巧设情境 图促认知 宏微结合 发展素养

韦骁珉　韩玮玮

[摘   要]基于非洲猪瘟背景，创设养殖户使用硫酸铜不当导致猪中毒的教学情境，引导学生从离子反应的角度寻找合适的洗胃试剂。通过运用水溶液三维认知模型图以及多重表征手段，促进学生深化理解离子反应的本质及复分解型离子反应发生的条件。整个教学过程注重分析微观过程，力求发展学生化学学科核心素养。

[关键词]“SEST”真实情境;离子反应;核心素养;水溶液三维认知模型图

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）02-0059-03

一、借“SEST”真实情境助学生“由境生情”

《普通高中化学课程标准（2017年版）》要求教师实施以“化学学科核心素养”为本的教学，提倡在真实情景中创设问题，明确提出了“通过实验事实认识离子反应及其发生条件”这一教学目标[1]。沈旭东对近三十年有关化学情境教学的研究文献进行统计分析后得出，现阶段的情境教学特点为“由境生情，人在境内”[2]。为了更好地发展学生的化学核心素养，教师应了解知识、情境、素养三者的关系：化学学科核心素养是以化学学科知识作为载体的，情境则是支撑学生实现认知迁移的重要保障。而要想实现三者的有效融合，情境应从“SEST”类真实素材中选取[3]。一堂好课中，应该有真实的情境所包裹的基础知识，并伴随着情境提出问题，让学生在研究问题的过程中建立科学的态度、方法与社会责任，以及在探究活動中锻炼关键能力[2]。

离子反应是高中化学的核心概念，是微粒观、变化观形成的重要载体，更是学生学习选修4《化学反应原理》中盐类水解平衡、沉淀溶解平衡及电化学等知识的基础。本文基于“SEST”真实情境设计《离子反应》教学过程，选用的真实情境内容为非洲猪瘟造成了猪大量死亡，猪价上涨，养殖户为了提高肉猪产量，过量使用硫酸铜作为饲料添加剂反而导致猪死亡。在这样的情境中，引导学生思考如何选择合适的洗胃试剂。因为该情境是真实发生的，且学生对猪价格飙升有切身体会，因此问题一抛出立即激发了学生的求知欲，课堂气氛活跃。有关离子反应的很多文献中都提到了类似鸡中毒、猪中毒事件，但此时将情境更新为非洲猪瘟背景下发生的事件，学生的参与感更为强烈，更能“由境生情”。

二、利用水溶液三维认知模型突破离子反应的本质及方程式的书写难点

离子反应的本质就是离子浓度的变化，在分析离子浓度的变化和离子方程式的书写这一难点时，本文应用了宏观实验与微观模型分析相结合的方法。学生在寻找合适的洗胃试剂时，提到了用氯化钡与硫酸铜反应，教师顺势安排学生完成实验，并提出问题让学生思考：铜离子与氯离子是否参加反应？学生在教师的引导下提取反应后的上层清液，加入硝酸银与稀硝酸进行检验，最后借助宏观实验现象“有白色沉淀且溶液颜色还是蓝色”得出了氯化钡与硫酸铜反应中，真正参加反应的离子为钡离子与硫酸根离子。很多教师至此便开始要求学生书写离子方程式，并沿用“写、改、删、查”的方法指导学生完成离子方程式的书写，这样并没有将离子反应的教学意义体现出来。离子反应是学生初步建立微粒观的起点，学生经过离子反应的学习应该能从微观的角度分析水溶液中离子浓度的变化。为了更好地做到这一点，我们需要构建分析离子反应所需要的模型——水溶液三维认知模型。该模型是在2018年王璐设计的“水溶液认知模型”[4]（如图1）的基础上进行的优化。

在图1的模型中，对宏观、微观以及微粒间的相互作用均能较好地体现出来，能帮助学生从微观的角度思考离子反应的本质。但该模型对于初学者而言不够清晰明了，可再做优化调整。笔者以CuSO4和BaCl2的反应为例设计了如图2所示的优化模型。

优化改进后的模型，清晰地将“宏—微—符”三重表征融于一体，且各坐标指代较为清晰，学生容易模仿使用。在该反应中宏观物质为氯化钡和硫酸铜，因此在标注第一个横坐标项时先引导学生从电解质的角度思考二者在水溶液中的存在形式与数量。接着根据宏观实验结果，学生知道是钡离子和硫酸根反应，并在图表上用短线相连，得出第二个横坐标项——作用结果。经过这样的表达可以帮助学生清晰地认识到反应后溶液中钡离子和硫酸根的浓度在减小，而铜离子与氯离子的浓度没有发生变化，再根据离子反应方程式的定义“用实际参加反应的离子的符号表示离子反应的式子”，轻松帮助学生突破了符号表征——离子方程式的书写这一难点。使用该模型对于“与量有关的离子反应”的方程式的书写也有很大的帮助。例如，1 mol Ba（OH）2和1 mol H2SO4的离子反应方程式的书写一直是学生初学时难以理解并频频出错的内容。该知识要求学生在理解离子反应本质的基础上从量的角度思考反应前后各组分离子的存在形式。很多学生容易把离子反应方程式写成：Ba2++SO42-+H++OH-=BaSO4+H2O 。而应用了该模型（如图3）后，学生注意到第一个横坐标项上要求表达的除了种类以外还有各离子的数量。学生通过书写后很容易理解1 mol Ba2+、1 mol SO42-与2 mol H+、2 mol OH-是同时反应的，不难得出正确的离子反应方程式。

三、《离子反应》教学过程

1.创设真实问题情境，引入离子反应和离子反应方程式的概念

[引入] 非洲猪瘟造成猪大量死亡，猪价急剧上升，急需提高猪的产量以缓解猪肉的供应压力。适量的Cu2+可刺激动物生长，因此，CuSO4常作为饲料添加剂。然而一些养殖户对添加剂过于迷信，在饲养过程中加入过量的CuSO4导致猪Cu2+中毒。现需要一种化学试剂对猪进行洗胃，请大家从反应原理的角度寻找合适的试剂并写出化学方程式。

[学生] 讨论，分析，找出不同的试剂，如BaCl2、Ba（OH）2、NaOH、Ba（NO3）2等。

设计意图：化学学科核心素养的形成和发展需要在真实的情境中培养，因此以近期的社会热点为背景，激发学生的学习兴趣，渗透社会责任素养的培养。

2.构建水溶液三维认知模型，突破离子反应方程式的书写难点

[学生活动1] 小组合作完成CuSO4（aq）和BaCl2（aq）反应的实验。

[学生] 观察并分析实验现象，思考以下几个问题：（1）溶质在水溶液中以什么形式存在？（2）哪些离子之间发生了相互作用？结果如何？（3）如何用化学用语表征这一过程？

设计意图：选取氯化钡和硫酸铜作为实验材料引导学生开展小组合作实验，借助宏观现象（如沉淀、Cu2+的颜色等）帮助学生认识微观反应的过程——Ba2+与SO42-反应，Cu2+与Cl-没有参加反应。

[教师] 如何从微观的角度分析该过程呢？请同学们完成学案上的“水溶液三维认知模型图”。

[学生] 模仿分析CuSO4和BaCl2的反应过程对CuSO4与NaOH的反应进行分析。

设计意图：指导学生在学案上完成“水溶液三维认知模型图”，这是本节课的亮点和关键设计。“水溶液三维认知模型图”突破原有的以知识为主的呈现方式，引导学生从宏观现象入手，顺利分析微粒变化过程（离子反应方程式），完成了“宏观—微观—符号”三重表征的认识和水溶液三维认知模型的构建。

3.利用多重表征手段，深化理解离子反应中存在的定量关系

[学生活动2]向烧杯中加入2 mL  0.1 mol/L Ba（OH）2，滴加几滴酚酞，逐滴滴入0.1 mol/L H2SO4。观察实验现象并根据现象完成水溶液三维认知模型图。

[学生]记录实验现象：随着硫酸的滴入，溶液逐渐褪色。

离子反应方程式：

①H+ + SO42- + Ba2+ +OH- =BaSO4↓+ H2O

② SO42- + Ba2+ =BaSO4↓，H+ +OH-=H2O

③ 2H+ + SO42- + Ba2+ +2OH- =BaSO4↓+ 2H2O

[思考] 哪一個离子反应方程式更合理呢？

设计意图：在概念深化部分，选取Ba（OH）2和H2SO4这一典型反应进行小组合作实验，并引导学生根据实验现象自主完成水溶液三维认知模型图。学生主要列出了以上三种离子反应方程式。可以看出，学生能判断出哪些离子参与了反应，但是对于量的关系理解不到位。教师抛出问题后让学生各抒己见，最后再引导学生用实验来证明。

[实验验证] 向溶液中逐滴加入稀硫酸，利用电导率传感器和pH传感器跟踪测定反应过程的溶液pH和电导率变化[5]。

[教师] 通过实验可以发现，当电导率数值达到最低点时，反应体系的pH约为7。也就意味着 Ba2+ 、SO42-、OH-、H+之间的反应同时达到终点。再结合水溶液三维认知模型进行分析，每生成1 mol BaSO4 的同时一定会生成2 mol H2O，所以离子方程式③是正确的。

设计意图：利用数字化实验技术，结合水溶液三维认知模型，可以轻易帮助学生理解并判断出三个离子反应方程式中哪一个是正确的，以及同一溶液中多种离子间存在定量关系，加深学生对“书写离子反应方程式必须根据客观事实准确反映这种内在联系”的理解。

4.宏微结合思考离子反应发生的条件及实质

教师通过电导率图像和上阶段的实验，引导学生思考离子反应的实质是离子浓度的减小。根据已有知识，学生认为离子浓度减小的方式为生成沉淀、水和气体。

[教师] 播放《美丽化学》中CaCO3、Na2CO3分别与盐酸反应的高清视频[6]。

[小结] 离子反应的实质及发生条件的思维导图（如图5）。

设计意图：通过电导率图像直观清晰地帮助学生理解离子反应的实质是朝着反应离子浓度减小的方向进行，引导学生结合宏观现象和微观实质总结出复分解型离子反应发生的条件。利用高清视频，真实地呈现出碳酸钙、碳酸钠和盐酸反应的现象，学生清晰地看到气泡是从溶液各处和贝壳表面生成。一方面表明了生成气体是减小离子浓度的一种方式，另一方面让学生直观地感受到碳酸根在两个体系中存在的形式不同，因此书写离子反应方程式时应该按照其真实的存在形式来书写。

5.运用分类思想理解离子反应方程式的意义

[学生活动3] 请将先前提出的处理硫酸铜方案中的试剂进行分类，再将离子反应方程式补充完整，并找出规律。

[思考] 小组讨论后汇报：哪种试剂最合适给猪洗胃呢？

[教师] 资料：猪中毒后先使用0.2%～0.3%的亚铁氰化钾（K4Fe（CN）6）溶液洗胃，然后灌5～8个鸡蛋清，连用2～3天。反应原理为：2Cu2+ + [Fe（CN）6]4- → Cu2[Fe（CN）6]↓。

设计意图：运用分类的思想，将先前方案中的试剂进行分类，学生在书写完离子反应方程式后会发现相同类型的反应离子方程式相同，得出了离子反应的意义，以及以是否有离子参与反应为标准重新对化学反应进行分类。经过本节课的学习，各小组找到了最合适的洗胃试剂。最后，教师给出实际医疗中使用的洗胃试剂，既呼应了本节课的引入，又强化了离子反应知识的应用。

6.从离子反应的角度回顾粗盐提纯，解决实际问题

回顾粗盐提纯的流程，要求学生以离子反应的角度再次理解粗盐提纯过程中各种试剂添加的用量和顺序。

设计意图：利用学生熟悉的粗盐提纯过程，加深学生对离子反应的理解，培养学生的微粒观，同时让学生感受化学知识与生产生活的密切联系。

四、教学反思

《离子反应》一课紧贴社会热点，真实的问题情境贯穿始终。利用水溶液三维认知模型图帮助学生直观、深刻地理解与掌握电解质溶液中“宏、微、符”三者的关系，摒弃了原离子反应方程式书写的“写、改、删、查”的烦冗流程，改为以物质在水溶液中的真实存在形式为出发点，通过建立模型来完成。同时运用分类思想和数字化实验，探究多种离子间反应的定量关系，理解离子反应的本质与意义。

[参考文献]

[1]  中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017 年版） [S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]  沈旭东.从“为情而境”到“由境生情”：化学教学中真实情境创设概论[J].化学教学，2019（7）：25-29.

[3]  沈旭东.论化学课堂教学情境创设的迁移价值[J].现代中小学教育，2011（3）：39-42.

[4]  王璐.基于水溶液认识模型认识离子反应：以“离子反应及其发生的条件”为例[J].中学化学教学参考，2018（20）：23-25.

[5]  王延广.发挥实验教学功能   探求离子方程式意义：“离子反应”教学实录与反思[J].中学化学教学参考，2013（10）：28-30.

[6]  保志明.运用实验体现概念的构建过程：“离子反应”的教学与思考[J].中学化学教学参考，2012（3）：16-17.

（责任编辑 罗   艳）