基于概念转变的教学设计*——以“盐类的水解”（第一课时）为例

杨启宁 杨梓生

（1连城县第三中学 福建 龙岩 364000；2龙岩市普通教育教学研究室 福建 龙岩 364000）

建构主义认为，学习者将带着“前概念”（即头脑中已有知识与经验）进入学习，而且“前概念”直接影响着学习结果。对于“前概念”，既可能是精致、正确的，也可能是模糊甚至错误的。科学学科的教学，就是要帮助学生将头脑中模糊或者错误的“前概念”转化为精致、正确的“科学概念”。这一过程被称为“概念转变”的过程。

研究表明，学生头脑中的“前概念”具有“顽固性”特征，因而“概念转化”将不会轻易实现，需要经历一个复杂过程。这一复杂的过程，必须同时具备对现有概念的不满、新概念的可理解性、新概念的合理性以及新概念的有效性四个方面。具体来说，就是学习者认识到已有知识经验无法解决所面临的问题时，才会意识到建构新概念的必要性，而且新概念能够被学习者理解并被意识到比原有概念更加合理、更加有效地解决问题时，学习者才愿意用新概念替代已有概念，从而实现概念转化。

因此，“概念转变”是新旧经验作用的结果，是新经验对已有经验的改造或重构，概念转变的过程就是认知冲突的引发及其解决的过程。化学过程中如何有效地促进“概念转变”？很显然，教师中心工作是：第一、进行认知探测，把准迷思概念；第二、创设学习情景，提供学习反例；第三、引发认知冲突，解构迷思概念；第四、解决认知冲突，建构科学概念。下面结合“盐类的水解”（第一课时）来谈谈。

一、电解质溶液酸碱性分析视角

“盐类的水解”学习之前，学生已掌握：⑴水的电离、溶液酸碱性与 c（H＋）、c（OH－）关系；⑵酸（碱）在水中电离出 H＋（OH－）导致溶液呈酸（碱）性；⑶弱电解质水溶液存在电离平衡。因此，对于溶液酸碱性的认识，学生将立足于“酸（碱）溶液显酸（碱）性是因为酸（碱）电离出 H＋（OH－）”这一经验，建立起“溶液酸碱性是因为电解质自身电离出 H＋或 OH－导致体系中 c（H＋）≠c（OH－）”的模型（“电离模型”）。

“盐类的水解”学习，需要建立起解释盐溶液酸碱性的“水解模型”。即：体系中盐电离出来的某离子与水电离出的H＋或OH－结合为弱电解质而破坏水的电离平衡，导致溶液体系中 c（H＋）≠c（OH－）。 在此基础上，还将进一步建立起“电离—水解模型”，解释某些既存在电离又存在水解的酸式盐溶液（如NaHCO3）、缓冲溶液（如 NH4Cl－NH3·H2O、CH3COOH－CH3COONa）酸碱性问题。

显然，“电离模型”和“水解模型”、“电离—水解模型”是认识电解质溶液体系酸碱性的三个不同视角。在进入“盐类的水解”学习时，原有的“电离模式”不足以解释许多正盐溶液不显中性的原因，这就需要建立“水解模型”乃至“电离—水解模型”。这一模型转化的过程，便是“概念转变”的过程。

二、促进“概念转变”的教学策略

如何有效促进学生从“电离模型”向“水解模型”转变？单纯靠老师的讲授显然是不可行的。教学的首要任务在于引发认知冲突，从而认识“电离模型”的局限性。在此基础上，让学生认识到改变或调整原有认知的必要性。于是，借助一定手段、设置能使学生产生认知困惑和冲突的问题情景，并立足于这一困惑和冲突的问题情景，开展深入的探究，从而实现旧概念的重组、新概念的建构成为教学的关键。

问题情景对学生造成的认知冲突程度越显著，越有利于激发学生解决困惑与冲突的探究兴趣。如何设置能使学生产生强烈认知冲突的问题情景？一方面，要强化学生原有认知，让学生清晰认识头脑中“电离模型”；另一方面，呈现直观明显、冲突强烈的反例，让学生对原有认知产生强烈的不适感。

当对“反例”产生认知冲突时，引导学生立足于从系统的视角去分析溶液中存在的微粒及微粒间的作用，初步建构起解释盐溶液酸碱性的“水解模型”；在初步建立新模型的基础上，应用此模型去预测更多未知盐溶液的酸碱性，并通过实验加以验证，从而让学生认识到新认知模型的合理性和有效性。

最后，对新、旧认知模型进行对比分析，明确适用对象、本质差异等，深化对新概念模型的认识，从而有效实现“概念转变”。

三、“盐类的水解”（第一课时）的教学设计

概念转变的前提条件是“对现有概念的不满”。对“现有概念的不满”，不仅与学习者面对的情景有关，而且与学习者对自身原有认知的清晰度有关。学习者对自身的原有认知越清晰，面临新的问题情境时，产生的冲突将越强烈。本课教学时，先安排下述复习回顾活动：

请同学们结合已有经验与知识（如强弱电解质电离、溶液酸碱性等），思考如下问题：

（1）纯水会发生怎样的电离？常温下，纯水中的c（H＋）、c（OH－）大小关系如何？

（2）对于水溶液而言，溶液的酸碱性与溶液中c（H＋）、c（OH－）大小有何关系？

（3）酸（或碱）溶于水后形成的溶液显酸（或碱）性，为什么？

归纳总结：酸（或碱）溶于水形成的溶液显酸（或碱）性，是因为酸（或碱）电离出 H＋（或 OH－），导致溶液中 c（H＋）大于（或小于）c（OH－）。

【设计意图】设置三个问题供学生思考，强化学生对水的电离、溶液酸碱性与 c（H＋）、c（OH－）大小关系的认识，并激活“电离模型”。其目的不仅为盐溶液酸碱性分析奠定基础，并为后认知冲突作铺垫。

在完成上述教学任务之后，接着安排如下探究活动：

提出问题：现有一瓶0．1mol／L CH3COONa溶液，请分析与预测：

（1）CH3COONa在水中如何电离？是否产生H＋或OH－？

（2）请预测：CH3COONa溶液显酸性、中性还是碱性？为什么？

实验活动：请在预测基础上，用pH试纸测定该溶液的pH。

【设计意图】要求“分析与预测”的目的在于引导学生应用“电离模型”解释未知溶液酸碱性，为认知冲突埋下伏笔；“实验活动”的目的，则让学生亲自获取感性材料，强烈感知预测和实验结果差异性，从而产生强烈的认知冲突，诱发学生对“电离模型”的不满。

接下来，并不急于分析醋酸钠溶液为何显碱性，而是安排学生反思与动手实验。具体安排如下：

实验活动：请重测CH3COONa溶液的pH，并用同样方法测0．1mol／L NH4Cl溶液的pH。将结果填入表中。

所测溶液 0.1mol/L CH3COONa溶液 0.1mol/L NH4Cl溶液溶液的pH

【设计意图】反思的目的，在于确认自己的分析与pH检测无误；实验活动的目的，不仅确认醋酸钠溶液pH确实显碱性并获取更多的事实证据，同时得出盐溶液可呈碱性、也可以呈酸性的事实，从而进一步认识到“电离模型”的局限，激发建构新思维的驱动力。

前面的教学活动，为“概念转变”提供了前提条件。接下来的教学，便是要引导学生探究，以期建立“水解模型”。教学安排如下：

提出问题：1．请结合醋酸钠溶液显碱性的实验事实，思考并讨论下述问题：（1）该溶液体系存在哪些电离？是否可逆？电离出哪些微粒？（2）溶液中H＋、OH－均来自水的电离，对于纯水电离而言，c（H＋）应等于 c（OH－）。为何该溶液中 c（H＋）小于 c（OH－）？ 是不是体系中哪些微粒结合了水电离产生的H＋？请结合溶液中的微粒加以分析。

2．按前述醋酸钠溶液显碱性的分析思路，探讨NH4Cl溶液显酸性的原因。

3．和同学交流讨论，并用自己话语归纳总结盐溶液显酸性或碱性的原因。

【设计意图】引导学生从同时考虑醋酸钠和水的电离、电离是否可逆、电离产生的微粒出发，并从系统中微粒相互作用的视角分析醋酸钠溶液中 c（H＋）、c（OH－）变化的原因。之后，遵循这样的思路，分析讨论NH4Cl溶液显酸性的原因。经历这样的探究活动，学生将初步建起了盐溶液酸碱性分析的基本思路，初步形成盐类水解的概念，初步建立起体系中微粒间的相互作用、水的电离平衡及移动、盐溶液的酸碱性等整体性认识。这样的学习，解决了“新概念的可理解性”、“新概念的合理性”问题，从而有利于概念转变。

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学生虽然建立起对“盐类的水解”概念及“水解模型”的初步认识，但还需进一步检验。因此，接下来的教学，要让学生从理论与实践两个层面去论证“水解模型”的合理性。教学过程如下：

问题讨论：1．为何盐溶液体系中的盐电离出来的金属离子或酸根离子会与水电离出来的OH－或H＋结合？你将如何证明？2．根据你的分析，预测Na2CO3及Al2（SO4）3溶液酸碱性，并从微观视角加以分析。

实验活动：1．设计实验并验证“盐溶液体系中的盐电离出来的金属离子或酸根离子会与水电离出来的OH－或H＋结合形成弱电解质；2．用pH试纸测定 0．1mol／L Na2CO3、Al2（SO4）3及 KNO3溶液的 pH，并将实验结果与预测相对比。

【设计意图】本阶段教学任务的功能如下：一是寄希望于学生能从弱电解质电离平衡的角度，认识到溶液体系中若同时存在弱碱的金属离子与OH－、弱酸的酸根离子与H＋时，将结合为弱电解质分子并建立起平衡，再用实验来证实；二是应用“水解模型”去预测未知盐溶液的酸碱性，并通过实验来证实。最终，让学生从理论和实践层面证实“水解模型”合理性，同时体验“新概念的有效性”。

到此为止，学生将体验到“电离模型”不合理性，体验到“水解模型”的可接受性、合理性及有效性，从而较好地达成 “概念转变”——即判断溶液酸碱性从“电离模型”转向“水解模型”。但是，教学并不能到此为止，还需继续安排相关的学习活动。

提出问题：现有一瓶 0．1mol／L 的 NaCl、KNO3溶液，请预测这两种溶液的pH，并从微观视角加以分析。

实验活动：请用pH试纸检测上述两种溶液的pH。

交流讨论：（1）你的预测结果与实验结果是否一致？（2）若不一致，请分析其可能原因；（3）结合前面六种盐溶液酸碱性及微观视角的分析，总结分析盐溶液的思路。

【设计意图】本阶段活动的安排，旨在让学生认识到盐溶液还可能显中性。这是其一；第二，通过提供盐类水解的“反例”（即有些盐并不水解），进一步深化对“水解模型”的认识（此类盐不水解，照样可以用“水解模型”解释——因为此类盐电离时既不产生弱酸根离子，也不产生弱碱的金属阳离子，将不会结合水电离出来的H＋、OH－而不破坏水的电离平衡，故其溶液显中性）。至此，学生借助“水解模型”全面解释了各类盐（能水解的盐、不能水解的盐）溶液的酸碱性，深刻认识到“水解模型”的合理性和有效性，将牢固建立分析溶液酸碱性的新模型。

最后，安排如下活动，帮助学生总结溶液酸碱性判断两类模型（“电离模型”和“水解模型”）的适用对象与分析思路，达成本课的学习目标。

提出问题：现有稀盐酸、氢氧化钠溶液、硫酸钠溶液、氯化铁溶液及硅酸钠溶液。

（1）哪些溶液显酸性？哪些溶液显中性？哪些溶液显碱性？

（2）以上述显酸性溶液为例，从微观角度分析它们显酸性的原因。

（3）结合问题（2），总结可从哪些角度分析溶液的酸碱性？

（4）结合（3）的分析，在分析电解质溶液酸碱性时，哪些溶液只需考虑电解质的电离？哪些溶液需要同时考虑电解质和水的电离？

建立在学习已有经验基础上进行 “概念转变”的教学，从而帮助学生正确理解并掌握科学概念，是目前学习心理学研究的一个重要课题。前面以“盐类的水解”（第一课时）为例，阐述如何开展基于“概念转变”的教学设计，以期促进学生对“盐类的水解”概念和本质的理解与把握，从而实现化学教育提升学生化学科学素养的目标。

［1］ 蔡铁权等．概念转变的科学教学［M］．北京：教育科学出版社，2009

［2］ 毕华林等．化学教学设计—任务、策略与实践［M］．北京：北京师范大学出版社，2013