关注微平衡视角促进学生认知发展&以高三化学“离子反应”复习教学为例_离子反应论文

注重微观平衡视角，促进学生认识发展——以高三化学“离子反应”复习教学为例，本文主要内容关键词为：为例论文,高三论文,微观论文,视角论文,离子论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      一、问题的提出

      “离子反应”是中学化学中的重要概念，贯穿高中化学学习全过程。通过“离子反应”相关知识的学习，学生需要对水溶液中电解质的行为如电离、水解、离子反应、离子平衡等知识及其相互联系有较为深入的理解，建立从微观、平衡等多重视角研究水溶液体系的思路与方法，形成分析和解决水溶液中物质的性质与反应等相关问题的能力。但是在高三复习初期，通过调研发现不少学生对于水溶液反应的认识仍停留在宏观、基于物质类别视角的复分解反应层面，不能自觉地从微观粒子、平衡的视角看问题，不能解释或理解某些特殊的离子反应，例如对镁条和碳酸氢钠溶液反应产生大量氢气、碳酸氢钠溶液和氯化钡溶液反应产生白色沉淀和无色气体等实验事实，不少学生认为不可思议。究其原因，大致有三个方面：一是“离子反应”相关知识较为综合、抽象、难以理解；二是学生习惯于宏观感性认识，要从宏观、静态的认识转向微观、动态的认识学生往往存在困难；三是学生对于不同模块课程的学习未能较好地建立相关知识之间的联系。如学生在学习高中化学选修4《化学反应原理》模块之后，不能较好地发挥其对之前所学的必修1元素化合物知识的理论分析和指导作用，知识间的割裂较为明显。为此，把握知识间的内在联系，注重微观平衡视角，促进学生认识发展是改进学生学习的关键所在。笔者下面就以高三“离子反应”复习教学为例展开探讨。

      二、不同阶段“离子反应”学习要求

      复习教学不是知识的简单再现和梳理，而是需要将重心落在知识的整合、应用与提升方面，促进学生在原有的认识水平上有发展。要做到这一点，首先，需要整体把握学生在中学不同阶段关于“离子反应”学习的要求（见表1），明确复习教学之后学生应该达到的认识水平。

      

      学生对于“离子反应”的学习是逐步发展的。初中阶段基于宏观事实、物质类别的视角认识酸、碱、盐的复分解反应；高中化学必修1模块以酸、碱、盐在水溶液中的电离为基础，通过实验帮助学生从微观视角认识离子反应的实质及其发生条件；高中化学选修4《化学反应原理》模块则是以溶液中的离子反应为核心，从化学平衡的视角认识溶液中存在的几种常见的离子平衡，包括电离平衡、水解平衡、难溶电解质的溶解平衡，丰富对水溶液中物质的行为与存在状态的认识，并从理论层面进一步揭示离子反应能否进行的本质、反应规律及其影响因素等。其中，从微观、平衡多重视角综合认识水溶液中物质的行为与存在状态是其核心所在，这不仅包括电离、水解、离子反应、离子平衡等学科本体知识及其相互联系，也包括相应地分析水溶液中物质性质与反应的思路与方法，知识与方法两者的融合才能促进学生形成分析和解决相关问题的能力。

      三、复习课前学情的探查与分析

      设计复习教学，需要了解学生具有的关于“离子反应”相关知识的具体认识、存在的主要问题等，以便使复习具有较强的针对性。首先，设计课前学情探查，请学生梳理氨水、碳酸氢钠溶液、氯化铁溶液可能发生的离子反应，并说出理由。之所以这样设计，是希望调查学生在梳理已有知识的过程中，能否从微观、平衡的视角，运用水溶液中的离子平衡及其移动原理来分析和解决相关问题，如能否分析元素化合物的性质、设计物质的制备原理、推断复杂反应的产物或反应物等（见表2）。

      关于氨水，多数学生能基于物质类别说出氨水发生的常规反应，如氨水具有碱性、与盐溶液反应生成氢氧化物沉淀、与酸反应生成盐。但部分学生对于这些反应的过程和微观原理的说明不够清晰；对于工业上用氨水处理二氧化硫气体、实验室用生石灰或固体氢氧化钠和浓氨水制备氨气的原理及方程式的书写，不少学生存在困难。通过访谈发现，其原因是学生对溶液中离子反应的本质理解存在障碍，对水溶液中的微粒及其相互作用缺乏深入认识，不能自觉或主动地运用水溶液中的离子平衡及其移动原理来分析和解决水溶液中的离子反应问题。

      综上所述，强化微观认识视角，引导学生运用平衡移动原理分析水溶液中的微粒（来源、种类、数量关系）、微粒间相互作用、微粒间作用的结果等有关离子反应微观本质的关键要素，促进学生的认识发展，是本复习课所要解决的主要问题。

      四、促进学生认识发展的复习教学活动设计

      1.教学思路

      本复习课以促进学生认识发展为目标导向，通过问题引入造成认知冲突，在问题的讨论与分析中，促进学生意识到必须改变看问题的角度，从微观、平衡等多重视角重新审视离子反应的本质，从而建立宏观性质与微观本质（微粒及其相互作用）、单一反应与多重平衡的竞争等的实质联系。具体教学思路如图1。

      

      2.主要教学活动

      环节1 引发思考

      [意外发现]选取文献中的素材“探究实验中的一个意外发现，常温下，镁条和

溶液反应产生大量氢气”来引课。

      

      [学生表现]学生的第一反应是怀疑，认为

溶液呈碱性，镁条是金属，应该与酸反应产生氢气，不可能与呈碱性的

溶液反应产生氢气。

      [分析原因]学生习惯于从宏观的物质类别视角出发认识反应，但对溶液中存在的电离平衡意识不强，没有考虑溶液中存在

平衡，溶液中存在

有能反应产生氢气的可能性。

      [学生活动]（对比实验）学生分别做了镁条和水、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠溶液的反应实验。常温下，前3者均无明显现象，但和碳酸氢钠溶液反应产生大量气泡，现象非常明显。阅读文献，该反应是因为生成了溶解度比氢氧化镁、碳酸镁更小的碱式碳酸镁。而对于镁条和碳酸氢钠溶液反应产生大量氢气这一现象，学生感觉与原认知有冲突，想要解决这一认知冲突，只能改变视角。

      [设计意图]利用文献素材制造认知冲突，激发学生的好奇心和求知欲，渗透科学探究的意识和方法，抓住意外发现与已有知识的矛盾，改变分析问题的视角，引入平衡移动原理认识离子反应。

      环节2 改变视角

      

      

      [拓展应用]生成难溶的氢氧化物、碳酸盐、水、二氧化碳气体或氢气都有可能破坏溶液中存在的离子平衡，使得平衡发生移动，引发反应的发生。

      [设计意图]促使学生以平衡移动原理为视角，重新认识碳酸氢钠溶液和强酸、强碱、盐溶液发生的离子反应。

      环节3 难点突破

      

溶液和盐溶液反应，若以平衡原理视角分析，可能生成氢氧化物沉淀，也可能生成难溶的碳酸盐，还可能是生成碱式碳酸盐，引起平衡移动而使反应发生。在高考题中也有此类问题的呈现。

      

      

      [设计意图]关于溶液中的离子反应结果，仅从定性层面是不能完全解决问题的，必须依据实验结果或反应的平衡常数确定，这些在高考题中会给出明确的提示，这样问题便可以解决。

      环节4 拓展运用

      [认知冲突]学生认为碳酸氢钙是易溶于水的，从复分解反应的视角分析，氯化钙溶液和碳酸氢钠溶液不会发生反应。

      

      [设计意图]此环节进一步利用平衡移动原理视角去理解“看上去”不可能发生的反应实际上却能发生的微观原理。通过这一问题的解决，学生的学习也渐入佳境，由开始想不到或拒绝运用平衡移动原理的视角到慢慢地自主运用微观、平衡视角分析和解决问题。

      最后，通过课堂小结，梳理从微观、平衡视角再认识离子反应的基本思路：溶液中微粒及其相互作用→找到溶液中存在的平衡→改变微粒的浓度→平衡发生移动→实现反应。

      五、教学效果分析与反思

      通过课后访谈了解到，学生认为这节课对元素化合物知识的认识是有帮助的。以微观、平衡的视角分析溶液中的离子反应更为系统、更为理性，而且能够分析一些以往难以理解的反应。大部分学生能够以微观、平衡视角重新审视溶液中的离子反应，如环节5中以平衡移动原理视角再认识氨水、氯化铵等溶液中可能发生的离子反应任务。与前测时的情况相比较，学生有明显改变，大部分学生能准确找到溶液中存在的离子平衡，并能通过改变微粒的浓度，使得平衡发生移动、反应发生。

      在教学中也发现了值得深思和今后教学需要改进的问题：

      ①环节1中以镁条和碳酸氢钠溶液反应放在引课环节，创造了强烈的认知冲突，起到了激发学生的学习动机和探究欲望的作用。但这一问题针对本班学生而言难度有些偏大，应该和环节4中的氯化钙溶液和碳酸氢钠溶液反应产生白色沉淀和无色气体进行调整。因为氯化钙溶液和碳酸氢钠溶液是熟悉的反应，仅现象陌生，而镁条与碳酸氢钠溶液的反应是学生原来从未敢想过的陌生反应。另外，氯化钙溶液与碳酸氢钠溶液的反应原理相对简单，只涉及沉淀溶解平衡与电离平衡的比较问题，而镁条与碳酸氢钠溶液的反应则涉及氢离子与镁条的氧化还原反应、碳酸氢根的电离平衡，碱式碳酸镁的沉淀溶解平衡等复杂问题，而且碱式碳酸镁又是陌生物质。

      ②在认知冲突产生后，有点急于引导学生以平衡视角分析，使学生得到解决问题的方法太容易了，反而印象不够深刻。这里应该留白，给学生思考的空间和时间，使学生意识到不改变思路、不改变视角，依靠固有的知识是解决不了所有问题的，认识是要发展的。

      ③在环节2中分析氯化铝和碳酸氢钠溶液反应时，要求学生以平衡移动原理的视角分析。部分学生非常明确地表示，用双水解解决问题既直接又简单，有些不愿意以平衡移动原理的视角分析，觉得是把简单问题复杂化了。分析其原因，学生对双水解的印象深刻，习惯了用双水解的观点理解该类型反应，但实际上不太明白双水解的本质也是平衡移动，不清楚它的适用对象或范围，如碳酸氢钠溶液和氯化钙等盐溶液反应，利用双水解就无法解决。这说明学生已有的知识经验和思维定式会影响对问题的分析和解决。在教学中，教师可以肯定学生的想法，然后引导学生发现，有些问题用双水解的观点是解决不了的，使学生的认知冲突更彻底，此时再以平衡的视角认识反应的发生会更顺畅。

      

      

但仍然有少数学生出现了下述错误：

      

      分析原因，这些学生认为碳酸氢钙易溶于水，从复分解反应发生的条件视角判断，碳酸氢钠溶液和氯化钙溶液不反应。但是，由于题目中实验结果与学生的这种想法相冲突，学生便联想到泡沫灭火器原理中的“碳酸氢钠溶液和硫酸铝溶液发生双水解”，由此得出上述反应“生成二氧化碳气体和氢氧化钙沉淀”错误结论。这也说明学生以微观平衡移动的视角分析离子反应的意识和能力还需继续加以重视。

      总之，明确学生的基础与认识发展需要，了解学生已有的知识经验以及在学习中遇到的障碍和出现的困难，有针对性地设计复习教学活动，是优化复习教学，促进学生认识发展的关键所在。

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