深挖實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能 培養(yǎng)證據(jù)推理能力——以“鹽類(lèi)的水解原理”為例

廣東省中山市第二中學(xué)(528429) 林增輝

對(duì)于發(fā)展學(xué)生“證據(jù)推理”的學(xué)科核心素養(yǎng)，課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出：具有證據(jù)意識(shí)，能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過(guò)分析推理加以證實(shí)或證偽；建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。在課程標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)下，部分教師開(kāi)展了深入的研究：認(rèn)為化學(xué)教學(xué)中的證據(jù)推理是指根據(jù)化學(xué)概念、理論和事實(shí)性知識(shí)，通過(guò)比較分析、抽象概括和歸納演繹等推理形式，進(jìn)行證實(shí)和證偽的求證方式，獲取新知識(shí)、解決新問(wèn)題的高級(jí)思維過(guò)程；認(rèn)為證據(jù)推理是獲得科學(xué)知識(shí)的必經(jīng)方法，需讓學(xué)生親歷與體驗(yàn)，在教師的引導(dǎo)和幫助下，學(xué)會(huì)收集證據(jù)，進(jìn)行推理學(xué)習(xí)。教師們的教學(xué)研究成果，開(kāi)拓了我們的視野，深化了我們對(duì)“證據(jù)推理”內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)，有效地指導(dǎo)了我們的教學(xué)?；趯?duì)課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和理解，借鑒同行的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，筆者對(duì)如何在化學(xué)課堂中培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理能力，也產(chǎn)生了以下幾點(diǎn)思考。首先，教師應(yīng)明確教學(xué)目標(biāo)，明確什么內(nèi)容是要得到的“結(jié)論”，明確哪些內(nèi)容能作為“證據(jù)”，并且能啟發(fā)學(xué)生及時(shí)抓住“證據(jù)”；其次，教師應(yīng)了解學(xué)生的知識(shí)和能力水平，了解學(xué)生在根據(jù)“證據(jù)”推導(dǎo)出“結(jié)論”的過(guò)程中，可能要用到的必備知識(shí)，可能會(huì)碰到的認(rèn)知障礙，做好充分準(zhǔn)備，才能及時(shí)啟發(fā)學(xué)生，幫助學(xué)生順利到達(dá)成功的彼岸；此外，課堂雖然是可以預(yù)設(shè)的，但教師也應(yīng)該尊重學(xué)生，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，為各種思想的碰撞做好準(zhǔn)備。下面，筆者以“鹽類(lèi)的水解原理”為例，闡釋基于“證據(jù)推理”視角的教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程。

1 教學(xué)內(nèi)容分析

“鹽類(lèi)的水解”是人教版化學(xué)選修4第3章第3節(jié)的內(nèi)容，該節(jié)包含鹽類(lèi)的水解原理和鹽類(lèi)水解的應(yīng)用兩部分內(nèi)容，按課時(shí)計(jì)劃，分兩個(gè)課時(shí)完成。筆者選取“鹽類(lèi)的水解原理”作為研究對(duì)象。從內(nèi)容層次來(lái)看，需要學(xué)生在弱電解質(zhì)的電離平衡和水的電離平衡的基礎(chǔ)上，理解水解的本質(zhì)是因?yàn)槿跛岬乃崾剿岣?或弱堿陽(yáng)離子)通過(guò)結(jié)合水電離的氫離子(或氫氧根)，從而促進(jìn)了水的電離，使水溶液呈現(xiàn)出酸堿性。從能力的層次來(lái)看，則需要學(xué)生能立足于已有的知識(shí)，運(yùn)用已有的化學(xué)理論知識(shí)(如電解質(zhì)的電離、離子反應(yīng)、水的電離平衡等)，推斷分析鹽類(lèi)的水解微觀過(guò)程，建立起認(rèn)知模型，提煉水解反應(yīng)的一般規(guī)律，為下節(jié)課學(xué)習(xí)水解原理應(yīng)用墊定基礎(chǔ)。從價(jià)值層面來(lái)看，鹽類(lèi)的水解體系是一個(gè)多種平衡體系相互影響、相互制約的復(fù)雜平衡體系，深入理解這種多平衡體系，對(duì)開(kāi)闊學(xué)生的思路，形成自然界中物質(zhì)密切聯(lián)系、相互依存的世界觀，具有一定的促進(jìn)作用。

2 學(xué)情分析

3 教學(xué)目標(biāo)的確定

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生知識(shí)水平的分析情況，從宏觀證據(jù)、微觀證據(jù)、定量證據(jù)和模型證據(jù)四個(gè)維度，確定本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。

(1)通過(guò)觀察、分析鹽類(lèi)水解的宏觀現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)水解反應(yīng)的宏觀性質(zhì)，如鹽溶液呈現(xiàn)酸堿性的本質(zhì)原因。

(2)通過(guò)討論、分析微觀粒子的相互作用的方式，探求水解的原理，推理水解酸堿性與鹽類(lèi)組成關(guān)系的模型。

(3)收集、分析鹽類(lèi)水解實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)，從定量角度探求鹽類(lèi)水解反應(yīng)的特點(diǎn)。

(4)比較、探討中和反應(yīng)和鹽類(lèi)水解反應(yīng)的能量變化，推斷水解反應(yīng)的能量變化規(guī)律。

4 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

4.1 環(huán)節(jié)一：實(shí)驗(yàn)探究，推導(dǎo)原理

實(shí)驗(yàn)并投影：用pH試紙測(cè)以下溶液(均約為1 mol/L)的pH值：①NaCl溶液、②CH3COONa溶液、③NaHCO3溶液、④Na2CO3溶液、⑤NH4Cl溶液、⑥(NH4)2SO4溶液、⑦Na2SO4溶液。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：在學(xué)生的認(rèn)知中，酸溶液呈酸性，堿溶液呈堿性，鹽溶液則是中性的。雖然在必修1中學(xué)過(guò)純堿和碳酸氫鈉兩種溶于水呈堿性的鹽，但學(xué)生還是很難打破思維的慣性，甚至常常將純堿當(dāng)作堿對(duì)待。上課之前，布置學(xué)生先預(yù)習(xí)。以實(shí)驗(yàn)的形式引入新課，選擇不同類(lèi)型的鹽，呈現(xiàn)不同的pH值，讓學(xué)生能通過(guò)宏觀的物質(zhì)性質(zhì)了解鹽類(lèi)水解的現(xiàn)象。

微觀探析：為什么鹽溶液會(huì)呈現(xiàn)不同的酸堿性呢？以NaCl溶液和CH3COONa溶液為例：①在NaCl溶液中，NaCl完全電離成Na+和Cl-，而水也會(huì)部分電離出H+和OH-，離子之間不會(huì)發(fā)生離子反應(yīng)(簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)離子反應(yīng)的條件)，水的電離平衡沒(méi)有移動(dòng)，溶液的pH沒(méi)有發(fā)生變化；②在CH3COONa溶液中，CH3COONa完全電離成Na+和CH3COO-，而水也會(huì)部分電離成H+和OH-，CH3COO-和H+可生成CH3COOH(簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)弱電解質(zhì)電離平衡)，c(H+)降低，促進(jìn)水的電離，c(H+)小于c(OH-)，溶液呈堿性。

證據(jù)推理一：結(jié)合另外5種鹽溶液，可知弱堿陽(yáng)離子或弱酸酸根離子能促進(jìn)水的電離，發(fā)生水解反應(yīng)。得出結(jié)論一：有弱才水解。

4.2 環(huán)節(jié)二：宏觀辨識(shí)，推導(dǎo)規(guī)律

教學(xué)活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生分析上述實(shí)驗(yàn)中7種溶液的酸堿性與鹽類(lèi)型的關(guān)系。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，了解鹽類(lèi)水解可呈現(xiàn)不同pH值的現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)水電離平衡移動(dòng)的分析，認(rèn)識(shí)水解反應(yīng)的本質(zhì)，此時(shí)對(duì)鹽的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)，進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)”關(guān)系的認(rèn)識(shí)，建立水解的認(rèn)知模型。

證據(jù)推理二：強(qiáng)酸弱堿鹽顯酸性，強(qiáng)堿弱酸鹽顯堿性。得出結(jié)論二：誰(shuí)強(qiáng)顯誰(shuí)性。

證據(jù)推理三：電解質(zhì)的“強(qiáng)”與“弱”本質(zhì)上是指電解質(zhì)的電離程度，可用什么數(shù)據(jù)來(lái)衡量呢(提示：電離常數(shù))？結(jié)合NaCl溶液和Na2SO4溶液，推測(cè)CH3COONH4溶液應(yīng)該顯什么性質(zhì)呢(醋酸和一水合氨的電離常數(shù)均為1.8×10-5)？經(jīng)討論，可得出結(jié)論三：同強(qiáng)顯中性。

4.3 環(huán)節(jié)三：引入數(shù)據(jù)，定量推理

教學(xué)活動(dòng)：和學(xué)生一起利用比色卡，讀取各種溶液的pH數(shù)值(按上述序號(hào)，顏色有爭(zhēng)議時(shí)，取大概范圍)：①6～7、②8～9、③10、④11～12、⑤5～6、⑥5～6、⑦7。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：從酸堿性的定性認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步從定量的角度認(rèn)識(shí)鹽類(lèi)的水解，發(fā)展學(xué)生的定量思維。

證據(jù)推理四：基于CH3COONa溶液、NaHCO3溶液、Na2CO3溶液的堿性依次增強(qiáng)的本質(zhì)，得出結(jié)論四：越弱越水解。

4.4 環(huán)節(jié)四：符號(hào)表征，推導(dǎo)模型

教學(xué)活動(dòng)：和學(xué)生一起書(shū)寫(xiě)CH3COONa溶液中產(chǎn)生OH-的離子方程式(水解方程式)。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：基于宏觀和微觀的認(rèn)知，引入符號(hào)表征水解過(guò)程。預(yù)習(xí)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生會(huì)寫(xiě)成CH3COO-與H+反應(yīng)，借此重溫了離子方程式的書(shū)寫(xiě)要點(diǎn)——弱電解質(zhì)不能拆寫(xiě)。

證據(jù)推理五：結(jié)合水解方程式，討論下列問(wèn)題：①在約為1 mol/L的CH3COONa溶液中，c(OH-)約為多少？根據(jù)上面的數(shù)據(jù)算出約為1×10-5mol/L。②根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，哪種物質(zhì)的水解程度最大？可算出是碳酸鈉，約為1%。

根據(jù)上面的討論，可得出結(jié)論五：水解程度一般都比較小。該結(jié)論可為后續(xù)學(xué)習(xí)判斷溶液中離子濃度大小作鋪墊。

證據(jù)推理六：結(jié)合水解方程式，討論下列問(wèn)題：①?gòu)淖筮呁铱?，是水解反?yīng)，但如果從右邊往左邊看，是什么反應(yīng)呢(可得出是中和反應(yīng))；②中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，那么其逆反應(yīng)——鹽類(lèi)的水解反應(yīng)呢？

通過(guò)上述問(wèn)題的討論，可得出結(jié)論六：水解反應(yīng)是中和反應(yīng)的逆反應(yīng)，是吸熱反應(yīng)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著化學(xué)知識(shí)的積累和能力的提升，學(xué)生思考問(wèn)題的視角越來(lái)越廣，而對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，能挖掘的教學(xué)功能也越來(lái)越多。學(xué)生學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)原理之后，能從定性到定量、從宏觀到微觀、從物質(zhì)到能量等多個(gè)角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的變化，因此應(yīng)該養(yǎng)成深挖化學(xué)實(shí)驗(yàn)功能的習(xí)慣，用多元化的視角認(rèn)識(shí)化學(xué)現(xiàn)象，更深刻地認(rèn)識(shí)自然界的復(fù)雜性和整體性。本節(jié)課是以演示實(shí)驗(yàn)展開(kāi)教學(xué)，雖然有利于筆者控制課堂的節(jié)奏，也有利于證據(jù)推理過(guò)程的進(jìn)行。但筆者認(rèn)為，如果學(xué)生能養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)探究習(xí)慣，應(yīng)該多動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，減少演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親自探索化學(xué)世界。

從證據(jù)推理的角度來(lái)看，限于學(xué)生知識(shí)與能力的水平，對(duì)于一些假設(shè)學(xué)生并不能自主地完成推理過(guò)程，這時(shí)就要發(fā)揮教師的作用，要適當(dāng)給學(xué)生提供知識(shí)的支撐，幫助學(xué)生構(gòu)建完善的知識(shí)體系，讓學(xué)生能順著知識(shí)的階梯一步一步往上攀登。因此，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行證據(jù)推理，不是漫無(wú)目的地讓學(xué)生自由討論，也不是讓學(xué)生完全獨(dú)立探索，而應(yīng)是有目的、有設(shè)計(jì)、有方向的活動(dòng)?；谧C據(jù)推理所得出的結(jié)論，是學(xué)生經(jīng)過(guò)思考、辨析、論證所得到的本質(zhì)規(guī)律，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，能起到化繁為簡(jiǎn)、認(rèn)知本質(zhì)的作用，但卻不能輕易地作為結(jié)論傳授給其他未經(jīng)歷推理過(guò)程的學(xué)生，因?yàn)橹恢澜Y(jié)論，則為“知其然，不知所以然”。

化學(xué)是一門(mén)不斷發(fā)展的自然科學(xué)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)也在與時(shí)俱進(jìn)。在本節(jié)課中，因限于實(shí)驗(yàn)的條件，在定量測(cè)溶液的pH值時(shí)，依然用pH試紙進(jìn)行測(cè)定。但由于pH試紙的測(cè)定，準(zhǔn)確性比較低，而且讀數(shù)的時(shí)候，也有一定的難度，像本節(jié)課中有些溶液的讀數(shù)只是取大概讀數(shù)范圍，如果能用pH計(jì)進(jìn)行測(cè)量，則可大大提高準(zhǔn)確性。在進(jìn)行定量分析時(shí)，也更有說(shuō)服力，能更好地發(fā)揮數(shù)據(jù)的“證據(jù)”作用。同時(shí)，也能讓學(xué)生感受到化學(xué)技術(shù)在定量測(cè)量中所起的重要作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。