立足实验情境 发展核心素养——以“难溶电解质的溶解平衡”为例

广东省中山市第二中学(528429) 林增辉

1 教学情境的概述

合理的情境化教学，能有效地调动学生的学习兴趣和积极性，因此，教学情境的创设倍受关注，成为了教学的重要组成部分，但教学情境的引入，在丰富课堂教学的同时，也引发了大家的思考。有学者通过剖析多节化学优质课，从“构成”“功能”和“过程特征”3个维度对教学情境进行分析，指出应围绕教学与评价目标、聚焦学科核心素养等创设教学情境。学者们在课例分析的基础上，指出了教学情境应用中存在的问题，提出了创设教学情境应该遵循的基本原则，使教学情境的创设越来越有针对性和技术性。

《普通高中化学课程标准(2017年版)》明确提出：倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动。课标明确倡导创设教学情境，这既是对教学情境研究的重视，也是对教学情境功能的期许。但值得一提的是，因为课程标准中出现“真实”字样，在日常教学中，很多教师把“真实问题情境”理解为“生活情境”，认为只有生活中的问题，才是“真实情境”，才能培养学生的探究能力，忽视了“开展以化学实验为主的多种探究活动”。笔者认为，生活情境有它的优点，能快速调动学生的生活经验，增强课堂的趣味性。能让学生快速进入课堂的角色；但很多生活情境，看似简单，实则包含了很复杂的内容，学生很难在课堂上用有限的化学知识进行分析，自然也难以达到教学的目的。而实验情境，则能让学生利用观察实验现象、收集实验数据，结合化学理论知识进行推理学习，达到深刻理解化学过程的目的。因此，富有探究价值的化学实验情境，无论是用于学科知识的关联、学科问题的揭示，还是培养学生的高阶思维能力，都能发挥积极的作用。笔者以“难溶电解质的溶解平衡”为例，立足于实验情境展开教学，成效卓著。

2 基于实验情境的教学案例

2.1 基于教学情境视角的文献分析

“难溶电解质的溶解平衡”是一个应用性很强的化学现象，在日常生活和工业生产中很容易找到与之有联系的内容，很多教师的教学设计都呈现了这一特点。教师选择了生活中出现的一些化学现象，筛选出学生比较熟悉的内容，辅以合适的教学问题，设计成富含学科意义的情境，给予了学生们开阔的视野和积极的启发。由于生活情境能让学生快速进入课堂角色，在本节课中，笔者以“纯净水对人体骨质的影响”为情境教学内容。为了让学生能更真切地感受难溶物的溶解平衡现象，笔者创设了一系列的实验情境，在实验情境中探索难溶物的溶解平衡原理。

2.2 教学内容与学情分析

“难溶电解质的溶解平衡”是人教版化学选修4第3章第4节的内容，这一节主要讲授的内容是溶解平衡的概念、平衡移动的影响因素和溶解平衡的应用。在此之前，学生已经学习了离子反应、难溶电解质的概念，也学习了化学平衡、电离平衡和水解平衡等基本理论，因此，本节课的关键在于怎样把“难溶电解质”和“溶解平衡”进行有机融合，落实溶解平衡的基本概念，突破沉淀的生成、溶解和转化等实际的应用问题，建立基于溶度积的定量分析模型。此外，笔者还注意到了一些学生认知的薄弱点，例如对于难溶的物质，学生往往会认为是绝对不溶的，缺乏“相对性”的意识。又如在判断平衡移动的方向时，学生还不善于利用平衡常数进行定量的分析，习惯于简单的定性判断，思维方法不够丰富。这些也将是课堂教学需要解决的基本问题。

2.3 教学目标

(1)通过观察实验现象，应用化学平衡理论理解、描述难溶电解质的溶解平衡现象。

(2)掌握溶度积常数，并能利用浓度商、溶度积常数进行简单地计算。

(3)运用定量计算，理解淀沉生成、溶解和转移的本质，认识沉淀溶解平衡在生活、生产中的作用。

2.4 教学环节设计

2.4.1 环节一：情境引入、宏观辨识

问题讨论：长期喝纯净水，对人的骨骼有什么影响吗？

设计说明：利用生活常识引发疑问，为什么骨骼中难溶性的钙盐会被溶解？

2.4.2 环节二：宏观辨识与微观探析

实验1：向盛有3 mL 0.1 mol/L NaCl溶液的试管(试管①)中滴加5～6滴0.1 mol/L AgNO3溶液。

提问：请问AgCl浊液中是否含有Ag+？

设计说明：氯化钠过量，可以保证Ag+充分反应，在学生的经验认识中，AgCl是不溶的，浊液中没有Ag+。

实验2：从试管①中取1 mL上层澄清溶液于试管②中，分别往两支试管中逐滴加入饱和Na2S溶液(注：如能离心分离效果更好)。

设计说明：试管①②均生成黑色沉淀，说明清液中含有Ag+；试管①中原来的白色淀沉也转变成黑色沉淀。这些现象，有力地冲击学生的经验认知，让学生明白，难溶盐也是能溶解的。

微观探析：AgCl浊液中存在Ag+，符合化学平衡“没有完全反应”的特点，当加入S2-，Ag+与S2-生成Ag2S(s)，而继续加入S2-，白色沉淀逐渐转化为黑色Ag2S(s)，可推断AgCl(s)发生溶解，生成了Ag2S(s)，难溶电解质既存在溶解平衡的现象，也可以发生转化。

2.4.3 环节三：定量推理与模型认知

问题讨论：为什么加入S2-，AgCl(s)会溶解，而Ag2S(s)会生成呢？如何解释呢？

设计说明：创设疑问，为引入溶度积常数作铺垫。

模型建立：①浓度商Qc>Ksp，溶液过饱和，生成沉淀；②浓度商Qc=Ksp，溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态；③浓度商Qc

2.4.4 环节四：应用模型、深化理解

沉淀反应应用一：沉淀的生成

经过近似计算，在常温下，当c(OH-)约为10-11mol/L时，也就是pH约为3时，Fe3+几乎完全沉淀。而当Cu2+完全沉淀时，c(S2-)仅为10-15mol/L的数量级。通过Ksp与Qc的计算，让学生从定量的角度，了解在生活生产中，如何控制条件，达到沉淀离子的目的。

沉淀反应应用二：沉淀的溶解

微观探析碳酸钙溶于盐酸的原理：

设计说明：在学生的认知中，CaCO3与盐酸的反应，只是一个静态的反应方程式，学生并不理解其微观的反应过程。分析反应过程，让学生认识到这是一个包含溶解平衡、弱电解质电离平衡的多平衡体系。

问题迁移：水解呈酸性的NH4Cl能否溶解碱性难溶物Mg(OH)2和Fe(OH)3？

实验3：用小试管取2 mL 0.1 mol/L的MgCl2溶液，滴加5～6滴0.1 mol/L的NaOH溶液，溶液变浑浊。

问题讨论：往上述试管中滴加0.1 mol/L的NH4Cl溶液，沉淀能否溶解？

实验4：往Mg(OH)2悬浊液中滴加0.1 mol/L的NH4Cl溶液，白色浑浊消失。

问题讨论：NH4Cl溶液能否溶解Fe(OH)3沉淀？

实验5：往Fe(OH)3悬浊液中滴加0.1 mol/L的NH4Cl溶液，红褐色沉淀没有溶解。

定量分析：用pH试纸测定0.1 mol/L的NH4Cl溶液的pH约5～6，而在前面已经近似计算过，当pH约等于3时，Fe3+已经几乎沉淀完全，因此，在pH约5～6的区间内，Fe(OH)3沉淀不会溶解。而利用Mg(OH)2的Ksp(1.8×10-11)进行近似计算，当溶液中的c(Mg2+)=0.1 mol/L时，c(OH-)要达到10-5mol/L的数量级才会产生沉淀，即pH要达到9以上，低于9则可促进沉淀的溶解。

设计说明：对于Mg(OH)2和Fe(OH)3这两种弱碱，如果没有利用Ksp进行计算，学生无法体会两者之间的差异，容易产生错误的认识，通过实验探究和定量分析，让学生进一步理解物质性质的一般性和特殊性。

沉淀反应应用三：沉淀的转化

(1)由环节二的实验可知，溶度积小的沉淀可转化为溶度积更小的沉淀。

(2)工业应用。用Na2CO3将锅炉上难溶于酸的CaSO4转化成易溶于酸的CaCO3[Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,Ksp(CaSO4)=9.1×10-6]。

设计说明：将实验室的结论推广应用于工业生产，是化学学科的一大特色，学以致用，能极大程度地激发学生学习化学的兴趣。同时，也可让学生在实践中，不断地检验、推理论证理论模型，使化学理论和实践相互促进。

3 结语

3.1 立足实验教学，发展学科思维

创设实验情境，基于实验现象分析问题，是进行知识论证的有力手段。例如“取AgCl浊液的上层清液与S2-反应”这一实验，有力地冲击了学生的经验认识，也成为了本节课的突破口。因此,通过创设实验情境，并基于实验情境，分析实验的宏观现象，引导学生从微观角度进行推理论证，理解反应的本质，能有效地促进学生化学学科思维的发展。

3.2 整合教学素材，突破重点难点

化学是一门以实验为基础的科学，实验的重要性众所周知，但在开展实验教学时，应明确实验是为教学服务的，而不是教学为实验服务的。实验是探究、推理论证的途径，在必要的时候，可适当增加实验，以提高教学的有效性。在本案例的环节四中，关于沉淀的溶解，笔者设计了氯化铵溶液分别与Mg(OH)2沉淀、Fe(OH)3沉淀反应的实验，在表面上看，两者似乎都可以反应，但实验事实证明，只有Mg(OH)2沉淀能与氯化铵溶液反应。这样的设计不仅能让学生深刻体会物质性质的一般性和特殊性，也能让学生认识到化学实验的重要性。因此，通过实验与分析，能有效地突破本节课的重点和难点。

3.3 发展学科素养，达成教学目标

课堂是发展学生学科核心素养的主阵地，但归根结底是要依靠学科知识进行落实。因此，教师首先必须明确每节课所能承载的素养功能，并有计划地融入教学设计，最大程度地促进教学目标的达成。在本案例中，笔者从宏观、微观、定量和模型四个层次，分别融入了宏观辨识与微观探析、科学探究、证据推理与模型认知等核心素养目标，并以实验情境为载体，促进学生核心素养的发展。