基于模型建构促进饱和溶液概念本质的理解

李俊文

摘 要 模型建构能力是化学学科核心素养中“模型认知”的重要内容。通过模型建构促进对化学概念本质的理解是重要的教学手段。“饱和溶液”“不饱和溶液”是初中化学教学中的重要概念，引导学生从定量角度抽象出“饱和溶液模型”的构成要素，修改“溶液组成模型”，创建“饱和溶液模型”，应用模型解释“饱和溶液”与“不饱和溶液”间的转化关系，预测氢氧化钙溶液状态的转化方法。在创建模型、应用模型的过程中，促进学生对“饱和溶液”概念本质的理解，提升学生模型认知能力。

关键词 初中化学 饱和溶液 模型建构 概念本质

一、问题的提出

《义务教育化学课程标准（2022版）》提出“大力开展核心素养导向教学”“基于实验事实进行证据推理、创建模型并推测物质及其变化的思维能力”[1]。模型是对要素之间关系的抽象化表征[2]，模型具有描述、解释或者预测等功能。创建模型是一个动态的历程，通常包括构建、应用、评估和修正等四个方面[3]。概念教学也需要经历初建、修正、完善的过程。模型建构过程与概念建构过程有相似之处，通过创建模型促进对化学概念本质的理解是常用的教学手段。

“饱和溶液与不饱和溶液”是沪教版九年级《化学》第3章“溶液”单元中的内容，这一章中包含了溶质、溶剂、溶液、溶解性、溶解度、饱和溶液等概念。学生在学习过程中，容易忽视概念间关联，人为割裂概念，缺乏对“溶液”单元概念本质的系统性理解。学生脑海中的溶液相关概念是一颗颗散乱的“珠子”，在面对较为复杂的溶液情境时，难以基于已学过的概念进行理解和迁移。究其根本，学生缺乏将不同概念建立联系、将不同概念对应的“珠子”串联起来的“线索”。因此，创建模型帮助学生建立起众多溶液概念之间的联系，促进对饱和溶液概念本质的理解非常具有研究价值。

二、溶液概念的本质理解及模型表征

“溶液”单元最基础的概念是“溶液组成”。在初中化学实验室中，配置溶液的最常见仪器是烧杯，为了使学生的理解更加直观，笔者在烧杯原型的基础上，用“●”表示溶质，用一片空白的区域表示一定量的溶剂，若溶液中含有多种溶质，则用“■”或“★”表示其他溶质，建构“溶液组成模型”。在该模型的基础上，逐渐建构其他溶液概念的模型。

在一定温度下，一定量的水中，不同物质的溶解性存在差异。模型中的黑点越多，则表示该条件下，该物质的溶解性越强，以此建构起形象理解溶质溶解能力的“溶解性模型”。在“溶解性模型”中，学生无法快速、直观地看出饱和溶液中溶质和溶剂的定量关系，教师可引导学生抽象出饱和溶液中“溶质与溶剂比为最大值”这一关键要素。以“溶解性模型”为基础，将质剂比为最大值加以呈现，进一步修改模型为“饱和溶液模型”。在溶解度曲线部分，教师可将各温度下的“饱和溶液模型”与溶解度曲线相结合，帮助学生直观地感受溶解度与温度的关系。溶液相关概念及模型表征如表1所示。

相同温度下，不同溶液状态之间的转化 溶质、溶剂的量不发生改变，温度改变使溶液状态改变 在“溶液”单元，学生比较容易理解溶质、溶剂等基础概念，不同学生对饱和溶液概念的理解差异较大，饱和溶液概念较为抽象，需要从定性、定量角度对饱和溶液进行全面认识，饱和溶液是学生学习“溶液”单元概念的分水岭。“饱和溶液”是从“溶解性”过渡到“溶解度”的桥梁，即从定性认识过渡到定量认识的纽带。学生对饱和溶液概念本质的理解，有利于学生对“溶液”单元其他概念的理解。以饱和溶液为例，尝试在课堂中引导学生创建饱和溶液模型，促进学生对饱和溶液概念本质的理解。

三、教学目标及教学思路设计

模型是解决问题的一种工具，具有描述、解释、预测等功能[4]。本案例中，教师首先引导学生从定性、定量角度抽象出饱和溶液的关键要素，创建饱和溶液模型；然后引导学生体会饱和溶液模型的解释和预测功能。

（一）教学目标设计

创建模型促进概念本质理解的教学设计，每个环节的教学活动都要有助于学生辨明饱和溶液模型的构成要素，并建立彼此之间的关联。

本节课的教学目标为：

1.能够根据饱和溶液中各构成要素间的关系，理解饱和溶液模型中的定性、定量关系。

2.能够运用饱和溶液模型解释改变温度实现溶液状态转变方法。

3.能够运用饱和溶液模型预测不同状态的氢氧化钙溶液的转化方法。

（二）教学思路设计

教学思路设计如图1所示。

三、教学流程

（一）环节１：模型创建准备

【教师】视频导入，向10 ml冷水中不断地加入食盐，溶液最终达到饱和状态。

【教师】向10 ml冷水中，无论以哪种方式加入食盐，最终食盐都不再溶解。我们把不能溶解该溶质的溶液叫做饱和溶液。

【教师】根据饱和溶液的定义，请对未知溶液状态进行判断。

【学生】加入某种溶质，若不溶解，则原溶液为饱和溶液；加入某种溶质，若溶解，则原溶液为不饱和溶液。

【教师】饱和溶液中溶质和溶剂在数量上有什么关系？

【学生】一定温度下，饱和溶液中的溶质和溶剂的质量比为最大值。

设计意图：通过视频导入，引导学生认识饱和溶液，从宏微定性角度分析、推理得出饱和溶液中的定性关系，微观抽象出构成饱和溶液模型的定量要素，为创建飽和溶液模型奠定基础。

（二）环节２：模型创建

【教师】室温下，一定量的水中最多溶解氯化钠的质量如表2所示，请根据表格中数据，在“溶液组成模型”中描绘出饱和溶液中溶质与溶剂量的关系。

【学生】绘制饱和溶液中溶质、溶剂的质量关系模型图，如图2所示。

【教师】你能快速、直观地看出饱和溶液中溶质与溶剂的质量比为最大值这一关系吗？如果看不出，如何修改模型？将饱和溶液中的定量关系直观地呈现出来。

【学生】描述饱和溶液中的定量关系，修改“溶解性模型”。学生创建的“饱和溶液模型”，如图3所示。

【教师】无论用一格水、两格水，还是十格水，都表示了饱和溶液。为了方便、准确地表示饱和溶液，创建饱和溶液模型的关键是什么？

【学生】饱和溶液的特征，即一定温度下，饱和溶液中溶质与溶剂的比值为最大值。“饱和溶液模型”如图4所示。

设计意图：本环节主要目的是修改模型、创建新模型，核心内容为饱和溶液模型的构建。学生比较容易地在“溶解性模型”中画出饱和溶液中溶质与溶剂之间的定量关系。在画的过程中，让学生体会到画十格水和画一格水在本质上是一样的，学生发现画十格水反而无法快速、直观地看出饱和溶液中的定量关系。教师引导学生发现建构饱和溶液模型的关键不是“溶质与溶剂的量的多少”，而是“饱和溶液中溶质与溶剂的质量比”，进而创建最终的“饱和溶液模型”。

（三）环节３：模型应用——解释功能

【教师】结合模型构建，如何实现硝酸钾的饱和溶液与不饱和溶液间的相互转化？

【学生】加水，可将硝酸钾的饱和溶液转化为不饱和溶液；加溶质和恒温蒸发溶剂，可将硝酸钾的不饱和溶液转化为饱和溶液。

【教师】演示实验，将盛有硝酸钾饱和溶液的烧杯放入冷水中，有晶体析出；将烧杯取出后放石棉网上加热，硝酸钾晶体再次溶解，而且还可以继续溶解更多的硝酸钾。

【教师】用模型解释如何改变温度，实现硝酸钾的饱和溶液与不饱和溶液之间的相互转化。

设计意图：基于学生已有的经验，学生比较容易理解加水、加溶质等方法实现溶液状态的改变。改变温度对溶液状态的影响是难点。本环节重点在于引导学生应用“饱和溶液模型”，引导学生分析改变温度对溶液的影响，从模型中“看到”温度对溶液的影响，强化模型的解释功能，加强学生对于饱和溶液概念本质的理解。

（四）环节４：模型应用——预测功能

【教师】氢氧化钙这种物质，温度越高，溶解性越小。请尝试用饱和溶液模型预测氢氧化钙的饱和溶液与不饱和溶液之间的转化。

【学生】用饱和溶液模型预测氢氧化钙溶液状态转变方法。通过改变温度，实现状态改变。

设计意图：模型的功能是多样的，具有解释、预测等功能。本环节重点在于引导学生使用模型的预测功能，预测氢氧化钙溶液状态的转化方法，加强学生对于模型预测功能的认识。

四、结论与启示

本课例的教学实践表明，依据学生已有的生活经验和已有学科知识，引导学生从定性、定量的角度逐步地提取模型构成要素之间的关系，学生在不断地理清构成要素关系的过程中形成观念模型。然后通过应用模型，深化对模型工具性的认识，加深对饱和溶液概念本质的理解。与以往的教学相比，创建观念模型策略更能够促进学生对饱和溶液概念本质的把握。

（一）重视模型的功能，加深学生对模型功能的认识

俗话说“磨刀不误砍柴工”。本案例中教师花费大量的时间帮助学生创建模型，“磨”好分析饱和溶液问题的“刀”（模型），磨好刀并没有结束，而是砍柴的开始。同理，建构好模型并不是建模教学的结束，而是模型应用的开始。在本案例中，教师引导学生运用模型解释饱和溶液与不饱和溶液的转化关系、运用模型预测饱和溶液的转化方法。在磨刀（建模）和砍柴（应用模型）的过程中，加深学生对模型工具性的认识。

（二）利用模型促进学生对物质溶解和析出的微观过程的理解

由于本章节与前面章节的联系不紧密，学生普遍觉得本章内容难度较大，而且学生对于物质溶解和析出过程只停留于宏观表象。在本案例中，教师在讲解向饱和溶液中加入溶剂转化为不饱和溶液时，从微观角度引导学生分析向饱和溶液中加水后溶质会均匀分散开，形成不饱和溶液。在恒温蒸发溶剂时，不饱和溶液不断浓缩，最终可得到饱和溶液。在加水和恒温蒸发的过程中，运用模型引导学生从微观角度体会溶质溶解、溶液浓缩的过程，帮助学生“看到”溶液中溶质的变化。

（三）重视模型的系统性，发挥模型的整体功能

本案例中构建的“饱和溶液模型”并不是孤立的，它不仅可以用于解释本单元上一节中溶液的组成、物质的溶解性，还有利于理解下一节课中的溶解度、溶解度曲线等相关内容。在建立模型、修改模型、完善模型的过程中，引导学生不仅将“溶液”单元的概念间建立了联系，还有助于对概念形成整体性认识。

总之，通过创建模型进行概念教学，可以促进学生抽象出知识点中的关键要素、构建模型，将孤立的概念转化为有联系的概念群，促使学生深刻地理解化学知识、概念本质。形成强调整体功能的系统思想，切实培养学生认识化学世界的重要方法和途径[2]。

[参 考 文 献]

[1]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022：6.

[2]李海芳，莫宇鋒，何琳，等.强化建模过程的课例研究：以“探究盐溶液的酸碱性”为例[J].化学教学，2021（4）：54-60.

[3]史凡，王磊.论国际化学教育研究热点：模型与建模[J].全球教育展望，2019，48（05）：105-116.

[4]华丽芬.核心素养导向的化学模型教学研究[J].中小学教学研究，2020（05）：17-20.

（责任编辑：姜显光）