基于促进观念建构的“沉淀溶解平衡”教学设计

吴春峰 高晓莹

（江苏省宿迁中学 江苏 宿迁 223800）

成功的教育要能提供有助于学生终身教育的基础和动力。我们经常发现学生也学习了不少的具体的化学专业知识，但是今后的生活、工作中遇到和化学相关的问题却不会从化学的角度进行思维，化学教育并没有让学生成为终身发展受益的人。新课程背景下呼唤有利于学生终身发展的教学设计，能以具体的知识为载体，重视对化学核心概念原理知识所蕴含的丰富的认知价值和方法价值进行提取，强调化学基本观念的建构，帮助学生建立基本的、核心的化学观念并实现对化学学科本质规律的有意义认识具有现实的必要性。

一、观念建构为本的教学理论

1．观念性知识与具体性知识

教材中呈现的是具体的知识和概念，这类知识是“事实性知识”，譬如元素化合物知识。

观念性知识是以具体知识为载体，深入挖掘教材内容的学科价值，体会教材所体现的思想、观点、方法，通过不断地概括和提炼形成的总观性的认识和理解。观念性知识是内隐在具体的知识和概念中。譬如微粒观、平衡观、定量观、能量观、元素观、社会价值观等。

2．观念建构为本的教学

观念建构为本的教学不是通过一段有限的时间形成的，它的形成需要一个持续的过程。但化学基本观念一旦形成在很长时间内都会在人的认知活动中继续发挥作用。教师要建立用化学基本观念统率具体知识组织教学，不能把目光停留在一个个的具体知识的教学上，否则会使教学内容零散、割裂，不利于支撑观念的建构。

观念的建构过程是学生主动参与、积极思维的过程。有效的思维需要提供给学生有思考价值的问题。在真实的、开放的、具有挑战性的问题情境中，通过驱动性的问题和探究活动，引导学生主动探究，积极构建，发现隐藏在事实背后的重要思想和观点。将具体知识学习、观念构建和问题解决有机结合起来，最终建构起自己的观念体系。

二、观念建构为本的教学设计

1．挖掘“沉淀溶解平衡”在化学观念构建方面的教学价值

观念建构为本的化学教学主张以课程标准为依据，以具体的知识为载体，帮助学生建立对化学核心概念、思想方法的认识，从而达到对化学科学的整体、本质的认识；从知识、方法、观点等角度对教材进行分析，让学生能用化学科学的观点、思路和方法去认识和解决问题。“沉淀溶解平衡”是在学完化学平衡、电离平衡、盐类水解平衡之后的又一个重点，高中化学选修4“沉淀溶解平衡”的单元教学中能否实现具体知识所承载的化学观念构建方面的功能，取决于怎样来看待“沉淀溶解平衡”的教学价值。

（1）确认基本观念

“沉淀溶解平衡”是溶液中的离子反应的第四单元部分，第一单元“弱电解质的电离平衡”主要研究常见的弱电解质电离平衡建立和使用电离平衡原理解释水的电离问题；第二单元“溶液的酸碱性”主要研究pH的简单计算和酸碱中和滴定；第三节“盐类的水解”主要研究弱酸根阴离子和弱碱阳离子对水的电离平衡的影响；第四节“沉淀溶解平衡”主要研究难溶物在水中沉淀溶解平衡的建立和应用。除了第二单元研究内容与平衡关系不大外，其他三个单元都涉及到平衡问题。“沉淀溶解平衡”的教学价值重在发展学生的微粒观、平衡观与定量观作为核心观念，帮助学生从微粒的角度来认识物质在水溶液中的行为。通过“沉淀溶解平衡”的教学可以对物质及其变化的认识加以拓展和深化，建构以下基本观念：酸、碱、盐在溶液中发生溶解与电离，产生自由移动的离子，认识物质在水溶液中的实际存在形态是分子或离子等微粒，这些微粒之间会相互作用，使分子分解为离子、离子结合成分子；当微粒间的这些相互作用过程可逆时会达到动态平衡状态，这时微粒的数目保持不变；条件改变会引起平衡的移动，影响溶液中微粒的数量。

（2）明确化学观念构建中的知识的层级关系

针对教材内容的整体分析和把握，要把化学核心概念、方法、思想与观点从教材中挖掘出来，提炼出化学基本观念作为教学目标。同时还要弄清基本观念由哪些原理性知识、方法性知识、事实性知识支撑；原理性知识、方法性知识又有哪些具体的知识来支撑；这些知识间又有什么相互联系。图1分析了第一节“沉淀溶解平衡”中各类知识的层级关系。

图1 “沉淀溶解平衡”中各类知识的层级关系

2.学生认识层次分析

基本观念的学习贯穿整个中学化学学习的过程。化学教学中首先要从整体上把握教材，分析学生原有观念的水平和对观念形成哪些基本理解以及原有的观念与将要建构的新观念的之间的关系，从而确定观念建构的起点和教学方式。其次还要分析学生在和基本观念相关的概念原理、方法方面达到了什么水平，这样才能知道设计怎样的教学情境才能和学习保持高度的一致性，采取什么样的活动方式才能进行有效的观念建构。只有真实、可信、有驱动性的问题才能让学生积极参与探究、讨论与合作，促进基本观念的建构。真实、可信、有驱动性的问题可以让学生积极参与探究、讨论与合作；形式多样的活动可以让学生容易发现具体知识与基本观念的联接点。

绝大多数的学生知道盐作为电解质可以在水中溶解电离，但是对于难溶的电解质在水中也能极少量溶解却不太明白。少数学生知道难溶物也能少量溶解，但却不能解释原因。几乎所有的学生都知道难溶物会溶解于特定的酸或者碱溶液中，但不能用确切的原因来解释。这说明学生对于核心概念的理解还不到位，通过前面的学习没有顺利形成微粒观、平衡观等基本观念。

3.促进观念建构的化学教学目标

通过对教学内容和学生特征的全面分析，确定本单元在促进观念建构方面的教学目标为：学生通过学习掌握使用微粒观来解释生活、工作中遇到的涉及溶液的问题的一般方法；学生通过学习在平衡观方面得到进一步发展，对溶液体系中的可逆过程能进行判断并用平衡观和定量观来解释溶液中的一些问题。

三、促进观念建构的“沉淀溶解平衡”教学关键设计环节

围绕核心概念的理解和应用，强化基本观念的构建，“沉淀溶解平衡”的教学设计关键环节如下：

1.活动探究，引发思考

［情境设计1］在0.1mol/L的AgNO3溶液中加入足量的NaCl溶液，充分搅拌，静置一段时间；取上层清液与另外一支洁净的试管中，再向其中加入0.1mol/L的KI溶液，观察到淡黄色的浑浊（现象见图2）。请同学们交流讨论后从宏观现象和微观的角度考虑。

设计意图：通过具体探究活动，由已学的离子反应知识，学生已知AgNO3和NaCl在溶液中的混合反应是 Ag+、Cl-微粒之间的沉淀反应。而取静置后的上层清液，加入KI溶液后有淡黄色的浑浊，再次促进学生从微观离子反应角度分析AgCl在水中有极少量溶解而提供Ag+离子I-离子发生离子反应。这样综合考虑学生已有的知识、观念水平与将要学习的知识和构建的观念联系起来。

图2 实验现象

2．概念的形成和理解

［情境设计2］将一块不规则的蔗糖（已称量）放入室温下的饱和的蔗糖水溶液中，一段时间后观察发现固体变为规则的晶体。取出晶体，干燥称量其质量，发现几乎未改变。你知道原因吗？溶液中的蔗糖浓度变化了吗？

设计意图：该探究活动通过蔗糖质量不变而形状发生改变，激发学生的认知冲突，提供一种分析溶液中同时存在溶质的固体和溶质微粒的方法。这样可以帮助学生顺利建立溶解扩散、吸附沉淀的平衡观。

［问题1］你能把刚才情境设计2中的现象和思考类比迁移到在0．1mol/L的AgNO3溶液中加入足量的NaCl溶液，上层清液和固体共存的体系中得到相似的结论吗？

［问题2］重复上述情境设计2，得到蔗糖水溶液和晶体的混合体系，再用恒温槽加热升温保持在30℃，一段时间后取出晶体，称量并与第一次的质量相比有变化吗？试解释原因？溶液中的蔗糖浓度变化了吗？该浓度随时间而变化吗？

［问题3］重复上述情境设计2，得到蔗糖水溶液和晶体的混合体系，加入适量水，一段时间后取出晶体，称量并与第一次的质量相比有变化吗？试解释原因？溶液中的蔗糖浓度变化了吗？该浓度随时间而变化吗？

［问题 4］请把［问题 2］和［问题 3］的结论迁移到AgCl的水溶液和AgCl固体共存的体系中，会得到什么结论？

设计意图：设计一组环环相扣的“问题组合”引导学生思考，从而深刻理解有关知识，加强核心概念的使用，促进基本观念（平衡观）的建构。

［问题5］如何类比已学的化学平衡体系，用化学方程式表示该平衡过程并用平衡常数（K）来表示该沉淀溶解平衡的特征。

图3 蔗糖的溶解

设计意图：用化学用语来表示沉淀溶解平衡，更简洁的表示平衡的双向动态建立过程，便于准确的使用平衡常数（K）表达式（此处的K可以修正为溶度积常数Ksp）。

［问题6］在图4所示的坐标系中，画出一定温度下AgCl溶解达到平衡后，溶液中的 c（Ag+）随 c（Cl-）变化的曲线。

图4 坐标系

图5 曲线图

［问题7］在图5的有A、B、C三点，试分析三点的溶解分别达到何种状况？ 这三点对应的 c（Ag+）·c（Cl-）（该乘积定义为任何时刻的离子积Qc）与溶度积常数Ksp的关系如何？由此判断难溶电解质在给定条件下能否继续溶解或生成吗？

设计意图：在学生已有的化学平衡常数和浓度商关系的基础上，迁移得出Ksp与Qc的关系，将抽象的表达式内隐的平衡观通过图像生动直观体现出来，有助于沉淀溶解平衡和沉淀溶解平衡移动的理解。

［情境设计3］日常生活我们到超市买牙膏，大家看到大部分包装上都提到含氟牙膏（含NaF），经常使用能坚固牙齿。但平时如果糖吃多了产生过多的乳酸，就容易患龋齿。

已知牙齿的成分是一种坚硬难溶的羟基磷酸钙（Ca5（PO4）3OH），而 Ca5（PO4）3F 是一种更难溶的物质。Ksp（Ca5（PO4）3F）远小于 Ca5（PO4）3OH。羟基磷酸钙在水中存在如下平衡：

Ca5（PO4）3OH（s）⇌5Ca2+（aq）+OH-（aq）+3PO43-（aq）

请你解释上面的两个现象。

设计意图：结合学生已有的经验，把知识放在具体的熟悉的情节中，以问题启发学生从新的角度思考，理解沉淀的溶解和转化，帮助学生建立定量观。

3．概念的巩固与应用

［练习］很久以前美国密歇根州大学教授格雷对肾结石患者提出几条建议：①在夏天，多喝水，增加尿量；②睡觉前少喝牛奶；③合理补钙，控制用量；④尽量减少饮食中的草酸或草酸盐的摄入，如菠菜等。（肾结石的主要成分是难溶的 CaC2O4和 Ca3（PO4）2，沉淀溶解平衡表达式略）

设计意图：将学习的“沉淀溶解平衡”概念作为认识工具，在分析和解决实际问题中不断深化对核心概念原理本质的认识，寻找超越事实的观念、思想和方法。

4．反思总结，促进观念建构

［问题8］这节课解决问题的逻辑顺序是什么，你对沉淀溶解平衡有哪些新的认识，问题与所学知识之间有什么联系，各知识的意义要点之间有什么联系，从哪些方面整体把握分析问题有利于我们的学习，用你熟悉的方式记录自己的想法，课后与同学交流。

设计意图：通过这样的反思使学生将所学的各具体性知识和相关的背景经验联系起来，与探索中的各种事实资料联系起来，和具体性知识背后的观念联系起来，使学生在解决问题中逐渐形成和发展的基本观念内化为学生认知结构。

四、促进观念建构的化学教学设计应该注意的一些问题

1．处理好具体知识与基本观念建构的关系

具体知识是基本观念建构的载体，而基本观念的形成又会深化具体知识的理解，从而加强对学科知识本质的规律认识，增强解决问题的能力。教师应该深挖知识的内涵，循序渐进地发展学生的化学基本观念。具体知识的教学并不是一味的追求加大难度和面面俱到，它要求教师从整个化学学科体系高度对本单元的教学有一个宏观的观念性理解，再结合学生的已有经验和知识水平把需要建构的观念落实为具体可操作性的化学教学目标。

2．基本观念建构需要恰当的问题设计

有驱动力的问题设计能激发学生的积极思维，通过对观念的基本理解及辅助一定的情境，设计一些具有真实性、开放性和适当思维容量的问题串，激发学生在已有的认知上不断引起思维冲突，让问题始终落在学生的“最近发展区”。通过一定的探究活动（如小组讨论、实验探究、辩论等）引导学生进行体验，发现知识间的内在联系，提炼并反思个人见解，促进认识不断提高。

总之，化学观念的建构需要一个持续的过程，学生在不同的认知阶段通过不同具体知识的学习逐步提炼发展起来的。教师在教学时应该引导学生分阶段落实基本观念的形成，最终达到灵活迁移运用，确保实施有效教学。

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［2］ 皮连生．教学设计-心理学的理论与技术［M］．北京：高等教育出版社，2000

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