APP下载

基于模型认知的教学实践

2021-11-20严西平

化学教与学 2021年4期
关键词:模型认知

严西平

摘要:基于模型认知的教学理念,创设了数形结合的图像模型的教学方法,结合模型认知水平设计了初中化学溶液组成讨论与计算教学过程。

关键词:模型认知;图像模型;模型认知水平;溶液组成的讨论计算

文章编号:1008-0546(2021)04-0054-04 中图分类号:G632.41 文献标识码:B

doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.014

“化学计算的本质是对化学问题的数学处理过程,即对物质的组成、结构、性质和变化规律的量化过程”[1]。然而,从初中化学教学实践和中考阅卷情况来看,有关溶液组成讨论与计算题的失分相当严重,不少学生只会死记概念、硬套公式,碰到新情景束手无策。究其原因,是缺少对溶液组成形象化的认知(即缺少相应的模型意识和模型表达)、不能深刻理解概念、公式表征的意义,造成对溶液组成认识不透彻、定性分析和定量计算的能力严重不足。

“模型认知”是化学重要的核心素养之一[2],模型包括实物模型和非实物的形式模型两大类,形式模型又包括数学模型、图像模型和语义模型等[3]。按照学习水平又可以划分为层次(如表1 ) [4]。

一、教学设计

依照对2017版高中课标中有关“模型认知”核心素养内容的理解,参照表1的认知水平划分,对照2017版高中课标中有关“教、学、评一体化”的要求,设计了如表2所示的教学进阶:

二、教学过程

1.定性认识溶液图像模型

【引入】常温下某饱和溶液(如蔗糖溶液)的示意图如图1所示,其中“○”代表蔗糖分子,“△”代表水分子。假设有一个隔板能将蔗糖和水完全分开,则图1可以改造为图2:虚拟隔板用虚线表示,称作“饱和线”,两边的面积(Sa和Sb)表征溶质与溶液质量的大小。升温后(不考虑水分的蒸发)蔗糖的溶解度增大,饱和线右移,但蔗糖和水的质量都没有变化,因此图2转形为图3(俗称“凹凸形”):其中Sa'=Sa,Sb'=Sb。

【讨论】当降温时,图3怎样改变?

【结论】图2与图3表征的两种溶液状态就是常见的溶液图像模型,可以借助“饱和线”的移动来体验状态转变过程。

2.定量理解溶液图像模型

【活动】①根据氯化钠溶解度,在图4的烧杯1中画出20cC饱和食盐水的数形结合图像模型,并说出图中各部分的含义;②在图4的烧杯2中画出20℃ 0.9%的生理盐水的数形结合图像模型(溶液很稀,密度可视为1g/mL)

【展示】指导绘制出如下所示的烧杯1和烧杯2的溶液图像,并分别定量描述各烧杯中的溶液组成(略)

【思考】为方便与烧杯1比较,按照0.9:99.1的比例在烧杯2中增加0.01g的氯化钠和0.9g的水,得到相似的烧杯2'(图4),溶液组成仍为0.9%。这说明了什么?同样在烧杯1中同时加3.6g氯化钠和10g水,饱和线会移动吗?

【发现】对比烧杯1与烧杯2,可以发现“平整”和“凹凸”是饱和与不饱和溶液的图像特征,烧杯2的溶液组成可以用“去凸补凹”的途径转换成烧杯1的溶液组成。

【思考】通过数形对应的方式,如何把烧杯2的溶液组成变成跟烧杯1一样呢?哪种方式最简便?

【讨论】①“补凹”:向烧杯2(右面的)中添加36g-0.91g=35.lg的氯化钠;②“去凸”:蒸发掉100g-(100g/36g×0.91g)=97.5g。显然这样的操作既费力费时又难以准确把握蒸发掉的水量,实际上是不可取的!

【思考】如何将用烧杯1的溶液组成变成跟烧杯2一样呢?“补凹”的方法合适吗?

【讨论】①“挖掉氯化钠”实验中不可行;②“添加水”要添加很多,烧杯盛不下。所以应该另辟蹊径:取少量烧杯1的溶液(其中的溶质质量等于0.91g),然后稀釋就能配成烧杯2(右面的)的溶液了。

3.应用溶液图像模型分析溶液组成的变化

【例题1】将40℃的饱和澄清石灰水降温到20℃,溶液组成和状态会发生什么变化呢?如果改为向室温下的饱和澄清石灰水中加入少量氧化钙(不考虑温度变化)又会怎样呢?

【解析1】因为氢氧化钙的溶解度随温度的降低而增大,所以这个过程溶液从饱和变为不饱和,但溶质、溶剂都没有变化。具体分析过程见图5。

【解析1】如果向饱和氢氧化钙溶液中加入氧化钙,氧化钙会跟水反应,造成溶剂减少(用阴影部分表示),进而不能再溶解一部分氢氧化钙(包括反应生成的),析出等比例的溶质(也用阴影部分表示),具体分析见图6。

【例题2】若用10.0%的氢氧化钠溶液16.0g滴加到20.0g盐酸(含2滴酚酞试液)中,混合液刚好由无色变为粉红色时,可认为恰好完全反应。

②原盐酸中溶质的质量分数是多少?

②试列式计算说明将该反应后的溶液转化为20℃时饱和溶液的一种简单方法(计算结果精确到O.1g)。已知:20℃时氯化钠的溶解度为36.0g。

【解析】反应前稀盐酸和氢氧化钠溶液是不饱和溶液,反应后生成的氯化钠溶液也是不饱和的。根据反应方程式和溶液质量守恒的原理,算出此溶液的组成。据此绘制这三个烧杯的模型图像。前面已经讨论过了,将此不饱和的氯化钠溶液变为饱和的最简单的方法就是“补凹”。参照氯化钠饱和溶液的图像模型,可以很方便地设未知量列比例式进行计算,从而得出答案。具体分析见图7所示。

4.建构和精致溶液图像模型

【思考】一般情况下,对大多数的溶液而言,溶液的图像模型有几种?它们是如何进行转换的?请同学们结合本节课所学内容,分小组讨论并总结绘制。

【归纳】(学生板演)有两种:饱和溶液(“平整”形)和不饱和溶液(“凹凸”形)。当饱和溶液升温或不饱和溶液降温时它们可以相互转换,或者说升温时饱和线右移,“平整”变“凹凸”;反之则是“凹凸”变“平整”。

【追问】如果飽和溶液蒸发溶剂时或者向饱和溶液中等比例增加溶质溶剂呢?

【回答】(学生板演)第一种情况饱和溶液图像会被平齐地“切去”一块,但饱和线不移动;第二种情况饱和溶液图像会被平齐地“增加”一块,饱和线仍不移动。

【小结】(师带生)建构一般情况下的溶液模型可以用图8来表示。

【启发]图7是不是包括了所有变化的情形呢?饱和溶液降温时适用吗?

【讨论】(学生分组)不行,降温只会析出晶体,溶剂的量不变,模型必须调整或重构。

【创新】以40℃ 163.9g饱和硝酸钾溶液降温到20℃时的情况为例,绘制这一变化过程的溶液图像模型。

【引导】饱和线要左移,势必将溶质像“挤牙膏”似的挤出一部分(就是析出的硝酸钾晶体,用阴影部分表示),水量不变,虽然变化后的图像看上去与原来的相似,但是因为饱和线发生的位移,所以图像性质已经发生改变。反之,降温后再升温,图像又会变回原样。详见图9。

三、教学反思

数形结合的溶液图像模型的创设填补了长期以来的一个教学空白,也可以看作是多了一种教学模式或方法。该模型的最大优势就是把学生从繁重的纯数据计算中解脱出来,减少了学生对化学计算的恐惧感,激发了学生学习计算类型课的兴趣。同时还可以借助模型认知,发展学生的空间观念,培养学生初步的逻辑思维能力。

“模型认知”虽然是高中课标中提出的,但是初中化学教师应该认真学习、积极实践,这既能有效地提升教师素养,又能身体力行地推动学科核心素养早日在初中化学教学中落地生根、开花结果。

参考文献

[1]杨玉琴.化学计算的学科本质及教学[J].北学教学,2013(10):6-9

[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版)[S].人民教育出版社,2018:4

[2]陆军.化学教学中引领学生模型认知的思考与探索[J].化学教学,2017(9):19-23

[4]左頔.“高中化学教学基本要求”中“模型认知”的分析与启示[D].上海:上海师范大学,2018:18-19

*本文系2020年新疆维吾尔自治区小课题“基于核心素养的化学智慧课堂教学模式研究”(课题编号2011011)研究成果。.

猜你喜欢

模型认知
基于模型认知培养学生在二轮复习课中的思维能力
基于“模型认知”的化学教学策略
基于模型认知的高三化学教学实践研究
高中化学学科核心素养“证据推理与模型认知”的培养
例谈质子守恒的模型认知与教学价值
模型认知在有机推断问题解决中的应用
化学教学中引领学生模型认知的思考与探索
电解水微观过程示意图在初中化学教学中培养学生“模型认知”素养的妙用
化学核心素养之“模型认知”能力的测评研究