基于定量思维深度学习“溶液中的离子反应”

林 怡

（福州屏东中学，福建 福州 350003）

化学学科新课程标准提出了五个维度构成学科核心素养，其中“变化观念与平衡思想”“宏观辨析与微观探析”“证据推理与模型认知”贯穿在化学反应原理的教与学过程中。化学反应原理在选修教材中地位突出，教师教学过程重在引导学生认识化学变化所遵循的基本原理。从热化学、电化学到溶液中的离子反应，较多的内容涉及抽象、微观的化学过程，学生学习存在一定的难度。通过定性分析形成结论是较直接的方法，然而这导致学生对微观本质原理无从得知，在陌生情境中对知识的迁移、解决相关问题的综合能力略显薄弱。引导学生形成学科特征的定量思维和探究能力，是对相关知识的深度学习，也是培养“证据推理与模型认知”核心素养的途径之一。本文以探究“溶液中的离子反应”为例，从定量思维角度解析不同现象的本质，让学生对溶液中的平衡观建立新认知，并迁移运用认知解决一系列相关问题，达到对学科知识的深度学习。

一、定量思维在化学学科中的重要性

化学是一门以实验为基础的学科。溶液中离子反应的平衡建立是微观、抽象的。在传统教学设计中教师以实验探究活动为载体，学生通过预测、观察，从实验现象推导结论，获得直观的定性认知。定性分析主要解决“有什么”或者“是什么”等问题，对“为什么”“多或少”却爱莫能助。定性分析是认识物质的基础，定量分析则是对定性分析的深化，它可以借助数学工具，从量化上揭示客体特征。定量分析获得的有效数据是对化学原理和理论最充分的解释，这是无法替代的。为了引导学生探索化学反应的规律及其应用，形成物质变化的科学观念，教师教学中应启发学生观察思考，提出问题，从定性和定量、微观和宏观综合视角共同分析，进行证实或证伪，揭示研究对象的本质和特征。学科特征思维的培养不仅能突破教学难点，帮助学生从现象了解本质原因，也让学生获得必备的定量分析论证能力，提高他们的科学素养。

二、发展定量思维，深度学习学科知识

深度学习是指学习者能够在理解、学习的基础上，批判性地学习新的思想和事实，将它融入原有的认知系统，并将获得的知识迁移应用到新的情境中，决策解决相关问题。［1］纵观近几年高考选择题的热点——电解质溶液的题型，它包含不同溶液酸碱性判断，溶液中各种离子浓度大小比较等知识，这是学生的弱点，也是失分点。学习停留在知识浅层的学生，对具体事实性知识容易遗忘。对于定性分析形成的经验结论，学生更是知其然不知所以然，常不明就里，生搬硬套，学习效果甚微。定量分析是解决实际问题的方法之一，学科特征思维的培养也是能力的培养，是实现对学科知识深度学习的教学手段之一。教师可引领学生在课堂中参与高水平的思维活动，［2］对溶液中的离子反应构成要素，相互关系，建立认知模型，让学生充分体验定量思维在解决实际问题中发挥的重大作用，帮助学生扫清对溶液体系认知的障碍点，建立对溶液中各种平衡常数的新认知，实现对溶液中的离子反应深度学习。

三、基于定量思维深度学习“溶液中的离子反应”案例

为促进学生对学科知识的深度学习，达到融会贯通、灵活应用，提升解决相关问题的能力，张贤金等认为以相关主题为主线,整合、重组、激活教材，可实现教材价值的最大化。［3］笔者在“溶液中的离子反应”专题教学中，基于知识关联的结构化，对教材资源进行整合，以探究不同溶液的酸碱性为主线，引导学生形成定量思维，教会学生运用定量思维解决认知过程中产生的困惑，使学生领悟学科特征思维对实现学科知识深度学习的意义。

（一）思维碰撞，开启定量思维之门——解惑“盐溶液的浓度越小，水解的程度越大”

在“盐类水解”的新授课教学过程中，教师们通常按照教材中的“活动与探究”，让学生通过观察FeCl3溶液稀释10 倍前后pH 数值的变化，依据定性分析，得出“盐溶液的浓度越小，水解的程度越大”结论。教师进一步向学生提出疑问：“若盐溶液浓度越大，平衡仍朝正反应方向移动，水解程度是否还是增大？”学生经过探讨，察觉定性分析无法为新问题提供更多的判断依据。笔者伺机以氯化铵溶液为例，利用数学工具在教学中进行推导、演绎，消除学生疑惑，帮助学生对教材结论形成更深层次的认知。

立足课本实验，提出问题，引发学生思维火花的碰撞。单一的定性实验分析，对宏观现象中的微观解析存在一定的局限性，定量论证弥补了缺憾。教师在学生已建立溶液中平衡观的基础上，启发定量分析思维，让学生意识到解决问题方法的多样性，提高对新知探索的积极性，为后续分析不同溶液中的离子反应，开启探索之门。

（二）深入应用，感受学科特征思维的魅力——预测酸式盐溶液的酸碱性

生活中处处有化学，常用的疏松剂NaHCO3，学生已知其水溶液呈碱性。NaHCO3属于酸式盐，在HCO3ˉ既电离又水解情况下，为何其溶液最终显碱性？如何比较电离与水解程度的大小？显然定性实验无法提供满意的答案。假如学生带着重重疑惑，对结论死记硬背，就违背了教育的真正目的。基于学生已明确酸式盐溶液的酸碱性，取决于电离与水解程度大小的认知，笔者在教学中，从定量思维角度入手，与学生共同分析NaHCO3溶液显碱性的本质原因。

因为Kh＞Ka2，所以NaHCO3溶液中水解程度大于电离程度，溶液显碱性。

定量分析思维的建立，不仅让学生能充分理解教材知识，在实战测试应用中，也提高了对陌生物质的分析能力。

例如，2017 年普通高等学校招生全国统一考试（全国Ⅰ卷）中第13 题：常温下将NaOH 溶液添加到己二酸（H2X）溶液中，混合溶液的pH 与离子浓度变化的关系（如图1）所示。下列叙述错误的是

图1

其中C 选项的判断，有定量分析为基础，学生对结论的应用就得心应手。学生知道c（H+）与c（OH-）大小比较，实质就是比较HX-的电离与水解程度大小，依据结论取决于Ka2与Kh大小，再结合题中其他信息就能做出正确判断，有效地提高答题的正确率。

教学中从生活实例入手，解决知识盲区，让学生感受化学与生活的密切联系，提高深度学习学科知识的兴趣。学生通过自主分析，提高了判断类似NaHSO3等盐溶液酸碱性的能力，也进一步体会到定量思维的重要性，感受到学科特征思维的魅力。

（三）能力提升，形成学科特征定量思维——解析弱酸弱碱盐溶液的酸碱性

溶液中离子反应是复杂的，弱酸的酸根离子水解显碱性，弱碱阳离子水解显酸性，而弱酸弱碱盐溶液的酸碱性又该如何判断呢？实验测定虽能直观的给予定性结论，但学生百思不得其解“为何不同的弱酸弱碱盐溶液［如CH3COONH4、（NH4）2CO3］的测定结论却不同？”教师应交给学生开启现象本质原因的“钥匙”——定量思维分析，让学生自主运用、分析并解决问题。以1mol·L-1CH3COONH4溶液为探究对象，结合表1 中查阅的数据［4］引导学生进行论证。

表1 （CH3COOH、NH3·H2O 的电离常数）

（四）拓展迁移，渗透深度学习——辨析混合液的酸碱性

工业生产中，中和滴定应用广泛。用NaOH 溶液滴定CH3COOH 溶液过程中，会产生CH3COONa 与CH3COOH 的混合溶液。CH3COONa 水解呈碱性，CH3COOH 电离呈酸性，混合溶液最终的酸碱性就取决于它们各自产生的c（H+）和c（OH-）的相对大小。为了在高中教学中不引入过多的概念，减轻学生负担，可用弱酸的电离平衡常数来解决类似问题。以常温下等浓度的醋酸（CH3COOH）和醋酸钠（CH3COONa）混合溶液为例

从单一溶质溶液到混合溶质溶液的探究，教师在教学中要充分挖掘教学素材，进行有效重组，教学的深度应该不局限于教材实例。纵观混合溶液中各种离子浓度大小比较的考查，常以浓度的对数表达和图形方式等结合，对学生的综合能力要求高。不具备定量思维的学生总是束手无策，轻易放弃。为树立学生解决困难的信心，教学中定量思维的培养是必不可少。教师在引领学生发现、解决问题过程中要渗透定量思维的培养，为实现对知识的深度学习做好铺垫。

四、定量思维对促进学科知识深度学习的教学反思

（—）定量思维的形成应循序渐进，要渗透在反应原理不同知识的教与学中

定量思维在化学反应原理知识体系中应用广泛。从热化学、电化学到不同溶液中建立的平衡体系，教师在教学中要不断用“数据来说话”，为定性分析提供有说服力的论证支撑。学科特征定量思维的形成，是教师突破“溶液中的离子反应”难点、疑点的“钥匙”。它让学生对溶液中的平衡观建立了新认知，同时让学生感知到具备学科特征思维远比对知识的掌握更重要。学科特征定量思维的应用不仅能解决“溶液中的离子反应”相关知识问题，对化学反应原理的其他专题知识学习也起到举足轻重的作用。它是学生实现对化学学科知识深度学习的有效途径之一。

（二）定量思维形成过程中，关注学生有效实现化学学科知识的深度学习

学科特征思维是学科的灵魂。教师在教学中应抓住学科特点，以学科知识为载体，将最核心、最本质的思想方法通过精心的教学设计来呈现，使学生从单纯的掌握课本知识浅层学习，过渡到对相关知识在陌生情境中的运用解决。教学中教师应注重以学生为主体，不同层次学生对定量思维的形成，运用解决新情境、新问题的能力不同。问题的设置、范例的选择，需要兼顾到不同层次学生的接受水平，既要体现对基本定性结论的验证，又要有对相关知识迁移、综合应用的展示，让大部分的学生都能参与到课堂学习中，领悟化学知识，体验化学学科定量思维所带来的成就感，达到真正对学科知识的深度学习。