建构认识模型 提升“宏微结合”素养

唐琛 王慧 于少华 孙敏

摘要： 以“离子反应”教学为例，创造真实的实验情境，激发学生的认知冲突，引导学生自主探究实验。从单一电解质溶液到多种电解质溶液，从宏观现象的预测到微观本质的分析，从定性解释到定量分析，层层深入，让学生逐步构建离子反应的认识模型，提升学生“宏微结合”素养，同时实施多样化评价，为开展认识模型建构的课堂教学提供实践参考。

关键词： 宏微结合； 核心素养； 离子反应； 认识模型； 高中教学

文章编号： 10056629（2022）10005005

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 理论依据

高中化学学科核心素养分为宏观辨识与微观探析（简称“宏微结合”）、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任五个维度。为了更好地发展学生的核心素养，《普通高中化学课程标准（2017年版）》（简称“新课标”）在课程基本理念中提出，“知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和規律”［1］。“模型认知”素养除了关注科学模型的建构与应用外，还强调科学思维的过程，要为学生学习化学知识、解决化学问题构建相应的思维框架，即认识模型的构建与应用［2］。此类认识模型主要由研究对象、认识角度、认识方式、化学问题、任务类型等要素构成，具有将化学学习内容从知识关联的结构化提升到认识思路的结构化的重要价值［3］。创设特定的情境，让学生在化学知识的学习和化学问题的解决中，基于核心概念构建认识模型，可促进知识向能力的转化，从而发展化学学科核心素养。

本文以“从具体的知识传授到核心观念的构建，从知识的解析为本到基于学生认识发展为本”为指导思想，围绕离子反应核心概念的建构、理解和应用，形成认识水平的考查指标并在教学过程中进行实时评价，将核心概念转化为认识物质性质的角度和思路。以离子反应认识模型的自主建构为统领，通过从宏观现象的解释到微观本质的分析、为微观分析寻找宏观证据等学习任务，让学生在宏观与微观之间不断切换角度进行思考，从而提升“宏微结合”的化学学科核心素养。

2 主题的确立

“电离和离子反应”是2019年鲁科版高中化学必修一第二章第2节的内容。新课标对本节内容的要求是“认识酸、碱、盐等电解质在水溶液中或熔融状态下能发生电离。通过实验事实认识离子反应及其发生条件。了解常见离子的检验方法”。

本部分内容可以分为3课时。第1课时为离子反应认识模型的初步建构——电解质的电离，以“固体氯化钠溶于水后会发生什么”为驱动问题，引导学生提出猜想、实验验证，建立起宏观物质与微观粒子间的关联，形成认识单一电解质溶液的思路方法，初步形成“宏微结合”的意识；第2课时为离子反应认识模型的建构，以“稀H2SO4和Ba（OH）2溶液混合后会发生什么”为问题情境，引导学生分析探究，进入微观视角认识化学反应，真正从本质上理解离子反应的实质，从而突破学生书写离子方程式的难点，形成多种电解质溶液性质及变化分析的思路方法，自主建构离子反应的认识模型，发展学生“宏微结合”核心素养；第3课时为离子反应认识模型的应用，以“如何用化学沉淀法除去粗盐中的杂质离子”为问题情境，引导学生分析思考，设计实验方案，再实验验证，在真实的实验情境中应用离子反应认识模型解决物质的除杂问题，体现离子反应认识模型的功能价值，进一步提升学生“宏微结合”的核心素养。

建构认识模型是一个动态、复杂的过程，需要以具体的化学知识为基础，在化学问题的解决过程中，逐步形成对认识对象结构化的认识，从而形成相应的思维框架。本部分第1课时形成认识单一电解质溶液的思路方法，初步建构离子反应的认识模型；第2课时形成认识多种电解质溶液的思路方法，真正建构离子反应的认识模型；第3课时实际应用离子反应的认识模型，完成对陌生情境复杂问题的解决。三课时有序推进，有利于学生逐步建构和应用离子反应认识模型。本文具体以第2课时建构离子反应的认识模型为例，从教学目标、评价思路、实践过程以及教学反思等方面进行详细阐述，为建构认识模型的课堂教学提供实践参考。

3 教学目标与评价思路

3.1 教学目标

（1） 通过对Ba（OH）2溶液和稀H2SO4溶液的再次认识，巩固认识单一电解质溶液的思路方法。

（2） 通过Ba（OH）2溶液和稀H2SO4溶液的实验探究，形成认识多种电解质溶液的思路方法，建立离子反应的认识模型。

（3） 通过分析描述NaOH溶液滴加到CuCl2溶液中的微粒变化，初步应用离子反应的认识模型。

3.2 评价目标

（1） 通过学生对Ba（OH）2溶液和稀H2SO4溶液的再次认识，诊断并发展学生从微观角度认识物质的水平，巩固并提升认识单一电解质在水溶液中行为的思路方法。

（2） 通过Ba（OH）2溶液和稀H2SO4溶液的实验现象预测和分析解释，诊断并提升学生根据宏观现象预测微观本质以及根据微观本质解释宏观现象的能力；通过电导率变化趋势图的绘制，诊断并发展学生认识多种电解质在水溶液中行为的思路方法。

（3） 通过分析NaOH溶液滴加到CuCl2溶液的微粒变化及离子方程式的书写，诊断并发展学生对离子反应认识模型的应用水平。

3.3 评价思路

基于“教、学、评”一体化理念，以核心素养为导向，确定“离子反应”的教学和评价思路如图1所示。

4 教学实践过程

4.1 诊断已知，探查起点

［学习任务1］Ba（OH）2溶液和稀H2SO4溶液的再次认识。请将你的认识记录在学案上。

学生自主思考，在学案中记录相应的认识想法，并阐述自己的观点，学生和学生相互交流评价，达成共识。Ba（OH）2属于易溶于水的碱，在水溶液中会电离出Ba2+和OH-，且两者数量之比为1∶2，同时溶液中还存在水分子。H2SO4属于易溶于水的酸，在水溶液中会电离出SO2-4和H+，且两者数量之比为1∶2，同时溶液中还存在水分子。

［评价任务1］诊断学生是否具有微观的视角认识物质，是否掌握单一电解质在水溶液中的行为，为后续离子反应奠定基础。以下是教学实践过程中，不同水平学生的表现。

水平1：认为Ba（OH）2溶液中存在Ba（OH）2；H2SO4溶液中存在H2SO4。

水平2：认为Ba（OH）2溶液中存在Ba2+和OH-；H2SO4溶液中存在H+和SO2-4。

水平3：认为Ba（OH）2溶液中存在Ba2+和OH-；H2SO4溶液中存在H+和SO2-4，并可指出离子的数量关系，且还能关注水分子。

4.2 创设情境，构建模型

［学习任务2］在2～3mL滴有2～3滴酚酞的Ba（OH）2溶液中滴加过量稀H2SO4会发生什么？请预测实验现象，并进行分析解释。

学生先自主思考，然后小组内交流讨论，小组代表表述相应的观点，各小组通过交流评价，达成一致的意见。然后学生分组实验，验证预测的实验现象，教师再进行精炼总结。

（1） 现象：酚酞变红。

解释：Ba（OH）2属于易溶于水的碱，在水溶液中会电离出OH-，因此加酚酞后会变红。

（2） 现象：酚酞变红后褪色。

解释：H2SO4属于易溶于水的酸，在水溶液中会电离出H+，随着稀H2SO4的加入，H+与OH-结合生成H2O， OH-浓度不断减小，酚酞褪色。

（3） 现象：生成白色沉淀。

解释：Ba（OH）2属于易溶于水的碱，在水溶液中会电离出Ba2+， H2SO4属于易溶于水的酸，在水溶液中会电离生SO2-4，随着稀H2SO4的加入，Ba2+与SO2-4结合生成BaSO4白色沉淀。

［评价任务2］诊断学生能否根据宏观现象预测微观本质，根据微观本质解释宏观现象，初步感受溶液中离子变化与离子反应。通过实验探究，让学生真实感受离子反应的发生，理解粒子间的相互作用。以下是实验现象解释的教学实践过程中，不同水平学生的表现。

水平1：Ba2＋与SO2－4反应生成BaSO4白色沉淀，发生酸碱中和反应，酚酞变红后褪色。

水平2：Ba2＋与SO2－4反应生成BaSO4白色沉淀，OH-与H+发生反应，酚酞变红后褪色。

水平3：Ba2＋与SO2－4反应生成BaSO4白色沉淀，酚酞遇OH-变红，硫酸中有H+， OH-与H+反应，OH-浓度减小，酚酞变红后褪色。

［学习任务3］请预测并在学案上画出向Ba（OH）2溶液中滴加过量稀硫酸的过程中溶液的导电性变化趋势图。

学生自主思考后，小组内交流讨论，小组代表表述相应的观点，小组间相互评价，达成共识。随着过量稀硫酸的滴加，溶液的导电性由强变弱，再变强，随后教师用微型溶液导电器做导电性演示实验，结果如图2所示，验证学生的预测。

通过以上实验来比较导电性强弱还是较粗糙的，科学家们找到一个更精确的、可定量表示溶液中离子浓度大小的物理量——电导率。电导率的数值越高，表示溶液中的离子浓度越大。实验测出电导率的变化图如图3所示，让学生再次解释说明向Ba（OH）2溶液中滴加过量稀硫酸过程中混合溶液的电导率变化情况。

学生通过自主梳理和完善，再次解释说明电导率的变化趋势，然后由教师通过整理刚才的实验探究过程，形成离子反应及离子方程式的概念，归纳总结认识多种电解质水溶液的思路方法，建构离子反应的认识模型（如图4所示）。

［评价任务3］通过电导率变化趋势图的绘制，诊断学生对多种电解质在水溶液中行为的掌握情况；通过电导率变化趋势图的再次解释说明，进一步巩固分析离子反应的角度和思路方法，形成离子反应的核心概念，构建离子反应的认识模型。以下是电导率变化趋势图的绘制教学实践过程中不同水平学生的表现。

水平1：滴加稀硫酸后，离子数目增加，导电性变强。学生绘制图如图5所示。

水平2：滴加稀硫酸后，发生离子反应，离子浓度降低，导电性变弱。学生绘制图如图6所示。

水平3：滴加稀硫酸后，发生离子反应，离子浓度降低，导电性先变弱，但由于滴加的是过量的稀硫酸，所以后续离子浓度增加，导电性又变强。学生绘制图如图7所示。

4.3 应用模型，解决问题

［学习任务4］分析NaOH溶液滴加到CuCl2溶液中的微粒变化，并写出相应的离子方程式。

学生自主思考后，交流讨论，通过相互评价，达成共识，并应用构建的离子反应认识模型解决陌生情境下的离子反应。然后教师归纳总结离子反应发生的条件及本质。宏观上需要生成气体、沉淀和水，微观上是某些离子的浓度下降。

［评价任务4］诊断学生能否应用构建的认识模型，解决两种电解质溶液在水溶液中的行为，体会认识模型的应用价值，归纳离子反应发生的条件及本质。以下是教学实践过程中，不同水平学生的表现。

水平1：Na++OH-+Cu2++2Cl-Cu（OH）2↓+NaCl

水平2：2Na++2OH-+Cu2++2Cl-Cu（OH）2↓+2Na++2Cl-

水平3：2OH-+Cu2+Cu（OH）2↓

5 教學反思

“离子反应”是高中化学必修课程中的核心概念，是高中阶段水溶液的认识起点，也是发展学生从微观角度认识物质性质，使学生认识方式从宏观发展到微观，并向“宏微结合”转变的重要环节。本文旨在离子反应认识模型的构建过程中发展学生“宏微结合”的化学学科核心素养。

5.1 创设实验情境，引发认知冲突

以“探究稀H2SO4和Ba（OH）2溶液混合后发生的变化”创设实验情境，引发学生的认知冲突，激发学生想要解决问题的欲望。情境的创设是建立在充分诊断学生前认识的基础上，通过学习任务1诊断学生的已有认识，巩固单一电解质在水溶液中行为的认知，然后结合学生的最近发展区，提出有效的问题情境。

5.2 自主实验探究，建立认识模型

学生自主实验探究，建立认识模型是本节课的核心环节，构建认识模型有利于学生学习抽象的化学概念，理解化学现象的本质，发展思维能力［4］。在教学过程中，教师要充分考虑学生的实际水平，围绕核心认知提出驱动性问题，引导学生自主探究。有效的驱动性问题的提出，需要教师在备课过程中充分了解学生的水平，在教学过程中做到心中有数。核心问题的提出一定要在教学过程中追问到核心认知，如“酚酞变红后褪色”的解释说明环节，学生只回答到酸碱中和是不到位的，教师一定要追问到微粒的角度和数量的变化，才能真正让学生在学习任务中落实核心认知。

5.3 实施多样化评价，教学评一体化

“新课标”提出树立素养为本的化学学习评价观，实施“教、学、评”一体化教学，多样化的教学评价需要贯穿整个教学活动的始终。如学习任务1“Ba（OH）2溶液和稀H2SO4溶液的再次认识”是对学生已知的探查，通过学生的自主思考、相互评价，巩固单一电解质在水溶液中行为的认知；学习任务4“NaOH溶液滴加到CuCl2溶液中微粒变化的分析”是对学生新认知的诊断，评价学生是否能应用离子反应的认识模型来解决实际问题。教学过程中，教师通过观察、提问、点评等方式进行表现性评价和过程性评价，同时引导学生开展自我评价、小组互评等。教学结束后，可组织学生访谈、结合纸笔测试等诊断评价学生的水平，以此促进学生的批判性思维以及自我评价、反思能力的不断提高。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2018： 3～4.

［2］解宏伟， 王秀红， 于志民， 曹宇. 基于认识模型建构与应用的化学教学设计——“水溶液中的离子反应与离子平衡”一轮复习课［J］. 化学教育（中英文）， 2022， 43（3）： 37～44.

［3］王婉洋， 王磊， 于少華， 康永明， 白光耀， 陈娜， 范洪玲. 元素周期律复习教学中认识模型建构的有效策略［J］. 化学教育（中英文）， 2018， 39（7）： 18～26.

［4］张礼聪. 促进“模型认知”的化学教学——以“化学反应中的热量变化”为例［J］. 化学教与学， 2019，（11）： 30～32.