实验案例教学设计怎么改以难溶电解质

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以下文章来源于教育科学出版社,作者高杰

教育科学出版社

教育科学出版社是一家在国内外具有重要影响的教育专业出版社,已成为展示我国优秀科研成果、传播国内外先进教育理念的高端平台,被读者誉为“教育理论图书出版的旗帜”。

教学设计缘起:从“致命的咸蛋”

到“难溶电解质的溶解平衡”

一个周一的早上,一个热爱化学的男生跟我说:“老师,您知道吗?我现在一看到咸鸭蛋就想到您给我们讲的沉淀溶解平衡那节课,想起钡盐中毒的案例。周末看到我妈妈买了很多咸鸭蛋,我赶紧问她从哪里买的,别随便从外面小摊上买,万一不法商贩用了工业盐来腌制,可了不得。”

我乐了,周围的同学也都乐了。为什么学生看到咸鸭蛋想起了一节化学课呢?这件事情还要从高二《化学》选修4“难溶电解质的溶解平衡”那节课的设计说起。在那节课中,我用了一个钡盐中毒的案例,将难溶电解质溶解平衡的建立和平衡应用联系了起来。这种同一情境素材下“一案到底”的设计方式,让学生沉浸在情境中学知识、解决问题,所以那节课让他们印象深刻。我为什么要上这样一节课?这节课是如何设计出来的?下面我就来讲讲我和“难溶电解质的溶解平衡”这节课的故事。

最初想选择“难溶电解质的溶解平衡”开设研究课,缘起于我的家人的痛风和龋齿问题。我在查询病因与防治等问题时,发现了痛风和龋齿都与难溶电解质的溶解平衡有关。

于是,我对难溶电解质的溶解平衡问题产生了极大的兴趣。我查阅了大量的资料,想以痛风成因和龋齿的防治为情境素材,设计沉淀溶解平衡的课例。但是在设计的过程中,我发现如果想在中学化学实验中模拟这两个实验,不管是实验药品的获取还是现象的监测都存在困难。但如果放弃实验只跟学生进行理论分析,那会使得本来就理论性很强的课程显得更加枯燥。

为难之际,我在苏教版《化学》选修4教材上发现了关于碳酸钡、硫酸钡转化的案例,而且进一步研究后发现这一素材的内涵很丰富,可以将难溶电解质溶解平衡的很多知识和应用涵盖进来,唯一的不足就是与我们的生活离得远了一些。一个偶然的机会,中央电视台《每周质量报告》的一期节目《致命的咸蛋》进入我的视野。事情发生在端午节的江西上饶,当地的百姓因为食用了不法商贩用含有可溶性钡盐的工业废盐腌制的咸鸭蛋而出现了钡盐中毒现象。这起事故导致两名百姓死亡。深入挖掘这一素材,我发现该素材不仅可以作为“难溶电解质的溶解平衡”这一课的导入素材,更可以帮助学生建立沉淀溶解平衡的概念,同时有利于学生将沉淀的生成、溶解、转化联系起来。

教学设计过程

但是,在实际备课中,我还是遇到了一些问题,主要可概括为以下六个方面。

1.素材中存在BaSO4和BaCO3两个沉淀溶解平衡体系,建立平衡用哪个更好?如何建立?

2.关于第一阶段救治钡盐中毒的问题,定性建立平衡和定量救治患者两方面是不是都要呈现?如何呈现?对定量这方面的学习要求应如何设置?

3.围绕钡盐中毒的事实,BaSO4和BaCO3两个沉淀溶解平衡体系间该如何切换?如何挖掘情境素材的逻辑性和知识本体的逻辑性,使得过渡自然?

4.重点实验是采用学生分组实验的形式还是教师演示的形式?如何保证实验效果?

5.如何让学生辩证地、全面地认识沉淀的转化?如果通过定量任务来认识的话,定量要求应达到什么程度?

6.这节课如何收尾?从三维目标来说,学生到底能收获什么?

在设计教学过程中,我先后设计了三个版本(图2-7)。在第一个版本的设计中,在对患者钡盐中毒进行救治的背景下,试图以BaCO3建立沉淀溶解平衡,然而大多数学生都能想到胃酸与BaCO3反应,不能达到救治目的,所以在课堂上让大多数人去纠正少数人的认知错误是没什么价值的。特别是后续讨论影响BaCO3溶解平衡的因素的设计,几乎游离于情境素材之外。我感觉这种设计很粗糙,所以在试讲一次后全面否定。第二版和第三版的设计都是以BaSO4建立沉淀溶解平衡,两个版本的不同之处在于沉淀溶解平衡的应用环节。第二版借鉴了第一版的思路,让学生解释为什么不能用碳酸盐救治钡盐中毒,也就是为什么不能服用碳酸盐使Ba2+转化为BaCO3。这个问题看似能解决沉淀溶解和沉淀转化的问题,但是思维容量太小,最终被我否决了。通过进一步挖掘知识本体的逻辑性与情境素材的逻辑性之间的关系,我发现可以追踪可溶性钡盐的来源问题。自然界中钡盐的主要存在方式是重晶石,其主要成分是BaSO4,BaSO4的溶解度很小,那么,它是如何转化为可溶性钡盐的呢?通过查阅资料,我发现BaSO4转化为可溶性钡盐大概经历了这样一个过程:BaSO4→BaCO3→可溶性钡盐。利用这个过程往回推,我可以将问题转化为可溶性钡盐的来历:可溶性钡盐→BaCO3→BaSO4。可溶性钡盐是从哪里来的?来自BaCO3(沉淀的溶解)。BaCO3是从哪里来的?来自BaSO4(沉淀的转化)。经过一个多月的反复琢磨、修改和试讲,我最终完成了这节课的设计(图2-7中的第三版本)。

这节课的实施效果很好。在1课时内,从知识本体上来说,解决了难溶电解质的溶解平衡的建立和应用;从对情境问题的解决来说,定性、定量地解决了钡盐中毒的救治问题,并弄清楚了可溶性钡盐的制备原理。课后,我对学生的学习情况做了调查,在谈到本节课的收获时,学生写下了以下内容。

01知识上:

(1)了解了一些沉淀之间变化的关键,更深刻地了解平衡;

(2)知道了沉淀与离子间、与其他沉淀间存在相互转化关系;

(3)懂得了沉淀溶解平衡的知识,并了解了一些应用;

(4)知道了难溶物的相互转化及其条件,Ksp的应用;

(5)了解了新知识,对化学平衡及沉淀有了更深的认识;

(6)了解沉淀溶解平衡的知识,发现了“不溶物”也能溶解;

(7)对平衡、平衡常数和溶解有了更深入的认识。

02过程和方法上:

(1)了解了沉淀平衡的相关知识,体会到化学反应真的都是可逆的,发现可用不同的方法解决同一问题;

(2)难溶不等于不溶,且难溶也可能全溶,很多反应的发生都是平衡移动的问题;

(3)知道了沉淀的生成、转化、溶解与Ksp的关系,体会到了生活中的化学无处不在;

(4)事物的状态,总是既有绝对的,又有相对的;难溶物也可溶,也存在(电离)平衡;

(5)了解沉淀溶解平衡,防止重金属中毒。

03情感、态度与价值观上:

(1)每次上化学公开课,都能感觉到化学与生活之间的紧密联系,完全从实际出发,这样不仅能引发我的思考和兴趣,更能体现这些知识的重要性,不然哪天真出事了,不会运用学到的知识处理,小命一不小心就没有了;

(2)化学知识在实际生活中的用处很大,知识来源于生活,又能对生活有所指导,感受到了知识的有用性;

(3)知识收获,化学好玩。

教学设计

◆背景分析

“难溶电解质的溶解平衡”是人教版《化学》教材选修4《化学反应原理》第三章第四节的内容,是高中水溶液化学的重要组成部分。传统的教学主要是讲定义,讲特征,讲影响因素,讲应用。虽然新课程在化学平衡中引入了化学平衡常数,但在“难溶电解质的溶解平衡”的教学中很少涉及有关Ksp的教学,很多教师担心会增加学生的学习难度。

本教学设计的核心探究活动属于模型建构和解释性探究,旨在培养学生的系统、整体、精细思维,培养学生解决冲突的能力。在探究过程中,教师选用真实生活案例作为整体性的情境素材贯穿始终,充分利用认知冲突,采用科学合理的教学策略引导学生自主建构沉淀溶解平衡,通过定性到借助Ksp定量认识沉淀溶解平衡,加深学生对沉淀溶解平衡本质的认识理解,实现核心知识向应用转化,培养学生的创造力。

◆教学设计与实施

本节课的教学设计秉承“知识问题化、问题情境化、情境生活化”的设计理念,用“钡盐中毒、救治及可溶性钡盐的生产”的真实生活情境,将“沉淀溶解平衡的概念建构及应用”等核心探究有效串联起来(图2-8)。这种设计既考虑到了知识的整体性,又注重与过程方法、情感态度价值观相融合,符合新课程的基本理念。在教学过程中,教师引导学生运用实验探究和理论分析相结合的方式进行探究学习,让学生体会到化学知识的价值和自主学习的乐趣。本节课设计了三个核心探究问题:沉淀溶解平衡的建立、沉淀的溶解及沉淀的转化。

教学过程设计与核心探究活动的实施过程具体又是怎样的呢?请大家到书中寻找答案吧!

(来源:“教育科学出版社”

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