“情境—模型”雙向建構策略在化學微專題復習中的實踐研究

【摘 要】“素養為本”的教學倡導借助在真實問題情境下的探究活動，幫助學生建構思維模型。文章依托實驗設計情境問題串，引導學生結合實驗現象、數據等證據素材，進一步認識離子反應的本質特征，建構和鞏固對水溶液中離子反應的認識模型。同時，利用已有模型解決具體的情境問題，實現“情境—模型”雙向建構，使學生的化學學科核心素養得到不同程度的發展。

【關鍵詞】“情境—模型”;微專題;離子反應;復習教學

【作者簡介】李似麒，正高級教師，福建教育學院化學教育研究所兼職研究員，主要研究方向為中學化學教育教學。

【基金項目】2021年度福建省基礎教育課程教學研究課題“‘雙新’背景下的高中化學微項目教學實踐研究”（MJYKT2021-151）

一、問題的提出

高考第二輪復習教學強調圍繞必修和選修課程中相關知識的教學要求，進行核心知識的重組與關聯，幫助學生建立和鞏固知識的認識模型，凸顯學科核心素養培育的功能價值，建立高效的復習專題。專題復習可以通過對知識的網絡化、系統化和模型化整合，幫助學生有效突破思維障礙，促進知識的模型化建構和思維的高階發展。專題復習的微型化可稱為微專題復習，在高考第二輪復習過程中常被穿插使用。微專題復習主要以熱點、難點和易錯點的突破提升及解題方法的高效應用為研究主題，通過清晰的思維活動引導學生參與復習教學，其復習內容更精準，針對性更強，有利于幫助學生建構知識模型，活化知識應用，提升綜合能力[1]。

水溶液中的離子反應是高中化學的核心知識和教學難點之一，也是高考的考查熱點之一。在實際考查中往往伴隨對多種平衡的綜合分析，學生通常因不能很好地將電離平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡的本質特征有效深度融合，缺乏對水溶液中離子反應體系認識模型的深刻理解，導致無法有效突破思維障礙而失分。因此，結合《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課程標準”）中能綜合運用離子反應和化學平衡原理，分析和解決生產、生活中有關電解質溶液的實際問題的具體要求[2]，教師有必要結合高考化學第二輪復習教學過程中出現的實際情況，將離子反應設計成微專題，并在專題復習教學過程中幫助學生有效提升綜合分析和解決問題的能力。那么如何讓微專題復習更加高效，更加符合新課程標準的相關要求？筆者嘗試在微專題復習中引入“情境—模型”雙向建構策略。

二、“情境—模型”雙向建構策略

“情境—模型”雙向建構策略借助情境問題串的創設，讓學生經過類比、抽象、歸納與概括建構化學思維模型，同時又用所建構的化學思維模型解決具體情境問題，二者相互協調、相互補充，從而實現思維模型的完善與創新，發展學生的核心素養。“情境”指的是有利于知識的學習與應用的整個背景或環境。情境的高效應用需要教師根據知識內容的特點及脈絡，設計情境內涵豐富、凸顯問題本質和利于學生思維發展的遞進式情境問題串，促進學生對化學問題本質的探究與揭示。“模型”指的是以具體情境任務為載體，通過類比、抽象、概括等手段，幫助學生深化對化學原理的深刻理解和對化學規律的自主發現，凸顯問題解決方法的優化和思路的創新，并建構適合學生發展的思維模型。

新課程標準重視對教學內容重新進行結構化整合，并在真實問題情境下，通過開展化學實驗探究活動激發學生的化學學習興趣，培養學生的高階思維能力，促進化學教與學方式的變革，以實現“素養為本”的教學。“情境—模型”雙向建構策略正是順應了真實情境下的“素養為本”教學的新要求。實踐研究表明，對于化學基本理論及應用、元素的單質及其化合物、化學實驗及綜合應用、工藝流程專題等易與真實情境相結合的教學內容，如果能夠針對教學內容的不同將情境與模型有機融合，依托情境建構思維模型，用模型解決情境問題，二者相輔相成，實現“情境—模型”雙向建構，能有效突破學生的思維障礙，提升學生的思維品質，提高微專題教學的實效。

三、“情境—模型”雙向建構策略的應用

教師在微專題復習中引入“情境—模型”雙向建構策略，應重視對微專題的教學內容進行結構化、模型化整合，并在模型化的基礎上創設與之匹配的情境問題，在不斷解決情境問題的基礎上引導學生建構和鞏固認識模型，方能有效地實現情境與模型的雙向建構。例如，水溶液中的離子反應有復分解反應、氧化還原反應和水解反應。因此，教師可以分別從三種不同反應類型的研究視角來建構認識模型，落實核心素養。在本節微專題復習課中，教師以碳酸鈉與碳酸氫鈉溶液的鑒別實驗為問題情境素材，結合實驗方案、實驗現象、實驗數據等證據素材，設計遞進式情境問題串來引導學生從復分解反應、電離平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡的綜合分析視角進一步認識離子反應的本質特征，突破學生對水溶液體系中離子反應認識的思維局限，進一步發展學生的微粒觀、平衡觀和轉化觀，幫助學生建構并鞏固水溶液中離子反應的認識模型（如圖1）。同時，教師要引導學生利用已有認識模型解決具體的情境問題，從而實現“情境—模型”雙向建構，使學生的“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”等學科核心素養得到進一步的發展。

（一）創設問題情境，凸顯情境問題

新課程標準倡導基于真實情境的問題探究式教學。因此，在教學情境創設時，教師應根據模型建構的需要，盡可能選擇與真實生活、生產或實驗相匹配的情境素材。這樣既體現化學源于生活，又服務于生活的理念，又能激發學生的探究熱情，引發學生積極思考，凸顯情境中的化學問題，利于后續情境問題串的創設及模型的建構。特別是借助實驗的“意外”現象，引起學生思維沖突，暴露學生的思維缺陷，則更有利于“情境—模型”雙向建構策略的落實。

問題情境 如何鑒別沒有貼標簽、濃度均為0.2 mol·L-1的Na2CO3和NaHCO3溶液？提供試劑：酚酞試液、0.2 mol·L-1的鹽酸、0.2 mol·L-1的CaCl2溶液。儀器：試管和膠頭滴管。請完成有關鑒別實驗并結合實驗現象說明其原理。

根據學生的基本情況，學生可以很自然地分別選擇酚酞試液、鹽酸和氯化鈣溶液進行鑒別實驗，但教師需要引導學生觀察實驗時出現的“異常”現象，并將其作為后續教學的真實情境問題，為認識模型的建構奠定基礎。

（二）設置情境問題，建構思維模型

情境問題是模型建構的基礎，教師應根據模型的構成要素，將問題情境分解成若干個較小的情境問題，從多角度設計遞進式情境問題串來引導學生主動分析和探究，促進學生對認識模型的建構和鞏固。如離子反應的認識模型有復分解反應的發生條件、化學平衡移動（勒夏特列）原理、K的大小、K與Q的關系等要素。因此，情境問題串的設置可從以下幾個問題展開。

問題1 結合溶液中存在的平衡，說明碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液的堿性為什么不同，以及為什么可以用鹽酸鑒別碳酸鈉、碳酸氫鈉。請結合化學用語說明。

問題2 如何從平衡移動視角分析碳酸氫鈉溶液中滴加氯化鈣溶液有沉淀生成？

應用化學平衡移動原理解釋有關實驗現象，是高三學生基本的知識儲備和認知能力，學生必須能夠自主地從化學平衡移動原理的視角來認識離子反應。另外，結合問題2，教師在引導學生用化學用語（Ca+2HCO-3=CaCO3↓+H2O+CO2↑）完成問題表達的同時，暴露學生對多重平衡知識掌握的缺漏及思維局限，及時查缺補漏，為后續進一步的定量研究奠定基礎。

問題3 怎樣利用平衡常數K的大小來判斷上述反應的程度？已知：Ksp（CaCO3）=2.8×10-9，Ka1（H2CO3）=4.2×10-7，Ka2（H2CO3）=5.6×10-11。

教師引導學生根據問題2的結論進行分析和計算，得出該離子反應的平衡常數K值比較大，反應程度比較大。同時，學生通過定性判斷和定量比較，平衡觀和定量觀等學科觀念得到進一步強化。

問題4 已知：0.1 mol·L-1NaHCO3溶液的pH=8.3，其中c（CO32-）=1.12×10-3mol·L-1，c（H2CO3）=1.17×10-3mol·L-1，Ksp（CaCO3）=2.8×10-9，Ksp[Ca（OH）2]=4.7×10-6，Ksp[Ca（HCO3）2]=2.2×10-6。將濃度均為0.2 mol·L-1的CaCl2溶液與NaHCO3溶液等體積混合（忽略體積變化）。請結合溶液中的粒子，通過計算，判斷生成的沉淀可能是什么。

問題5 根據計算結果，沉淀可能不止一種，如何用實驗來證明沉淀具體是什么？

本環節中，教師引導學生從定性到定量認識離子反應，強化了學生的定量觀、微粒觀，提升了學生分析問題和解決問題的能力。

情境問題串是為建構認識模型所需而設置的，因此，所有的問題應能夠緊扣認識模型的構成要素，層層遞進且富有啟發性。同時，教師要根據教學內容特點穿插各種觀念建構、實驗探究等環節，以落實學生學科核心素養的培養。如化學反應的研究包括定性研究和定量研究，如果僅用定性層面的平衡移動原理來說明離子之間的反應，顯然說服力是不夠的。而定量觀念既是化學學科本質之一，也是化學科學素養的重要組成部分[3]。良好的定量觀有助于學生科學的思維品質、嚴謹的科學態度的形成。因此，教師需要引導學生從模型建構的需要出發，應用定量觀點和實驗探究的方式來建構認識模型。

（三）運用認識模型，解決實際問題

“情境—模型”雙向建構策略不僅強調認識模型的建構，也強調運用認識模型解決實際問題。因此，教師應引導學生運用已建構的認識模型來解決實際問題，促進學生對知識本質的深度理解，實現深度學習。

問題6 工業上常用NH4HCO3溶液做沉淀劑來制備難溶性的碳酸鹽（如碳酸鈷、碳酸錳），為什么不用可溶性的碳酸鹽（如碳酸鈉）溶液來制備呢？

適應訓練 （2019年全國Ⅲ卷高考化學試題第26題節選）高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備，工藝如圖2所示。回答下列問題：

（6）寫出“沉錳”的離子方程式___________________________。

應用模型解決實際問題，關鍵在于學生是否真正領會認識模型的本質。因此，在模型建構環節要強化模型與情境問題之間的關聯，實現情境與模型的有機融合。教師在教學中選用的實際問題可以按照難度層級設置，由淺入深，循序漸進，實現“情境—模型”雙向建構策略的完美落實。

四、結語

為有效落實“情境—模型”雙向建構策略，本節微專題復習課始終緊扣“情境”“模型”兩大要素，圍繞電離平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡導致的微粒變化及平衡移動這些關鍵問題來設計遞進式情境問題，提升學生的模型認知思維，使學生深刻理解模型本質，達到對模型從“無形—有形—無形”的靈活轉變，實現“情境—模型”雙向建構的有效達成。教學中，教師為使微觀問題顯性化，教學突出了“宏觀—微觀—符號”三重表征，強化理論分析與實驗探究、定性判斷與定量分析及量變引起質變等思想滲透。如教學中多次引導學生用平衡移動原理定性分析問題、用K與Q的關系來定量分析問題和運用實驗來驗證推論等策略，有力地培養了學生的證據推理意識，使學生充分感受水溶液中的離子反應其實是微觀粒子間的反應導致平衡移動的結果，促進學生對電離平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡的理解與應用。這對提升學生對模型的認知，并進一步發展學科核心素養有積極的意義[4]。

囿于課堂容量、時間及落實本課核心主題的需要，本節課的實驗情境中涉及的碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液僅考慮一種濃度，以利于計算及判斷。對于不同濃度的碳酸氫鈉與氯化鈣溶液的反應，教師則通過引導學生閱讀相關文獻和鼓勵學生進行實驗探究，以幫助學生理解真實實驗的復雜性。事實證明，學生通過查閱文獻和實驗探究，解決問題的能力有了進一步提升。

在幾年的基于“情境—模型”雙向建構理念的教學實踐研究及成果推廣過程中，筆者深深感受到，高三的專題復習教學需要同時追求精準復習和深度復習的目標達成。精準復習體現的是復習的內容、方法要抓住學生的問題關鍵，深度復習體現的是學生主動合作、交流，實現知識的建構和素養的提升。教師只有實施精準復習和深度復習，才能從更高的視角全盤審視復習策略，實現專題復習的高效實施，促進學生學科核心素養的螺旋式發展。

參考文獻：

[1]魏麗娜，肖中榮.基于模型認知背景下的微專題復習教學實踐：以“化學速率平衡作圖”為例[J].中學化學，2017（8）：13-17.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[3]楊花雨.中學化學定量觀念的內涵和培養策略研究[D].北京：首都師范大學，2014.

[4]李似麒，黃達輝.基于模型認知發展的高中化學基本理論教學的實踐與思考：以蘇教版“弱電解質的電離平衡”為例[J].理科考試研究（綜合版），2020（2）：57-60.

（責任編輯：羅小熒）