深挖實驗教學功能 培養(yǎng)證據(jù)推理能力——以“鹽類的水解原理”為例

廣東省中山市第二中學(528429) 林增輝

對于發(fā)展學生“證據(jù)推理”的學科核心素養(yǎng)，課程標準明確提出：具有證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。在課程標準引領(lǐng)下，部分教師開展了深入的研究：認為化學教學中的證據(jù)推理是指根據(jù)化學概念、理論和事實性知識，通過比較分析、抽象概括和歸納演繹等推理形式，進行證實和證偽的求證方式，獲取新知識、解決新問題的高級思維過程；認為證據(jù)推理是獲得科學知識的必經(jīng)方法，需讓學生親歷與體驗，在教師的引導和幫助下，學會收集證據(jù)，進行推理學習。教師們的教學研究成果，開拓了我們的視野，深化了我們對“證據(jù)推理”內(nèi)涵的認識，有效地指導了我們的教學。基于對課程標準的學習和理解，借鑒同行的先進經(jīng)驗，筆者對如何在化學課堂中培養(yǎng)學生證據(jù)推理能力，也產(chǎn)生了以下幾點思考。首先，教師應(yīng)明確教學目標，明確什么內(nèi)容是要得到的“結(jié)論”，明確哪些內(nèi)容能作為“證據(jù)”，并且能啟發(fā)學生及時抓住“證據(jù)”；其次，教師應(yīng)了解學生的知識和能力水平，了解學生在根據(jù)“證據(jù)”推導出“結(jié)論”的過程中，可能要用到的必備知識，可能會碰到的認知障礙，做好充分準備，才能及時啟發(fā)學生，幫助學生順利到達成功的彼岸；此外，課堂雖然是可以預設(shè)的，但教師也應(yīng)該尊重學生，充分發(fā)揮學生的想象力和創(chuàng)造力，為各種思想的碰撞做好準備。下面，筆者以“鹽類的水解原理”為例，闡釋基于“證據(jù)推理”視角的教學設(shè)計過程。

1 教學內(nèi)容分析

“鹽類的水解”是人教版化學選修4第3章第3節(jié)的內(nèi)容，該節(jié)包含鹽類的水解原理和鹽類水解的應(yīng)用兩部分內(nèi)容，按課時計劃，分兩個課時完成。筆者選取“鹽類的水解原理”作為研究對象。從內(nèi)容層次來看，需要學生在弱電解質(zhì)的電離平衡和水的電離平衡的基礎(chǔ)上，理解水解的本質(zhì)是因為弱酸的酸式酸根(或弱堿陽離子)通過結(jié)合水電離的氫離子(或氫氧根)，從而促進了水的電離，使水溶液呈現(xiàn)出酸堿性。從能力的層次來看，則需要學生能立足于已有的知識，運用已有的化學理論知識(如電解質(zhì)的電離、離子反應(yīng)、水的電離平衡等)，推斷分析鹽類的水解微觀過程，建立起認知模型，提煉水解反應(yīng)的一般規(guī)律，為下節(jié)課學習水解原理應(yīng)用墊定基礎(chǔ)。從價值層面來看，鹽類的水解體系是一個多種平衡體系相互影響、相互制約的復雜平衡體系，深入理解這種多平衡體系，對開闊學生的思路，形成自然界中物質(zhì)密切聯(lián)系、相互依存的世界觀，具有一定的促進作用。

2 學情分析

3 教學目標的確定

根據(jù)教學內(nèi)容和學生知識水平的分析情況，從宏觀證據(jù)、微觀證據(jù)、定量證據(jù)和模型證據(jù)四個維度，確定本節(jié)課的教學目標。

(1)通過觀察、分析鹽類水解的宏觀現(xiàn)象，認識水解反應(yīng)的宏觀性質(zhì)，如鹽溶液呈現(xiàn)酸堿性的本質(zhì)原因。

(2)通過討論、分析微觀粒子的相互作用的方式，探求水解的原理，推理水解酸堿性與鹽類組成關(guān)系的模型。

(3)收集、分析鹽類水解實驗呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)，從定量角度探求鹽類水解反應(yīng)的特點。

(4)比較、探討中和反應(yīng)和鹽類水解反應(yīng)的能量變化，推斷水解反應(yīng)的能量變化規(guī)律。

4 教學環(huán)節(jié)設(shè)計

4.1 環(huán)節(jié)一：實驗探究，推導原理

實驗并投影：用pH試紙測以下溶液(均約為1 mol/L)的pH值：①NaCl溶液、②CH3COONa溶液、③NaHCO3溶液、④Na2CO3溶液、⑤NH4Cl溶液、⑥(NH4)2SO4溶液、⑦Na2SO4溶液。

設(shè)計說明：在學生的認知中，酸溶液呈酸性，堿溶液呈堿性，鹽溶液則是中性的。雖然在必修1中學過純堿和碳酸氫鈉兩種溶于水呈堿性的鹽，但學生還是很難打破思維的慣性，甚至常常將純堿當作堿對待。上課之前，布置學生先預習。以實驗的形式引入新課，選擇不同類型的鹽，呈現(xiàn)不同的pH值，讓學生能通過宏觀的物質(zhì)性質(zhì)了解鹽類水解的現(xiàn)象。

微觀探析：為什么鹽溶液會呈現(xiàn)不同的酸堿性呢？以NaCl溶液和CH3COONa溶液為例：①在NaCl溶液中，NaCl完全電離成Na+和Cl-，而水也會部分電離出H+和OH-，離子之間不會發(fā)生離子反應(yīng)(簡單復習離子反應(yīng)的條件)，水的電離平衡沒有移動，溶液的pH沒有發(fā)生變化；②在CH3COONa溶液中，CH3COONa完全電離成Na+和CH3COO-，而水也會部分電離成H+和OH-，CH3COO-和H+可生成CH3COOH(簡單復習弱電解質(zhì)電離平衡)，c(H+)降低，促進水的電離，c(H+)小于c(OH-)，溶液呈堿性。

證據(jù)推理一：結(jié)合另外5種鹽溶液，可知弱堿陽離子或弱酸酸根離子能促進水的電離，發(fā)生水解反應(yīng)。得出結(jié)論一：有弱才水解。

4.2 環(huán)節(jié)二：宏觀辨識，推導規(guī)律

教學活動：引導學生分析上述實驗中7種溶液的酸堿性與鹽類型的關(guān)系。

設(shè)計說明：學生通過實驗結(jié)果，了解鹽類水解可呈現(xiàn)不同pH值的現(xiàn)象，通過對水電離平衡移動的分析，認識水解反應(yīng)的本質(zhì)，此時對鹽的組成結(jié)構(gòu)進行分類，進一步深化學生對“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)”關(guān)系的認識，建立水解的認知模型。

證據(jù)推理二：強酸弱堿鹽顯酸性，強堿弱酸鹽顯堿性。得出結(jié)論二：誰強顯誰性。

證據(jù)推理三：電解質(zhì)的“強”與“弱”本質(zhì)上是指電解質(zhì)的電離程度，可用什么數(shù)據(jù)來衡量呢(提示：電離常數(shù))？結(jié)合NaCl溶液和Na2SO4溶液，推測CH3COONH4溶液應(yīng)該顯什么性質(zhì)呢(醋酸和一水合氨的電離常數(shù)均為1.8×10-5)？經(jīng)討論，可得出結(jié)論三：同強顯中性。

4.3 環(huán)節(jié)三：引入數(shù)據(jù)，定量推理

教學活動：和學生一起利用比色卡，讀取各種溶液的pH數(shù)值(按上述序號，顏色有爭議時，取大概范圍)：①6～7、②8～9、③10、④11～12、⑤5～6、⑥5～6、⑦7。

設(shè)計說明：從酸堿性的定性認識，進一步從定量的角度認識鹽類的水解，發(fā)展學生的定量思維。

證據(jù)推理四：基于CH3COONa溶液、NaHCO3溶液、Na2CO3溶液的堿性依次增強的本質(zhì)，得出結(jié)論四：越弱越水解。

4.4 環(huán)節(jié)四：符號表征，推導模型

教學活動：和學生一起書寫CH3COONa溶液中產(chǎn)生OH-的離子方程式(水解方程式)。

設(shè)計說明：基于宏觀和微觀的認知，引入符號表征水解過程。預習發(fā)現(xiàn)，學生會寫成CH3COO-與H+反應(yīng)，借此重溫了離子方程式的書寫要點——弱電解質(zhì)不能拆寫。

證據(jù)推理五：結(jié)合水解方程式，討論下列問題：①在約為1 mol/L的CH3COONa溶液中，c(OH-)約為多少？根據(jù)上面的數(shù)據(jù)算出約為1×10-5mol/L。②根據(jù)上面的實驗數(shù)據(jù)，哪種物質(zhì)的水解程度最大？可算出是碳酸鈉，約為1%。

根據(jù)上面的討論，可得出結(jié)論五：水解程度一般都比較小。該結(jié)論可為后續(xù)學習判斷溶液中離子濃度大小作鋪墊。

證據(jù)推理六：結(jié)合水解方程式，討論下列問題：①從左邊往右看，是水解反應(yīng)，但如果從右邊往左邊看，是什么反應(yīng)呢(可得出是中和反應(yīng))；②中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，那么其逆反應(yīng)——鹽類的水解反應(yīng)呢？

通過上述問題的討論，可得出結(jié)論六：水解反應(yīng)是中和反應(yīng)的逆反應(yīng)，是吸熱反應(yīng)。

5 結(jié)語

隨著化學知識的積累和能力的提升，學生思考問題的視角越來越廣，而對化學實驗來說，能挖掘的教學功能也越來越多。學生學習了化學反應(yīng)原理之后，能從定性到定量、從宏觀到微觀、從物質(zhì)到能量等多個角度認識物質(zhì)的變化，因此應(yīng)該養(yǎng)成深挖化學實驗功能的習慣，用多元化的視角認識化學現(xiàn)象，更深刻地認識自然界的復雜性和整體性。本節(jié)課是以演示實驗展開教學，雖然有利于筆者控制課堂的節(jié)奏，也有利于證據(jù)推理過程的進行。但筆者認為，如果學生能養(yǎng)成良好的實驗探究習慣，應(yīng)該多動手實驗，減少演示實驗，讓學生親自探索化學世界。

從證據(jù)推理的角度來看，限于學生知識與能力的水平，對于一些假設(shè)學生并不能自主地完成推理過程，這時就要發(fā)揮教師的作用，要適當給學生提供知識的支撐，幫助學生構(gòu)建完善的知識體系，讓學生能順著知識的階梯一步一步往上攀登。因此，引導學生進行證據(jù)推理，不是漫無目的地讓學生自由討論，也不是讓學生完全獨立探索，而應(yīng)是有目的、有設(shè)計、有方向的活動。基于證據(jù)推理所得出的結(jié)論，是學生經(jīng)過思考、辨析、論證所得到的本質(zhì)規(guī)律，對學生來說，能起到化繁為簡、認知本質(zhì)的作用，但卻不能輕易地作為結(jié)論傳授給其他未經(jīng)歷推理過程的學生，因為只知道結(jié)論，則為“知其然，不知所以然”。

化學是一門不斷發(fā)展的自然科學，化學實驗技術(shù)也在與時俱進。在本節(jié)課中，因限于實驗的條件，在定量測溶液的pH值時，依然用pH試紙進行測定。但由于pH試紙的測定，準確性比較低，而且讀數(shù)的時候，也有一定的難度，像本節(jié)課中有些溶液的讀數(shù)只是取大概讀數(shù)范圍，如果能用pH計進行測量，則可大大提高準確性。在進行定量分析時，也更有說服力，能更好地發(fā)揮數(shù)據(jù)的“證據(jù)”作用。同時，也能讓學生感受到化學技術(shù)在定量測量中所起的重要作用，激發(fā)學生學習化學的興趣。