离子的认知教学与反思*

严西平

（苏州市立达中学　江苏 苏州　215003）

离子的认知教学与反思*

严西平

（苏州市立达中学江苏 苏州215003）

由于教材的限制和实验手段的缺乏，离子的教学一直是传统难点之一。借助电导率数字实验和自拍的实验微视频弥补了感性认知的不足，按照认知规律重新设计了教学内容和递进次序，实现了从存在、形成、运动、原子相互转化、表征等视角初步认知离子的目标。

离子；认知教学；数字化实验；反思

一、设计思想

在常见微粒的认知过程中，最难被学生接受的就是离子了。由于沪教版教材将原子核外电子的排布、稳定结构等内容放到了“拓展视野”板块中，所以离子的出现显得特别突兀生硬，除了钠在氯气中燃烧生成氯化钠的实验（P71图3－14）和钠离子和氯离子的形成（P71图3－15）示意图外，仅仅靠几句苍白的课文实施传授式教学效果很差，学生接受起来显得非常被动，有些学生感觉“头脑中好像被硬塞进来一种微粒”，无法唤醒学生的主动性。如何突破这个传统难点呢？2011版课标提出“创设真实而有意义的学习情景”［1］启发笔者，能不能利用离子最显著的特征——带电微粒，通过身边熟悉的物质——食盐水开展认识之旅呢？于是想到了借助电导率数字实验对比分析了蒸馏水和食盐水的差异，使学生能直观地“感觉”离子的存在；借助自拍的食盐晶体不导电微视频以及食盐溶解过程中电导率变化的数字实验，使学生能深切地“感知”到离子的“束缚”与“自由”；借助电解熔融氯化钠的视频，使学生可以进一步“感悟”离子与原子的相互转化的……这些生动的教学情境的创建，构成了教学的主要脉络（明线），与此平行的以问答为主要载体的思维活动（暗线）使学生的“主动建构”得以体现，多维认知、内化提升，课堂成了探究新知的阵地。经过前期准备，笔者在2014年秋季苏州市化学名师发展共同体集体研修活动上开了这节研讨课（包括上海来的教师约100人听课），反响热烈。

二、精选教学片段

片段1：离子的“现身”

图1

图2

在观看6B铅笔（见图1）和食盐水能导电的视频（见图2）后，学生能回答出“铅笔能导电的原因是石墨中有自由移动的电子”，但是面对提问“食盐水导电是不是同样原因呢？”学生沉默了，思维“愤而不悱”。这时笔者用食指伸入烧杯中，取出后笑问：老师有没有被电着？学生顿时“受启而发”，抢答道：导电的微粒肯定不是电子！一定是其他带电的微粒，而且是两种：一种是带正电荷，另一种带负电荷，它们的所带的正负电荷一定相等，溶液呈电中性，否则老师就要被电着了，呵呵…笔者不由得赞赏道：分析得有道理！这样的带电微粒就是我们这节课要认识的新朋友——离子…生动的引入，瞬间就把学生的思维激活了，他们迫切地希望跟着老师走进离子的认识之旅。

片段2：离子浓度的“估测”

简单介绍溶液电导率的测量意义（即示数可以近似理解为单位体积内离子的数目）后，笔者先让学生预测一下蒸馏水的电导率示数（见图3），不少学生认为是“零”，随后笔者将电导率传感器伸入水中，出现示数为“6μS／cm”，大家叹到“原来蒸馏水中并非只有水分子，还有很少量的离子呀”。当笔者再请学生预测一下食盐水中的电导率示数，部分学生怯生生地答到“几十”，最大预测值也不过“几百”，可当看到“22266μS／cm”的示数后，小伙伴们都惊呆了！他们谁也没料到食盐水中居然有这么多的离子！这时他们恍然大悟：食盐水导电的奥秘就是因为这些大量的离子，只有离子浓度达到一定数量时才能导电，怪不得蒸馏水的导电性只能说微弱…定量地说服，把量变引起质变的观点潜移默化地移植到学生的思想中，也引领他们学会用定量的方法学习和研究化学。

图3

片段3：离子运动的“相对论”

在看到笔者制作的微视频 “食盐晶体不能使灯珠变亮”（见图4、5）后，学生又惊诧了：食盐中的钠、氯离子都仿佛“冻住”了，没有定向移动呀。这时笔者在屏幕上投影出“食盐晶体的结构示意图”（见图6），让大家展开讨论，于是乎你一言我一语非常热烈，集中的意见是“钠离子和氯离子紧密排列，彼此静电作用力大，所以不能动弹”。笔者笑问到：你们端坐在一起，就像图中的阴阳离子，可你们会纹丝不动吗？你们是不是也要转动头颈、扭动身体呀。只不过没有打下课铃，否则你们都可以自由运动了。听此言大家都笑了…这种拟人化的比喻一下子就把道理点明了：晶体中离子虽然是“束缚”的，但是也是可以在其位置上“抖动”的。这种“绝对运动”观的树立不能因为食盐晶体不导电而被扼杀！紧接着笔者又提出：食盐水中的离子为什么能“自由”呢？这个下课铃是谁打给它们的呢？大家自然把视点聚焦到水上了：水分子能有这么大的本领吗？比得过电场能量吗？带着这些疑惑，笔者演示了食盐溶于水电导率的变化。当看到如图7所示的曲线流淌出来（注意：开始大约10s没有启动电磁搅拌；第二个跃升是我灵机一动多加了一勺食盐形成的，想更好地表达水分子的作用，当约100s时停止搅拌），大家不由得发出了啧啧惊叹，激动、兴奋、交流。趁势我又请同学们观看外文视频“食盐溶解的微观过程”，我笑问到：你们听懂了吗？一位女生就主动当起了小老师：我虽然没有听懂，但是看懂了。联系图7是不是这样理解：开始食盐沉在烧杯底部，周围接触的水分子不多，所以能把钠离子和氯离子从表面拽出来的数目很少，启动搅拌后水和食盐充分接触，无数个水分子一起行动起来了，它们就像勇士一样冲上去，几乎一下子就把大部分的钠离子和氯离子都包围起来了，这些离子几乎一下子都获得解放，“自由”了…另一位男生站起来继续发言：我觉得水分子很了不起，有了这层水分子包围，阴阳离子再相互结合就难了，所以即使停止搅拌，烧杯中离子数目也不再变化了…听到这样精彩的回答听课老师也不由得频频点头，课堂气氛达到高潮。

片段4：离子的“再认识”

在课堂小结时，观看酸碱盐溶液导电微视频（见图8）、熔融氯化钠导电视频（见图9）以及水合离子的图片（见图10）让同学们展开讨论。

图8

图9

图10

首先，笔者让同学们阅读教材P82－83有关原子团的内容，学生甲很快反应到：硫酸的化学式是H2SO4，由于氢是正一价，硫酸根是负二价，那么稀硫酸中应该有大量的H＋和SO42－；其他同学也很快接着齐答：氢氧化钠溶液中应该有大量的Na＋和OH－，碳酸钠溶液中应该有大量的Na＋和CO32－，笔者趁机发问：像上面这样由原子团形成的离子是不是也是离子家族的成员呢？学生一致同意：教材p71上的离子的定义过于简单了，应该包括原子团离子。这是“再认识”的一个收获——视野拓展了：离子的形态不仅有简单离子，还有复杂离子；其次当看到熔融氯化钠能导电视频时，大家都很兴奋，有的同学迫不及待地说：高温使离子“自由”了！这是“再认识”的另一个收获——理解透彻了：电离既可以在溶解时发生，也可以是熔融状态下实现，虽然初中化学降低了“电离”的要求，甚至不要求掌握这个概念，仅仅要求学生知晓溶解时会产生离子，但是为了更准确地反映电离的实质，笔者还是设计了这个环节，目的是让学生提前感知破坏“离子键”的方式是多样的，思维不能局限于“水合离子”一种形式；再次，当看到图10后不少学生都能回答：水分子中氧原子呈负电性，氢原子显正电性，异性电荷相吸呗。这是“再认识”的又一个收获——想象丰富了：原来水分子并不是真正的电中性，而是有“极性”的，“水合”的根本原因就是静电作用呀，以后学生再想象水中离子的运动形态就不会再是“赤裸”的离子在漫无目的地乱跑，而是被水分子有规则地包围后形成的“水合离子”在自由徜徉……这样的小结让学生思维深刻性、全面性、发展性都有了新的提高。

三、教后反思

经过评课，听课教师反映这节课有以下一些亮点：

一是灵活地组织教学素材，体现了主动性。教材中关于离子的内容分散在第3、6、7章。以往的教学中发现存在的弊端主要是：第6章溶解过程的实质认识不透彻，对于某些化合物在水中分散的微粒认识模糊，比如对于“食盐水中的微粒”，学生不是答作氯化钠分子就是答作氯化钠离子，至于水分子更容易被忽略；第7章中复分解反应的实质、共存离子的理解更是稀里糊涂，学生没有建立溶液中离子的构象，于是演变成教学难点。这些问题的根源就在于第3章初次认识离子时“吃了夹生饭”，对于离子的印象就像“高度近视患者”始终模糊不清，离子的存在形态、带电原因、结合方式和运动规律等诸多要素根本没有掌握。在认真领悟2011版课标精神［2］后执教者能对教材进行“二次开发”，打通3、6、7章，把教材中涉及离子的内容重新编排，按照“存在→形成→运动→转化”顺序有机重组教学素材，是灵动地“用教材教”而不是机械地“教教材”的有益实践。

二是用心地培育学生的化学素养，体现了发展性。比如设计了因素排除法分析食盐水导电原因：石墨电极导电是自由电子贡献，而水中很少量的离子也不是导电的主要原因，只有食盐提供的离子才是根本内因，让学生受到了严谨推理思想的熏陶；比如设置了似是而非的问题（诸如水中无离子吗？有大量离子就一定能导电吗等）让学生发展批判性思维，树立质疑精神；比如通过观察食盐晶体结构示意图和聚焦电导率曲线，让学生构思钠、氯离子的空间排列和运动状况，激发学生想象力。比如虽不提 “电离”、“电解质”、“极性分子”等概念，但是让学生接触离子伊始就建立正确的观念，避免“前学习”中容易出现的“相异构想”，为学生顺利衔接初高中，深入学习这些内容作了有效的铺垫。

三是恰当地运用技术手段和教学策略，体现了服务性。考虑这节课容量大、实验多，执教者提前制作了导电性微视频，节约了时间，促进了学生的思维活动。其中令人印象深刻的是“大块食盐晶体导电性”，以往的教学中教师普遍采用的是把食盐粉末盛放在烧杯中，像测液体导电性那样实验，这里的科学性就值得推敲了：食盐颗粒之间也是有空隙的，不能有效说明紧密排列的离子是否导电？特别值得一提的是 “电导率数字实验”，让以前无法感知的离子“跃入眼前”，化抽象为具体，变神秘为平凡，突破了以往的教学难点，搭建了具象“支架”，学生的认知得以有效建构。还有为加深学生对溶液中离子数目巨大的印象，配合演示使用了“POE”（即预测－观察－解释）策略，让学生先入为主，创设矛盾情景，调动了学生参与实验的积极性，实验教育的功效充分展现。在练习书写离子符号时，执教者有意引入“试错教学”，发现学生对离子所带的电量与电性呈现的错误再逐一纠正，厘清“＋”、“－”原本就是一个单位正负电荷的意思，所以钠离子应该写成“Na＋”而不应画蛇添足为“Na＋1”、硫酸根离子应该是“SO42－”而不是“SO4－2”，“宏微符”三重表征的教学范式应该值得肯定。这些手段和策略的运用，充分反映出执教者“教为学服务”的思想。

［1］［2］中华人民共和国教育部制定．义务教育化学课程标准［S］．北京：北京师范大学出版社，2011：26，40－41

1008-0546（2015）06-0013-03

G632．41

B

10.3969／j．issn．1008－0546．2015．06．005

*中国化学会基础教育规划课题（HJ2014－0014）阶段研究成果