情境化教學(xué)下的酸堿中和反應(yīng)教學(xué)設(shè)計*
——以探究抗酸藥是如何抗酸的為例

◆禹圓圓 畢淑嫻

1 提出背景

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》提倡從學(xué)生已有生活經(jīng)驗出發(fā)，感知化學(xué)與日常生活的密切聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生解決化學(xué)實際問題的能力[1]。因此，情境化教學(xué)在化學(xué)教學(xué)中具有重要意義。選取具有生活化的素材創(chuàng)設(shè)真實教學(xué)情境，聯(lián)系學(xué)生實際經(jīng)驗，可引起學(xué)生共鳴，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生積極主動地參與化學(xué)學(xué)習(xí)。在情境化教學(xué)時，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)基于真實情境的問題解決任務(wù)，并將核心知識融入具體活動情境中，讓學(xué)生在探索問題的過程中獲取知識、建構(gòu)知識體系[2]。因此，情境化教學(xué)有利于轉(zhuǎn)變學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)方式，優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，促進學(xué)生探究性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

中和反應(yīng)是九年級化學(xué)的內(nèi)容，是中學(xué)化學(xué)的重要知識內(nèi)容。該節(jié)內(nèi)容是在學(xué)生學(xué)習(xí)了酸和堿的概念及部分性質(zhì)之后，通過探究酸和堿能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，繼續(xù)深度學(xué)習(xí)酸和堿的性質(zhì)。中和反應(yīng)的知識內(nèi)容與生活息息相關(guān)，在生活中的多個領(lǐng)域都有應(yīng)用，比如工業(yè)處理廢水、農(nóng)業(yè)改良土壤、醫(yī)療緩和胃酸等。但是，當(dāng)前教學(xué)多以灌輸式為主，難以將中和反應(yīng)的實質(zhì)進行深度剖析，對于中和反應(yīng)的應(yīng)用也是簡單帶過。這種教學(xué)形式難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，無法讓學(xué)生深刻感知中和反應(yīng)的知識內(nèi)涵，而情境化教學(xué)正好彌補了這一不足[3]。將情境化教學(xué)模式應(yīng)用于中和反應(yīng)教學(xué)過程中，是中和反應(yīng)的知識特點和知識內(nèi)容的完美融合，有利于激發(fā)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，啟迪學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)思維，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力[4]，并且能夠讓學(xué)生充分認識到“化學(xué)源于生活，又服務(wù)于生活”的真諦，感受到化學(xué)學(xué)科的獨特魅力。

2 教學(xué)思路及亮點

針對本節(jié)教學(xué)內(nèi)容從橫向和縱向設(shè)計研究思路，如圖1 所示。橫向按照情境線、問題線、活動線、知識線和發(fā)展線進行，這五條線依次遞進，通過創(chuàng)設(shè)不同的教學(xué)情境將知識的傳授與能力的培養(yǎng)緊密結(jié)合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)知識的同時，培養(yǎng)其必備品格與關(guān)鍵能力，推動學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

圖1 研究思路

縱向分為五個環(huán)節(jié)，這五個環(huán)節(jié)層層遞進，將中和反應(yīng)的知識內(nèi)容形成一個完整的體系，有利于幫助學(xué)生梳理課堂知識結(jié)構(gòu)，掌握課堂教學(xué)的重、難點。

1）在教學(xué)設(shè)計過程中，將生活化的情境與中和反應(yīng)的知識內(nèi)容融合在一起。以“抗酸藥是如何抗酸的”引出課題，接著為解決這一問題，進行酸和堿能否發(fā)生反應(yīng)的探究，通過一系列的探究認識到中和反應(yīng)的概念、原理和實質(zhì)，并解答氫氧化鋁片的抗酸原理。

2）以另一抗酸藥（碳酸氫鈉片）進行試誤教學(xué)，通過讓學(xué)生判斷碳酸氫鈉片的抗酸原理是否也利用了中和反應(yīng)原理以引發(fā)學(xué)生思考。當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生認知沖突，教師再次明確中和反應(yīng)概念，以此深化學(xué)生對于中和反應(yīng)概念的理解。

3）教師借助數(shù)字化傳感器探究酸堿中和反應(yīng)歷程，將化學(xué)反應(yīng)歷程數(shù)字化、動態(tài)化和可視化。將信息技術(shù)引入化學(xué)教學(xué)中，能夠有效地吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)熱情，為創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)作出貢獻。此外，通過對曲線圖的分析，能夠培養(yǎng)學(xué)生圖表信息解讀能力和問題分析處理能力，這符合中高考的考查趨勢。

3 教學(xué)目標(biāo)

1）知道酸堿度、pH 的概念，掌握pH 試紙的使用方法，能利用相關(guān)概念解決實際問題。

2）通過探究氫氧化鈉與鹽酸的反應(yīng)，使學(xué)生深刻理解中和反應(yīng)的概念與本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)和實驗探究能力。

3）通過聯(lián)系中和反應(yīng)在生活中的實際應(yīng)用，引起學(xué)生興趣，鍛煉學(xué)生的知識遷移能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)意識和社會責(zé)任感。

4 教學(xué)過程

本節(jié)課題以“抗酸藥是如何抗酸的”為問題主線，以“探究抗酸藥治療胃酸過多癥的原理”為情境基礎(chǔ)，展開酸堿中和反應(yīng)的探究性學(xué)習(xí)。

環(huán)節(jié)一：氫氧化鋁片抗酸藥治療胃酸

【創(chuàng)設(shè)情境】如今，有越來越多的學(xué)生患胃病，胃病的主要癥狀就是胃痛、胃脹以及胃酸。其實，人體的胃液本身就是呈酸性的，pH 約在1 ～3 之間，當(dāng)胃液pH 過小時，就會產(chǎn)生胃酸的癥狀。在醫(yī)療中通常使用氫氧化鋁片等抗酸藥來治療胃酸過多癥，那么氫氧化鋁片是如何抗酸的呢？

【學(xué)生思考】通過提高胃液的pH 來治療胃酸過多癥。

【教師講解】

1）酸堿度。水溶液的酸堿性強弱程度用酸堿度來描述，通常用pH 表示。pH 的范圍通常為0 ～14，酸性溶液的pH 小于7，而堿性溶液的pH 通常大于7，而且pH 越小，酸性越強；pH 越大，堿性越強。

2）pH 試紙。使用pH 試紙判斷溶液的pH 大小，以此判斷溶液的酸堿度。

教師詳細介紹并演示pH 試紙的使用方法。

【深入學(xué)習(xí)】氫氧化鋁是堿，胃酸的主要成分是鹽酸，服用氫氧化鋁片是如何抵抗胃酸過多的呢？是否使胃酸的pH 回歸正常范圍呢？利用氫氧化鋁片治療胃酸的原理是否使酸和堿發(fā)生了反應(yīng)呢？使用學(xué)生最熟悉的兩種溶液，即鹽酸溶液和氫氧化鈉溶液，進行酸和堿混合實驗。

【設(shè)計意圖】教師提出抗酸藥如何抗酸的問題，并給出胃酸過多的原因，引發(fā)學(xué)生思考。學(xué)生猜想與pH 有關(guān)，教師順勢講解pH 有關(guān)知識內(nèi)容，之后采用連續(xù)式提問，引導(dǎo)學(xué)生進行鹽酸與氫氧化鈉能否發(fā)生反應(yīng)的實驗探究。

環(huán)節(jié)二：氫氧化鈉與鹽酸混合的實驗

1）傳統(tǒng)實驗。

【設(shè)計實驗】教師提前準(zhǔn)備實驗儀器，引導(dǎo)學(xué)生進行實驗探究。首先用量筒量取0.1 mol/L 的氫氧化鈉溶液10 ml 倒入50 ml 的小燒杯中，然后用膠頭滴管向盛有氫氧化鈉溶液的小燒杯中逐滴加入0.1 mol/L 的鹽酸溶液，并用玻璃棒不斷攪拌，觀察實驗現(xiàn)象。

【現(xiàn)象分析】在反應(yīng)過程中，除燒杯壁有些許熱量變化外，無明顯現(xiàn)象。那么，如何證明發(fā)生了反應(yīng)呢？

【再次實驗】為證明反應(yīng)的發(fā)生，可以從原有物質(zhì)消失或者有新物質(zhì)生成兩個角度進行驗證。學(xué)生利用酚酞指示劑進行實驗，在開始實驗之前，先往0.1 mol/L 的10 ml 氫氧化鈉溶液中滴加2 ～3滴酚酞試液，然后重復(fù)上述實驗步驟進行探究，并注意觀察實驗現(xiàn)象。

【現(xiàn)象分享】當(dāng)?shù)稳敕犹囈褐螅瑹瓋?nèi)溶液立刻變成紅色，隨著鹽酸的滴入，溶液的紅色逐漸褪去，最終變?yōu)闊o色。

【現(xiàn)象解釋】酚酞是一種酸堿指示劑，遇堿變紅色，在中性條件下和酸性條件下都為無色。實驗中，觀察到溶液的紅色逐漸褪去，這是因為氫氧化鈉溶液被消耗掉了，原有物質(zhì)的消失正好證明了酸和堿發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，實驗過程如圖2 所示。

圖2 實驗過程

2）手持實驗。

【實驗介紹】教師借助數(shù)字化實驗儀器探究氫氧化鈉和鹽酸是否發(fā)生變化。教師首先介紹儀器：

①pH 傳感器，相當(dāng)于pH 計，它可以將pH 隨反應(yīng)時間的變化以曲線的形式呈現(xiàn)在計算機上；

②溫度傳感器，相當(dāng)于溫度計，可以將溫度隨反應(yīng)時間的變化以曲線的形式呈現(xiàn)在計算機上。

【開始實驗】實驗裝置圖如圖3 所示。將pH傳感器或溫度傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器上，再將數(shù)據(jù)采集器連接到計算機上，接著取0.1 mol/L 的氫氧化鈉溶液10 ml 于小燒杯中，并將燒杯置于磁力攪拌器上。插入pH 傳感器或溫度傳感器，打開磁力攪拌器，并將鹽酸溶液逐滴加入燒杯中，開始數(shù)據(jù)采集。學(xué)生認真觀察曲線的變化。

圖3 數(shù)字化實驗裝置

【實驗結(jié)果】pH 的曲線呈下降趨勢，溫度的曲線呈上升趨勢。這是什么原因呢？

【學(xué)生分析】pH 曲線先呈下降趨勢是因為氫氧化鈉溶液被消耗，當(dāng)pH 到達7 之后繼續(xù)下降，是因為鹽酸的大量加入導(dǎo)致pH 迅速減小。將pH 傳感器換成溫度傳感器，重復(fù)上述實驗操作，可觀察到隨著反應(yīng)時間的增加，溫度曲線呈上升趨勢，說明反應(yīng)發(fā)生，體系呈放熱狀態(tài)。

【設(shè)計意圖】為驗證氫氧化鈉和鹽酸可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，教師采用傳統(tǒng)實驗和數(shù)字化實驗，分別從定性和定量兩個角度驗證酸和堿可以發(fā)生反應(yīng)，增強化學(xué)實驗的趣味性和科學(xué)性，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度和實驗探究能力。

環(huán)節(jié)三：氫氧化鈉與鹽酸的反應(yīng)實質(zhì)

【微觀探析】已經(jīng)從宏觀層面證明氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液是可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的，那微觀反應(yīng)是如何進行的？

【播放視頻】微觀反應(yīng)視頻。

【教師講解】通過視頻，可以知道鹽酸和氫氧化鈉在溶液中都是以陰陽離子的形式存在，當(dāng)兩溶液混合時，鹽酸中的H+與氫氧化鈉中的OH-會相互吸引結(jié)合生成水分子，而鹽酸中的Cl-與氫氧化鈉中的Na+仍以離子的形式存在于溶液當(dāng)中。由此可以得出：該反應(yīng)的實質(zhì)是H++OH-==H2O，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為HCl+NaOH==NaCl+H2O。

【大展身手】常見的酸和堿的反應(yīng)還有很多。請學(xué)生模仿氫氧化鈉和鹽酸的化學(xué)方程式，試著寫出以下這三個化學(xué)反應(yīng)方程式：

1）氫氧化鈉與硫酸；

2）氫氧化鈣與鹽酸；

3）氫氧化鋁與鹽酸。

【學(xué)生書寫】

1）2NaOH+H2SO4==Na2SO4+2H2O

2）Ca(OH)2+2HCl==CaCl2+2H2O

3）Al(OH)3+3HCl==AlCl3+3H2O

【總結(jié)歸納】通過觀察以上反應(yīng)方程式的共同點，發(fā)現(xiàn)這些反應(yīng)都是酸與堿反應(yīng)生成鹽和水，通常把這類反應(yīng)稱為中和反應(yīng)。

1）中和反應(yīng)：酸+堿==鹽+水（放熱反應(yīng)）

2）中和反應(yīng)的實質(zhì)：H++OH-==H2O

【探究結(jié)果】通過上述化學(xué)方程式，發(fā)現(xiàn)氫氧化鋁與鹽酸反應(yīng)生成三氯化鋁和水，是中和反應(yīng)。即抗酸藥氫氧化鋁片與胃液中的鹽酸發(fā)生中和反應(yīng)，致使胃內(nèi)的pH 值升高，使胃酸過多的癥狀得以緩解。

環(huán)節(jié)四：利用碳酸氫鈉進行概念辨析

【創(chuàng)設(shè)情境】碳酸氫鈉片也是一種抗酸藥，顯堿性，那碳酸氫鈉片治療胃酸是否也利用了中和反應(yīng)原理？

【設(shè)計實驗】學(xué)生分組實驗，按照圖4 方式安裝裝置，使用雙孔塞，分別插入溫度計和分液漏斗。通過控制分液漏斗使鹽酸逐滴滴入具支試管中，同時觀察氣球是否發(fā)生變化。

圖4 學(xué)生實驗示意圖

【實驗現(xiàn)象】隨著鹽酸的加入，氣球體積逐漸增大，說明在該反應(yīng)過程中有氣體生成，即碳酸氫鈉與鹽酸發(fā)生反應(yīng)。

【教師引導(dǎo)】該反應(yīng)是否屬于中和反應(yīng)？請嘗試寫出碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)方程式。

【學(xué)生思考】NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2。學(xué)生認為該反應(yīng)是中和反應(yīng)。

【概念辨析】碳酸氫鈉是酸式鹽，顯堿性，但不是堿。并且碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉、水和二氧化碳，也不滿足只生成鹽和水。所以，該反應(yīng)不屬于中和反應(yīng)。

【設(shè)計意圖】提出另一種抗酸藥碳酸氫鈉片進行試誤教學(xué)。讓學(xué)生先通過實驗探究證明碳酸氫鈉與鹽酸發(fā)生反應(yīng)，再讓學(xué)生寫出該化學(xué)反應(yīng)方程式并判斷該反應(yīng)是否為中和反應(yīng)。此時，學(xué)生陷入顯堿性和堿的概念誤區(qū)，以至于錯誤理解中和反應(yīng)的概念。教師通過講解，加深學(xué)生對于中和反應(yīng)的概念理解。

環(huán)節(jié)五：中和反應(yīng)在生活實際中的應(yīng)用

【創(chuàng)設(shè)情境】假如被蜜蜂蟄到，涂抹肥皂水可以減輕疼痛。這種說法正確嗎？

【學(xué)生查閱】黃蜂叮咬皮膚時分泌的汁液呈堿性，涂抹食醋可減輕疼痛；蚊蟲叮咬皮膚時分泌蟻酸，通過涂抹氨水或者肥皂水可減輕疼痛。

【創(chuàng)設(shè)情境】土壤酸性化會導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，那往土壤中加熟石灰是否可改善土壤酸化？

【學(xué)生查閱】土壤酸化的主要原因有：有機物的分解，無機肥料的大量使用，酸雨的污染，等等。因此，根據(jù)中和反應(yīng)原理，可以往地里施加熟石灰來改善土壤酸化，增加農(nóng)作物的產(chǎn)量。

【課后任務(wù)】結(jié)合中和反應(yīng)知識聯(lián)系生活實際，思考生活中還有哪些問題的解決運用了中和反應(yīng)。

5 結(jié)束語

創(chuàng)設(shè)情境可使知識內(nèi)容與生活實際相結(jié)合，弱化中學(xué)化學(xué)知識的抽象性與枯燥感，使學(xué)生更好地理解復(fù)雜的知識內(nèi)容。在中和反應(yīng)的情境化教學(xué)過程中，教師創(chuàng)設(shè)生動貼切的教學(xué)情境，吸引學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生自主探究獲取知識，讓學(xué)生感受到直接獲取知識的樂趣，以培養(yǎng)化學(xué)學(xué)習(xí)熱情。

在中和反應(yīng)的教學(xué)案例中，教師以“抗酸藥是如何抗酸的”為問題情境展開教學(xué)，設(shè)計多個教學(xué)環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣，緊密聯(lián)系知識內(nèi)容，通過探究鹽酸與氫氧化鈉能否發(fā)生反應(yīng)，引入中和反應(yīng)的原理、概念、實質(zhì)及應(yīng)用這些重要知識內(nèi)容，并利用多樣化的教學(xué)手段配合教學(xué)，使學(xué)生在問題式情境的驅(qū)動下自覺思考，探求中和反應(yīng)知識內(nèi)涵，提升解決實際問題的能力。在探析中和反應(yīng)原理及實質(zhì)的實驗過程中，將宏觀化學(xué)現(xiàn)象、微觀反應(yīng)實質(zhì)、化學(xué)方程式以及曲線分析相結(jié)合，形成“宏觀—微觀—符號—曲線”的學(xué)習(xí)思維，讓學(xué)生從四重表征的角度深刻理解中和反應(yīng)的相關(guān)知識內(nèi)容。在鞏固中和反應(yīng)概念時，設(shè)計碳酸氫鈉片進行概念的試誤教學(xué)，根據(jù)學(xué)生固有思維創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)學(xué)生認知沖突，再引導(dǎo)學(xué)生重新認識中和反應(yīng)的概念，以起到深化概念含義的作用。