樹立證據推理意識 培養高階思維能力——以“鹽類水解”單元復習片段為例

安徽 曹 君

高中教學的目的是培育學生的學科核心素養，學科核心素養是指學生應具備的適應終身發展和社會發展所需要的必備品格和關鍵能力。新一輪課程改革在新高考改革的引領下如火如荼的進行著，很多化學高考題需要學生解決真實情境中的實際問題，從而讓學生由傳統的解題變為解決問題，迫使高中教學的改變，在課堂上除了知識的傳授之外，更要培養學生的學科核心素養。設計大單元教學，通過挑戰性的主題復習，使學生從開始學習時掌握的單個知識點，組成線，形成面，從而形成知識結構網絡，使學生從單點思維、多點思維等低階思維水平上升至多點關聯結構水平，甚至培養學生思維拓展等高階思維能力，從而讓學生真正掌握必備知識，具備解決實際問題的關鍵能力。教科書及教輔上不缺少結論，但缺少論證的過程；不缺少實驗習題，但缺少實驗具體操作。反應原理中有很多概念，學生們容易迷失，故筆者以復習鹽類水解時學生們容易混淆的兩個挑戰性問題作為主題進行教學，通過帶領學生進行探究、論證，從而促進化學學科核心素養在課堂落地生根。

一、培養證據推理意識，形成關聯性思維

學生在學習水解相關理論時，對溶液體系的核心知識的掌握是零散的，學生的思維也是處于單點思維階段，在遇到問題時，往往顧此失彼。在復習到溫度對鹽類水解的影響時，學生們往往僅會考慮溫度對水溶液中的弱酸陰離子或弱堿陽離子水解的影響，很難關聯起溫度對水的電離即水的離子積的影響，為此筆者提出一個問題：溫度升高時，Na2CO3溶液的pH如何變化？

圖1 1.0 mol·L-1碳酸鈉溶液pH隨溫度變化曲線

通過學生參與實驗，可得到與圖1類似的圖像，如果沒有辦法完成該實驗，可以直接以信息的形式給學生展示圖1。從圖中可以看見溶液的pH先增大后減小，并不是隨著溫度的升高而一直增大。圖像沖擊了學生固有的思維模式，學生對以往記憶中“越熱越水解”產生了質疑，通過小組討論，學生得出在該溶液中除了碳酸鈉的水解對溶液pH有影響之外，還有一個重要的因素，就是溫度對水的電離常數的影響，這兩個因素學生都已掌握，但是在處理問題時，學生思維可能還是停留在單點思維階段，不能相互關聯，通過實驗數據的分析，學生們可以發現溫度升高時，溶液pH并不是一定升高，從而引導學生更深層次的思考問題，進而培養學生證據推理的意識。學生通過碳酸鈉濃溶液中的實驗現象理解了溫度與pH的關系之后，其稀溶液中pH隨溫度如何變化呢？筆者設計了如下習題檢測學生復習的效果，訓練其思維能力。

【練習1】對0.10 mol·L-1的碳酸鈉溶液加熱，利用傳感器測定溶液的溫度和pH，結果如圖2所示，下列對實驗結果的分析不正確的是

圖2 0.1 mol·L-1碳酸鈉溶液pH隨溫度變化曲線

( )

B.隨著溫度升高，溶液中c(OH-)先增大后減小

D.溶液pH減小的原因是：加熱促進水的電離，Kw隨溫度升高而增大

【答案】B

根據對上述兩個圖像的分析，可以得出碳酸鈉溶液的pH受多個因素影響，如果僅以溶液pH的大小來判斷碳酸鈉的水解程度是不科學的。碳酸鈉溶液中的情況學生們已經清楚知道了，其他的強堿弱酸鹽水溶液的pH隨溫度如何變化呢？圖3是1.0 mol·L-1醋酸鈉溶液的pH隨溫度變化的曲線：

圖3 1.0 mol·L-1醋酸鈉溶液pH隨溫度變化曲線

醋酸鈉溶液的pH隨溫度的升高逐漸減小，可以讓學生思考，曲線為何呈現圖3中的變化趨勢。綜上，我們可以得出強堿弱酸鹽的水溶液在溫度升高時，弱酸陰離子水解程度增大，溶液中氫氧根濃度在增大，但水的離子積常數也在增大，且溶液中氫離子濃度也在增大，所以無法確定溶液pH的變化情況。對于溶液顯酸性的強酸弱堿鹽溶液來說，升溫的結果一定導致其pH變小。因為，在該溶液中不再有水的離子積變化的干擾，升溫對水解平衡常數及弱堿陽離子的水解程度的影響是一致的，都有利于使溶液中氫離子濃度的增大使溶液pH減小。如果學生能自己分析得出結論，說明學生的思維層次進入到了思維拓展這一個高階階段。

通過挑戰性的問題及數字化實驗，可以幫助學生提高思維的深度。學生不會再簡單地說水解程度越大，溶液pH就增大或減小，而是綜合分析溫度對鹽類水解及水的電離的影響程度再得出結論，具體結果可通過實驗測定，或者理論計算得出，從而培養學生的證據推理意識。

二、培養模型認知能力，形成辯證性思維

【實驗】

量取 3 mL 1 mol·L-1FeCl3溶液于試管中，逐滴加入1.0 mol·L-1Na2SO3溶液。試管中的實驗現象為：溶液由橘黃色變為紅褐色并有沉淀生成，振蕩后沉淀消失，繼續滴加Na2SO3溶液，溶液顏色加深，放置一小時后溶液變為綠色(為了課堂安排的更緊湊，通過錄像播放了提前做過的該實驗視頻，本節課結束時溶液已基本變為綠色)。

該實驗現象沖擊了學生的認知體系，幫助學生調用起氧化還原思維模型，氯化鐵具有氧化性，亞硫酸鈉既有氧化性又有還原性。在本實驗中，開始有沉淀，振蕩后沉淀消失，最后試管中溶液變為綠色，說明FeCl3溶液與Na2SO3混合時，存在雙水解，同時因氯化鐵顯氧化性、亞硫酸鈉顯還原性，而發生了氧化還原反應，兩個反應存在競爭關系。反應開始階段水解占有優勢，是因為溶液中離子發生復分解反應時活化能比較低，從反應動力學角度看，由反應開始時可見紅褐色沉淀生成可知，水解反應速率較快，氧化還原反應活化能要大得多，反應速率一般比較小；但從反應熱力學角度看，溶液最終呈綠色則證明氧化還原反應的趨勢更大。通過實驗探究得到的宏觀現象找到證據，進一步思考微觀分析沉淀為什么會溶解，溶液為什么會變成綠色，最后可以用離子方程式表征出整個過程中離子間可能發生的化學反應。

類似的氧化還原與水解反應競爭的反應還有很多，比如常見的物質硫化鈉溶液與氯化鐵溶液混合后，滴加的先后順序不同，量不同，得到的實驗現象也不相同，教師可以帶領學生改變二者的濃度，改變加入先后順序，進行實驗探究，通過反應條件的改變，使化學反應向我們期望的方向進行，讓學生知道化學反應是可以調控的，幫助其形成辯證性思維，防止學生出現非黑即白地看待問題。

在高三一輪復習時，各位教師應打破模塊之間的壁壘，實現教學內容的重構。要抓住知識的重點、難點和關鍵點，了解學生學習的盲點和思維障礙，對教學內容進行合理安排，設計出真實性、趣味性、探究性、開放性的問題，激發學生的認知沖突，培養學生獨立分析問題、解決問題的能力，促進高階思維的形成。通過大單元教學，向綜合性、信息性、實驗性的方向轉變。依據學生的認知水平，設計一系列有層次的挑戰性問題，引導學生深度思考，并通過實驗培養學生尋找證據和解釋證據的能力，建立起解決相關問題的模型，不斷修正并優化模型，從而解決實際生產及生活中遇到的真正的問題，或解釋問題能趨近問題的本質。這正是本輪高考改革和課程改革的呼喚。