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          全方位培養學生化學學科核心素養以“離子反應”教學為例

          時間:2022年03月26日 所屬分類:推薦論文 點擊次數:

          摘要:基于培養學生高中化學學科核心素養要求,在離子反應相關知識的教學過程中,以鐵門生銹這個生活中經常遇到的情境作為引入點,巧妙創設一系列貼近生活的實際情境,全方位培養高中學生化學學科核心素養。 關鍵詞:核心素養;課堂教學;離子反應 一、研究背景 根據教育

            摘要:基于培養學生高中化學學科核心素養要求,在“離子反應”相關知識的教學過程中,以鐵門生銹這個生活中經常遇到的情境作為引入點,巧妙創設一系列貼近生活的實際情境,全方位培養高中學生化學學科核心素養。

            關鍵詞:核心素養;課堂教學;離子反應

          中學生教學

            一、研究背景

            根據教育部制定的《普通高中化學課程標準(2017 年版 2020 年修訂)》,高中化學開設的課程要以發展化學學科核心素養為主旨,基于化學學科核心素養的培養要求來選取和組織課堂內容、設定學業要求和學業質量標準,促進知識向素養轉化[1]。在此背景下,很多教育工作者進行了有意義的探索,并取得有價值的成果[2-7],對后續的教學有很好的指導作用。在高中化學課程中,涉及離子反應的教學內容抽象性強,較難理解,需要記憶的內容較多,不易記住,且容易記錯。但這部分知識在近年的高考全國卷和多個自主命題省份的高考題中均有考查,是必須攻克的知識難點之一。

            學習這部分知識需要靈活的思維和深刻的記憶,但很多普通高中學生(尤其是非重點高中的學生)在學習化學課程方面存在化學用語和化學名稱書寫不規范、邏輯思維能力不強、學習動力不足等問題,這就加大了“離子反應”相關知識的教學難度。如何調動學生的學習興趣,引領學生思考,加強書寫訓練,是“離子反應”相關知識教學的側重點。本文就普通高中學生(尤其是非重點高中的學生)的學習特點,巧妙創設一系列貼近生活的實際情境,先引起學生共鳴,繼而引導學生發揮主觀能動性,自主設計方案,分組討論確定最優方案,在教師的引領下,在解決實際化學問題的過程中,一邊學習離子反應相關知識,一邊全方位培養學生的化學學科核心素養。

            二、教學設計

            以鐵門生銹這個生活中經常遇到的情境作為引入點,引領學生進入預設的情境,以學生所掌握的化學知識解決實際化學問題,并從中不知不覺地學習和領悟新知識,全方位培養學生的化學學科核心素養。具體設計如下:

            1. 通過講解電鍍廢水含有污染物,需先處理后排放,以免污染環境這個事例,培養學生“科學態度與社會責任”的核心素養。2. 通過引領學生設計并評價各種處理酸性鍍銅廢水的方案,培養學生“科學探究與創新意識”的核心素養。3. 以演示實驗和動畫播放相結合的方式展示NaOH固體的溶解過程,培養學生“宏觀辨析與微觀探析”的核心素養。4. 通過引導學生學會如何以實驗現象來判斷反應的先后次序,培養學生“證據推理”的核心素養。以動畫方式向學生展示NaOH固體中Na+和OH−的排列情況,讓學生了解 NaOH 固體的結構模型,培養學生“模型認知”的核心素養。5. 通過對比不同化學反應的速率,以及同一反應在不同條件下的反應速率,培養學生“變化觀念”的核心素養。分析Cu(OH)2的溶與不溶,培養學生“平衡思想”的核心素養。

            6. 以一系列實際情境吸引學生的興趣,引領學生在各種情境中進行有意義的探索,使學生在探索中不知不覺地學習知識,解決學生學習動力不足的問題。7. 通過布置一定量的課堂書寫練習,安排學生在黑板上書寫練習答案,并讓其他學生點評,以加強學生的化學用語和化學名稱的書寫訓練。8. 高中化學的學習需要較強的邏輯思維能力,但很大一部分學生(尤其是非重點高中的學生)的邏輯思維能力欠佳。在課堂上,通過將問題簡化,增加提示,以及小組討論等方式,一步步引領學生思考和解決復雜的化學問題。

            三、課堂教學實錄

            1. 情境引入

            【教師】指著教室生銹的鐵門問:“同學們,這扇鐵門生銹了,你知道如何防止鐵門生銹嗎?”【學生】刷油漆、改用不銹鋼……【教師】改用不銹鋼成本高。咱們可以在鐵表面鍍一層鎳,效果是差不多的。你知道鎳是怎樣鍍在鐵的表面嗎?【學生】不知道!窘處煛靠梢杂“電鍍”這種方法。以前在咱們學校附近有一個電鍍工業區,工業區內有不少電鍍廠。但在電鍍過程中會產生大量酸性廢水,如果這些廢水未經處理就直接排放,有沒有問題呢?【學生】會污染周圍環境!窘處煛亢髞碚诰嚯x咱們學校40公里左右的崖門鎮設立電鍍基地,把這附近的電鍍廠都搬去那里,然后把所有電鍍廠排放的廢水集中處理,利用化學方法把廢水中的污染物去除,避免廢水污染環境。設計意圖:青少年一般很少留意身邊的工廠企業,通過創設電鍍工業及其廢水處理的實際情境,既能增加學生對本市工業的認識,開闊眼界,更能培養學生“科學態度與社會責任”的核心素養。

            2. 提出問題

            【教師】同學們,你知道怎樣處理酸性廢水嗎?【學生】不知道!【教師】舉個例子,鍍銅過程中會產生酸性廢水,廢水中含有H2SO4和CuSO4,酸性廢水會污染土壤和水體,應該怎樣去除廢水的酸性呢?【學生1】用NaOH中和!緦W生2】用熟石灰中和!緦W生3】用KOH中和!緦W生4】用堿中和就行!窘處煛坎诲e。請大家分別寫出NaOH、Ca(OH)2、KOH與H2SO4反應的化學方程式!救w學生】書寫化學反應方程式。

            【教師】查看學生書寫情況。有些學生書寫的化學反應方程式沒有配平,有些學生書寫潦草,字母“a”寫成“u”,字母“H”寫成“ ”,N 等等。教師一一指出!窘處煛窟@三種堿中,哪一種最好?大家可從兩個方面來綜合考慮。第一個方面是堿的價格,也就是從成本考慮,據化學試劑網站查到的價格,NaOH是42元/kg,Ca(OH)2是40元/kg,KOH是49元/kg。第二個方面是生成物是否容易去除。請大家分組討論!拘〗M1】從成本上考慮,KOH最貴,暫不考慮。

            【小組 2】在生成物是否容易去除方面,Ca(OH)2與H2SO4反應生成CaSO4和H2O,根據書本附錄的溶解性表,CaSO4微溶于水,只需過濾就能去除,而 NaOH與H2SO4反應生成Na2SO4和H2O,Na2SO4可溶于水,不容易去除。從這方面考慮,應該選Ca(OH)2。

            【小組 3】Ca(OH)2本身是微溶的,就算加多了也可以通過過濾去除。設計意圖:通過提出怎樣處理酸性廢水的問題,引導學生從兩個方面積極思考和討論,第一個方面是關于經濟成本的比較,經濟成本這方面很貼合日常生活,可使教學貼近生活,容易引起學生的共鳴。第二個方面是可操作性的考慮,通過評價不同的方案,優選出最佳方案,培養學生“科學探究與創新意識”的核心素養。

            3. 引入新課

            【教師】大家知道酸和堿在溶液中是怎樣反應的嗎?咱們以NaOH溶液和鹽酸反應為例來說明。在此之前,咱們先了解一下NaOH固體溶于水的過程!窘處熝菔尽堪袾aOH固體放入水中,靜置,NaOH固體逐漸變小,最后消失!窘處煛客瑢W們,這是我們觀察到的現象。但從微觀上考察,又是怎樣的呢?請同學們觀看動畫!窘處煛坎シ臢aOH固體在水中溶解過程的動畫!緦W生1】原來NaOH是這個模樣的!緦W生2】我終于知道固體是怎么溶解的!設計意圖:通過動畫展示,讓學生直觀地認識到,NaOH 固體是由Na+和OH交替堆積而成,NaOH固體放入水中后,水分子與 NaOH 固體中的 Na+和 OH作用,使Na+和OH分別變成水合Na+和水合OH-,這兩種水合離子不斷擴散到水中,從而使NaOH固體不斷變小,最后消失。這個教學過程,以演示實驗展示宏觀的實驗現象,再以動畫視頻展示微觀的粒子變化,宏微結合,可培養學生“宏觀辨析與微觀探析”的核心素養。此外,向學生展示NaOH固體中Na+和OH的排列情況,讓學生了解 NaOH 固體的結構模型,培養學生“模型認知”的核心素養。

            4. 講授基本概念

            【教師】NaOH 固體溶于水后,離解成 Na+和 OH-,這個過程稱為電離,在水中能發生電離的化合物稱為電解質。大家聽說過電解質嗎?【學生1】在電視廣告上聽過!緦W生2】某知名品牌的飲料中就含有電解質,可補充體液。

            【教師】拿出一瓶某品牌的飲料,說:“同學們,這瓶飲料的成分表中寫著含有電解質。”說完,教師把飲料瓶遞給學生!緦W生】第一個學生看完后傳給后面的學生,學生逐一查看!窘處煛看蠹乙岔槺悴榭匆幌逻@瓶飲料還含有什么物質。設計意圖:通過指引學生查看飲料成分表,使學生了解自己日常生活中所喝的飲料含有什么化學物質。有利于將化學融入生活!窘處煛楷F在咱們知道在水中能發生電離的化合物稱為電解質,但有些化合物溶于水后不能發生電離,這樣的化合物稱作什么?【學生】既然能電離的化合物叫電解質,那么不能電離的化合物應該叫“非電解質”!窘處煛繉α!蔗糖、乙醇等化合物都屬于非電解質。

            還有一個問題,NaOH固體溶于水后,全部電離成Na+和OH-,這樣的電解質稱為強電解質。但有些電解質溶于水后,只有其中一部分發生電離,這樣的化合物又稱作什么呢?【學生】既然全部電離的化合物叫強電解質,那么部分電離的化合物應該叫“弱電解質”!窘處煛看姿岷土姿峋蛯儆谌蹼娊赓|!窘處煛吭蹅儸F在小結一下。在黑板上板書。設計意圖:應用樹狀分類法對化合物進行分類,方便學生區分和記憶!窘處煛柯然瘹淙苡谒,會全部發生電離,生成H+和Cl-,那么氯化氫屬于上述哪一類物質?【學生】強電解質!窘處煛繉!設計意圖:現學現用!窘處煛吭蹅冊倩氐 NaOH 溶液與鹽酸的反應上來。NaOH 溶液中含有 Na+和 OH-,鹽酸中含有 H+和Cl-,把這兩種溶液混合,相當于把這四種離子混合,會生成什么物質呢?【學生】生成NaCl和水。

            【教師】但同學們再想想,NaCl也能溶于水,溶解后也能全部電離,得到 Na+和 Cl-,所以原來溶液中的Na+和 Cl相當于沒有發生反應。發生反應的其實是H+和OH-。板書:H++ OH-=== H2O!窘處煛吭蹅兛梢杂肏+ + OH-=== H2O這個式子來表示NaOH溶液與HCl混合后發生的反應。這個式子稱為該反應的離子方程式。如果將NaOH換成KOH,發生的反應相同嗎?請大家寫出KOH溶液與HCl反應的離子方程式!緦W生1】發生的反應相同,同樣是H+與OH反應!緦W生2】離子方程式同樣是H++ OH-=== H2O!救w學生】書寫離子方程式:H++ OH-=== H2O。

            5. 回歸問題

            【教師】咱們繼續回到酸性鍍銅廢水的處理上。廢水的酸性中和了,但還有CuSO4沒處理,咋辦呢?如果咱們用NaOH溶液來處理廢水,除了可中和廢水的酸性,還有什么作用呢?【學生】NaOH 也可與 CuSO4反應,生成 Cu(OH)2和Na2SO4,這樣就可以把CuSO4也一并除去!窘處煛吭 NaOH 與 CuSO4反應的過程中,從生成物分析,實際起反應的是什么離子?【學生】生成物之一的Na2SO4是可溶的,溶解后電離出Na+和 SO2 -4 ,所以實際起反應的是Cu2+和OH−!窘處煛窟@個反應的離子方程式咋寫呢?哪位同學上黑板來寫一寫。

            【學生1】在黑板上寫:Cu2++ OH- === Cu(OH)2【教師】寫得對嗎?【學生2】沒有配平!緦W生 3】Cu(OH)2是沉淀,應該加沉淀符號。寫成這樣才對:Cu2++ 2OH-=== Cu(OH)2↓【教師】沒有配平,或者是漏寫氣體或沉淀符號,都是書寫離子方程式時的常見錯誤,大家要注意。離子方程式就是以實際參與反應的離子符號來表示的式子。上面提到的反應,實際參與反應的都是離子。咱們就把有離子參與或有離子生成的反應稱為離子反應!緦W生】怎么知道發生了離子反應呢?

            【教師】如果反應中生成沉淀、氣體、水或其它弱電解質時,就能發生離子反應。例如NaOH溶液與鹽酸的反應,以及NaOH與CuSO4的反應,生成物分別含有水和Cu(OH)2沉淀,所以都發生了離子反應。設計意圖:再次以酸性鍍銅廢水處理的情境,引出其他類型的離子反應,并總結離子反應的定義,以及離子反應發生的條件,便于學生歸納。此外,很多普通高中學生(尤其是非重點高中的學生)化學基礎不夠扎實,不注意化學方程式書寫的細節,讓學生到黑板上書寫,便于發現問題,及時糾正,引起全班同學的注意!窘處煛考偃缭蹅冇肗aOH溶液來處理酸性鍍銅廢水,NaOH是先與H2SO4反應還是先與CuSO4反應?根據什么現象來判斷?大家分組討論一下。

            【小組1】如果NaOH 先與CuSO4反應,那么,當加入NaOH溶液后,立刻有藍色的Cu(OH)2沉淀生成!拘〗M2】如果加入一定量的NaOH溶液后才開始有Cu(OH)2沉淀生成,則說明NaOH先與H2SO4反應,當H2SO4消耗完后再與CuSO4反應!窘處煛吭蹅儸F在通過實驗來驗證一下!窘處煛垦菔緦嶒灒簩 NaOH 溶液逐滴加入盛有H2SO4 與 CuSO4 混合溶液的試管中并震蕩(NaOH、H2SO4和CuSO4的濃度均為0.1 mol/L)。在加入NaOH溶液的初期,無明顯現象,當加入一定量的NaOH溶液后,開始出現藍色沉淀,隨著NaOH溶液的加入,藍色沉淀不斷增多,但增多至一定量后不再增多。

            【教師】現在咱們得出的結論是……【全體學生】NaOH先與H2SO4反應,后與CuSO4反應。設計意圖:通過向學生提出 NaOH 是先與 H2SO4反應還是先與CuSO4反應的問題,引導學生思考,讓學生提出假設,并通過實驗來證實或證偽,培養學生證據推理的核心素養!窘處煛坑肗aOH溶液來處理酸性鍍銅廢水,廢水中的Cu2+是否能完全生成Cu(OH)2沉淀呢?Cu2+真的能完全除去嗎?【學生】可能吧。

            【教師】雖然溶解性表中標示Cu(OH)2不溶于水,但并不代表它一點都不溶,怎么也會溶一點,只不過它的溶解度太小,只有1.7×10-6 g,咱們把它歸屬到不溶物而已。設計意圖:通過分析 Cu(OH)2的溶與不溶,讓學生認識到某些化學反應是有一定限度的,從而培養學生平衡思想的核心素養!窘處煛坑肗aOH溶液來處理酸性鍍銅廢水,當加入NaOH溶液后,要等多久才反應完呢?【學生】應該很快。因為把 NaOH 溶液加入到CuSO4溶液中,馬上就有藍色的Cu(OH)2沉淀出現,說明反應很快。

            【教師】NaOH 不論是與 CuSO4反應還是與 H2SO4反應,反應速率都很快,一眨眼就反應完全。但是有些反應卻很慢。比如說,鋼鐵在空氣中生銹,就是一個緩慢的反應過程。大家看看咱們教室的鐵門,它的生銹需要幾個月甚至幾年。此外,根據咱們的生活經驗,鐵門是在潮濕的地方容易生銹還是在干燥的地方容易生銹?【學生】在潮濕的地方容易生銹!窘處煛繉τ阡撹F生銹這個反應,不同的條件下,反應速率不同!緦W生】那咱們以后不要把鐵門弄濕,它的生銹就會慢些!窘處煛客瑢W們,沙漠地區氣候干燥,而廣東位處沿海地區,雨天多,空氣較潮濕。所以咱們學校的鐵門比沙漠地區的鐵門更容易生銹。

            另外,溫度越高,化學反應速率越快。鐵門的生銹是夏天快些還是冬天快些?【學生】當然是夏天。設計意圖:通過對比不同化學反應的速率,使學生認識到化學反應有一定速率,而且速率是可以調控的。引導學生從空氣的濕度和溫度這兩個方面來分析鋼鐵生銹這個化學變化,解決如何減慢鐵門生銹這個簡單的實際問題,培養學生變化觀念的核心素養。四、教學反思本節課從鐵門生銹這個日常生活中學生熟悉的情境出發,巧妙設計真實情境和問題,有效吸引學生的興趣,既全方位培養了學生化學學科核心素養,也使學生加深了對離子反應相關知識的印象,提高了學習化學的積極性,糾正了學生在書寫化學用語時的一些常見錯誤,收到較滿意的教學效果。

            參考文獻

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

            [2] 郭清宇.基于培養學生核心素養的高中化學實踐活動——調查市場常見電池的種類、應用和回收價值[J].化學教與學,2021(07):19-20.

            [3] 牛彩霞,白光耀.指向學生化學核心素養發展的單元教學實踐——“以二氧化碳性質”為例[J].化學教學,2021(07):33-38.

            [4] 鄒國華,童文昭.對“宏觀辨識與微觀探析”維度核心素養培育的思考與探索[J].化學教學,2020(3):24-28.

            [5] 李穎.探討化學核心素養課堂教學策略的特征[J].學周刊,2020(24):120-121.

            [6] 尹明月,王衛東.化學學科核心素養下的教學研究——以“氧化還原反應”為例[J].湖北師范大學學報(自然科學版),2020(2):114-118.

            [7] 梅溪.基于核心素養的化學原理教學探析——以“氧化還原反應”為例[J].化學教與學,2019(6):64-67.

            作者:朱藝敏

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