夯实高效化学课堂之根，彰显学科核心素养之魂

王伟峰

摘要：以“水的电离和pH”的教学设计为例，创设真实情境，以DIS实验为载体，通过问题引导、数据分析、归纳总结、拓展迁移等教学策略提高课堂效率，落实化学学科核心素养。

关键词：化学核心素养；高效课堂；教学设计

文章编号：1008-0546（2018）11-0039-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.012

一、问题提出

水的电离和pH知识点分别位于上海科学技术出版社出版的沪教版化学高一下学期第五章第二节和第七章第一节，教材的编写使得知识点零散，缺乏整体性。

华东师范大学钟启泉教授曾指出：落实核心素养，需要“脉络化”与“情景化”的教学 [1]。如何创设合理的情境在教学设计中围绕核心知识将零散的知识点串联起来呈现清晰的思维脉络是落实核心素养的基础。笔者就以“水的电离和pH”教学为例浅析如何夯实高效化学课堂，培养学科核心素养。

二、设计思路

课堂的高效性体现在使教学目标达成的同时采用合理的教学策略调动学生的积极性和主动性来高效地完成学习目标。本节课的教学设计以水的电离平衡为核心知识，以“水的pH和温度的关系”实验为载体，将“溶液酸碱性判断方法”、“水的离子积常数Kw”和“pH的应用”通过创设情境、问题引导、数据分析、归纳总结、拓展迁移等方法引导学生自主学习、积极思考，自主构建知识网络，渗透化学学科核心素养。

三、教学目标

（1）学会书写水的电离方程式；說出水的离子积含义及表达式 [2]。

（2）理解温度、外加酸或碱对水的电离平衡移动的影响。

（3）知道pH的意义及数学表达式，并学会计算简单的强酸强碱溶液的pH。

（4）理解溶液酸碱性的本质及与pH值之间的关系。

（5）学习在宏观、微观、符号三者之间建立联系的化学思维方法。

四、教学过程

1.创设情景，引发深入思考

教师：pH是水溶液的最重要的理化参数之一，化学变化以及生产过程都与pH有关。对于纯水和它的pH你有多少了解呢？

教师：（展示一瓶农夫山泉矿泉水）该水的pH等于多少？

学生：pH等于7；pH略大于7，是弱碱性的水。

教师：几年前，农夫山泉在营销时曾称它的pH为7.3±0.5，是天然的弱碱性水，多喝这种弱碱性水有益于身体健康（见图1）。那么，如何利用pH来判断溶液的酸碱性呢？

学生：pH<7，溶液呈酸性；pH=7，溶液呈中性；pH>7，溶液呈碱性。

教师：农夫山泉瓶身上有这样一个标签，pH值（25℃）7.3±0.5（见图2）。讨论pH时为何要标明温度？水的pH与温度有关吗？

设计意图：生活离不开化学，而化学又源自生活。从最熟悉的矿泉水来引入，既表明要善于关注生活中的细节，又激发学生的好奇心和探究问题的兴趣，引发深层思考，有利于培养学生联系实际、敢于提出质疑的科学态度。

2.巧做实验，求取科学证据

环节一：水的pH和温度的关系

[实验视频]在烧杯中加入约100mL蒸馏水，放在磁力加热搅拌器上加热并不断搅拌，利用温度传感器和pH传感器实时记录水的温度和pH值的变化。实验装置如图3，实验数据如图4。

教师：通过实验数据分析水的pH和温度之间有怎样的关系，并分析原因。

学生：水的pH随温度的升高而减小。pH=-lgc（H+），由此可知，随着温度的升高，水中的c（H+）逐渐增大。

教师：水中的H+从何而来？又为何随着温度的升高而增大呢？

学生：由于水是极弱的电解质，在纯水及任何稀溶液中都存在这样的电离平衡，H2O?H++OH-，水在电离过程中，共价键发生断裂，需要吸收能量，故水的电离是吸热的。温度升高，电离平衡向着吸热方向移动，即向着水的电离方向移动，促进水的电离，所以c（H+）逐渐增大，水的pH逐渐减小。

[过渡]既然pH与温度有关，所以用pH来衡量溶液的酸碱性是不严谨的，应该有一定的限制条件，比如在室温下（25℃）可以用pH与7的相对大小来判断溶液的酸碱性。是否有其他方法判断溶液的酸碱性？

设计意图：通过实验数据的分析，结合已有知识利用化学平衡移动原理找到合理解释数据呈现的科学证据，让学生体会由量变到质变的过程。深刻理解温度对弱电解质的电离平衡产生的影响。

3.宏微分析，建立认知模型

环节二：判断溶液酸碱性的方法

教师：表格中的pH和温度数据是老师从探究纯水的pH与温度关系的实验中摘录的，请同学们通过小组合作讨论完成这张表格（见表1）。

学生：根据水的电离方程式，水电离出的H+和OH-是等量的，所以水中的c（OH-）与c（H+）相等。并且水在任何温度下都是中性的。

教师：基于表格数据的分析，可以通过怎样的关系来判断溶液的酸碱性？

学生：当溶液中c（H+）=c（OH-）时，溶液呈中性；当溶液中c（H+）>c（OH-）时，溶液呈酸性；当溶液中c（H+）

教师：溶液中c（H+）和c（OH-）的相对大小是溶液酸碱性的本质，在任何条件下，只要能判断出c（H+）和c（OH-）的相对大小，就可以知道溶液的酸碱性。

设计意图：通过小组讨论协作的方式，牢牢结合纯水的pH与温度的实验和水的电离方程式展开计算，从数据分析到总结规律，建立起“宏观-微观-符号”三重表征的思维方式。

4.总结归纳，寻找客观规律

环节三：水的离子积常数Kw

教师：除了温度，影响水的电离平衡移动的因素还有哪些？

学生：增大c（H+）或者c（OH-）都能使水的电离平衡向左移动，抑制水的电离，使水电离出的H+和OH-的数目均减小。

教师：加酸或者加碱都能抑制水的电离。在酸或碱的溶液中，c（H+）和c（OH-）大小关系又是怎样的呢？请填写下表并归纳总结规律（见表2）。

学生：温度相同的不同溶液中，c（H+）和c（OH-）的乘积是一个定值，并且因为水的电离是吸热的，随着温度的升高，电离平衡向右移动，导致溶液中c（H+）和c（OH-）增大，则两者的乘积也变大，该定值变大。

教师：一定温度下，水的离子积常数Kw=c（H+）×c（OH-），只与温度有关，随温度升高而增大，适用于纯水和所有稀的水溶液。并且在25℃时，Kw=1×10-14。

[课堂练习]25℃时，水的离子积常数Kw=1×10-14在pH=2的HCl溶液中，溶液中的c（H+）和c（OH-）分别为多少？水电离出的c（H+）为多少？

设计意图：以水的电离平衡移动影响因素作为切入点，利用表格数据分析纯水及酸或碱溶液中c（H+）和c（OH-）的关系，归纳总结出离子积常数及其与温度的变化关系，提升学生的概念提炼能力。

5.联系生活，提升科学内涵

環节四：pH的意义和应用

教师：人体血液的pH稳定在7.4±0.05之间是因为血液中的碳酸也存在类似水的平衡：H++HCO3-?H2CO3?H2O+CO2。血液中的pH是如何稳定的呢？

学生：人体血液pH的稳定也要靠人体内化学平衡的移动来保持。

（1）当产生的H2CO3过多，即由肺部通过加深呼吸排出______气体，碳酸的平衡向___移动，减少的____由肾脏调节补充，使血液中HCO3-和H2CO3维持正常比例（物质的量之比为20 ∶ 1时，维持血液的pH为7.4），其pH保持稳定。

（2）当有碱性物质进入血液时，就跟H+作用使得血液中的c（H+）_______（选填“增大”或“减小”），碳酸的平衡向_____移动，所产生过多的HCO3-由肾脏调节吸收，同时肺部呼吸变浅减少CO2的排出，使血液的pH仍保持稳定 [3]。

教师：自然界中也存在碳酸的平衡，请计算此时正常雨水的pH。

[拓展提高]已知25℃时，c（H2CO3）=2×10-8mol/L，碳酸的电离平衡常数Ka1==2.5×10-4，计算此时正常雨水的pH。

[尾语]农夫山泉弱碱性的水是否真的像所说的那样有利于人体健康吗？

设计意图：化学学科的学习不但要求掌握理论知识，更要具有理论联系实际的观念，能够将化学成果应用于生产和生活中，了解化学对人类健康、生态环境、社会可持续发展带来的影响。

五、教学反思

1.清晰的教学逻辑与关键的核心问题驱动是提高课堂效率的保证

本节课以农夫山泉矿泉水的pH和温度之间的联系引出问题，所有的实验数据分析和问题讨论以及学生活动等都紧紧围绕水的电离方程式展开，形成了清晰明朗的化学思维逻辑教学主线，给学生带来了全新的学习体验。教材作为学生学习知识的素材和重要工具，对教材的结构和脉络有清晰的认识、设计有效提问和逐层深入的任务是保证教师课堂效率的前提。

2.有效的学生活动与平等的师生对话是彰显课堂活力的重要支撑

通过实验视频、实验数据、图表分析、小组讨论等丰富的学生活动，激发学生的自主探究意识和主观能动性，在教师引导下营造出师生平等、生生平等的和谐课堂氛围，让学生敢于提出质疑和新的看法，真正把课堂还给学生。教师和学生在相互激发下消除困惑、解决疑问、满足需要的过程 [4]，也是师生教学相长的过程。

3.真实的情境创设与科学的证据推理是凸显核心素养的重要策略

现代生活与化学紧密相连，不可分割。无论是“矿泉水”、“纯水”还是“雨水”，水的话题贯穿本课始终，良好情境的创设激发起学生的好奇心和学习兴趣，为实现课堂的高效性提供帮助。对于水的研究层层递进，从宏观辨识到微观探析再到符号表征，科学的实验探究和证据推理是化学学科核心素养的充分体现。

参考文献

[1] 陈永平.走向化学高效课堂[M].上海：上海教育出版社，2017

[2] 上海市教育委员会教学研究室.上海市高中化学学科教学基本要求[M].上海：华东师范大学出版社，2017

[3] 上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会.高级中学课本化学高中一年级第二学期[M].上海：上海科学技术出版社，2007：52

[4] 杨敏文.让学生“动”起来 让课堂“活”起来——“水的电离和溶液的pH值”的教学设计[J].卫生职业教育，2003（11）