基于“IrYdium Chemistry Lab”的化学核心素养培养的教学研究——以“盐类的水解”为例

张贝贝 董 玲

（新疆师范大学 新疆乌鲁木齐 830054）

化学是高中素质教育阶段重要学科，同时也是发展学生核心素养的重要载体。［1］化学核心素养是对知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三维目标的整合，是动态的、可迁移的集合体，在学生系统地掌握知识、灵活地运用知识解决实际问题、坚定地培养终身学习的信念中起着不可替代的作用。因此，新课改形式下如何做好这项工作，就成为高中化学教师教学的重要任务。

在信息技术时代的环境下，虚拟实验软件成为教学常用手段。众所周知，化学的微观世界是抽象难理解的，因此，教师在课堂上利用信息技术所具备的直观展示功能，来引导学生建立物质宏观与微观之间的连接是有效的，这样就能使学生相关核心素养得以发展，进一步深化学生对于化学教学内容的把握。［2］“IrYdium Chemistry Lab”是一款由美国化学集成网站提供的将数字化实验中传感器、数据采集器和计算机系统进行整合的虚拟化学实验软件，周昌林对此软件的下载方法以及简单应用已做了详细地介绍。［3］它包含了盐类水解学习过程中常用的酸碱盐，因此，借助此实验软件，笔者以“盐类的水解”的教学设计为例，探究如何切实、有效地培养学生适应未来发展的正确价值观、必备品格和关键能力。

一、教材分析

盐类的水解是中学化学教学中的核心概念，是化学反应原理的难点部分，更是每年高考热点。盐类的水解知识是众多知识的交织点，是学生已有的关于溶液认知的升华，是在学习了化学反应速率、化学平衡的基础上进一步加深学生对化学平衡的理论知识的巩固和应用。本文为“盐类的水解”第一课时，重在引导学生利用已有化学平衡知识，了解盐类水解的定义及本质，教材内容前后关系与地位如图1所示。因此，学好本节课内容，不仅可以加深学生对化学平衡理论知识的理解，还为学习影响盐类水解的因素，利用盐类水解的知识解释并解决真实情境中中的问题奠定基础，可以提高学生理论联系实际，培养学生利用学科知识创造社会价值的思想。

图1 教材内容前后关系与地位

二、学情分析

在中学阶段，学生对于溶液问题的认识大体经历了以下五个阶段。首先，在义务教育阶段，学生知道了溶液、溶质、溶剂等概念，掌握了溶液中可以发生的一些基本反应，对溶液有了基本的认知；其次，在高中阶段，学生在化学必修第一册学习了有关电解质的概念，讨论了电解质在水溶液或熔融状态下发生电离的过程，书写了常见电解质的电离方程式；再次，学生在化学必修第二册学习了可逆反应中的平衡问题，知道通过改变条件来调控化学平衡；然后，学生明白了强电解质和弱电解质的概念，并在化学平衡的基础上迁移学习了电离平衡；最后，学生明晰了水的电离以及溶液的酸碱性和pH的关系，这些都为学生学习盐类水解知识奠定了基石。

三、教学目标

1.通过IrYdium Chemistry Lab探究盐类水解的实质及水解方程式的书写，培养学生宏观辨识与微观探析和变化观念与平衡思想的核心素养。

2.通过小组合作掌握盐类水解规律，培养学生从证据推理与模型认知和实验探究与创新意识的核心素养。

3.通过鉴定造纸工艺，利用已学知识解决实际问题，初步认识盐类水解的应用，从而感悟化学在人类进步与社会发展中的价值，培养学生科学精神与社会责任的核心素养。

四、教学活动

1.任务一：鉴定工艺，创设情境

情境导入：造纸术是中国四大发明之一，是中国劳动人民长期经验的积累和智慧的结晶。《东观汉记》中记载——伦乃造意用树皮、麻头及敝布、鱼网以为纸。先捣制成浆，取膜而去水，后晾干，而制成纸。兴元年，奏上之。帝善其能，自是莫不从用焉，故天下咸称“蔡侯纸”。大家知道这段古文的意思吗？

学生思考并翻译古文。

设计意图：回顾东汉时期的造纸术，增强学生民族自尊心、自信心和自豪感，增强文化自信。

过渡：早期制得的纸张表面不平滑，一经写字就会墨迹扩散，为了改善这种情况，工匠常在纸的表面涂覆明矾，但慢慢人们发现明矾会对纸张造成酸性腐蚀。明矾是一种盐，但它的水溶液为什么会显酸性呢？请同学们思考。

学生回答：可能是明矾中的某个离子和水发生了反应，产生了H+。

教师追问：同学们预测得对不对呢？如果正确，又是哪个离子和水反应了呢？今天，我们就带着这些问题开始学习。

设计意图：以鉴定造纸技术中明矾为什么会对纸张造成酸性腐蚀为情境，激发学生学习兴趣，使学生带着疑问进行下一环节的学习。

2.任务二：小组合作，整理归纳

过渡：我们在初中就学过“纯碱不是碱，但它显碱性”。为什么有的盐显酸性，有的盐显碱性呢？这其中有什么规律呢？

小组讨论：

（1）请用“IrYdium Chemistry Lab”虚拟化学实验软件 模拟1 mol·L-1NaCl、NH4Cl、Na2CO3、NaHCO3、

CH3COONa的酸碱性，并对其盐的类型进行分类。（2）溶液的酸碱性又是由什么决定的呢？

（3）你有什么方法可以将中性溶液变为酸性溶液或碱性溶液呢？并对HCl、NaOH、NH4Cl、CH3COONa溶液的酸碱性进行归因。

学生小组讨论并汇报小组成果。

归纳总结：

（1）分别模拟上述溶液酸、碱性，整理于表1。

表1 盐的酸碱性和分类

（2）溶液的酸碱性由溶液中c（H+）和c（OH-）的相对大小决定。

（3）中性溶液→酸性溶液：向溶液中加H+或者消耗OH-，即使得溶液中c（H+）＞c（OH-）；中性溶液→碱性溶液：向溶液中加OH-或者消耗H+，即使得溶液中c（H+）＜c（OH-）。对溶液酸碱性归因于表2。

表2 溶液酸碱性归因

设计意图：通过小组合作，借助“IrYdium Chemistry Lab”虚拟化学实验软件，模拟常见盐的酸碱性并对其分类，使学生在宏观上对盐的酸碱性有初步的认识；通过分析溶液显酸、碱性原因并对常见溶液的酸、碱性进行归因分析，使学生明白溶液显酸、碱性除了常见的向中性溶液加入H+或OH-外，还可以消耗H+或OH-，为后续学生探究水解反应就是离子和水电离出来的H+或OH-反应奠定理论基础。

3.任务三：宏微结合，深化认知

过渡：通过上面的分析，我们明白了盐溶液显酸、碱性的原因就是溶液中的某个离子消耗了水中的H+或者OH-，那到底什么离子才能消耗水中的H+或者OH-？

小组讨论：

（1）请用“IrYdium Chemistry Lab”虚拟化学实验软件模拟0.1mol·L-1NaCl、NH4Cl、CH3COONa的溶液中各微粒浓度。

（2）请写出各溶液中发生反应的化学方程式，并结合离子方程式的书写规则，尝试写出上述溶液显酸、碱性的离子方程式。

学生利用软件模拟上述溶液相关数据，教师及时参与到小组谈论中，对有疑问的小组进行引导，争取让学生自主建构出如何书写离子水解方程式。

归纳总结：

通过软件模拟各溶液中微粒的浓度，学生运用比较、分析等方法归纳出盐溶液显酸、碱性的原因，总结出盐类水解的规律，结果整理于表3。

表3 盐溶液的水解规律

设计意图：通过软件模拟，学生可以清楚地发现NaCl溶液显中性，溶液中并没有其他微粒生成；NH4Cl溶液为强电解质，溶液中c(NH+4)本应该等于c（Cl-），但模拟发现c(NH+4)＜c（Cl-），而且生成了NH3·H2O这种弱电解质，这说明NH+4和水电离出来的OH-发生反应，打破了水的电离平衡，才使得溶液显酸性，得出水解方程式为NH+4+H2O⇌NH3·H2O+H+。同样，学生顺理成章地分析出了CH3COONa溶液显碱性的原因，并得出水解方程式为CH3COO-+H2O⇌CH3COOH+OH-。值得注意的是，学生可以发现水解的程度是比较微弱的，水解还是个动态的过程，而这也正是虚拟实验软件的优势。通过上述分析，学生在宏观认识溶液酸碱性的基础上，了解了其微观本质，培养了学生宏观辨识与微观探析的核心素养，加深了微观是宏观现象的本质解释；借助虚拟实验软件使学生观察到水解反应的微弱性和动态性，［4］培养了学生科学探究与创新意识，提升了其变化观念与平衡思想的核心素养。

4.任务四：联系实际，强化应用

过渡：通过这节课的学习，相信大家已经明白了明矾会对纸张造成酸性腐蚀的原因，请大家尝试写出相关的水解方程式，并思考我们该如何改变这一现状？

学生思考并书写离子方程式。

归纳总结：

（1）Al3++3H2O⇌Al（OH）3+3H+

（2）为防止纸张的酸性腐蚀，常在纸浆中加入碳酸钙等添加剂。

设计意图：回归主题，使学生思考明矾会对纸张造成酸性腐蚀的原因，并结合工业实际尝试寻找解决方案，将理论与实际相结合，从而落实科学态度与责任的核心素养。

五、教学反思

1.以问题为驱动，循循善诱

从情境引入到每个活动的开展都以问题的形式来过渡。在教师的循循善诱下，使学生沉浸式地体验解决问题的同时，又带着新的疑问进入下一环节的学习，激发了学生学习的兴趣、增加了课堂的参与度。

2.以合作促建构，渗透宏微

本节课倡导学生学会学习、学会合作沟通、学会创新实践，使学生通过小组合作的形式自主建构出盐类水解的规律。借助“IrYdium Chemistry Lab”虚拟化学实验软件，在对盐的类型和盐的酸碱性关系认识的基础上，通过观察实验数据，归纳出盐类水解的方程式，培养了学生“四重表征”的科学思维。

3.以文化作呼应，落实素养

本节课以基于中华文化为背景的“造纸术”为情境，通过整节课的学习再来分析明矾会对纸张造成酸性腐蚀的原因，使整节课更加严谨、完整，传承了中华传统文化，厚植了爱国主义情怀，充分发挥了化学课程的育人功能。通过学生讨论，寻找解决酸性腐蚀的方法，从而落实科学态度与责任的核心素养。