核心素养指导下探究式学习的教学

摘 要：探究式学习是培养学生化学核心素养教学模式的一种。以“沉淀溶解平衡”教学设计为例阐述探究式学习的实践运用，提高学生分析解决问题的实践能力。探究式学习能将所学知识放到具体问题中加以运用，让学生在真实情境中就如何检测自来水中氯离子含量，分析信息是否为谣言做主线，利用沉淀溶解平衡知识完成实际分析工作，让学生学到知识的同时能感性地体会到知识与实际应用之间的关系，有利于培养能综合运用所学知识解释和解决有关的STSE问题的人才。

关键词：核心素养;探究式学习;沉淀溶解平衡;教学设计

探究式学习引导学生在真实情境中提出问题、分析问题及解决问题，有助于学生在沉淀溶解平衡学习中建立科学探究与创新意识。对实验进行理论计算、分析及评价，有利于学生形成完整的知识体系，提升证据推理与模型认知的能力。观察实验现象了解溶解平衡的微观本质，有助于构建变化观念与平衡思想。利用学科知识分析信息真实性，树立严谨求实的科学态度，体现科学精神与社会责任。以人教版选择性必修教材《化学反应原理》中“沉淀溶解平衡”为例，对核心素养指导下的“探究式学习”的教学设计加以阐述。

一、 探究式学习的概述

“科学探究与创新意识”是《普通高中化学课程标准（2017版）》中化学学科核心素养之一。在真实情境中探究问题进行探讨，对改变传统的学习方式和教学行为起到了重要的作用。探究式学习的源头是问题情境的创设，必须让学生在相应的教学情境中，产生相应的问题，从而达到科学探究的目的。问题情境主要有三种创设方式：①语言创设情境;②通过实验创设问题情境;③借助多媒体设备来创设问题情境。探究式学习模式的构建和实施主要有三个重点：①引导学生建立正确的探究思路;②重视教学过程;③充分利用教学工具。

二、 探究式学习的意义

采用探究式学习模式以及设计真实情境进行教学，在实验探究过程中将探究和实验相结合，增强学生对学科理论的掌握与正确实验的操作，有效地调动学生的自主学习性，发挥了学生在教学过程中的主体作用，有利于发展学生的核心素养，培养高综合能力的学生。

三、 基本设计思路

主要以“沉淀存在溶解平衡—沉淀的转化—沉淀转化的应用”三个版块进行教学，通过实验探究、操作与评价，让学生认识到沉淀溶解平衡原理在生活生产和科研中的应用。以自来水含氯能否致癌的真实情境为线索贯穿课堂，提高学生积极性及参与度，培养学生敢于质疑、探究实践、实事求是的科学精神。

四、 探究式学习教学模式下的沉淀溶解平衡教学过程

（一）真实生活情境创设

【生活情境】来自网络信息：自来水含氯，如果用自来水蒸煮食物，水中的氯会包裹在食物上，存在致癌的危险。

【知识补充】根据国家职业卫生标准规定，出厂自来水余氯含量应≥0.3mg/L，但不应超过0.5mg/L，经换算可知自来水中Cl-浓度不应超过3.2×10-5mol/L。

【思维引导】自来水是否含氯（定性分析）—自来水余氯含量（定量分析）—分析实验结果：余氯是否符合国家标准。

【问题探究1】

如何对自来水中的氯进行定量及定性分析？

【学生】

①定性分析：用稀硝酸酸化样品，再加入适量硝酸银。

②定量分析：取5mL样品于试管中，滴加HNO3酸化，加入AgNO3使氯离子充分沉淀，经过过滤、洗涤、干燥，用托盘天平称量沉淀质量。

③实验现象：滴加硝酸银后有白色沉淀，证明自来水含氯。自来水Cl-含量较低，所得AgCl沉淀较少，难以称量其质量且与理论值存在较大误差。

【教师引导】

分析存在误差的原因：

①沉淀少难以准确称量质量，过滤时沉淀损失较多;

②溶液中的离子无法完全沉淀。

思考分析：

①沉淀形成与溶解在微观存在什么行为？

②某种离子浓度≤10-5mol/L认为沉淀完全，如何更准确地分析自来水中余氯含量？

【设计意图】设置真实情境，提高学生积极性，促使学生形成定性、定量分析思维，初步形成难溶电解质存在部分溶解。

（二）沉淀溶解平衡思维的构建

1. 沉淀溶解平衡

【问题探究2】AgCl能否溶解，实验如表1所示。

实验步骤实验现象实验目的及结论

1. 往探究1试管滴加1mL1.000mol/LNaCl，观察现象。有白色沉淀产生。实验目的：Cl-过量，使Ag+充分形成AgCl沉淀。

2. 往上述浊液中滴加3～5滴0.010mol/LKI。有黄色沉淀产生。实验结论：溶液中仍存在Ag+。

【学生思考】实验2中生成的AgI，Ag+从何而来？

【沉淀溶解思维构建】AgCl部分溶于水：AgCl（s）Ag+（aq）+Cl-（aq），物质溶解度描述如图1所示。

【问题探究3】过量Cl-能否使沉淀重新析出，实验如表2所示。

实验步骤实验现象实验目的及结论

3. 使用离心机聚集沉淀，取上层溶液于试管中，滴加1.00mol/LNaCl，观察现象。重新析出白色沉淀。实验结论：上层清液中存在Ag+，加入过量Cl-能形成AgCl沉淀，沉淀溶解存在平衡。

【学生思考】步驟3中增大c（Cl-）为什么会重新析出AgCl沉淀？

【教师引导】沉淀形成过程的微观辨析，溶液中存在AgCl溶解平衡：

AgCl（s）Ag+（aq）+Cl-（aq），当c（Cl-）增大时，平衡逆向移动，重新析出AgCl沉淀（如图2所示）。

【总结】难溶电解质在饱和溶液中存在溶解平衡。

【设计意图】通过宏观现象，定性分析难溶电解质存在溶解平衡，改变平衡条件（离子浓度）能使平衡发生移动，构建变化观念与平衡思想。

2. 沉淀溶解平衡常数的应用

【过渡】自来水中存在Cl-，但未能准确测定Cl-的含量。已知沉淀存在溶解平衡，故引入定量分析手段—沉淀溶解平衡常数——溶度积（Ksp）。阅读课本沉淀溶解平衡常数并完成练习。

1. 分別写出AgCl、Ag2CrO4沉淀溶解平衡方程式及Ksp表达式。

2. 常温时，计算AgCl饱和溶液中Ag+与Cl-的浓度。Ksp（AgCl）=1.0×10-10

3. 常温时，某含AgCl沉淀悬浊液中，Cl-为 0.0100mol/L，求溶液中Ag+浓度。

【学生】阅读课本，理解沉淀溶解平衡常数的定义并进行简单的计算。

【实验探究4】沉淀溶解平衡常数的应用：莫尔法测定溶液中Cl-含量。

【学生】

1. 阅读莫尔法测定溶液中Cl-含量的方法及步骤，完成下列任务。

（1）通过计算，解释刚开始滴定时，为什么先析出AgCl？（设此时溶液中c（Cl-）=3×10-5mol/L，c（CrO2-4）=5×10-3mol/L）

（2）当滴入一定量AgNO3标准溶液后，溶液中产生砖红色沉淀，此时为滴定终点，试计算此时溶液中Ag+浓度;计算Cl-浓度并判断Cl-是否完全沉淀？（已知：①滴定终点时溶液中c（CrO2-4）=3.0×10-3mol/L;②溶液中离子浓度小于1×10-5mol/L，可认为该离子已完全沉淀）

2. 根据实验步骤完成实验：测定未知浓度NaCl溶液中Cl-含量。

试剂：未知浓度氯化钠溶液20mL（已滴加5%K2CrO4指示剂）、AgNO3标准液（0.0500mol/L）;

仪器：锥形瓶;酸式滴定管;烧杯;

莫尔法测定溶液中Cl-含量：用AgNO3标准液润洗酸式滴定管，把AgNO3标准液注入润洗过的酸式滴定管，边摇动边逐滴滴加AgNO3标准溶液，滴定至刚出现淡砖红色即为终点。

原理：滴定终点时c（Cl-）<1×10-5mol/L，Cl-完全沉淀，此时消耗nAg+=nCl-，通过c（Ag+）·V（Ag+）=c（Cl-）·V（Cl-）计算Cl-含量。

【课后拓展】利用莫尔法测定自来水中余氯含量是否符合国家标准。

【设计意图】进行定量分析，明确沉淀先后顺序与Ksp的关系及沉淀滴定实验过程中，滴定终点现象产生的原因。让学生知道溶液中的不同微粒结合生成沉淀时存在竞争关系，沉淀先后顺序与Ksp及浓度有关。促使学生形成科学探究与创新意识并养成科学精神与社会责任的核心素养。

五、 对基于核心素养“探究式学习”的反思

（一）以“真实情境中的生活问题”为主线

真实情境及问题不应虚构，应是与生活或社会热点相关，能引起学生兴趣且有能力解决的问题。有助于学生提高在实际情境中对知识提取、迁移和应用的能力。设置的实验应考虑探究过程中包含的知识需符合学生的逻辑和能力水平，体现知识递进性，符合知识的螺旋上升规律，使学生在实验过程中重新整合和构建认知体系。

（二）用具体代替抽象

沉淀溶解平衡过程是一个抽象的概念，主要是微观的粒子的行为导致宏观现象的产生，利用AgCl的溶解平衡实验探究以及微观粒子动态示意图，培养了学生的证据推理和模型认知能力。

（三）层层递进，发展核心素养

核心素养的提出，对各个学科而言都是新课题，培养学生核心素养将是教育工作者的主要工作。在教学环节设计当中应结合化学学科固有的特点，注重宏微结合、运用三种表征等方法，将核心素养融入课堂，培养学生的关键能力，提升学生的核心品质。

参考文献：

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[4]胡珺晶.化学课上“讲故事”——“沉淀的溶解平衡原理”教学实录[J].化学教与学，2015（9）：48-51.

[5]刘韶音.硝酸银标准滴定溶液的制备和水中氯离子含量的测定[J].化工管理，2014（8）：67-68.

作者简介：

梁嘉裕，广东省广州市，广州市第二中学南沙天元学校。