“三线合一”视角下离子反应教学设计

2017-02-06余治瑶高成

中小学教学研究 2016年11期

余治瑶+高成

[摘要]

学生对于离子反应微观过程的理解，容易产生认知障碍，因此采用知识线索、思想线索和方法线索“三线合一”教学思想设计教学，从现象入手，与思维联系，同时以电导率实验为载体，帮助学生建构“微粒观”，形成离子反应的概念，并分析归纳出复分解型离子反应发生条件。

[关键词]

三线合一；离子反应；教学设计

一、“三线合一”内涵及其教学设计的价值

匈牙利的哲学家贝拉·弗格拉希曾经说过：“科学的一方面是方法，另一方面是理论；它是二者的统一，而不是同一”。知识、思想、方法是学科的核心要素，化学学科有自身独特的知识、思想和方法。“三线合一”概括讲，是知识线索、思想线索和方法线索的统一。其中知识是指反映客观事物的属性与联系，就化学学科而言涵盖了化学用语、元素化合物知识、化学概念、化学原理等知识。思想是指对事物本质的、抽象的一种具体的认识概括，化学学科思想则是对化学学科本质、规律以及价值的一种理性认识，从化学事实性知识中提炼出的化学观点，同时“它是多角度、多层次，且与化学知识、化学发展以及化学与技术、社会的关系密切相关”[1]。方法是达到某种目的而采取的途径、手段和操作的总和，在解决化学学科问题过程中形成和运用的规则、方式和手段等。线索则是指存在的逻辑顺序。在化学学科教学中，“三线合一”视角下的教学设计是指在知识线索、思想线索和方法线索统一的视角下，从知识线索的逻辑上去融合学科内容的思想线索以及方法线索进行编制教学预案的过程。“三线合一”视角下的教学设计更有利于揭示知识之间的联系以及价值，引导学生积极思考和进行探究，促进学生的理解能力和思维能力达到更高层次的抽象和概括水平，促进从学科的角度去解决实际应用问题的思想形成。

二、离子反应教材内容及学情分析

本文以“离子反应及其发生条件”为例，从“三线合一”视角下设计教学。“离子反应及其发生条件”选取自人教版高中化学必修一第二章第二节：离子反应，第二课时内容[2]。本节内容主要介绍了电解质在水溶液中的反应，既是对前一课时电解质在水溶液中存在形式的深入，又与选修4《化学反应原理》中的弱电解质在水溶液中的电离平衡是秉承一脉的，这样的内容安排符合学生认知顺序。学生在学习本课前，已经能够区分电解质与非电解质，同时知道电解质在水溶液中能离解成离子，掌握了四大基本反应类型，并且积累了一些化学反应方程式，这些前认知为本课的开展奠定了知识基础。由于离子间的反应涉及到微观过程，学习起来学生容易产生一定的认知障碍，于是将本课的教学难点突破放在了离子反应概念的建立上，根据课程标准对本节内容的要求、知识的难易程度和学生的基础，将教学重点确立为：认识复分解型离子反应发生条件。

三、离子反应教学过程设计

“离子反应及其发生条件”是一节化学概念教学课，“概念是人们对事物本质属性的认识，是逻辑思维最基本的单元”[3]。在学习化学概念时，不仅仅是对具体概念的理解、辨析和学习，更重要的是要建立起对化学概念的深入理解，并将概念当作认识问题和应用的工具。本课以饮用的电解质饮料为题材，接着以“硫酸与氢氧化钡溶液混合”过程中离子浓度变化情况设计探究实验建立离子反应的概念，在区分离子反应和非离子反应时，从实际例子分析归纳出复分解型离子反应的发生条件，再由教材出发引导离子方程式的书写，最后用所学的离子反应知识解决实际的问题这一层层深入的顺序作为知识线索。同时在知识逻辑线索基础中，将学生对混合溶液中离子浓度变化情况的深层次思想线索中的微粒观的形成与设计实验、分析、归纳等方法线索进行有效整合，学生得以对离子反应的认识有“从理论抽象到思维具体”飞跃。

【教学过程】

[板书]离子反应及其发生的条件

[导入新课]

[师]同学们，上课前，老师先问大家一个生活问题，剧烈运动之后，大家喝水吗？

[生]喝。

[师]其实喝水的同时我们还应该适当的补充电解质，这是某市售电解质饮料的离子含量表。

[投影]

[师]补充的电解质到哪儿去了呢？其实呀，他参与到人生命活动中的各种化学反应中去了。

【设计意图】“三线合一”视角下“导入新课”的设计思路：调动学生已有知识，展示生活中运动后补充电解质的做法和市售的电解质饮料，提问补充的电解质都去了哪儿，引起学生探究兴趣，并做出回答：其实它参与到人体生命活动的各种化学反应中；在第一课时学习了电解质的概念，在此引入电解质饮料题材既是对电解质内容进行回顾，引出饮料中含有各种离子的化学学科知识，又将思维转入微观领域，融合了意在激发学生探究水溶液中离子的反应的学习兴趣的方法，将观察到的事实通过思维活动给以概念化的处理。

[举例]下面我们以硫酸、氢氧化钡为例研究它们在水溶液中的反应。

[引导]硫酸、氢氧化钡溶于水分别以怎样的形式存在？

[生]Ba2+、SO42-、H+和OH-

[师]如果将这4种离子混合会有什么现象？哪些成分会发生怎样的变化？让学生设计实验验证自己的猜想？如何验证Ba2+和SO42-结合成BaSO4？如何验证溶液中离子浓度减小？

[生设计方案]这时学生可能会设计出各种实验方案，比如：混合观察是否有白色沉淀生成，加无水硫酸铜检验是否变蓝，加酚酞、石蕊试液检验酸碱性变化，测量混合过程导电性的变化等等。

[师]抓住动态生成的资源，带领学生对各种方案进行评价并修正，最后得出一个完善的实验方案。

[师]同学们，大家猜一猜Ba（OH）2溶液中滴加稀H2SO4溶液离子浓度会发生怎样的变化呢？

[生]学生一般只能才想到离子浓度减小。

[师]下面选用电导率传感器来研究这两种电解质溶液混合过程中发生的反应。电导率的变化可以表征离子浓度的变化情况。（电导率越大，离子浓度越大）

[实验操作]向稀Ba（OH）2溶液中滴加几滴酚酞试液，插入电导率传感器（用于测量稀溶液的导电情况，间接表征离子浓度，电导率越大，离子浓度越大），然后向溶液中滴加稀H2SO4溶液，观察溶液中发生的现象和离子的浓度变化。（为保证充分反应，用磁力搅拌器不断搅拌混合溶液）

[实验图形]

[生，心理过程]进行实验时当学生发现曲线走势和他们预测一致时便自然消除怀疑态度，转变学生的迷思概念，当曲线又开始上升时，产生强烈的认知冲突。

[师]随着硫酸的逐渐加入，离子浓度发生了怎样的变化，为什么？

[生]溶液中的离子浓度减小，因为Ba2+和SO42-结合成BaSO4，H+和OH-结合成H2O。

[师]最低点代表了什么意义？

[生]离子浓度为最小，恰好完全反应。

[师]离子浓度为什么和大家的预测不一样，又开始增大了呢？

[生]硫酸的继续加入又使溶液中的离子浓度增加。

【设计意图】“三线合一”视角下“探索新知—离子反应概念建立（1）”的设计思路：以H2SO4和Ba（OH）2溶液反应为例，引起学生对该反应实验现象、化学反应方程式的回顾，并思考该反应离子浓度如何变化并设计实验方案证明，学生的答案大多是通过导电性实验来判断离子浓度变化。溶液中的具体离子虽然我们看不见，但上节课中学生见过通过导电性实验来获知溶液中有无自由移动的离子，因此重现导电性实验。选用电导率传感器来做，更能体现出滴加稀硫酸时溶液导电能力的动态变化过程。将混合溶液中离子间的反应与微粒观的思维及导电性实验相融合，进而同化理解新概念。这样，能更好地完成课标指出的“通过实验事实认识离子反应及其发生条件”[4]的要求。

[师]非常好，如果把向Ba（OH）2溶液中滴加的不是稀H2SO4溶液，而是稀Na2SO4溶液呢？会有什么现象？离子浓度会发生怎样的变化？

[生]猜想和预测

[实验操作]向稀Ba（OH）2溶液中滴加几滴酚酞试液，插入电导率传感器，然后向溶液中滴加稀Na2SO4溶液，观察溶液中发生的现象和离子的浓度变化。

[实验图形]

[师]曲线有什么区别？

[生]发现离子浓度并未降到几乎为零。

[师]溶液中哪些离子还大量存在？

[生]Na+和OH-。

[师]什么实验现象可以说明OH-仍大量存在？

[生]学生观察到溶液未像前一实验那样褪色，这说明该反应有些离子并没参与反应

[师]通过实验，我们发现Ba（OH）2与H2SO4和Na2SO4的反应，的的确确是离子间的反应。

[师]像这样有离子参加的反应就称为离子反应。我们可以根据有无离子参加将化学反应分为离子反应和非离子反应，于是便增加了一种对化学反应的分类方法。

[师]在这些反应中某些离子浓度都怎样变化？

[生]减小

[师]对，某些反应物离子浓度减小，这就是离子反应的本质。

[板书]二、离子反应及其发生条件

1.离子反应：有离子参加的反应

化学反应[非离子反应离子反应]

本质：某些反应物离子浓度减小

【设计意图】“三线合一”视角下“探索新知—离子反应概念建立（2）”设计思路：为了突破学生理解的复分解反应中所有离子都参与了反应这种思维的局限性，接下来仍用电导率传感器探究Na2SO4和Ba（OH）2混合过程中离子浓度如何变化。通过引导学生对这两组反应中电导率曲线进行比较，看出：稀硫酸和氢氧化钡完全反应时电导率几乎为零，硫酸钠与氢氧化钡完全反应时电导率数值较大。从而可知，稀硫酸和氢氧化钡的反应中所有离子都参加了反应，而硫酸钠与氢氧化钡的反应中只有Ba2+和 SO42-反应了，钠离子和氢氧根离子仍大量存在，至此，学生已初步建构起“微粒观”，认识到溶液中的复分解型离子反应的实质——某些反应物离子浓度改变。逐步地深化概念，能准确对概念下定义，引领学生主动地去思考，形成知识的理解、具体观念的建构，形成“将观察到的事实通过思维活动给以概念化的处理习惯”[5]。

[投影]练习1、将下面的六个反应进行分类，哪些是离子反应，哪些是非离子反应。

① 2H2 + O2 = 2H2O

② CuSO4 + 2NaOH = Cu（OH）2 ↓ + Na2SO4

③ NaOH + HCl = NaCl + H2O

④ 2Cu + O2 [△] 2CuO

⑤ Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 ↑ + H2O

⑥ Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑

[生]②③⑤⑥为离子反应，①④是非离子反应。

[师]很好，下面我们以②③⑤作为研究对象，他们有什么共同特点？

[生]都是复分解反应

[师]对，下面同学们分组进行下列实验，第1组完成实验1，第2组完成实验2，第3组完成实验3。

[实验，投影]

[师]仔细观察表格中复分解反应的例子，试着根据生成物的特征，归纳复分解型离子反应发生的条件。

[生]生成沉淀，生成了水，放出气体

[师]归纳得很好，复分解型离子反应发生的条件就是：生成沉淀，生成气体，生成水（满足一个即可）。

[板书]2、复分解型离子反应发生条件：生成沉淀，生成气体，生成水

【设计意图】“三线合一”视角下“探索新知—离子反应概念应用”的设计思路：通过练习题巩固新知，强化理解，本着“充分利用教材，回归教材”的理念，接下来将②③⑤复分解反应（也是教材中的实验）作为研究对象，学生进行分组实验，教师指导规范实验操作，这些实验都很容易，意在激活学生对实验现象和化学方程式的前认知，归纳复分解型离子反应发生的条件。

[师]在实验1中，CuSO4 与 2NaOH 反应生成 Cu（OH）2 ↓ 和Na2SO4，而实质上却是Cu2+与OH- 反应生成Cu（OH）2 ↓，同时进行副板书，哪个式子更能反映出这个反应的实质？

[生]Cu2+ + 2OH- = Cu（OH）2 ↓

[师]对，像这样用实际参加反应的离子符号表示离子反应的式子就称为离子方程式。

[板书]3、离子方程式：用实际参加反应的离子符号表示离子反应的式子。

[师]如何正确书写离子方程式？练习2、请同学们以CuSO4+2NaOH=Cu（OH）2↓+Na2SO4为例来进行练习。

[生]

[师]我们一起来总结一下书写步骤：

①写出正确的化学方程式

②将易溶、易电离的物质（强酸、强碱、可溶性盐）拆写成离子形式，难溶物质、气体、水等仍用化学式表示；

③删去两边相同的离子

④检查反应前后电荷是否守恒，质量是否守恒。

[投影]练习3、下列溶液间能否发生离子反应，能发生的写出离子方程式。

①氯化钠与硝酸银

②氯化钠与氢氧化钾

③石灰石与稀盐酸

④KOH溶液和HNO3溶液

⑤NaOH溶液和H2SO4溶液

[生]学生在教师指导下完成练习

【设计意图】“三线合一”视角下“探索新知—离子反应的表达”的设计思路：学生思考回答Cu2+与OH-反应生成Cu（OH）2 沉淀，更能反映出CuSO4与NaOH反应的实质，从而引出离子方程式的含义，再尝试写出其离子方程式，然后大家共同总结出离子方程式的书写步骤，学生在老师的指导下完成对离子方程式的书写练习。

[拓展]长期食用菠菜豆腐汤易患结石

菠菜豆腐汤是传统家常菜，以其清淡爽口而受到人们喜爱。现代医学研究却表明，菠菜和豆腐不宜同时食用。菠菜营养丰富，但是菠菜里含较多的草酸（每100克菠菜中约含300毫克草酸）。然而豆腐里含有较多氯化镁、硫酸钙，两者同时食用进入人体内会生成不溶性的草酸钙，不但会造成钙质的流失，还可能慢慢沉积成结石。所以菠菜和豆腐最好不要同时食用。

【设计意图】拓展小结：为了体验化学在生活中的应用，引导学生运用离子反应的知识解释：长期食用菠菜豆腐汤增加患结石机率的原因。

[课后思考]H++OH-=H2O除了能表示习题中KOH与HNO3的反应，还能表示哪些反应呢？

【设计意图】课后思考：对概念的深入分析应用可采取提供各种变式反应，对于更多的书写方面应用，则需要在后续的学习中逐渐去渗透和强化，在书写的同时加深从微观离子角度去分析反应实质的能力。

附：【板书设计】

离子反应（第二课时）

二、离子反应及其发生条件

1.离子反应：有离子参加的反应

化学反应[非离子反应离子反应]

本质：某些反应物离子浓度减小

2.复分解型离子反应发生条件：生成沉淀，生成气体，生成水

3.离子方程式：用实际参加反应的离子符号表示离子反应的式子。

书写步骤：写、拆、删、查