高中化學觀念建構教學設計研究

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摘要：基于真實的情景任務化設計教學過程，引導培育學生主動建構科學的化學觀念，從微觀出發分析物質的轉化及其宏觀性質、應用，是落實素養指向課堂的基本途徑。基于此立意，本文以“醋酸溶液的電離”的教學過程為例，立足化學觀念建構思維模型、結構化設計教學主題、配合教師預設的教學環節，分析弱電解質溶液的電離平衡特點，結合真實課堂的生成性，引導學生主動參與建構，實現學生學習方式的轉變，達到提升學生化學知識結構化水平，實現發展化學核心素養的教學目標。

關鍵詞：觀念建構；電離平衡；結構化

培養和發展學生化學觀念建構是高中化學踐行“素養為本”課堂的有效途徑?！八仞B為本”的課堂教學不應僅停留在顯性的、具體的化學專業知識，更需在教學活動中突出發展能影響中學生的世界觀、人生觀和價值觀的化學思想觀念，尤其是具有化學學科特點的認識論和方法論等隱性素養，即培養學生的思維方式與陌生情景問題的解決能力。立意于此，本文借鑒畢華林教授的“觀念建構”模型“明確基本觀念→形成基本理解→轉為驅動問題→設計學習情境和探究活動→反思評價”，促進觀念建構；設計“醋酸溶液的電離”的教學實踐。

一、建構真實情景，挖掘化學觀念

指向素養的課堂必須建構真實的教學情景，利用顯性知識發展培育隱性素養。本教學設計立足真實醋酸溶液的實驗探究，在明確教學課題目標和方向的前提下設計結構化問題串，通過深入分析、挖掘課題中的具體化學知識，分析包涵的具體的化學觀念，引導學生達成“跳出知識看知識”，實現“觀念建構”，即思維初步建模?！按姿崛芤旱碾婋x”的教學過程如下：【教學主題】醋酸溶液中的微粒【驅動性問題】醋酸溶液性質初探。1.醋酸溶液有哪些化學性質或物理性質？2.根據溶液的性質，分析具體微粒有哪些？3.如何設計實驗證明醋酸是弱電解質。【探究性實驗】實驗1：用玻璃棒分別蘸取少量濃度均為0.01mol·L-1的鹽酸溶液和醋酸溶液于廣泛pH試紙上，對比記錄?！菊J知思路】通過對比相同濃度醋酸溶液與熟悉的強電解質溶液鹽酸的不同pH，在已有的知識認知經驗的基礎上，結合電離平衡、質量守恒和電荷守恒，對比遷移分析得出結論：醋酸是弱電解質，其在溶液中是不完全電離的。【教學主題】弱電解質醋酸溶液中的電離平衡【驅動性問題】1.醋酸溶液有刺激性氣味說明了什么？2.化學反應如何建立平衡，請小組內交流分享醋酸溶液中的平衡關系。3.稀釋醋酸溶液，弱電解質醋酸的電離平衡將會如何變化，醋酸溶液的氣味又如何變化？4.加熱弱電解質醋酸溶液，你認為電離平衡如何移動？預測可能的平衡變化。【探究性實驗】實驗2：稀釋0.01mol·L-1的醋酸溶液后測定該溶液pH，對比實驗1結果。實驗3：微熱0.01mol·L-1的醋酸溶液后測定該溶液pH，對比實驗1結果?！菊J知思路】1.歸納總結探究性實驗，結合物理知識，根據分子的運動性，判斷出醋酸溶液中存在醋酸分子。2.結合已學過的化學平衡建立的知識，分析得出弱電解質醋酸溶液中溶質的電離平衡特點：溶液中同時存在CH3COOH、CH3COO-和H+，是動態平衡；外界條件（溫度和濃度）改變，平衡會發生移動?！窘虒W主題】弱電解質醋酸分子在溶液中的電離平衡特點?！掘寗有詥栴}】1.查閱資料，參考已學過的化學平衡常數的意義，分析討論醋酸溶液的電離平衡程度。2.結合醋酸溶液的電離平衡常數，你可以定量地討論外因（溫度和濃度）如何影響平衡移動嗎？【認知思路】1.實現化學平衡知識遷移，引導學習將抽象知識應用到具體的客觀事物，體驗平衡觀分析醋酸溶液中各微粒濃度變化的思維方法，即使用思維模型。2.學習從定性描述和定量分析兩個角度思考問題。【教學主題】歸納總結反思【驅動性問題】1.醋酸溶液存在哪些微粒？2.醋酸溶液的電離平衡如何建立？請結合微粒觀、變化觀和平衡觀進行討論分析。3.溫度和濃度如何影響弱電解質醋酸的電離平衡？請從定性和定量兩個角度討論分析。4.請根據你的提議，進行歸納總結。學生總結?！菊J知思路】領悟宏觀與微觀的關系，應用微粒觀、變化觀和化學平衡觀思想和實驗觀解決問題等。教學過程中，借助教師預設的驅動性問題，發揮客觀學生的主體能動性，通過問題研討、實驗佐證再歸納總結和知識遷移的方法，幫助學生將具體的知識內容和認知思路有機結合，培養學生在學習過程中主動思考、探究并內化的能力，實現化學微粒觀、變化觀和平衡觀的主動建構。

二、問題驅動，鞏固觀念建構

素養指向的課堂教學不僅要評價具體的顯性知識，更要注重學生隱性素養的內化過程，即指向性明確。學習過程中，驅動問題是思維的起點，教師合理地預設問題能夠幫助學生發現矛盾，引起思考，從而達到激發學習動機，最終實現推動學生產生解決問題的欲望?；瘜W教學中的“觀念建構”與此不謀而合，“觀念教學”注重將具體的化學問題通過或遷移或對比的方法轉化為鮮明活潑的、真實的驅動性問題，注重在已有的認知經驗上建立新的認知，有益于化學核心素養的內化。務必引起注意的是，驅動性問題的設置應該難度適中、排列有序而且注重教學時機。教師預設的驅動性問題首先應該貼近學生的真實學情，基于固有認知經驗建構新知；其次，驅動性問題的設計還要指向明確，做到服務教學內容和教學目標。每一個驅動問題之間應注重邏輯性和啟發性，有統一的大概念指向，能夠展示或揭示特定學習階段之間的互相聯系，符合新舊知識、能力、素養等思維品質遞進加深的教學設計，實現教·學·評一體化；再次，教學過程中應注重真實情景，尤其實驗探究課堂的生產性和學生的主觀能動性，不能照本宣科，實施教學活動的時候要注重學生學習心理變化和學生主體本位思想，注重教學時機的把握。1.分析溶液組成，強化微粒觀，實現宏觀辨識與微觀探析結合。問題1：相同濃度的鹽酸與醋酸溶液的pH相同嗎？溶液具有刺激性氣味的原因是什么？通過對比等濃度的鹽酸的pH，再結合醋酸溶液具有刺激性氣味的特點，幫助學生分析得出結論：醋酸溶液中同時存在CH3COOH、CH3COO-和H+，說明醋酸的電離是不完全電離，是弱電離，結合電荷守恒，可以得出弱電解質醋酸溶液中的溶質電離方程式：CH3COOH?CH3COO-+H+設計意圖：從實驗現象和切身體會開始設問，引導學生建構宏微結合和平衡思想，思考宏觀現象后的微觀原因，達到建構“轉化觀”的目的。2.結合實驗現象，體驗轉化觀，初步建立變化觀念與平衡觀念。問題2：思考測定等濃度鹽酸和醋酸溶液的pH的本質是什么，思考還可以通過哪些方法證明醋酸是弱電解質。生：①測定pH的本質是測定溶液中H+濃度；②設計實驗測定相同濃度鹽酸和醋酸溶液的導電性；③設計實驗測定溶液中各成分的濃度，如比較Cl-濃度與CH3COO-離子相對濃度大小……追問3：測定濃度的本質能證明什么，反映客觀怎樣的事實？生：醋酸是弱電解質，在水溶液中不完全電離。設計意圖：通過分析實驗現象討論溶液中微粒，引發學生基于微觀組成思考分析、解決真實的化學問題。幫助學生認識到設計實驗的本質和目的，理解溶液中微粒的來源，從而形成轉化觀。3.知識遷移應用，理解平衡觀。問題4：醋酸溶液如何建立平衡？生：醋酸分子是弱電解質。溶質分子電離成CH3COO-離子與H+離子，同時，CH3COO-離子和H+離子又重新化合成溶質分子。追問5：能否用速率-時間圖解釋說明？生：醋酸分子電離生成CH3COO-離子和H+離子的同時自身濃度減小，導致v正減小；與此同時，溶液中CH3COO-離子和H+離子濃度增大，及v逆增大，最終v正=v逆≠0，即達到了電離平衡狀態（圖1）。圖1追問6：達到平衡后本質是什么，特征是什么，是否可以發生平衡移動？生：①本質是v正=v逆≠0，特征是等、定、動、變；②外界條件改變，平衡能夠發生移動。追問7：從弱電解質的本質和化學反應焓變的角度分析，溫度如何影響平衡移動？生：弱電解質的電離是舊鍵的斷裂，故ΔH>0，升高溫度有利于平衡正向移動。追問8：濃度改變如何影響平衡移動？生：類似平衡移動原理，從濃度改變后的濃度商與電離平衡常數Ka比較，從而判斷移動方向。設計意圖：通過遷移應用已學過的平衡移動原理，自然引發學生思維起點，體驗在已有的認知基礎上獨立自主地建立新的知識，在這個過程中體驗化學平衡觀。4.定性描述、定量分析，體驗化學邏輯演繹。問題9：結合弱電解質電離平衡常數Ka，如何定量分析？生：平衡常數Ka有且僅是溫度的函數，代表著化學反應的最大限度，故吸熱反應的弱電解質溶液電離升高溫度平衡正向移動。設計意圖：由特殊引發思考推及一般情況，引導同學們從醋酸溶液的電離本質和特征出發思考其他的弱電解質溶液，將思路上升到另一個層面，從中體驗化學動態平衡思想，引導自主提升思維品質。對于濃度的變化對弱電解質溶液的電離影響，可以通過介紹客觀弱電解質的Ka幾乎都很?。措婋x度α≤0.01），再結合弱電解質的電離平衡方程演繹證明（HA代表醋酸分子，c0代表醋酸起始濃度），具體如下：HA?H++A-起始濃度：c000濃度改變量：c0αc0αc0α平衡時濃度：c0（1-α）c0αc0α≈c0結合平衡常數Ka=（c0α）2/c0，故得出結論電離度α=（Ka/c0）1/2，即越稀越電離。

三、結語

本課例首先通過引導學生體驗、分析醋酸溶液的物理性質，對比熟悉的鹽酸溶液的性質，基于已有對酸溶液的認知經驗，實現初步觀念建構。繼而結合實驗探究引發認知的沖突，引導學生主動地探析醋酸溶液的組成，結合定性描述已獲悉的性質輔助電離平衡、質量守恒與電荷守恒的定量分析，實現認知模型修改。最終通過設計合理的問題，配合教師—學生、學生—學生互評的方式，實現宏觀辨識與微觀探析、轉化觀念、平衡思想的建構、轉化與遷移，達到核心素養內化的目標。王磊等研究揭示學生的核心素養發展應經歷“學習理解、實踐應用、遷移創新”等步驟。培養化學核心素養應該貫穿于教學的全過程，使得教學過程必須從“知識本位”走向“素養為重”。因此，“觀念建構”的教學課堂本質是學生思維模型主動建構，增強了學生對知識的本質理解并且模型能夠被遷移應用解決新的問題，強化認知模型意識能夠促進學習方式的轉變且有益于學生達到自我實現，實現科學素養內化。

參考文獻

[1]王磊.學科能力構成及其表現研究——基于學習理解、應用實踐與遷移創新[J].教育研究，2016（9）：83-93.

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[3]傅永超，王祖浩.基于科學建模的化學教學設計——以“燃燒的條件”為例[J].化學教學，2020（4）：41-45.

作者：柯志聰 鄒偉 張志欣