应该贯穿于教学的全过程，使得教学过程必须从“知识本位”走向“素养为重”。因此，“观念建构”的教学课堂本质是学生思维模型主动建构，增强了学生对知识的本质理解并且模型能够被迁移应用解决新的问题，强化认知模型意识能够促进学习方式的转变且有益于学生达到自我实现，实现科学素养内化。

参考文献

[1]王磊.学科能力构成及其表现研究——基于学习理解、应用实践与迁移创新[J].教育研究，2016（9）：83-93.

[2]钱华.初探核心素养背景下高中化学课堂教学的重构策略[J].中学化学教学参考，2016（7）：17-19.

[3]傅永超，王祖浩.基于科学建模的化学教学设计——以“燃烧的条件”为例[J].化学教学，2020（4）：41-45.

作者：柯志聪 邹伟 张志欣