基于微粒观的“电解质的电离”教学设计与实践

叶佩佩

摘要：“电解质的电离”的学习有助于帮助学生从微粒的角度认识物质在不同状态下的存在形式，学会运用微粒的观点解释、分析生产生活中的实际问题，是培养学生“微粒观”的重要途径。以“电解质的电离”教学为例，从建构化学基本观念的角度进行教学分析，结合教学过程、教学反思等方面对基于微粒观的教学实践进行探讨，以更好地突显学科概念本身的价值和意义。

关键词：化学基本观念; 微粒观; 电离; 电解质; 教学设计

文章编号：1005-6629（2020）07-0055-06

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

1  问题背景

电解质的

电离是化学学科中认识溶液中物质存在形态和物质运动的最基本的理论，在高中化学学习中占有重要地位。然而，由于电解质概念本身描述的逻辑性不强（在水溶液中能导电的化合物不一定是电解质）、学生对电解质存在一定的错误概念（电解质在通电的條件下才能被解离），以及教学方式不利于概念建构和理论形成（过分依赖概念定义解析和习题强化训练）等，使得学生平时靠大量的习题训练才能对其所学内容达到模糊的理解，到最后只能对电解质进行简单的判断，无法将电解质与溶液中微粒的存在形式联系起来，在后续有关知识的学习上产生思维障碍，难以真正解决实际问题。

新课程标准提出，“电解质”概念的教学应该重点关注学生对具体知识背后的化学原理、核心概念和科学思想的深刻领悟，帮助学生建立基本的、核心的化学观念[1]。“电解质的电离”的学习有助于学生认识物质在不同条件下微粒存在形式和运动规律，从微观视角认识和考察物质世界，是培养学生“微粒观”的重要载体。以“电解质的电离”教学为例进行探讨，以期实现促进学生“微粒观”建构的教学。

2  以观念建构为本的教学分析

毕华林[2]提出的“观念建构”为本的化学教学设计流程分为五步（见图1）：（1）明确“基本观念”，形成思维导向;（2）将基本观念转化为以具体事实性知识表述的“基本理解”;（3）把基本理解转化为“驱动性问题”;（4）针对问题设计具体的“学习情境和探究活动”;（5）引导学生积极“反思评价”促进观念建构。这种“流程图式”的观念教学模式借鉴了Erickson“观念为本教学”的设计程序和方法，层次清晰、目的明确，具有较强的可操作性，有助于教师更好地引导学生从建构知识到形成观念。

2.1  分析教学内容

“电解质的电离”选自沪科版《化学》高中一年级第二学期第七章第1节。电解质的电离作为化学中重要的理论性知识，涉及（自身）电离、离子化合物、共价化合物等重要的概念。从教材的内容组织上看，本节内容包含“电解质与非电解质”“电离”“强弱电解质”“弱电解质的电离平衡”等课题，发挥了电解质等化学核心概念对电离理论的指导作用，旨在引导学生全方位、多视角地认识物质在水溶液中的变化。本节课在学生初步学习酸、碱、盐的基础上，通过实验探究化合物在水溶液中或熔融状态下是否导电对化合物进行分类，引出电离、电解质与非电解质的概念;再从定量的角度探究电解质溶液导电能力的强弱，对电解质进行分类，引出强电解质与弱电解质的概念，为后面进一步学习离子反应、盐类的水解、电解等奠定基础。

准确完整地建立电解质的概念，掌握基本的电解质电离理论，是构建学生化学学科基本观念和认知方法的基本要求，对学生化学学科认知发展极具促进作用。在系统学习电离理论之前，学生知道物质溶解于水中形成溶液，但物质溶解后在溶液中的微观存在是什么样子，是以分子状态分散在溶剂中还是以其他形式存在？这些问题比较抽象，在学生的头脑中难以自然产生。电解质的电离涉及的是物质在水中或熔融状态下以什么微粒存在的问题，微粒观可以帮助学生从微粒的角度来认识物质在水溶液中或熔融状态下的行为，学会运用微粒的观点来解释、分析实际生活和生产中的溶液（或熔融状态）问题，逐步建立用微粒的观点来分析物质在水溶液或熔融状态下问题的一般程序（见图2）。

2.2  设计教学思路

要落实微粒观的学习目标，教师要反复思考：通过本节课的教学，最终希望学生知道什么，理解什么。而

这种理解（通常被称为“基本理解”）是从事实基础上发展而来的主要原则和概括性原理，侧重于学生的学习过程。教学理解的落实又需要结合具体的知识内容和学习活动，因而在教学活动中需要设计贯穿于整个学习过程且具有关键驱动力的问题（通常被称为“基本问题”），即将基本理解以基本问题的形式表达出来，这些问题可以引导学生在更复杂的水平上进行思维活动，发展对概念的理解。这些基本理解和基本问题，既是课堂教学的重心，同时也是有效开展教学活动的关键。根据所确立的基本理解和基本问题，运用合理的教学策略充分调动学生学习的主动性，形成如下有关学习任务等的教学思路（见表1）。

如表1所示，通过让学生理解上述基本问题的方式来探究“电解质的电离”，将电解质、非电解质、电离、溶解、导电等概念扩大化、显性化。这些基本问题从学生的认识视角出发，为学生认识电解质在不同条件下发生的变化提供不同的认识方式和认识角度，从而建构起属于自己的知识结构和新的观念，这样的知识学习更有迁移的价值。

3  基于“微粒观”的“电解质的电离”教学

教学活动注重联系学生的生活经验，开展小组合作，将科学研究的方法隐含在整节课中。设计两条主线，一明（电解质辨析）一暗（科学研究方法）自然结合，层层递进。

3.1  环节1：创设情境，引出概念

[提出问题]（1） 运动功能性饮料（展示实物）能补充人体所需电解质，电解质是什么呢？

（2） 阅读运动饮料的配料（见图3），成分非常复杂，哪些成分才是电解质？

[提出猜想]从“电解质”的名称上看，你们猜测它可能与什么有关？

[学生]电解质与“电”有关，导电、产生电……

[引导]当生活中遇到新名词无法通过经验来推测的时候，应该怎么办？

[学生]上网搜、百度一下、问老师……

[查阅资料]网络查询结果：电解质的定义。

[引导]你对电解质有哪些新的认识？

[学生]电解质能导电，但不能产生电;电解质是化合物;电解质溶于水可能导电;电解质也可能在熔融状态下导电……

设计意图：用运动饮料的生活情境唤起学生与“电解质”有关的经验，引出本课研究的两个核心问题，引导学生猜想并预测物质可能具有的性质，由此激发学生的问题意识和探究兴趣。从生活中解决问题的经验入手，通过网络查阅相关资料获得“电解质”的概念，分析已经获得的资料，既拉近了学生与陌生科学概念之间的关系，又符合科学探究的一般规律。

3.2  環节2：实验探究，建构概念

[提出问题]如何通过实验判断电解质？

[学生1]将电解质接入到电路中。

[学生2]将电解质溶液和电流表连接到闭合回路中，闭合开关，观察电流表示数是否有变化。

[学生3]将电解质溶液和小灯泡连接到闭合回路中，闭合开关，看小灯泡是否亮。如果不亮，还要做实验观察熔融状态下的电解质是否导电。

[演示实验]课堂展示溶液导电仪的装置实物和导电性实验装置简图（见图4），并作运动饮料的导电性演示实验。

[引导]通过上述实验可以得到什么结论？

[学生1]运动饮料能导电，运动饮料是电解质。

[学生2]电解质是化合物，运动饮料是混合物，运动饮料不是电解质，但是含有电解质成分。

[演示实验]选择运动饮料中的水、葡萄糖、柠檬酸、食盐这几种常见的物质进行导电性演示实验。

[学生1]食盐、柠檬酸溶液能导电，它们是电解质。葡萄糖溶液不能导电，它不是电解质。

[学生2]不能判断葡萄糖是否是电解质，还需要观察熔融状态下葡萄糖是否导电。

[演示实验]葡萄糖熔融状态下的导电性实验。

[结果呈现]类比电解质得出非电解质的定义，并比较电解质和非电解质在物质类型上的共同点。

[总结]电解质与非电解质是对化合物的一种新的分类方法。

设计意图：调动所学的物理学知识设计实验，反复论证实验的可行性。实验中选择研究对象时，没有将所有的物质都进行分析，而是从物质类别和材料易于获取的角度选择了具有代表性的四种物质。学生运用实验探究的科学方法，感受到了不同化合物在水溶液或熔融状态下导电性存在异同的宏观现象，认识概念的内涵与外延，提出非电解质的概念，完善科学的物质分类观。

3.3  环节3：把握内涵，完善概念

[提出问题]电解质在水溶液中或熔融状态下导电的原因是什么？

[回顾]金属导电是因为存在自由移动的电子，电子是一种带电微粒。

[提问]观察氯化钠晶体模型，氯化钠晶体中是否存在带电微粒？为什么氯化钠晶体不能导电？

[学生]氯化钠中存在离子，离子是带电微粒，但是离子被离子键束缚不能自由移动，所以不能导电。

[展示]氯化钠溶于水的微观模拟动画，葡萄糖溶于水的微观模拟动画。

[提问]比较两种溶液中的微粒存在形式，解释为什么氯化钠溶液能导电而葡萄糖溶液不能导电？

[解释]氯化钠溶于水，离子键被破坏，电离出自由移动的钠离子和氯离子，这一过程可用电离方程式来表示。葡萄糖溶于水是以分子形式存在。

[归纳]电解质在一定条件下能导电与自由移动的离子有关。从柠檬酸溶液能导电的现象可以推测柠檬酸溶液中存在自由移动的离子。

[演示实验]氯化钠和柠檬酸在熔融状态下的导电性实验。

[学生]柠檬酸熔融状态下不能导电，可以推测不存在自由移动的离子，不能电离。

氯化钠熔融状态下能导电，可以推测存在自由移动的离子，能电离。

[展示]熔融状态下氯化钠和柠檬酸的微观示意图。

[归纳]电解质是在水溶液或熔融状态下能自身电离的物质。葡萄糖在熔融状态下不能导电，推测葡萄糖在熔融状态不能电离。

[反思评价]实验中纯水能导电吗？水是电解质吗？

[学生1]导电性实验中纯水不能导电，根据定义，水是非电解质。

[学生2]水能电离出自由移动的离子，水应是电解质。

[展示]资料：25℃，纯水电离出的H+的浓度为10-7mol/L。

[提问]水中有自由移动的离子，水为什么不能导电？溶液导电能力的强弱可能与什么有关？

[学生实验]用提供的食盐、水和溶液导电仪，探究影响溶液导电能力强弱的因素（离子数目/离子浓度）。

[总结]梳理“水是电解质，但是弱电解质”的认识思路（见图5）。

设计意图：在获得实验结果的基础上，引导学生借助物质结构模型比较、分析、解释实验宏观现象，借助晶体结构模型和动画展示，认识到不同类型化合物在水溶液或熔融状态下的导电性与其微粒的存在形式有关，使学生对不同状态下微粒的存在形式有了深层次的理解。通过分析电流产生的条件、导电的本质、导电与电离的关系，从概念的名称、内涵、外延及例证四个方面全面认识电解质，帮助学生主动建构概念。在实验探究中发现水并不能导电，按照电解质概念的定义，水属于非电解质，教学中利用这一实验“异常现象”厘清“电离与导电”的关系，揭示电解质的内涵。

3.4  环节4：迁移应用，表达概念

[归纳小结]回顾化合物的分类方法，常见的酸、碱、盐、水均是电解质。

[提问]查阅运动饮料的配料表，判断运动饮料中哪些成分是电解质？

[讲述]电解质与人体健康之间的关系。

[知识应用]补液盐能补充电解质，展示补液盐的成分表，回答以下问题：

（1） 补液盐中哪些成分是电解质？

（2） 补液盐的水溶液中存在哪些微粒？

（3） 用电离方程式表示补液盐溶于水的电离过程。

[小结]结合板书进行小结（见图6），这节课运用科学探究的方法认识了电解质，从导电的宏观现象到电离的微观本质再到电离过程的符号表达，体现了化学科学认识物质性质及变化的特殊思路和方法。

[作业]任意选择一瓶运动饮料，鉴别其成分中的电解质和非电解质。

设计意图：引导学生将电解质和非电解质纳入化合物的分类系统中，运用电解质相关的知识，对运动饮料中电解质成分进行再分析，体现了教学情境的完整性。以补液盐为背景，进行宏观、微观、符号三重表征，实现教、学、评的一体化。通过电离原理在解决实际问题中的应用，帮助学生建立用微粒观认识和考察物质世界的认识方式，体会电解质对人体健康的重要影响，明确学习电解质的意义。

4  教学反思

4.1  创设真实生活情境，激发学生问题意识

新课程标准倡导教师在教学中要重视创设真实且富有价值的问题情境。本课例以培养学生自主提问意识作为教学设计的根本出发点，努力将“知识导向”的课堂教学转变为“问题驱动式”的课堂教学。为了促使学生主动进入分析问题和解决问题的活动中，本课充分挖掘生活中与化学有关的素材，通过“运动饮料能补充电解质吗”的情境引入。情境中的“电解质”作为一个陌生词出现，更容易引发学生的好奇心和发现欲，同时也诱发学生的质疑猜想“什么是电解质”“电解质可能与电有关”。学生可以通过网络查阅相关资料获得“电解质”的概念，并确认电解质与导电的实验现象有关。与简单地仅仅通过对几种物质导电性实验结果的不完全归纳来获得电解质的概念不同，这样的设计更符合科学探究的一般过程，更符合学生在生活中遇到未知事物的处理经验，同时也更能培养学生从各种途径获取信息和分析处理信息的能力，使之能够在解决真实情境中的问题时进行有效迁移。

4.2  注重开展推理活动，提升学生思维水平

带领学生从本源上探究微观世界，经历知识的认识过程，从感性认识上升到理性思维，从宏观认识进入到微观本质，从定性认识深入到定量研究，领悟基本思想和方法。与教材直接呈现“水是电解质”的结论不同，本研究课例巧妙利用“水不导电，水是电解质吗”活动中的生成性问题，将“理论分析水是电解质却不能导电的原因”作为科学探究线索中的“反思评价”环节，引导学生结合已有的经验和相关资料“25℃时，纯水电离出的H+的浓度为10-7mol/L”引发学生的认知冲突。这样的冲突正好可以促进学生深入思考“电离”和“导电”的关系，进而得出判断电解质的本质条件。实际上这也是从物质“能否电离”到“能电离出多少离子”的转变，即从定性分析到定量分析的转变，体现科学研究中的两个视角。对影响物质导电能力强弱因素的分析，学生可以发现其因素并不唯一，这与真实情境中问题的复杂性相同，使得问题具有开放性和挑战性。学生能从多个角度、多个方面进行思考，探究不同因素对导电能力强弱的影响，得出“水是电解质，但水不导电”的真正原因，对如何判断电解质有更深入的认识。通过对水的电离的特征分析，可以为后续研究强、弱电解质奠定知识基础。

4.3  发挥知识功能价值，建构学科基本观念

本节课以通过设计学生小组微型对比实验，给学生创造了动手、动脑、自主探究的机会，让学生在宏观现象对比中形成电解质概念并产生对电解质导电现象本质的求知渴望。结合金属导电、电解质在水溶液或熔融状态下、非电解质在熔融状态下的导电实验（含flash动画模拟），引导学生透过宏观导电现象看微观电解质电离的实质，并厘清电离的迷思概念，感受微粒间的相互作用，进而从微观本质上掌握电解质概念;这种微观可视化的活动设计，既能让学生抓住概念本质，全面、深刻理解概念的内涵和外延，又能引导学生用“化学的眼光”观察世界，用“化学的思维”分析问题，巩固电解质的概念和促进微粒观的形成，进而感受到化学学科的价值。

通过化学学科基本观念的教学，学生不但記住了具体的事实性知识，而且在学会超越事实进行思考时能够领会新旧知识间的联系，能够把理解力迁移到其他情境中。当在今后面对一个陌生的具体物质或物质类别时，能自觉地通过预测性质、资料查阅、实验探究、类比推理等方法，揭示新概念的内涵及与已知概念的相互关系。通过这种方法能够系统地建立对观念深度和复杂性的认识，达到对关键性知识内容的掌握和理解，使知识具有持久价值和迁移价值，获得未来在生活中解决真实问题时所需要的关键能力和必备品格。

参考文献：

[1]房喻， 徐瑞钧等. 普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M]. 北京： 高等教育出版社， 2018：180.

[2]毕华林， 崔素芳. 促进“观念建构”的化学教学设计[J]. 中学化学教学参考， 2011， （8）：3～6.