实验使概念不再抽象

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２０１５年第３期化学教育（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｘｊｙ．ｏｒｇ）·１９·实验使概念不再抽象———以“离子反应”教学为例张礼聪＊（浙江省玉环县玉环中学浙江玉环３１７６００）摘要化学概念的抽象性和高度概括性给学生学习带来了很大障碍，利用“宏观”实验教学手段，让抽象的化学概念在教学过程中形象化、直观化，在获得深刻印象基础上引导学生思考“宏观现象背后的微观本质”，并让概念在实验探索中加以内化，得以升华。“离子反应”教学实践尝试给概念性知识教学带来一些启示。关键词化学实验离子反应概念教学ＤＯＩ：１０．１３８８４／ｊ．１００３－３８０７ｈｘｊｙ．２０１３１２００７１１教学思考学，这一定义成为学生理解电解质的唯一依据；而化学概念是中学化学教学内容的重要组成部从“电离”角度理解电解质的“隐性本质概念”未［３］分。由于化学概念抽象难懂，学生在学习中往往存被引入，导致学生概念理解肤浅、模糊，产生了在困难和认识障碍。如何让抽象、微观的概念变得如下问题：二氧化碳是不是电解质，能否电离？电具体、形象、生动，是培养高一学生学习兴趣，克解质溶液导电原因是什么？导电能力与什么因素有服化学学习恐惧的重要教学举措。以苏教版《化学关？物质的溶解性（如氯化银等）与该物质是不是１》专题１第２单元“离子反应”教学为例来谈化电解质有什么关系？这些问题会长时间地影响学概念教学实践处理。学习。１．１“离子反应”学情分析（３）概念构建方式单一，易造成书写表达困“离子反应”研究的是水溶液中物质微粒间的难。苏教版《化学１》只通过“相同浓度及体积的相互作用及其规律。在高中化学的核心概念中，离盐酸、醋酸、氢氧化钠、氨水”导电性比较实验引子反应占非常重要的地位，它既是初中复分解反应出强弱电解质概念，这不利于学生全面准确地认识知识的延续和深化，又是后续元素化合物知识、选物质在水溶液体系中的微观粒子形态（分子、离修模块电解质溶液学习的基础。因此，从概念性知子、离子与分子共存３种形态）。因此，弱电解质识体系看起着承上启下的作用，但也是高一化学教电离方程式的可逆符号，离子反应方程式书写时学的难点之一。学生本课时学习时存在的主要困难“弱酸、弱碱、沉淀、气体及水不能拆”只能强行和问题有以下方面：塞给学生，学生书写离子反应方程式时错误百［４］（１）离子反应内容涉及概念较多，并且非常抽出。例如经常出现将醋酸、一水合氨、碳酸钙等象，与学生的生活经验有一定的距离。且高一学生拆掉，事后却很难纠正。抽象思维较弱，因此学生对这部分概念的理解易感（４）概念偏差对正确理解离子反应条件造成干［１］扰。在学习离子反应之前学生已对“复分解反应条到困难和枯燥。即使学了离子反应内容，仍然有问题：什么样的物质要拆？为什么要拆？拆成怎样件”有了深刻认识；在现实中教师往往基于已有的离子？“复分解反应”知识展开离子反应教学，但由于教（２）对已有概念的“模糊认识”阻碍了离子反师对“离子反应条件”易掌握想法的作祟，导致应的学习。离子反应学习是建立在电解质、电离及“学生主动放弃原有概念并建构与科学概念一致的导电性知识的基础上，而这些知识首次出现是在苏新概念”的教学过程简化，学生头脑中的一些概念教版高中《化学１》“物质的分散系”内容中，要偏差得不到及时修正，无法从本质上建立起科学概［１］求是“让学生建立对化合物分类的一个新视角，教念。产生了“离子反应的条件是什么？”“难道不［２］学目标层次较低”。实际教学中教师往往只从课是气体、沉淀和水吗？”的疑问；当追问：为什么本呈现的“导电性”视角对电解质下定义并完成教你认为它们是离子反应条件，或要求对简单“氧化＊通信联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌａｏｓｈｉ２００５．１０．１６＠１６３．ｃｏｍ ·２０·化学教育（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｘｊｙ．ｏｒｇ）２０１５年第３期还原型离子反应”进行本质解释时，学生无从联系而是学生自己通过对具体事实的体会并加以逻辑思和不知所答的茫然场景非常普遍。考建构出来的，教师的作用只能是也必须是设计认（５）宏微观视角互换不到位，导致离子方程式识概念的教学过程，而这一过程的特点是从表象入［７］意义理解以偏概全，造成多离子参与反应的离子方手、与思维联系。化学实验通常是这一过程很好程式书写遗漏现象，以及无法准确把握好多种离子的载体，因为“实验可以凸显科学概念所包含的关［８］间反应的定量关系。“离子方程式的书写不仅仅是键属性”。当然实际教学中用好实验是需要精心一种技能，它属于化学用语，具有帮助学生从微观策划的，比如设计“对比实验”可消除对概念的错［９］视角认识物质及其变化的功能，离子方程式书写的误认识，加深概念的理解；设计“探究实验”“补程序性知识能帮助学生建立起研究水溶液系统的思充实验”甚至“提供科学实验数据支持”等，可以［２］路方法”。因此在学习过程中学生需要经历“宏完善学生对科学概念的构建过程。观与微观，定性与定量”角度互换过程，即溶液中（３）实验能消除已有概念的消极作用。旧的概微粒的来源和数量、相互作用的微粒、微粒相互作念对新的概念的学习有着重要的影响，这种影响可用的结果。由于部分高中学生缺乏必要的微观想象能是积极的，也可能是消极的，而具有普遍适用性力，由于宏观－微观－符号３重表征及定性定量的认的旧概念对新概念的习得一般具消极作用。例如复［５］知跨度，会造成学生认识和思维障碍，在宏观、分解反应条件“气体、沉淀和水生成”就会对离子微观，定性、定量之间难以实现自如地转换。产生反应条件的准确认识产生不良影响。而消除这种不了例如：表述离子方程式Ｈ＋－良影响需要“通过获得新的直观事实创设认知冲＋ＯＨ＝Ｈ２Ｏ意义时无法准确把握“可溶性强酸、强碱，可溶性盐”突，解决认知冲突过程”来促进学生概念的发［１０］关键词；书写氢氧化钡与硫酸反应离子方程式出展。在创设和解决认知冲突过程中要以学生接现：Ｈ＋－２＋２－，受理解为前提，而学生最易接受的是直观的化学实＋ＯＨ＝Ｈ２Ｏ，Ｂａ＋ＳＯ４＝ＢａＳＯ４↓Ｈ＋＋ＯＨ－＋Ｂａ２＋＋ＳＯ２－等验事实，最需理解的是概念的微观本质。基于实４＝ＢａＳＯ４↓＋Ｈ２Ｏ错误。验，通过观察和实验扩展学生的感性经验去修正他１．２实验对概念教学的促进们的错误概念是符合学生的认知规律的，也是获取化学概念是化学事实本质属性的反映，是一类知识构建科学新概念的最佳途径。化学事实的本质特征。化学概念教学需要实验的支２教学过程撑。实验能帮助学生搭建“从宏观走向微观、从现２．１实验引出概念象走向本质、从感性走向理性”的认识平台。巧妙【演示实验１】硫酸铜溶液中滴加氢氧化钠溶设计和利用实验在“离子反应”概念的引入、形成液；氢氧化钡溶液中滴加硫酸钠溶液。和理解等不同阶段发展学生的微观认识，丰富和发【任务】学生书写化学反应方程式。展学生从微观角度认识和理解物质在水溶液中的行【思考】请结合电解质知识，说说上述２组反为变化，成为“离子反应”概念教学的实践依据。应的实质。实验在促进概念的形成过程中具有以下方面作用：【学生】铜离子与氢氧根离子反应；钡离子与（１）实验能加深科学概念的感知。化学课堂教硫酸根离子反应。学中，化学实验是最常用的直观教学手段之一。实【学生实验１】取硫酸铜溶液２ｍＬ，滴加３～５验不仅能调动学生注意力，激发学习兴趣，更重要滴０．１ｍｏｌ·Ｌ－１氨水溶液。的是实验能将化学现象直观地呈现在学生面前，以【现象】溶液颜色变浅，有蓝色沉淀产生。其真实性被学生直接感知，形成感性认识，在化学【问题】硫酸铜与氢氧化钠、氨水反应的实质教学中具有不可替代性。化学概念抽象、微观而不是否相同？容易理解，在教学中恰当运用实验手段，能使微观【学生】均是铜离子与氢氧根离子相互作用。概念宏观化，学生通过宏观实验现象观察可感知微【结论】电解质溶液之间反应实质是离子间的观概念本质；实验能使抽象概念具象化，学生通过相互作用。对具体实验现象的思考、分析和解说，能实现从感【定义】水溶液中有离子参与的反应称为离子［６］性到理性认识的转变，加深对科学概念的理解。反应。（２）实验能加快科学概念的形成。概念是人们（设计意图：科学概念的形成是有过程的。在对事物本质属性的认识，是逻辑思维的最基本单学习“离子反应”之前，学生对“复分解反应、电元。这一特点决定了概念不是教师“讲”出来的，解质、电离概念”已有较好认识，这些学生已有概 ２０１５年第３期化学教育（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｘｊｙ．ｏｒｇ）·２１·念是“离子反应”的教学基础。从学生的已有认知②氨水、醋酸、氢氧化钠、盐酸溶液导电性存出发，以实验引导学生从宏观的认识（复分解反在差异，原因是什么？应）发展到溶液中酸、碱、盐之间反应的本质认识【结论】①溶液导电性与离子浓度有关；（离子反应），初步建立分析水溶液中物质反应的思②相同浓度氨水、醋酸中离子浓度比氢氧化路和方法。）钠、盐酸溶液离子浓度小。２．２实验深化概念【定义】电解质因电离程度差异分为强弱电解【演示实验２】相同浓度和体积的氨水、氢氧质；强电解质———水溶液中能完全电离；弱电解质化钠、盐酸、醋酸溶液导电性的比较实验。———水溶液中不能完全电离。【结论】相同浓度氨水、醋酸导电能力比氢氧【数据支持】２５℃下盐酸、醋酸、氢氧化钠、化钠、盐酸溶液弱。氨水离子浓度比较（见表１）：【问题讨论】①溶液导电性与什么因素有关？表１同浓度的强弱酸碱中离子浓度比较１．０ｍｏｌ·Ｌ－１盐酸１．０ｍｏｌ·Ｌ－１醋酸１．０ｍｏｌ·Ｌ－１氢氧化钠１．０ｍｏｌ·Ｌ－１氨水ｃ（Ｈ＋）１．０ｍｏｌ·Ｌ－１ｃ（Ｈ＋）０．００４ｍｏｌ·Ｌ－１ｃ（ＯＨ－）１．０ｍｏｌ·Ｌ－１ｃ（ＯＨ－）０．００４ｍｏｌ·Ｌ－１【总结】常见强电解质：强酸、强碱、大多数讨论－学生实验－归纳总结方式，沟通好宏观上观盐；弱电解质：弱酸、弱碱和水。察到有沉淀、气体、水生成和微观上离子种类或数【思考】表达氢氧化钠溶液、氨水与硫酸铜溶目改变之间的联系，加深了离子反应条件及本质的液反应的离子方程式有何差异？书写离子方程式应理解，深化了离子反应概念的认识。）该注意哪些事项？２．３实验量化概念【学生实验２】（１）碳酸钠溶液与澄清石灰水【任务】写出（１）盐酸与氢氧化钠反应；（２）反应；（２）碳酸钠溶液与氯化钙溶液反应。硫酸与氢氧化钾溶液反应的离子反应方程式。【问题讨论】①上述２个反应的共同之处是什【学生】板书：Ｈ＋－＋ＯＨ＝Ｈ２Ｏ。么？②你认为离子反应发生的条件是什么？【思考】离子反应方程式和化学反应方程式有【结论】①２个反应本质均是：Ｃａ２＋２－何差异？＋ＣＯ３＝ＣａＣＯ３↓；②离子反应的条件应该是产生沉淀等，【学生】离子方程式代表某一类相似物质反应；导致离子浓度降低。化学反应方程式只代表某个具体物质的反应。【问题讨论】还有哪些情况可能导致离子浓度【案例分析】①稀硫酸与氢氧化钡溶液反应能降低，引发离子反应？否用上述离子方程式表示？【结论】①反应产生气体可导致离子浓度降低；②２种溶液反应离子间存在怎样的定量关系？②反应产生难电离弱电解质（如：水）导致离如何确定它们恰好完全反应？子浓度降低。【方案１】测定上述反应后溶液的ｐＨ，若ｐＨ【学生实验３】（１）碳酸钠溶液与盐酸溶液的＝７表明恰好完全反应。反应；（２）滴有酚酞的氢氧化钠溶液中逐滴加入盐【方案２】测定反应液的导电性，若几乎不导酸溶液。电，证明２者恰好反应。【归纳】离子反应发生的实质是：离子浓度的【学生实验４】取０．１ｍｏｌ·Ｌ－１氢氧化钡溶液减少；条件：有沉淀、气体、水生成等。３．０ｍＬ于试管中，滴加１～２滴酚酞试剂，逐滴加【讨论思考】书写离子方程式时如何正确处理入３．０ｍＬ０．１ｍｏｌ·Ｌ－１稀硫酸，振荡观察现象，沉淀、气体、水（弱电解质）？静置，用玻璃棒蘸取上层清液测定ｐＨ。（设计意图：书写离子方程式是学生必须掌握【结论】离子间反应存在关联性，多组离子反的一项基本技能。准确书写离子方程式具有帮助学应关系并非独立，必须遵循“元素守恒和电荷守生从微观视角认识物质及其变化的功能，具有帮助恒”。学生建立理性思考电解质在水溶液中的行为变化的【任务】请结合实验，用理论推导方式，画出作用。“拆”是书写离子方程式的关键，如何使学上述反应导电性变化图。生科学地掌握好这一环节？通过导电性比较实验及（设计意图：电解质溶液中多种离子反应，学“电离程度”数据支持的方式，搭建强弱电解质在生往往只注意参加反应的离子种类，却忽略了参加水溶液中的“微粒形态主体”差异事实；通过问题反应的离子间的数量关系，如何解决离子反应概念 ·２２·化学教育（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｘｊｙ．ｏｒｇ）２０１５年第３期中“质变和量变”的关联性？从强酸强碱中和反应方法（化学实验）创设情境激活原有认知，在解决离子方程式的“一般性”中寻找“差别性”，提出实验过程产生的现象时发现问题，如水溶液中物质“如何确定氢氧化钡与硫酸恰好完全反应？”问题，间反应实质是离子参加的反应，２种物质间反应可设计硫酸与氢氧化钡反应实验，把“量化”关系展能是部分离子的反应；不同物质间反应从本质上看示在学生面前，使离子反应概念中“定性”和“定可能是相同离子的作用；电解质溶液能导电，导电量”内涵自然统一。）能力是有差异的，这种差异性与物质本身有关；离２．４实验完善概念子反应条件并非只是生成气体、沉淀和水等。从而【演示实验３】稀氯化铁溶液中滴加适量碘化产生认知冲突，这种认知冲突解决过程就成为科学钾溶液。新概念意义构建的推动力。【观察与思考】观察溶液颜色变化；滴加淀粉概念是微观的，概念的理解与掌握绝非单纯讲溶液后变蓝。解和机械的记忆能够达到的，需要采用多种教学手【问题】上述反应微观本质是什么？属于哪种段。概念教学如果没有了建构的过程，没有了对化反应类型？学实验事实的观察，没有了理性（宏观和微观，定【学生甲】铁离子与碘离子反应；离子反应。性和定量）的分析，只有书上的定义和强加给学生【学生乙】从化合价看还是氧化还原反应。的注意事项，那就是不讲理的教学，这与培养人的【问题】结合复分解型离子反应，你认为离子［７］科学理性背道而驰。“实验可以凸显科学概念所反应发生的实质是什么？包含的关键属性”，化学实验应该成为化学概念性【学生丁】原反应体系中离子浓度变化（减知识教学的支撑。少），离子种类改变。“化学实验是研究化学问题所必需的技能和手【案例分析】事实信息：硝酸铅（强电解质）段。直观的化学实验现象可以帮助学生用化学用语溶液中滴加醋酸钠（强电解质）溶液，发生反应生表示化学变化的结论，更有利于帮助学生由宏观现成醋酸铅（溶于水）和硝酸钠；你认为此反应能发［９］象到微观本质的理性思考”。在抽象的概念教学生的理由是什么？中，恰当地运用实验，引导学生由现象到本质地思【学生戊】按照离子反应的实质分析，醋酸铅考化学变化，的确可以帮助学生更好、更快、更准应该是弱电解质。地理解概念，实验可以使概念不再抽象。但是概念【学生己】我认为此反应还蕴藏着强电解质制教学中的实验策略使用的关键点是建立实验事实与取弱电解质的规律。概念本质间的联系，因此为学生设计出建构化学概【任务】书写上述反应离子方程式。念的教学环节是需要重构教材的，特别是实验部（设计意图：基于学生已有复分解反应知识的分，这包含了教学中实验开展方式（演示和学生小本质剖析，学生对酸、碱、盐水溶液反应“微观本组实验）、实验的教学时机、实验数量控制及实验质”有了进一步认识；但以“价态变化”为研究对创新设计等。毕竟化学概念是对实验现象、化学知象的问题：“氧化还原反应”与“离子反应”之间识在科学地对比、分析、归纳与综合后最终总结出是否存在交叉融合的空间？“离子反应”的条件只来的科学理论，属于高于实验现象的更高层次的理是“沉淀、气体、水”生成吗？“离子反应的实质论形态，在整个化学学习系统中起着支撑性作用。如何科学准确地概括？”也许是后续教学需要进一步解决的，但经验告诉我们：缺少这些环节处理的参考文献课堂往往会使学生感到“遗憾”。设计“氯化铁与［１］赵国敏．教学参考，２０１１（７）：３１－３３碘化钾溶液反应”实验，案例剖析“硝酸铅与醋酸［２］胡久华，王磊，支瑶，等．化学教育，２０１３，３４（４）：４４－４９钠溶液反应”教学处理，应该是学生“体验新概念［３］李顺友．教学管理，２００９（４）：６４－６５应用有效性”，完善“离子反应”概念认识的延［４］刘石易，邝贤毅．化学教与学，２０１３（５）：３０－３２，３８长线。）［５］何彩霞，杨艳红．化学教育，２０１２，３３（４）：１９－２２［６］潘海萍．中学化学，２０１３（２）：５－６３教后反思［７］保志明．中学化学教学参考，２０１２（３）：１６－１７实践案例告诉我们：科学概念的形成是有过程［８］朱玉军，刘东方．课程·教材·教法，２０１３（６）：９８－１０２的。当学生还没有建立起“离子反应概念”时，教［９］何彩霞．教学仪器和实验，２０１１（４）：９－１２师首先要分析学生已有的认识，然后通过寻找合理［１０］赵玉峰，张建莉．中学化学教学参考，２０１１（６）：２４－２５