建构基本观念 丰富学生的科学素养

李文良+张丽芳

[摘 要]

对沪教版“中和反应”课题设计的背景、课程标准、教材和学情进行科学分析，以“微粒观、计量观、实验观”等化学基本观念为统领，倡导从具体性知识传授到核心观念建构的教学研究。

[关键词]

化学观念；建构；中和反应；手持技术

一、教学设计的背景分析

新一轮基础教育课程改革对“学科基本观念”给予充分的重视，强调培养学生持久性影响的化学观念。宋心琦教授认为：“学生能否牢固地、准确地、哪怕只是定性地建立起基本的化学观念，应当是中学化学教学的第一目标。”因此，较之以往的传统教学，中学化学教学不能局限于具体化学知识本身，应从传授事实、掌握知识转变为应用事实、发展观念，即要从“知识为本”的教学转向“观念建构”的教学，学生从中亲身体验化学知识的发现过程和应用价值，感悟化学知识蕴含的思想、观念和方法，从而实现科学素养的全面提高。

“中和反应”是沪教版九年级化学下册第七章“应用广泛的酸、碱、盐”之第二节“常见的酸和碱”中课题3的内容。中和反应是个宏观的概念，反应的实质是酸和碱电离出的微观离子之间的反应，教学过程中需要透过宏观的性质和现象来分析微观本质，从而形成有关化学观念。本课题教学主要运用微粒观、分类观、变化观、计量观和化学价值观等观念确定教学设计的思路。

二、教材和学情分析

（一）教材分析

本课题的教材编写是从实验入手介绍中和反应，中和反应既是对酸和碱的化学性质的延续和深化，同时引出了另一类化合物——盐，对后续盐和化肥的学习起承上启下的作用。关于中和反应的应用，教材从酸碱性的角度说明了它在实际中的价值。教材安排的活动与探究，主要是让学生通过亲身体验，增强对教学内容的认识。所以本教材没有简单地将它作为酸碱的性质来介绍，而是专门编成一个课题来说明，这样既顺应了学生深入学习的需要，又体现了中和反应的重要性：一方面为高中中和滴定的学习起到衔接作用；另一方面让学生了解和感受化学与生产、生活的紧密结合，为学生进入社会储备必要的化学知识。

促进观念建构的教学要有引领教学的观念目标，为学生的思维活动指明方向。本课题涵盖了“中和反应”基础知识的观念主要有实验观、微粒观和计量观。具体来说，就是学生能从定性和定量的角度探究酸与碱的反应，能从微粒的角度分析中和反应的实质，能从转化的角度理解化学学科对人类的贡献，从而感受化学学科的价值。

（二）学情分析

在知识承接上，学生已经初步认识酸碱指示剂、酸和碱的主要性质；在能力方面，学生具备初步的实验操作技能、探究能力以及分析与解决问题的能力，为本课题的实验探究奠定了基础。虽然九年级的学生对实验探究有浓厚的兴趣，但实验探究能力和观察能力不强。同时，中和反应的本质是学生看不见、摸不着的微粒，需要学生具备较高的抽象思维能力。此外，学生习惯于定性认识实验，缺乏定量认识的思维。因此，本课题立足于建构基本观念的目标，按照“最近发展区”理论，将具体知识和核心概念的理解转化为问题，以问题链的形式激发引导，帮助学生逐步形成认识思路和方法，设计有利于学生自主学习的情境，并借助手持技术和多媒体动画形式，学生可以直接观察动态变化的实验过程，在想象中真切体会到微观离子的反应过程，进而从微观、动态、定量的角度让学生在解决问题的过程中学习具体知识，生成与发展化学观念。

三、教学流程

（一）环节1：硫酸灌装车泄漏，引入课题

【视频】高速路上两车追尾，浓硫酸泄漏，浓烟滚滚，情况危急，有关部门紧急调运熟石灰用来抢险。

设计意图：由新闻报道“硫酸灌装车泄漏”引入，给学生制造感官冲击；该情境贴近学生的生活。简短的情境，迅速吸引了学生的注意力，既节约了课堂时间，又能激发学生的求知欲。

（二）环节2：利用酸碱特性分别消失，探究酸和碱能发生反应。

【提出问题1】酸和碱能不能发生反应？

【学生分组实验1】取少量氢氧化钠溶液，滴加盐酸，观察现象

【讨论分析1】现象：没有明显现象；结论：无法判断酸与碱能不能发生反应。

【教师演示实验2】向两份相同质量的氢氧化铜分别加入等体积的水和稀盐酸，引导学生观察现象。

【讨论分析2】现象：氢氧化铜不溶于水，加入盐酸后蓝色沉淀消失；结论：酸碱会发生反应。

设计意图：设置不同的实验感受酸碱反应，形成中和反应的感性认识；不同的现象引发学生的认知冲突，培养学生对比分析能力，激发学生探究未知世界的兴趣，从中建构实验探索未知的实验观，体现“实践出真知”思想。

【提出问题2】如何进一步判断酸和碱是否发生反应呢？

【学生猜想】若没有反应，混合物中既有酸又有碱

【实验方案的设计】引导学生自主设计方案

【学生分组实验3】将上述“实验1”的混合物分成三份于烧杯中，一份证明混合物中是否存在酸，方法：加镁条等；一份证明混合物中是否存在碱，方法：加酚酞等，并与最后一份原溶液进行对照，现象以及结论如表1。

【讨论分析3】通过实验现象，可以由酸和碱的特性消失，从而证明酸和碱发生了反应。

【学生分组实验4】①将实验3变红的试管继续加入稀盐酸，振荡，观察现象。②溶液变为无色后，往试管再加入镁条，观察现象。现象以及结论如表2。

【讨论分析4】本实验再次说明酸与堿不能共存，会发生反应。同时，发现酸与碱会过量，怎样才能使酸碱恰好完全反应？

设计意图：教师引导学生创设出富有启发性的问题情境，启发学生积极思维，激发探究欲望，学生根据已有的经验和知识设计实验方案，亲身经历科学探究的过程，形成根据实验现象得出结论的习惯和能力，充分体现了学生是课堂的主体。期间，主要引导学生建构用已知探索未知实验观，并从酸碱反应初步感受 “对立统一”思想。endprint

【提出问题3】如何通过直观现象，控制酸的用量，控制酸与碱反应的程度呢？

【学生分组实验5】1.在盛有氢氧化钠溶液的烧杯中滴入几滴无色酚酞试液。再用胶头滴管吸取盐酸逐滴加入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中。边滴边搅拌，当烧杯中溶液刚好变成无色时，停止加入盐酸。

2.取“1”所得的少量溶液于一支试管中，另用一支胶头滴管，向试管中加入一滴氢氧化钠溶液，溶液的颜色又发生什么变化？这说明了什么？

3.用玻璃棒蘸取“1”所得的溶液，加热至蒸干，观察到什么现象？

【讨论分析5】1中刚开始溶液显红色，随着盐酸的加入，二者发生反应，溶液刚好变为无色，说明碱与加入的酸刚好反应，碱的特性消失。

2中滴入氢氧化钠溶液时，溶液由无色变为红色；再次说明“1”中的氢氧化钠溶液与所加入盐酸恰好完全反应。

3中有白色固体析出。

设计意图：实验5的内容较多，采用逐步实验逐步引导分析，降低学习难度。整个过程，学生将原有的知识经验作为其新知识的生长点；学会了使用酸碱指示剂判断中和反应的发生，掌握了探究中和反应产物的方法。同时，增强了实验操作技能和观察能力。

（三）环节3：主要引入DIS数字化系统来探究酸和碱发生了怎样的反应。

【提出问题4】酸与碱混合后，溶液的酸碱性如何变化？

【教师演示实验6】采用pH传感器和温度传感器实时监测反应过程中溶液的温度和酸碱性的变化。

【讨论分析6】将盐酸滴入含有酚酞的NaOH溶液，来探究pH变化曲线和温度变化曲线，其中温度、pH以及反应过程中pH和温度曲线的实时结果如图1。

1.探究pH变化曲线

（1）滴入盐酸前，烧杯溶液中的NaOH的pH>7，溶液呈红色。

（2）随着HCl加入，碱与酸反应，碱性逐渐减弱，pH逐渐减小，曲线呈下降趋势。

（3）当pH=7时，酸碱的特性消失，滴入的酸刚好和烧杯中的碱完全反应。

（4）继续滴入盐酸，盐酸会过量，酸性增强，溶液的PH<7，溶液为无色。因此溶液为无色时，存在两种情况。一种是酸碱恰好反应，另一种是酸过量。

2.探究温度变化曲线

（5）随着酸与碱的反应，温度逐渐升高。当温度达到最高时，说明酸碱恰好完全反应。随后，在没有热量放出以及外界和滴入盐酸的冷却下，温度逐渐下降。

【小结】氢氧化钠溶液能与盐酸反应，反应时放热。当滴入的盐酸量较少时，溶液中氢氧化钠有剩余，溶液呈碱性，pH>7；当滴入的盐酸量与氢氧化钠恰好完全反应时，溶液呈中性，pH=7；当滴入的盐酸过量时，溶液中盐酸有剩余，溶液呈酸性，pH<7。

设计意图：手持技术采集实验过程中的温度和pH等数据，数据的变化与实验过程同步；同时，pH 和温度曲线的自动生成呈现于屏幕上，学生对pH和温度变化有更直观的感性认识。通过DIS数字化系统，将中和热以数据和曲线的形式呈现，学生在观察过程中首先看到的是曲线的走向，不一定注意到数值的变化，提出图像的观察分析需定性与定量相结合，学生从中提高图像分析能力。

引入DIS数字化系统，一是可以充分利用数形结合思想，让学生在“做”中体会数据处理的重要意义，完善学生对计量观的建构，培养细致严谨的科学品质；二是使数据的采集与处理变得更加方便，学生利用直观的数据，实现了实验从定性认识到定量认识的实验观转变。

（四）环节4：借助Flash动画，促进学生中和反应概念的形成与升华

【提出问题5】酸和碱为什么会发生反应？发生怎样的反应？

【视频】播放酸碱中和反应原理flash动画

【讨论分析】酸电离出的H+和碱电离出的OH-结合产生了H2O。

反应实质：H++OH-=H2O

反应原理：NaOH+HCl=NaCl+H2O

【分析小結】实验5用玻璃棒蘸取“1”所得的溶液，加热至蒸干，得到的白色固体就是氯化钠。

【练一练】书写化学方程式：

氢氧化钙与盐酸 氢氧化钠与硫酸 氢氧化钙与硫酸

【归纳总结】由金属离子（或铵根离子）和酸根离子构成的一大类化合物称盐。酸和碱作用使各自的特性都消失，生成盐和水的反应称为中和反应。

设计意图：根据以前的电离知识，结合酸碱混合时的动画演示，帮助学生从微粒的角度认识中和反应的实质，实现学生对中和反应从感性认识到理性认识的升华；引导学生转换观察角度，运用宏观与微观结合的学科特征思维看问题，形成“抽象理论形象化”的思想，进而培养“用宏观体会微观”“用微观解释宏观”的科学研究方法，建立正确的化学反应的微粒观。同时，通过化学反应过程中离子的重新组合建构“化学变化过程中元素不变”元素观。最后，通过三个典型的中和反应方程式，增强知识迁移的能力，总结出盐的组成，渗透物质的分类观，为后续盐的学习做好铺垫。

（五）环节5：创设情境，实现知识的迁移与应用

【讨论】浓硫酸泄漏撒熟石灰的原理是什么？

【分析与归纳】投影有关中和反应在实际应用中的图片，总结中和反应的应用：

1.改良酸性土壤；2.处理工业废水；3.用于医药工业；4.用于实际生活

设计意图：前后呼应，激发学生发散思维，应用所学知识解决生产生活中的问题，让学生深刻感受到化学知识与生产生活实际的密切联系，形成“化学来源于生活，服务于生活”理念，感受化学知识的实用价值，形成“化学价值观”观念；从中和反应的实际应用中，有选择性地使用酸碱引导学生树立环保理念，建构“化学与可持续发展”观念，从而巩固学生“性质决定用途”的化学思想。

四、教学反思

本课题的教学设计体现“从生活走进化学、用实验探究化学、从化学走向社会”理念，在教学中以问题链的形式来创设学习情境和探究活动，“通过酸碱特性消失，探究酸碱是否反应”，“通过手持技术，动态探究酸碱反应的过程”、“通过flash动画，探究酸碱反应的本质”，从而引领学生主动探究，积极建构。系列问题的引导与实验的同步进行，不仅关注了学习内容本身，而且关注了学生的自主学习和主动参与；不仅关注了学生认识思路和方法的感悟，而且关注了学生化学观念的形成与发展。更重要的是让学生经历科学理性的思维过程，在分析和解决问题的过程中去反复认识、体验和感悟中和反应，从而促进学生探究能力的培养和科学素养的提升。

[参 考 文 献]

[1]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2]中学化学国家课程标准研制组.义务教育教科书：化学（九年级下册）[M].上海：上海教育出版社，2012.

[3]吴海霞.基于观念建构的化学概念教学[J].中学化学教学参考，2014（1-2）.

[4]陆军.培养学生学科观念的化学课堂教学策略[J].化学教学，2013（5）.endprint