“情境—模型”雙向建構(gòu)策略在化學(xué)微專題復(fù)習(xí)中的實踐研究

【摘 要】“素養(yǎng)為本”的教學(xué)倡導(dǎo)借助在真實問題情境下的探究活動，幫助學(xué)生建構(gòu)思維模型。文章依托實驗設(shè)計情境問題串，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等證據(jù)素材，進一步認識離子反應(yīng)的本質(zhì)特征，建構(gòu)和鞏固對水溶液中離子反應(yīng)的認識模型。同時，利用已有模型解決具體的情境問題，實現(xiàn)“情境—模型”雙向建構(gòu)，使學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)得到不同程度的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】“情境—模型”;微專題;離子反應(yīng);復(fù)習(xí)教學(xué)

【作者簡介】李似麒，正高級教師，福建教育學(xué)院化學(xué)教育研究所兼職研究員，主要研究方向為中學(xué)化學(xué)教育教學(xué)。

【基金項目】2021年度福建省基礎(chǔ)教育課程教學(xué)研究課題“‘雙新’背景下的高中化學(xué)微項目教學(xué)實踐研究”（MJYKT2021-151）

一、問題的提出

高考第二輪復(fù)習(xí)教學(xué)強調(diào)圍繞必修和選修課程中相關(guān)知識的教學(xué)要求，進行核心知識的重組與關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生建立和鞏固知識的認識模型，凸顯學(xué)科核心素養(yǎng)培育的功能價值，建立高效的復(fù)習(xí)專題。專題復(fù)習(xí)可以通過對知識的網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化和模型化整合，幫助學(xué)生有效突破思維障礙，促進知識的模型化建構(gòu)和思維的高階發(fā)展。專題復(fù)習(xí)的微型化可稱為微專題復(fù)習(xí)，在高考第二輪復(fù)習(xí)過程中常被穿插使用。微專題復(fù)習(xí)主要以熱點、難點和易錯點的突破提升及解題方法的高效應(yīng)用為研究主題，通過清晰的思維活動引導(dǎo)學(xué)生參與復(fù)習(xí)教學(xué)，其復(fù)習(xí)內(nèi)容更精準，針對性更強，有利于幫助學(xué)生建構(gòu)知識模型，活化知識應(yīng)用，提升綜合能力[1]。

水溶液中的離子反應(yīng)是高中化學(xué)的核心知識和教學(xué)難點之一，也是高考的考查熱點之一。在實際考查中往往伴隨對多種平衡的綜合分析，學(xué)生通常因不能很好地將電離平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡的本質(zhì)特征有效深度融合，缺乏對水溶液中離子反應(yīng)體系認識模型的深刻理解，導(dǎo)致無法有效突破思維障礙而失分。因此，結(jié)合《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課程標準”）中能綜合運用離子反應(yīng)和化學(xué)平衡原理，分析和解決生產(chǎn)、生活中有關(guān)電解質(zhì)溶液的實際問題的具體要求[2]，教師有必要結(jié)合高考化學(xué)第二輪復(fù)習(xí)教學(xué)過程中出現(xiàn)的實際情況，將離子反應(yīng)設(shè)計成微專題，并在專題復(fù)習(xí)教學(xué)過程中幫助學(xué)生有效提升綜合分析和解決問題的能力。那么如何讓微專題復(fù)習(xí)更加高效，更加符合新課程標準的相關(guān)要求？筆者嘗試在微專題復(fù)習(xí)中引入“情境—模型”雙向建構(gòu)策略。

二、“情境—模型”雙向建構(gòu)策略

“情境—模型”雙向建構(gòu)策略借助情境問題串的創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生經(jīng)過類比、抽象、歸納與概括建構(gòu)化學(xué)思維模型，同時又用所建構(gòu)的化學(xué)思維模型解決具體情境問題，二者相互協(xié)調(diào)、相互補充，從而實現(xiàn)思維模型的完善與創(chuàng)新，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)?！扒榫场敝傅氖怯欣谥R的學(xué)習(xí)與應(yīng)用的整個背景或環(huán)境。情境的高效應(yīng)用需要教師根據(jù)知識內(nèi)容的特點及脈絡(luò)，設(shè)計情境內(nèi)涵豐富、凸顯問題本質(zhì)和利于學(xué)生思維發(fā)展的遞進式情境問題串，促進學(xué)生對化學(xué)問題本質(zhì)的探究與揭示?！澳Ｐ汀敝傅氖且跃唧w情境任務(wù)為載體，通過類比、抽象、概括等手段，幫助學(xué)生深化對化學(xué)原理的深刻理解和對化學(xué)規(guī)律的自主發(fā)現(xiàn)，凸顯問題解決方法的優(yōu)化和思路的創(chuàng)新，并建構(gòu)適合學(xué)生發(fā)展的思維模型。

新課程標準重視對教學(xué)內(nèi)容重新進行結(jié)構(gòu)化整合，并在真實問題情境下，通過開展化學(xué)實驗探究活動激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，促進化學(xué)教與學(xué)方式的變革，以實現(xiàn)“素養(yǎng)為本”的教學(xué)?！扒榫场Ｐ汀彪p向建構(gòu)策略正是順應(yīng)了真實情境下的“素養(yǎng)為本”教學(xué)的新要求。實踐研究表明，對于化學(xué)基本理論及應(yīng)用、元素的單質(zhì)及其化合物、化學(xué)實驗及綜合應(yīng)用、工藝流程專題等易與真實情境相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容，如果能夠針對教學(xué)內(nèi)容的不同將情境與模型有機融合，依托情境建構(gòu)思維模型，用模型解決情境問題，二者相輔相成，實現(xiàn)“情境—模型”雙向建構(gòu)，能有效突破學(xué)生的思維障礙，提升學(xué)生的思維品質(zhì)，提高微專題教學(xué)的實效。

三、“情境—模型”雙向建構(gòu)策略的應(yīng)用

教師在微專題復(fù)習(xí)中引入“情境—模型”雙向建構(gòu)策略，應(yīng)重視對微專題的教學(xué)內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化、模型化整合，并在模型化的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)與之匹配的情境問題，在不斷解決情境問題的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)和鞏固認識模型，方能有效地實現(xiàn)情境與模型的雙向建構(gòu)。例如，水溶液中的離子反應(yīng)有復(fù)分解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)和水解反應(yīng)。因此，教師可以分別從三種不同反應(yīng)類型的研究視角來建構(gòu)認識模型，落實核心素養(yǎng)。在本節(jié)微專題復(fù)習(xí)課中，教師以碳酸鈉與碳酸氫鈉溶液的鑒別實驗為問題情境素材，結(jié)合實驗方案、實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)等證據(jù)素材，設(shè)計遞進式情境問題串來引導(dǎo)學(xué)生從復(fù)分解反應(yīng)、電離平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡的綜合分析視角進一步認識離子反應(yīng)的本質(zhì)特征，突破學(xué)生對水溶液體系中離子反應(yīng)認識的思維局限，進一步發(fā)展學(xué)生的微粒觀、平衡觀和轉(zhuǎn)化觀，幫助學(xué)生建構(gòu)并鞏固水溶液中離子反應(yīng)的認識模型（如圖1）。同時，教師要引導(dǎo)學(xué)生利用已有認識模型解決具體的情境問題，從而實現(xiàn)“情境—模型”雙向建構(gòu)，使學(xué)生的“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”等學(xué)科核心素養(yǎng)得到進一步的發(fā)展。

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，凸顯情境問題

新課程標準倡導(dǎo)基于真實情境的問題探究式教學(xué)。因此，在教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)時，教師應(yīng)根據(jù)模型建構(gòu)的需要，盡可能選擇與真實生活、生產(chǎn)或?qū)嶒炏嗥ヅ涞那榫乘夭?。這樣既體現(xiàn)化學(xué)源于生活，又服務(wù)于生活的理念，又能激發(fā)學(xué)生的探究熱情，引發(fā)學(xué)生積極思考，凸顯情境中的化學(xué)問題，利于后續(xù)情境問題串的創(chuàng)設(shè)及模型的建構(gòu)。特別是借助實驗的“意外”現(xiàn)象，引起學(xué)生思維沖突，暴露學(xué)生的思維缺陷，則更有利于“情境—模型”雙向建構(gòu)策略的落實。

問題情境 如何鑒別沒有貼標簽、濃度均為0.2 mol·L-1的Na2CO3和NaHCO3溶液？提供試劑：酚酞試液、0.2 mol·L-1的鹽酸、0.2 mol·L-1的CaCl2溶液。儀器：試管和膠頭滴管。請完成有關(guān)鑒別實驗并結(jié)合實驗現(xiàn)象說明其原理。

根據(jù)學(xué)生的基本情況，學(xué)生可以很自然地分別選擇酚酞試液、鹽酸和氯化鈣溶液進行鑒別實驗，但教師需要引導(dǎo)學(xué)生觀察實驗時出現(xiàn)的“異?！爆F(xiàn)象，并將其作為后續(xù)教學(xué)的真實情境問題，為認識模型的建構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

（二）設(shè)置情境問題，建構(gòu)思維模型

情境問題是模型建構(gòu)的基礎(chǔ)，教師應(yīng)根據(jù)模型的構(gòu)成要素，將問題情境分解成若干個較小的情境問題，從多角度設(shè)計遞進式情境問題串來引導(dǎo)學(xué)生主動分析和探究，促進學(xué)生對認識模型的建構(gòu)和鞏固。如離子反應(yīng)的認識模型有復(fù)分解反應(yīng)的發(fā)生條件、化學(xué)平衡移動（勒夏特列）原理、K的大小、K與Q的關(guān)系等要素。因此，情境問題串的設(shè)置可從以下幾個問題展開。

問題1 結(jié)合溶液中存在的平衡，說明碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液的堿性為什么不同，以及為什么可以用鹽酸鑒別碳酸鈉、碳酸氫鈉。請結(jié)合化學(xué)用語說明。

問題2 如何從平衡移動視角分析碳酸氫鈉溶液中滴加氯化鈣溶液有沉淀生成？

應(yīng)用化學(xué)平衡移動原理解釋有關(guān)實驗現(xiàn)象，是高三學(xué)生基本的知識儲備和認知能力，學(xué)生必須能夠自主地從化學(xué)平衡移動原理的視角來認識離子反應(yīng)。另外，結(jié)合問題2，教師在引導(dǎo)學(xué)生用化學(xué)用語（Ca+2HCO-3=CaCO3↓+H2O+CO2↑）完成問題表達的同時，暴露學(xué)生對多重平衡知識掌握的缺漏及思維局限，及時查缺補漏，為后續(xù)進一步的定量研究奠定基礎(chǔ)。

問題3 怎樣利用平衡常數(shù)K的大小來判斷上述反應(yīng)的程度？已知：Ksp（CaCO3）=2.8×10-9，Ka1（H2CO3）=4.2×10-7，Ka2（H2CO3）=5.6×10-11。

教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)問題2的結(jié)論進行分析和計算，得出該離子反應(yīng)的平衡常數(shù)K值比較大，反應(yīng)程度比較大。同時，學(xué)生通過定性判斷和定量比較，平衡觀和定量觀等學(xué)科觀念得到進一步強化。

問題4 已知：0.1 mol·L-1NaHCO3溶液的pH=8.3，其中c（CO32-）=1.12×10-3mol·L-1，c（H2CO3）=1.17×10-3mol·L-1，Ksp（CaCO3）=2.8×10-9，Ksp[Ca（OH）2]=4.7×10-6，Ksp[Ca（HCO3）2]=2.2×10-6。將濃度均為0.2 mol·L-1的CaCl2溶液與NaHCO3溶液等體積混合（忽略體積變化）。請結(jié)合溶液中的粒子，通過計算，判斷生成的沉淀可能是什么。

問題5 根據(jù)計算結(jié)果，沉淀可能不止一種，如何用實驗來證明沉淀具體是什么？

本環(huán)節(jié)中，教師引導(dǎo)學(xué)生從定性到定量認識離子反應(yīng)，強化了學(xué)生的定量觀、微粒觀，提升了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

情境問題串是為建構(gòu)認識模型所需而設(shè)置的，因此，所有的問題應(yīng)能夠緊扣認識模型的構(gòu)成要素，層層遞進且富有啟發(fā)性。同時，教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點穿插各種觀念建構(gòu)、實驗探究等環(huán)節(jié)，以落實學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。如化學(xué)反應(yīng)的研究包括定性研究和定量研究，如果僅用定性層面的平衡移動原理來說明離子之間的反應(yīng)，顯然說服力是不夠的。而定量觀念既是化學(xué)學(xué)科本質(zhì)之一，也是化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分[3]。良好的定量觀有助于學(xué)生科學(xué)的思維品質(zhì)、嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度的形成。因此，教師需要引導(dǎo)學(xué)生從模型建構(gòu)的需要出發(fā)，應(yīng)用定量觀點和實驗探究的方式來建構(gòu)認識模型。

（三）運用認識模型，解決實際問題

“情境—模型”雙向建構(gòu)策略不僅強調(diào)認識模型的建構(gòu)，也強調(diào)運用認識模型解決實際問題。因此，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生運用已建構(gòu)的認識模型來解決實際問題，促進學(xué)生對知識本質(zhì)的深度理解，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

問題6 工業(yè)上常用NH4HCO3溶液做沉淀劑來制備難溶性的碳酸鹽（如碳酸鈷、碳酸錳），為什么不用可溶性的碳酸鹽（如碳酸鈉）溶液來制備呢？

適應(yīng)訓(xùn)練 （2019年全國Ⅲ卷高考化學(xué)試題第26題節(jié)選）高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備，工藝如圖2所示。回答下列問題：

（6）寫出“沉錳”的離子方程式___________________________。

應(yīng)用模型解決實際問題，關(guān)鍵在于學(xué)生是否真正領(lǐng)會認識模型的本質(zhì)。因此，在模型建構(gòu)環(huán)節(jié)要強化模型與情境問題之間的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)情境與模型的有機融合。教師在教學(xué)中選用的實際問題可以按照難度層級設(shè)置，由淺入深，循序漸進，實現(xiàn)“情境—模型”雙向建構(gòu)策略的完美落實。

四、結(jié)語

為有效落實“情境—模型”雙向建構(gòu)策略，本節(jié)微專題復(fù)習(xí)課始終緊扣“情境”“模型”兩大要素，圍繞電離平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡導(dǎo)致的微粒變化及平衡移動這些關(guān)鍵問題來設(shè)計遞進式情境問題，提升學(xué)生的模型認知思維，使學(xué)生深刻理解模型本質(zhì)，達到對模型從“無形—有形—無形”的靈活轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)“情境—模型”雙向建構(gòu)的有效達成。教學(xué)中，教師為使微觀問題顯性化，教學(xué)突出了“宏觀—微觀—符號”三重表征，強化理論分析與實驗探究、定性判斷與定量分析及量變引起質(zhì)變等思想滲透。如教學(xué)中多次引導(dǎo)學(xué)生用平衡移動原理定性分析問題、用K與Q的關(guān)系來定量分析問題和運用實驗來驗證推論等策略，有力地培養(yǎng)了學(xué)生的證據(jù)推理意識，使學(xué)生充分感受水溶液中的離子反應(yīng)其實是微觀粒子間的反應(yīng)導(dǎo)致平衡移動的結(jié)果，促進學(xué)生對電離平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡的理解與應(yīng)用。這對提升學(xué)生對模型的認知，并進一步發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)有積極的意義[4]。

囿于課堂容量、時間及落實本課核心主題的需要，本節(jié)課的實驗情境中涉及的碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液僅考慮一種濃度，以利于計算及判斷。對于不同濃度的碳酸氫鈉與氯化鈣溶液的反應(yīng)，教師則通過引導(dǎo)學(xué)生閱讀相關(guān)文獻和鼓勵學(xué)生進行實驗探究，以幫助學(xué)生理解真實實驗的復(fù)雜性。事實證明，學(xué)生通過查閱文獻和實驗探究，解決問題的能力有了進一步提升。

在幾年的基于“情境—模型”雙向建構(gòu)理念的教學(xué)實踐研究及成果推廣過程中，筆者深深感受到，高三的專題復(fù)習(xí)教學(xué)需要同時追求精準復(fù)習(xí)和深度復(fù)習(xí)的目標達成。精準復(fù)習(xí)體現(xiàn)的是復(fù)習(xí)的內(nèi)容、方法要抓住學(xué)生的問題關(guān)鍵，深度復(fù)習(xí)體現(xiàn)的是學(xué)生主動合作、交流，實現(xiàn)知識的建構(gòu)和素養(yǎng)的提升。教師只有實施精準復(fù)習(xí)和深度復(fù)習(xí)，才能從更高的視角全盤審視復(fù)習(xí)策略，實現(xiàn)專題復(fù)習(xí)的高效實施，促進學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的螺旋式發(fā)展。

參考文獻：

[1]魏麗娜，肖中榮.基于模型認知背景下的微專題復(fù)習(xí)教學(xué)實踐：以“化學(xué)速率平衡作圖”為例[J].中學(xué)化學(xué)，2017（8）：13-17.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[3]楊花雨.中學(xué)化學(xué)定量觀念的內(nèi)涵和培養(yǎng)策略研究[D].北京：首都師范大學(xué)，2014.

[4]李似麒，黃達輝.基于模型認知發(fā)展的高中化學(xué)基本理論教學(xué)的實踐與思考：以蘇教版“弱電解質(zhì)的電離平衡”為例[J].理科考試研究（綜合版），2020（2）：57-60.

（責任編輯：羅小熒）