基于微粒觀的“電解質的電離”教學設計與實踐

葉佩佩

摘要：“電解質的電離”的學習有助于幫助學生從微粒的角度認識物質在不同狀態下的存在形式，學會運用微粒的觀點解釋、分析生產生活中的實際問題，是培養學生“微粒觀”的重要途徑。以“電解質的電離”教學為例，從建構化學基本觀念的角度進行教學分析，結合教學過程、教學反思等方面對基于微粒觀的教學實踐進行探討，以更好地突顯學科概念本身的價值和意義。

關鍵詞：化學基本觀念;?微粒觀;?電離;?電解質;?教學設計

文章編號：1005-6629（2020）07-0055-06

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

1??問題背景

電解質的

電離是化學學科中認識溶液中物質存在形態和物質運動的最基本的理論，在高中化學學習中占有重要地位。然而，由于電解質概念本身描述的邏輯性不強（在水溶液中能導電的化合物不一定是電解質）、學生對電解質存在一定的錯誤概念（電解質在通電的條件下才能被解離），以及教學方式不利于概念建構和理論形成（過分依賴概念定義解析和習題強化訓練）等，使得學生平時靠大量的習題訓練才能對其所學內容達到模糊的理解，到最后只能對電解質進行簡單的判斷，無法將電解質與溶液中微粒的存在形式聯系起來，在后續有關知識的學習上產生思維障礙，難以真正解決實際問題。

新課程標準提出，“電解質”概念的教學應該重點關注學生對具體知識背后的化學原理、核心概念和科學思想的深刻領悟，幫助學生建立基本的、核心的化學觀念[1]。“電解質的電離”的學習有助于學生認識物質在不同條件下微粒存在形式和運動規律，從微觀視角認識和考察物質世界，是培養學生“微粒觀”的重要載體。以“電解質的電離”教學為例進行探討，以期實現促進學生“微粒觀”建構的教學。

2??以觀念建構為本的教學分析

畢華林[2]提出的“觀念建構”為本的化學教學設計流程分為五步（見圖1）：（1）明確“基本觀念”，形成思維導向;（2）將基本觀念轉化為以具體事實性知識表述的“基本理解”;（3）把基本理解轉化為“驅動性問題”;（4）針對問題設計具體的“學習情境和探究活動”;（5）引導學生積極“反思評價”促進觀念建構。這種“流程圖式”的觀念教學模式借鑒了Erickson“觀念為本教學”的設計程序和方法，層次清晰、目的明確，具有較強的可操作性，有助于教師更好地引導學生從建構知識到形成觀念。

2.1??分析教學內容

“電解質的電離”選自滬科版《化學》高中一年級第二學期第七章第1節。電解質的電離作為化學中重要的理論性知識，涉及（自身）電離、離子化合物、共價化合物等重要的概念。從教材的內容組織上看，本節內容包含“電解質與非電解質”“電離”“強弱電解質”“弱電解質的電離平衡”等課題，發揮了電解質等化學核心概念對電離理論的指導作用，旨在引導學生全方位、多視角地認識物質在水溶液中的變化。本節課在學生初步學習酸、堿、鹽的基礎上，通過實驗探究化合物在水溶液中或熔融狀態下是否導電對化合物進行分類，引出電離、電解質與非電解質的概念;再從定量的角度探究電解質溶液導電能力的強弱，對電解質進行分類，引出強電解質與弱電解質的概念，為后面進一步學習離子反應、鹽類的水解、電解等奠定基礎。

準確完整地建立電解質的概念，掌握基本的電解質電離理論，是構建學生化學學科基本觀念和認知方法的基本要求，對學生化學學科認知發展極具促進作用。在系統學習電離理論之前，學生知道物質溶解于水中形成溶液，但物質溶解后在溶液中的微觀存在是什么樣子，是以分子狀態分散在溶劑中還是以其他形式存在？這些問題比較抽象，在學生的頭腦中難以自然產生。電解質的電離涉及的是物質在水中或熔融狀態下以什么微粒存在的問題，微粒觀可以幫助學生從微粒的角度來認識物質在水溶液中或熔融狀態下的行為，學會運用微粒的觀點來解釋、分析實際生活和生產中的溶液（或熔融狀態）問題，逐步建立用微粒的觀點來分析物質在水溶液或熔融狀態下問題的一般程序（見圖2）。

2.2??設計教學思路

要落實微粒觀的學習目標，教師要反復思考：通過本節課的教學，最終希望學生知道什么，理解什么。而

這種理解（通常被稱為“基本理解”）是從事實基礎上發展而來的主要原則和概括性原理，側重于學生的學習過程。教學理解的落實又需要結合具體的知識內容和學習活動，因而在教學活動中需要設計貫穿于整個學習過程且具有關鍵驅動力的問題（通常被稱為“基本問題”），即將基本理解以基本問題的形式表達出來，這些問題可以引導學生在更復雜的水平上進行思維活動，發展對概念的理解。這些基本理解和基本問題，既是課堂教學的重心，同時也是有效開展教學活動的關鍵。根據所確立的基本理解和基本問題，運用合理的教學策略充分調動學生學習的主動性，形成如下有關學習任務等的教學思路（見表1）。

如表1所示，通過讓學生理解上述基本問題的方式來探究“電解質的電離”，將電解質、非電解質、電離、溶解、導電等概念擴大化、顯性化。這些基本問題從學生的認識視角出發，為學生認識電解質在不同條件下發生的變化提供不同的認識方式和認識角度，從而建構起屬于自己的知識結構和新的觀念，這樣的知識學習更有遷移的價值。

3??基于“微粒觀”的“電解質的電離”教學

教學活動注重聯系學生的生活經驗，開展小組合作，將科學研究的方法隱含在整節課中。設計兩條主線，一明（電解質辨析）一暗（科學研究方法）自然結合，層層遞進。

3.1??環節1：創設情境，引出概念

[提出問題]（1）?運動功能性飲料（展示實物）能補充人體所需電解質，電解質是什么呢？

（2）?閱讀運動飲料的配料（見圖3），成分非常復雜，哪些成分才是電解質？

[提出猜想]從“電解質”的名稱上看，你們猜測它可能與什么有關？

[學生]電解質與“電”有關，導電、產生電……

[引導]當生活中遇到新名詞無法通過經驗來推測的時候，應該怎么辦？

[學生]上網搜、百度一下、問老師……

[查閱資料]網絡查詢結果：電解質的定義。

[引導]你對電解質有哪些新的認識？

[學生]電解質能導電，但不能產生電;電解質是化合物;電解質溶于水可能導電;電解質也可能在熔融狀態下導電……

設計意圖：用運動飲料的生活情境喚起學生與“電解質”有關的經驗，引出本課研究的兩個核心問題，引導學生猜想并預測物質可能具有的性質，由此激發學生的問題意識和探究興趣。從生活中解決問題的經驗入手，通過網絡查閱相關資料獲得“電解質”的概念，分析已經獲得的資料，既拉近了學生與陌生科學概念之間的關系，又符合科學探究的一般規律。

3.2??環節2：實驗探究，建構概念

[提出問題]如何通過實驗判斷電解質？

[學生1]將電解質接入到電路中。

[學生2]將電解質溶液和電流表連接到閉合回路中，閉合開關，觀察電流表示數是否有變化。

[學生3]將電解質溶液和小燈泡連接到閉合回路中，閉合開關，看小燈泡是否亮。如果不亮，還要做實驗觀察熔融狀態下的電解質是否導電。

[演示實驗]課堂展示溶液導電儀的裝置實物和導電性實驗裝置簡圖（見圖4），并作運動飲料的導電性演示實驗。

[引導]通過上述實驗可以得到什么結論？

[學生1]運動飲料能導電，運動飲料是電解質。

[學生2]電解質是化合物，運動飲料是混合物，運動飲料不是電解質，但是含有電解質成分。

[演示實驗]選擇運動飲料中的水、葡萄糖、檸檬酸、食鹽這幾種常見的物質進行導電性演示實驗。

[學生1]食鹽、檸檬酸溶液能導電，它們是電解質。葡萄糖溶液不能導電，它不是電解質。

[學生2]不能判斷葡萄糖是否是電解質，還需要觀察熔融狀態下葡萄糖是否導電。

[演示實驗]葡萄糖熔融狀態下的導電性實驗。

[結果呈現]類比電解質得出非電解質的定義，并比較電解質和非電解質在物質類型上的共同點。

[總結]電解質與非電解質是對化合物的一種新的分類方法。

設計意圖：調動所學的物理學知識設計實驗，反復論證實驗的可行性。實驗中選擇研究對象時，沒有將所有的物質都進行分析，而是從物質類別和材料易于獲取的角度選擇了具有代表性的四種物質。學生運用實驗探究的科學方法，感受到了不同化合物在水溶液或熔融狀態下導電性存在異同的宏觀現象，認識概念的內涵與外延，提出非電解質的概念，完善科學的物質分類觀。

3.3??環節3：把握內涵，完善概念

[提出問題]電解質在水溶液中或熔融狀態下導電的原因是什么？

[回顧]金屬導電是因為存在自由移動的電子，電子是一種帶電微粒。

[提問]觀察氯化鈉晶體模型，氯化鈉晶體中是否存在帶電微粒？為什么氯化鈉晶體不能導電？

[學生]氯化鈉中存在離子，離子是帶電微粒，但是離子被離子鍵束縛不能自由移動，所以不能導電。

[展示]氯化鈉溶于水的微觀模擬動畫，葡萄糖溶于水的微觀模擬動畫。

[提問]比較兩種溶液中的微粒存在形式，解釋為什么氯化鈉溶液能導電而葡萄糖溶液不能導電？

[解釋]氯化鈉溶于水，離子鍵被破壞，電離出自由移動的鈉離子和氯離子，這一過程可用電離方程式來表示。葡萄糖溶于水是以分子形式存在。

[歸納]電解質在一定條件下能導電與自由移動的離子有關。從檸檬酸溶液能導電的現象可以推測檸檬酸溶液中存在自由移動的離子。

[演示實驗]氯化鈉和檸檬酸在熔融狀態下的導電性實驗。

[學生]檸檬酸熔融狀態下不能導電，可以推測不存在自由移動的離子，不能電離。

氯化鈉熔融狀態下能導電，可以推測存在自由移動的離子，能電離。

[展示]熔融狀態下氯化鈉和檸檬酸的微觀示意圖。

[歸納]電解質是在水溶液或熔融狀態下能自身電離的物質。葡萄糖在熔融狀態下不能導電，推測葡萄糖在熔融狀態不能電離。

[反思評價]實驗中純水能導電嗎？水是電解質嗎？

[學生1]導電性實驗中純水不能導電，根據定義，水是非電解質。

[學生2]水能電離出自由移動的離子，水應是電解質。

[展示]資料：25℃，純水電離出的H+的濃度為10-7mol/L。

[提問]水中有自由移動的離子，水為什么不能導電？溶液導電能力的強弱可能與什么有關？

[學生實驗]用提供的食鹽、水和溶液導電儀，探究影響溶液導電能力強弱的因素（離子數目/離子濃度）。

[總結]梳理“水是電解質，但是弱電解質”的認識思路（見圖5）。

設計意圖：在獲得實驗結果的基礎上，引導學生借助物質結構模型比較、分析、解釋實驗宏觀現象，借助晶體結構模型和動畫展示，認識到不同類型化合物在水溶液或熔融狀態下的導電性與其微粒的存在形式有關，使學生對不同狀態下微粒的存在形式有了深層次的理解。通過分析電流產生的條件、導電的本質、導電與電離的關系，從概念的名稱、內涵、外延及例證四個方面全面認識電解質，幫助學生主動建構概念。在實驗探究中發現水并不能導電，按照電解質概念的定義，水屬于非電解質，教學中利用這一實驗“異常現象”厘清“電離與導電”的關系，揭示電解質的內涵。

3.4??環節4：遷移應用，表達概念

[歸納小結]回顧化合物的分類方法，常見的酸、堿、鹽、水均是電解質。

[提問]查閱運動飲料的配料表，判斷運動飲料中哪些成分是電解質？

[講述]電解質與人體健康之間的關系。

[知識應用]補液鹽能補充電解質，展示補液鹽的成分表，回答以下問題：

（1）?補液鹽中哪些成分是電解質？

（2）?補液鹽的水溶液中存在哪些微粒？

（3）?用電離方程式表示補液鹽溶于水的電離過程。

[小結]結合板書進行小結（見圖6），這節課運用科學探究的方法認識了電解質，從導電的宏觀現象到電離的微觀本質再到電離過程的符號表達，體現了化學科學認識物質性質及變化的特殊思路和方法。

[作業]任意選擇一瓶運動飲料，鑒別其成分中的電解質和非電解質。

設計意圖：引導學生將電解質和非電解質納入化合物的分類系統中，運用電解質相關的知識，對運動飲料中電解質成分進行再分析，體現了教學情境的完整性。以補液鹽為背景，進行宏觀、微觀、符號三重表征，實現教、學、評的一體化。通過電離原理在解決實際問題中的應用，幫助學生建立用微粒觀認識和考察物質世界的認識方式，體會電解質對人體健康的重要影響，明確學習電解質的意義。

4??教學反思

4.1??創設真實生活情境，激發學生問題意識

新課程標準倡導教師在教學中要重視創設真實且富有價值的問題情境。本課例以培養學生自主提問意識作為教學設計的根本出發點，努力將“知識導向”的課堂教學轉變為“問題驅動式”的課堂教學。為了促使學生主動進入分析問題和解決問題的活動中，本課充分挖掘生活中與化學有關的素材，通過“運動飲料能補充電解質嗎”的情境引入。情境中的“電解質”作為一個陌生詞出現，更容易引發學生的好奇心和發現欲，同時也誘發學生的質疑猜想“什么是電解質”“電解質可能與電有關”。學生可以通過網絡查閱相關資料獲得“電解質”的概念，并確認電解質與導電的實驗現象有關。與簡單地僅僅通過對幾種物質導電性實驗結果的不完全歸納來獲得電解質的概念不同，這樣的設計更符合科學探究的一般過程，更符合學生在生活中遇到未知事物的處理經驗，同時也更能培養學生從各種途徑獲取信息和分析處理信息的能力，使之能夠在解決真實情境中的問題時進行有效遷移。

4.2??注重開展推理活動，提升學生思維水平

帶領學生從本源上探究微觀世界，經歷知識的認識過程，從感性認識上升到理性思維，從宏觀認識進入到微觀本質，從定性認識深入到定量研究，領悟基本思想和方法。與教材直接呈現“水是電解質”的結論不同，本研究課例巧妙利用“水不導電，水是電解質嗎”活動中的生成性問題，將“理論分析水是電解質卻不能導電的原因”作為科學探究線索中的“反思評價”環節，引導學生結合已有的經驗和相關資料“25℃時，純水電離出的H+的濃度為10-7mol/L”引發學生的認知沖突。這樣的沖突正好可以促進學生深入思考“電離”和“導電”的關系，進而得出判斷電解質的本質條件。實際上這也是從物質“能否電離”到“能電離出多少離子”的轉變，即從定性分析到定量分析的轉變，體現科學研究中的兩個視角。對影響物質導電能力強弱因素的分析，學生可以發現其因素并不唯一，這與真實情境中問題的復雜性相同，使得問題具有開放性和挑戰性。學生能從多個角度、多個方面進行思考，探究不同因素對導電能力強弱的影響，得出“水是電解質，但水不導電”的真正原因，對如何判斷電解質有更深入的認識。通過對水的電離的特征分析，可以為后續研究強、弱電解質奠定知識基礎。

4.3??發揮知識功能價值，建構學科基本觀念

本節課以通過設計學生小組微型對比實驗，給學生創造了動手、動腦、自主探究的機會，讓學生在宏觀現象對比中形成電解質概念并產生對電解質導電現象本質的求知渴望。結合金屬導電、電解質在水溶液或熔融狀態下、非電解質在熔融狀態下的導電實驗（含flash動畫模擬），引導學生透過宏觀導電現象看微觀電解質電離的實質，并厘清電離的迷思概念，感受微粒間的相互作用，進而從微觀本質上掌握電解質概念;這種微觀可視化的活動設計，既能讓學生抓住概念本質，全面、深刻理解概念的內涵和外延，又能引導學生用“化學的眼光”觀察世界，用“化學的思維”分析問題，鞏固電解質的概念和促進微粒觀的形成，進而感受到化學學科的價值。

通過化學學科基本觀念的教學，學生不但記住了具體的事實性知識，而且在學會超越事實進行思考時能夠領會新舊知識間的聯系，能夠把理解力遷移到其他情境中。當在今后面對一個陌生的具體物質或物質類別時，能自覺地通過預測性質、資料查閱、實驗探究、類比推理等方法，揭示新概念的內涵及與已知概念的相互關系。通過這種方法能夠系統地建立對觀念深度和復雜性的認識，達到對關鍵性知識內容的掌握和理解，使知識具有持久價值和遷移價值，獲得未來在生活中解決真實問題時所需要的關鍵能力和必備品格。

參考文獻：

[1]房喻，?徐瑞鈞等.?普通高中化學課程標準（2017年版）解讀[M].?北京：?高等教育出版社，?2018：180.

[2]畢華林，?崔素芳.?促進“觀念建構”的化學教學設計[J].?中學化學教學參考，?2011，?（8）：3～6.