“变式教学法”在高中化学教学中的案例研究

许杰峰

摘 要：“变式教学法”在高中化学教学中有重要的应用价值。结合教学实践，通过具体的教学案例，阐述“变式教学法”在高中化学教学中的实施过程及其所带来的教学效果。

关键词：实验教学；基本理论；复习教学

“变式教学法”是一种以现代教育理论和新课程理念为导向而创设的新型教学方法，在高中化学基本概念和基本理论教学、习题教学、复习教学中，乃至在高中化学实验教学中，都有重要的应用价值。

一、“变式教学法”在高中化学基本概念和基本理论教学中的应用

【案例1】苏教版《化学反应原理》专题3 第二单元 溶液的酸碱性之pH的计算可设计如下“概念性”变式：

问题1：求常温下0.01 mol/L的盐酸溶液的pH。

变式1：常温下，0.1 mol/L NH3·H2O溶液，其电离度为1%，求其pH。

变式2：常温下，pH=1的盐酸与pH=3的盐酸等体积混合，求混合后溶液的pH。

变式3：常温下，pH=13和pH=11的NaOH溶液等体积混合，求混合后的pH。

变式4：常温下，将100 mL 0.1 mol/L HCl和100 mL 0.3 mol/L的NaOH溶液混合，求混合后溶液的pH。

变式5：常温下，将pH=2的HCl和pH=12的NH3·H2O等体积混合后，判断溶液的酸碱性。

变式6：常温下，将pH=2的盐酸稀释10倍后，求其pH。

变式7：常温下，将pH=12的NaOH溶液稀释100倍后，求其pH。

变式8：常温下，将pH=5的盐酸稀释1000倍后，求其pH。

教学评析：通过这一变式题组，可使学生充分体会到不同情景下pH计算的方法，从而加深对溶液pH的计算这一基本概念的理解，也能很好地实现课前所设定的教学目标。

二、“变式教学法”在高中化学习题教学中的应用

在高中化学习题教学中，“变式教学法”主要有一题多解、一题多变、多题一解等形式。

【案例2】有NaCl和NaBr混合物16.15 g，溶于水配成溶液，向溶液中加入足量的AgNO3溶液，得到33.15 g沉淀。则原混合物中钠元素的质量分数为（ ）

A.28.5% B.50%

C.52.8% D.82.5%

解法1：设NaCl的物质的量为x，NaBr的物质的量为y。

58.5x+103y=16.15143.5x+188y=33.15

解得：

x=0.1000 moly=0.1000 mol

原混合物中钠元素的质量分数为：

■×100%=28.5%

答案A。

解法2：

■

以上过程实际上是将NaCl和NaBr中的Na+全部换成Ag+，这是导致反应前后物质质量变化的原因，可依此用差量法解题。

■

解得：x=4.6 g

原混合物中钠元素的质量分数为：

■×100%=28.5%

答案A。

教学评析：解法1思路很清晰，只是解方程组要耗费一些时间，而且有可能出错。相比较而言，解法2着眼于固体质量发生变化的本质原因，思想较为深刻，解题过程也较简单。当然解法1也有它的优点，那就是学生很容易想到，因此两种方法各有特色。

【案例3】2005年高考理科综合能力测试（天津卷）第28题第（4）小题：测试纯碱产品中NaHCO3含量的方法是：准确称取纯碱样品Wg，放入锥形瓶中加蒸馏水溶解，加1～2滴酚酞指示剂，用物质的量浓度为c（mol/L）的HCl溶液滴定至溶液由红色到无色（指示CO32-+H+=HCO3-反应的终点），所用HCl溶液的体积为V1 mL，再加1～2滴甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙，所用HCl溶液总体积为V2 mL。写出纯碱样品中NaHCO3质量分数的计算式：NaHCO3%= 。

答案：■×100%。

学生的错解多为：（1）■×100%

（2）■×100%

（3）■×100%

分析：错解（1）将总体积V2当成了后滴加的体积，错解（2）（3）将样品当成了只含有Na2CO3和NaHCO3。

（1）发现问题，引发思考

老师启发，提出以下几个问题：

①依题意，能否判断样品中除Na2CO3和NaHCO3外，还有其他杂质？

②若不含有其他杂质，本实验可进行哪些简化或去除哪些多余的条件？

③若有其他杂质，是否会对本实验产生影响？

④若其他杂质存在会影响本实验的测定，你认为应补充怎样的说明才使此高考题更科学严谨？

（2）共同探讨，明辨是非

学生进行认真的思考和激烈的讨论，形成以下共识：

①如没有其他杂质，称取样品Wg，只要用甲基橙或酚酞一種指示剂进行一次滴定就可求出NaHCO3%。若用两种指示剂两次滴定，则不需称样品的质量就可得出结果。因此，从该实验的设计原理来看，应含有其他杂质。

②若含有能与酸起反应的其他杂质，则本实验不能计算最终结果。该题对杂质未加任何说明，不够严谨科学。题中应加上“含有不与酸起反应的其他杂质”的说明。

（3）变式训练，激活思维

根据以上分析和上题的错解情况，设计如下变式训练，激活思维、加深理解：

变式1：某Na2CO3样品中只含有NaHCO3杂质，溶于水后滴加酚酞指示剂1～2滴，用c（mol/L）的HCl溶液滴定至溶液由红色变为无色，所用HCl的体积为V1 mL，再加1～2滴甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙，所用HCl溶液的体积为V2 mL。求ω（NaHCO3）。

ω（NaHCO3）=■×100%

变式2：某Na2CO3样品中只含有NaHCO3杂质，取一定量的样品溶于水，若滴入酚酞指示剂，用c（mol/L）的HCl溶液滴定至终点，消耗HCl溶液的体积为V1 mL；若滴入甲基橙指示剂，用c（mol/L）的HCl溶液滴定至终点，消耗HCl溶液的体积为V2 mL。求ω（NaHCO3）。

ω（NaHCO3）=■×100%

变式3：某Na2CO3样品中只含有NaHCO3杂质，称取Wg样品溶于水，滴加酚酞指示剂1～2滴，滴加c（mol/L）的HCl溶液V mL刚好反应完全。求ω（NaHCO3）。

ω（NaHCO3）=■×100%

变式4：将上题中的酚酞换成甲基橙，写出求解n（Na2CO3）和n（NaHCO3）的方程组。

2n（Na2CO3）+n（NaHCO3）=■106n（Na2CO3）+84n（NaHCO3）=W

变式5：某Na2CO3样品中除含有NaHCO3杂质外，还含有不与酸反应的不溶性杂质。现称取样品Wg，溶于水后滴加酚酞指示剂，用c（mol/L）的HCl溶液滴定至终点，消耗HCl溶液的体积为V1 mL；再加入甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至终点，消耗HCl溶液的总体积为V2 mL。求不溶性杂质的质量分数：

ω（杂质）=■×100%

教学评析：在习题教学中，通过一题多解、一题多变等“变式教学”，打破学生脑海中固定的解题模式，避免传统教学“题海”战术引发的思维僵化和思维定式，引导学生从不同角度、不同方向思考问题，寻找多种多样的问题解决途径，寻找多种可能的答案，有利于培养学生思维的灵活性和创造性。

三、“变式教学法”在高三化学复习教学中的应用

高三化学复习的主要目的是帮助学生使知识网络化，思考问题更严密、迅速，解题能做到触类旁通、举一反三，并能熟练把握各个知识点在各模块中的呈现方式和特点。

【案例4】高三离子浓度的大小比较复习：

问题1：10 mL 0.1 mol/L氨水中存在哪些离子？比较其大小顺序。

变式1：10 mL 0.1 mol/L NH4Cl溶液与5 mL 0.2 mol/L NaOH溶液混合，这时溶液中存在哪些离子？比较其离子大小顺序。（NH4Cl改为CH3COONa，NaOH改为HCl又如何？）

变式2：向10 mL 0.1 mol/L氨水中逐滴加入少量的稀盐酸，这时溶液中存在哪些离子？比较其离子大小顺序。

变式3：向10 mL 0.1 mol/L氨水中逐滴加入稀盐酸至中性，这时溶液中存在哪些离子？比较其离子大小顺序。

变式4：向10 mL 0.1 mol/L氨水中逐滴加入稀盐酸至恰好反应，这时溶液中存在哪些離子？比较其离子大小顺序。

变式5：25℃时将pH=11的氨水与pH=3的稀盐酸等体积混合后，溶液酸碱性如何？这时溶液中存在哪些离子？比较其离子大小顺序。

变式6：如果已知某无色透明的溶液中所含的离子仅是NH4+、Cl-等4种离子，除上述两种外，还应有哪两种离子？该溶液中溶质成分可能是什么？比较其离子大小顺序。

变式7：常温下将0.01 mol NH4Cl和0.004 mol NaOH溶于水，配制成1 L混合溶液。判断：溶液中共有多少种粒子？溶液中有哪两种粒子的物质的量之和一定等于0.010 mol？并计算溶液中：n（NH4+）+n（H+）-n（OH-）？

变式8：问题1：10mL 0.1mol/L醋酸中存在哪些离子？比较其大小顺序。

变式1：10 mL 0.1 mol/L CH3COONa溶液与5 mL 0.2 mol/L HCl溶液混合，这时溶液中存在哪些离子？比较其离子大小顺序。

变式2：向10 mL 0.1 mol/L醋酸中逐滴加入少量的稀氢氧化钠溶液，这时溶液中存在哪些离子？比较其离子大小顺序。

变式3：向10 mL 0.1 mol/L醋酸中逐滴加入稀氢氧化钠溶液至中性，这时溶液中存在哪些离子？比较其离子大小顺序。

变式4：向10 mL 0.1 mol/L醋酸中逐滴加入稀氢氧化钠溶液至恰好反应，这时溶液中存在哪些离子？比较其离子大小顺序。

变式5：25℃时将pH=11的NaOH与pH=3的CH3COOH等体积混合后，溶液酸碱性如何？这时溶液中存在哪些离子？比较其离子大小顺序。

变式6：如果已知某无色透明的溶液中所含的离子仅是Na+、CH3COO-等4种离子，除上述两种外，还应有哪两种离子？该溶液中溶质成分可能是什么？比较其离子大小顺序。

变式7：常温下将0.010 molCH3COONa和0.004 molHCl溶于水，配制成1 L混合溶液。判断：溶液中共有多少种粒子？溶液中有哪两种粒子的物质的量之和一定等于0.010mol？并计算溶液中：n（CH3COO-）+n（OH-）-n（H+）？

教学评析：通过创设这样一组变式问题组，能够引导学生思考的方向和探索问题的进程。该题组问题多且有层次性，入手相对容易，坡度适中、排列有序，形成有层次结构的开放系统。学生思维与创造的空间较大，不仅可以使学生产生“有梯可上、步步提高”的成就感，而且在层层问题的设计中体现了一些重要的化学思想方法。通过这样一组变式题组的学习，能使学生对“离子浓度的大小比较”这一内容在“纵向”上得到非常深刻的理解。

【案例5】高三化学小专题——“Fe3+”专题复习

问题1：如何证明FeCl3发生了水解反应？并书写水解的化学方程式。

问题2：如何证明FeCl3的水解反应是一个吸热反应？

问题3：配制和贮存FeCl3溶液时，常加入少量盐酸的原因是什么？

问题4：FeCl3与NaHCO3、Na2CO3、NaAlO2不能共存的原因是什么？写出相关的离子方程式。

问题5：Fe3+为什么只能存在于pH<4的溶液里？

问题6：直接加热FeCl3溶液得到什么，再灼烧得到什么物质，如要由FeCl3溶液得到FeCl3固体需要如何操作？

问题7：在FeCl3溶液中加入下列物质：Fe、Cu、H2S溶液、Na2SO3溶液、KI淀粉溶液，写出会出现的现象及离子方程式，并说明体现了什么性质。

问题8：往过氧化氢中加入FeCl3，有什么实验现象？如何运用对比实验证明Fe3+起到催化作用？还可以加入哪些物质？

问题9：往沸腾的蒸馏水中滴加饱和的FeCl3溶液，有什么实验现象？写出化学反应方程式和离子反应方程式。

问题10：如何验证所得液体是胶体？

问题11：所得胶体中有何杂质？如何证明？

教学评析：通过以上11个问题的“变式”导学，集盐类的水解、水解平衡的移动及应用、沉淀溶解平衡、氧化还原反应、实验化学中离子的检验和鉴别、催化剂的选择和验证、胶体的制备与性质于一体，使学生对“Fe3+”有了一个更全面、更深刻的再认识。传统小专题课都是先罗列知识，再列举例题，使学生思维自始至终处于被动状态。通过以问题“变式”出现，使学生有一种主动去解决的欲望。对于高三复习课，教师在备课中一定要注意不同知识间的联系。教师不仅要在每一个知识点上设计问题，还必须从不同的知识点的衔接处去设计问题。多从知识交汇点处设计问题，能激发学生的学习兴趣，并有效提高学生知识理解的系统性和在“横向”上的完整性。

四、“变式教学法”在高中化学实验教学中的应用

所谓变式实验教学是指通过实验来进行的一种变式教学，它是科学探究在化学实验教学中的具体化，是在化学实验教学中发展学生的科学探究能力，落实培养科学素养目标的重要途径。

根据实验的内容和作用，可把变式实验分为以下几种类型：

变式实验分类及界定

■

将“变式教学法”应用于高中化学实验教学时，应着重把握以下几点：

①充分挖掘课本中理论与实验的结合点；

②进一步增加实验的科学性和研究性；

③加强实验的设计性和探索性。

【案例6】“為什么硝酸铜溶液呈蓝色，而铜与浓硝酸反应溶液呈绿色？”实验教学过程设计如下：

【发现问题】无论是以往的教材还是高中新课程都安排了铜与浓硝酸反应的实验。硝酸铜溶液呈蓝色，为什么铜与浓硝酸反应溶液呈绿色？

【提出假设】可能是因为生成的NO2气体在溶液中呈黄色，与蓝色硝酸铜溶液混合在一起而呈绿色。

【实验探究】可设计如下实验进行研究：

变式实验一：在反应后的溶液中加少量的水，观察溶液是否变蓝色。

变式实验二：将反应后的溶液加热，观察溶液是否变蓝色。

变式实验三：对比实验：取纯硝酸铜蓝色溶液，向其中通入NO2，观察溶液是否变绿色。

【得出结论】实验结果显示：

①随着水的加入溶液逐渐变为蓝色；

②加热后，溶液也逐渐变为蓝色；

③在硝酸铜蓝色溶液中通入NO2，溶液将逐渐变为绿色。

教学评析：这是一个探索性变式实验，通过这样一个探索性实验的“变式”学习，能够让学生充分体会到探究性学习的快乐和意义。在化学教学中，教师应尽可能对学生进行各种变式训练，充分发挥学生的主体地位，充分挖掘学生的思维潜能，促进学生的发散思维不断得到启发和深化，从而为他们创新能力的发展、创新性人格的养成打下坚实的基础。

在实施变式教学中，我们应根据教学内容和课题特点选择合适的教学方法，变式是为教学目的服务的，不能为了“变”而变。在化学教学中，恰当合理的变式能营造一种生动活泼、宽松自由的氛围，能开拓学生的视野，激发学生的思维，有助于培养学生的探索精神与创新意识。同时，教师应重视分析学生的学习能力及学习任务，运用变式进行教学时要符合学生的认识发展规律，在了解学生知识结构的前提下精心设计变式问题，所设计的变式情境要符合学生的“最近发展区”，“变”后教师要及时引导学生进行总结，发现规律并使学生掌握学习的方式方法，使之逐步成为学生的自觉行为。

参考文献：

[1]王乐尧.新课程化学教学中有效问题的创设与案例分析[J].杭州化学年会论文，2010.

[2]乔瑞英.变式在高中化学教学设计中的应用[D].内蒙古师范大学出版社，2011.

[3]丁中霞.变式在中学化学教学中的理论与实践研究[D].华中师范大学出版社，2008.

（作者单位 浙江省杭州市余杭第二高级中学）

？誗编辑 刘莉琴