全方位培养学生化学学科核心素养以“离子反应”教学为例

　　摘要：基于培养学生高中化学学科核心素养要求，在“离子反应”相关知识的教学过程中，以铁门生锈这个生活中经常遇到的情境作为引入点，巧妙创设一系列贴近生活的实际情境，全方位培养高中学生化学学科核心素养。

　　关键词：核心素养;课堂教学;离子反应

　　一、研究背景

　　根据教育部制定的《普通高中化学课程标准(2017 年版 2020 年修订)》，高中化学开设的课程要以发展化学学科核心素养为主旨，基于化学学科核心素养的培养要求来选取和组织课堂内容、设定学业要求和学业质量标准，促进知识向素养转化[1]。在此背景下，很多教育工作者进行了有意义的探索，并取得有价值的成果[2-7]，对后续的教学有很好的指导作用。在高中化学课程中，涉及离子反应的教学内容抽象性强，较难理解，需要记忆的内容较多，不易记住，且容易记错。但这部分知识在近年的高考全国卷和多个自主命题省份的高考题中均有考查，是必须攻克的知识难点之一。

　　学习这部分知识需要灵活的思维和深刻的记忆，但很多普通高中学生(尤其是非重点高中的学生)在学习化学课程方面存在化学用语和化学名称书写不规范、逻辑思维能力不强、学习动力不足等问题，这就加大了“离子反应”相关知识的教学难度。如何调动学生的学习兴趣，引领学生思考，加强书写训练，是“离子反应”相关知识教学的侧重点。本文就普通高中学生(尤其是非重点高中的学生)的学习特点，巧妙创设一系列贴近生活的实际情境，先引起学生共鸣，继而引导学生发挥主观能动性，自主设计方案，分组讨论确定最优方案，在教师的引领下，在解决实际化学问题的过程中，一边学习离子反应相关知识，一边全方位培养学生的化学学科核心素养。

　　二、教学设计

　　以铁门生锈这个生活中经常遇到的情境作为引入点，引领学生进入预设的情境，以学生所掌握的化学知识解决实际化学问题，并从中不知不觉地学习和领悟新知识，全方位培养学生的化学学科核心素养。具体设计如下：

　　1. 通过讲解电镀废水含有污染物，需先处理后排放，以免污染环境这个事例，培养学生“科学态度与社会责任”的核心素养。2. 通过引领学生设计并评价各种处理酸性镀铜废水的方案，培养学生“科学探究与创新意识”的核心素养。3. 以演示实验和动画播放相结合的方式展示NaOH固体的溶解过程，培养学生“宏观辨析与微观探析”的核心素养。4. 通过引导学生学会如何以实验现象来判断反应的先后次序，培养学生“证据推理”的核心素养。以动画方式向学生展示NaOH固体中Na+和OH−的排列情况，让学生了解 NaOH 固体的结构模型，培养学生“模型认知”的核心素养。5. 通过对比不同化学反应的速率，以及同一反应在不同条件下的反应速率，培养学生“变化观念”的核心素养。分析Cu(OH)2的溶与不溶，培养学生“平衡思想”的核心素养。

　　6. 以一系列实际情境吸引学生的兴趣，引领学生在各种情境中进行有意义的探索，使学生在探索中不知不觉地学习知识，解决学生学习动力不足的问题。7. 通过布置一定量的课堂书写练习，安排学生在黑板上书写练习答案，并让其他学生点评，以加强学生的化学用语和化学名称的书写训练。8. 高中化学的学习需要较强的逻辑思维能力，但很大一部分学生(尤其是非重点高中的学生)的逻辑思维能力欠佳。在课堂上，通过将问题简化，增加提示，以及小组讨论等方式，一步步引领学生思考和解决复杂的化学问题。

　　三、课堂教学实录

　　1. 情境引入

　　【教师】指着教室生锈的铁门问：“同学们，这扇铁门生锈了，你知道如何防止铁门生锈吗?”【学生】刷油漆、改用不锈钢……【教师】改用不锈钢成本高。咱们可以在铁表面镀一层镍，效果是差不多的。你知道镍是怎样镀在铁的表面吗?【学生】不知道。【教师】可以用“电镀”这种方法。以前在咱们学校附近有一个电镀工业区，工业区内有不少电镀厂。但在电镀过程中会产生大量酸性废水，如果这些废水未经处理就直接排放，有没有问题呢?【学生】会污染周围环境。【教师】后来政府在距离咱们学校40公里左右的崖门镇设立电镀基地，把这附近的电镀厂都搬去那里，然后把所有电镀厂排放的废水集中处理，利用化学方法把废水中的污染物去除，避免废水污染环境。设计意图：青少年一般很少留意身边的工厂企业，通过创设电镀工业及其废水处理的实际情境，既能增加学生对本市工业的认识，开阔眼界，更能培养学生“科学态度与社会责任”的核心素养。

　　2. 提出问题

　　【教师】同学们，你知道怎样处理酸性废水吗?【学生】不知道!【教师】举个例子，镀铜过程中会产生酸性废水，废水中含有H2SO4和CuSO4，酸性废水会污染土壤和水体，应该怎样去除废水的酸性呢?【学生1】用NaOH中和。【学生2】用熟石灰中和。【学生3】用KOH中和。【学生4】用碱中和就行。【教师】不错。请大家分别写出NaOH、Ca(OH)2、KOH与H2SO4反应的化学方程式。【全体学生】书写化学反应方程式。

　　【教师】查看学生书写情况。有些学生书写的化学反应方程式没有配平，有些学生书写潦草，字母“a”写成“u”，字母“H”写成“ ”，N 等等。教师一一指出。【教师】这三种碱中，哪一种最好?大家可从两个方面来综合考虑。第一个方面是碱的价格，也就是从成本考虑，据化学试剂网站查到的价格，NaOH是42元/kg，Ca(OH)2是40元/kg，KOH是49元/kg。第二个方面是生成物是否容易去除。请大家分组讨论。【小组1】从成本上考虑，KOH最贵，暂不考虑。

　　【小组 2】在生成物是否容易去除方面，Ca(OH)2与H2SO4反应生成CaSO4和H2O，根据书本附录的溶解性表，CaSO4微溶于水，只需过滤就能去除，而 NaOH与H2SO4反应生成Na2SO4和H2O，Na2SO4可溶于水，不容易去除。从这方面考虑，应该选Ca(OH)2。

　　【小组 3】Ca(OH)2本身是微溶的，就算加多了也可以通过过滤去除。设计意图：通过提出怎样处理酸性废水的问题，引导学生从两个方面积极思考和讨论，第一个方面是关于经济成本的比较，经济成本这方面很贴合日常生活，可使教学贴近生活，容易引起学生的共鸣。第二个方面是可操作性的考虑，通过评价不同的方案，优选出最佳方案，培养学生“科学探究与创新意识”的核心素养。

　　3. 引入新课

　　【教师】大家知道酸和碱在溶液中是怎样反应的吗?咱们以NaOH溶液和盐酸反应为例来说明。在此之前，咱们先了解一下NaOH固体溶于水的过程。【教师演示】把NaOH固体放入水中，静置，NaOH固体逐渐变小，最后消失。【教师】同学们，这是我们观察到的现象。但从微观上考察，又是怎样的呢?请同学们观看动画。【教师】播放NaOH固体在水中溶解过程的动画。【学生1】原来NaOH是这个模样的。【学生2】我终于知道固体是怎么溶解的!设计意图：通过动画展示，让学生直观地认识到，NaOH 固体是由Na+和OH交替堆积而成，NaOH固体放入水中后，水分子与 NaOH 固体中的 Na+和 OH作用，使Na+和OH分别变成水合Na+和水合OH-，这两种水合离子不断扩散到水中，从而使NaOH固体不断变小，最后消失。这个教学过程，以演示实验展示宏观的实验现象，再以动画视频展示微观的粒子变化，宏微结合，可培养学生“宏观辨析与微观探析”的核心素养。此外，向学生展示NaOH固体中Na+和OH的排列情况，让学生了解 NaOH 固体的结构模型，培养学生“模型认知”的核心素养。

　　4. 讲授基本概念

　　【教师】NaOH 固体溶于水后，离解成 Na+和 OH-，这个过程称为电离，在水中能发生电离的化合物称为电解质。大家听说过电解质吗?【学生1】在电视广告上听过。【学生2】某知名品牌的饮料中就含有电解质，可补充体液。

　　【教师】拿出一瓶某品牌的饮料，说：“同学们，这瓶饮料的成分表中写着含有电解质。”说完，教师把饮料瓶递给学生。【学生】第一个学生看完后传给后面的学生，学生逐一查看。【教师】大家也顺便查看一下这瓶饮料还含有什么物质。设计意图：通过指引学生查看饮料成分表，使学生了解自己日常生活中所喝的饮料含有什么化学物质。有利于将化学融入生活。【教师】现在咱们知道在水中能发生电离的化合物称为电解质，但有些化合物溶于水后不能发生电离，这样的化合物称作什么?【学生】既然能电离的化合物叫电解质，那么不能电离的化合物应该叫“非电解质”。【教师】对了!蔗糖、乙醇等化合物都属于非电解质。

　　还有一个问题，NaOH固体溶于水后，全部电离成Na+和OH-，这样的电解质称为强电解质。但有些电解质溶于水后，只有其中一部分发生电离，这样的化合物又称作什么呢?【学生】既然全部电离的化合物叫强电解质，那么部分电离的化合物应该叫“弱电解质”。【教师】醋酸和磷酸就属于弱电解质。【教师】咱们现在小结一下。在黑板上板书。设计意图：应用树状分类法对化合物进行分类，方便学生区分和记忆。【教师】氯化氢溶于水后，会全部发生电离，生成H+和Cl-，那么氯化氢属于上述哪一类物质?【学生】强电解质。【教师】对!设计意图：现学现用。【教师】咱们再回到 NaOH 溶液与盐酸的反应上来。NaOH 溶液中含有 Na+和 OH-，盐酸中含有 H+和Cl-，把这两种溶液混合，相当于把这四种离子混合，会生成什么物质呢?【学生】生成NaCl和水。

　　【教师】但同学们再想想，NaCl也能溶于水，溶解后也能全部电离，得到 Na+和 Cl-，所以原来溶液中的Na+和 Cl相当于没有发生反应。发生反应的其实是H+和OH-。板书：H++ OH-=== H2O。【教师】咱们可以用H+ + OH-=== H2O这个式子来表示NaOH溶液与HCl混合后发生的反应。这个式子称为该反应的离子方程式。如果将NaOH换成KOH，发生的反应相同吗?请大家写出KOH溶液与HCl反应的离子方程式。【学生1】发生的反应相同，同样是H+与OH反应。【学生2】离子方程式同样是H++ OH-=== H2O。【全体学生】书写离子方程式：H++ OH-=== H2O。

　　5. 回归问题

　　【教师】咱们继续回到酸性镀铜废水的处理上。废水的酸性中和了，但还有CuSO4没处理，咋办呢?如果咱们用NaOH溶液来处理废水，除了可中和废水的酸性，还有什么作用呢?【学生】NaOH 也可与 CuSO4反应，生成 Cu(OH)2和Na2SO4，这样就可以把CuSO4也一并除去。【教师】在 NaOH 与 CuSO4反应的过程中，从生成物分析，实际起反应的是什么离子?【学生】生成物之一的Na2SO4是可溶的，溶解后电离出Na+和 SO2 -4 ，所以实际起反应的是Cu2+和OH−。【教师】这个反应的离子方程式咋写呢?哪位同学上黑板来写一写。

　　【学生1】在黑板上写：Cu2++ OH- === Cu(OH)2【教师】写得对吗?【学生2】没有配平。【学生 3】Cu(OH)2是沉淀，应该加沉淀符号。写成这样才对：Cu2++ 2OH-=== Cu(OH)2↓【教师】没有配平，或者是漏写气体或沉淀符号，都是书写离子方程式时的常见错误，大家要注意。离子方程式就是以实际参与反应的离子符号来表示的式子。上面提到的反应，实际参与反应的都是离子。咱们就把有离子参与或有离子生成的反应称为离子反应。【学生】怎么知道发生了离子反应呢?

　　【教师】如果反应中生成沉淀、气体、水或其它弱电解质时，就能发生离子反应。例如NaOH溶液与盐酸的反应，以及NaOH与CuSO4的反应，生成物分别含有水和Cu(OH)2沉淀，所以都发生了离子反应。设计意图：再次以酸性镀铜废水处理的情境，引出其他类型的离子反应，并总结离子反应的定义，以及离子反应发生的条件，便于学生归纳。此外，很多普通高中学生(尤其是非重点高中的学生)化学基础不够扎实，不注意化学方程式书写的细节，让学生到黑板上书写，便于发现问题，及时纠正，引起全班同学的注意。【教师】假如咱们用NaOH溶液来处理酸性镀铜废水，NaOH是先与H2SO4反应还是先与CuSO4反应?根据什么现象来判断?大家分组讨论一下。

　　【小组1】如果NaOH 先与CuSO4反应，那么，当加入NaOH溶液后，立刻有蓝色的Cu(OH)2沉淀生成。【小组2】如果加入一定量的NaOH溶液后才开始有Cu(OH)2沉淀生成，则说明NaOH先与H2SO4反应，当H2SO4消耗完后再与CuSO4反应。【教师】咱们现在通过实验来验证一下。【教师】演示实验：将 NaOH 溶液逐滴加入盛有H2SO4 与 CuSO4 混合溶液的试管中并震荡(NaOH、H2SO4和CuSO4的浓度均为0.1 mol/L)。在加入NaOH溶液的初期，无明显现象，当加入一定量的NaOH溶液后，开始出现蓝色沉淀，随着NaOH溶液的加入，蓝色沉淀不断增多，但增多至一定量后不再增多。

　　【教师】现在咱们得出的结论是……【全体学生】NaOH先与H2SO4反应，后与CuSO4反应。设计意图：通过向学生提出 NaOH 是先与 H2SO4反应还是先与CuSO4反应的问题，引导学生思考，让学生提出假设，并通过实验来证实或证伪，培养学生证据推理的核心素养。【教师】用NaOH溶液来处理酸性镀铜废水，废水中的Cu2+是否能完全生成Cu(OH)2沉淀呢?Cu2+真的能完全除去吗?【学生】可能吧。

　　【教师】虽然溶解性表中标示Cu(OH)2不溶于水，但并不代表它一点都不溶，怎么也会溶一点，只不过它的溶解度太小，只有1.7×10-6 g，咱们把它归属到不溶物而已。设计意图：通过分析 Cu(OH)2的溶与不溶，让学生认识到某些化学反应是有一定限度的，从而培养学生平衡思想的核心素养。【教师】用NaOH溶液来处理酸性镀铜废水，当加入NaOH溶液后，要等多久才反应完呢?【学生】应该很快。因为把 NaOH 溶液加入到CuSO4溶液中，马上就有蓝色的Cu(OH)2沉淀出现，说明反应很快。

　　【教师】NaOH 不论是与 CuSO4反应还是与 H2SO4反应，反应速率都很快，一眨眼就反应完全。但是有些反应却很慢。比如说，钢铁在空气中生锈，就是一个缓慢的反应过程。大家看看咱们教室的铁门，它的生锈需要几个月甚至几年。此外，根据咱们的生活经验，铁门是在潮湿的地方容易生锈还是在干燥的地方容易生锈?【学生】在潮湿的地方容易生锈。【教师】对于钢铁生锈这个反应，不同的条件下，反应速率不同。【学生】那咱们以后不要把铁门弄湿，它的生锈就会慢些。【教师】同学们，沙漠地区气候干燥，而广东位处沿海地区，雨天多，空气较潮湿。所以咱们学校的铁门比沙漠地区的铁门更容易生锈。

　　另外，温度越高，化学反应速率越快。铁门的生锈是夏天快些还是冬天快些?【学生】当然是夏天。设计意图：通过对比不同化学反应的速率，使学生认识到化学反应有一定速率，而且速率是可以调控的。引导学生从空气的湿度和温度这两个方面来分析钢铁生锈这个化学变化，解决如何减慢铁门生锈这个简单的实际问题，培养学生变化观念的核心素养。四、教学反思本节课从铁门生锈这个日常生活中学生熟悉的情境出发，巧妙设计真实情境和问题，有效吸引学生的兴趣，既全方位培养了学生化学学科核心素养，也使学生加深了对离子反应相关知识的印象，提高了学习化学的积极性，纠正了学生在书写化学用语时的一些常见错误，收到较满意的教学效果。

　　参考文献

　　[1] 中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准(2017 年版 2020 年修订)[S].北京：人民教育出版社，2020.

　　[2] 郭清宇.基于培养学生核心素养的高中化学实践活动——调查市场常见电池的种类、应用和回收价值[J].化学教与学，2021(07)：19-20.

　　[3] 牛彩霞，白光耀.指向学生化学核心素养发展的单元教学实践——“以二氧化碳性质”为例[J].化学教学，2021(07)：33-38.

　　[4] 邹国华，童文昭.对“宏观辨识与微观探析”维度核心素养培育的思考与探索[J].化学教学，2020(3)：24-28.

　　[5] 李颖.探讨化学核心素养课堂教学策略的特征[J].学周刊，2020(24)：120-121.

　　[6] 尹明月，王卫东.化学学科核心素养下的教学研究——以“氧化还原反应”为例[J].湖北师范大学学报(自然科学版)，2020(2)：114-118.

　　[7] 梅溪.基于核心素养的化学原理教学探析——以“氧化还原反应”为例[J].化学教与学，2019(6)：64-67.

　　作者：朱艺敏