利用实验创设问题情境培养核心素养

摘 要：傳统试管实验和手持技术实验相结合，通过创设一系列富有针对性的问题情境，引导学生主动构建离子反应这一核心概念的知识体系。学生通过宏观现象，展开微观分析，结合微观结构示意图，再用符号表征，发展了核心素养。

关键词：实验;问题情境;核心素养;离子反应

一、利用实验创设问题情境培养核心素养背景分析

化学是一门以实验为基础的学科。是化学教学工作的基础，对理解和掌握基础知识，培养技能，提高学生的能力以及激发学生学习化学的兴趣，训练科学的学习方法和思维方法及培养学生科学精神和品质，都起着重要的作用[1]。化学教师在教学过程中，为了培养学生的核心素养，不可避免地要借助实验进行教学。此时，创设以教学目标为导向的问题情境，将实验素材加工成问题情境，有利于学生主动建构知识体系，形成发现问题，解决问题的思维方式。有价值的教学情境一定是内含问题的情境的，它能有效地引发学生的思考[2]。教师在实验教学过程中，应精心创设问题情境，引导学生为解决问题，寻找有力的证据支撑。在当前课程改革背景下，如何将化学实验转为为有思考价值的问题，是一个值得深入探究的问题。笔者就“离子反应”一课为例，阐述相应的教学实践。

二、利用实验创设问题情境培养核心素养教学设计

（一）环节1：定性感受离子反应

[实验探究]实验一：对比硫酸铜、硫酸钠溶液的颜色。实验二：CuSO4溶液和足量NaOH溶液反应后静置（提前一天放置）。实验三：CuSO4溶液和足量BaCl2溶液反应后静置（提前一天放置）。

[问题驱动]1.硫酸铜溶液呈蓝色，而硫酸钠溶液无色，说明硫酸铜溶液呈蓝色是由什么微粒引起的？2.实验二现象为蓝色沉淀，无色上清液;实验三现象为白色沉淀，蓝色上清液。说明实验二和实验三中铜离子是否参与反应？说明了电解质在水溶液中是物质整体参与反应还是电离出的离子在反应？3.以上是看得到现象的反应，而有些反应却看不到现象，比如酸碱中和，如何让硫酸和氢氧化钠溶液的反应“看得见”？

[学生活动]观察思考回答。

[技术支持]手机同屏技术展示实验现象。

[教师小结]电解质在水溶液中的反应实质上是部分离子参与反应，而部分离子不参与反应。像这样有离子参加的反应称为离子反应。

[设计意图]通过看得见的现象直观感受离子的存在，感受电解质在溶液中的反应实质上是离子参与反应，而有些离子并没有参与反应。通过实验探究培养学生证据推理意识，培养学生宏观辨识与微观探析的学科素养。手机同屏技术，让试管实验更清晰，让实验教学更公平。

（二）环节2：定量感受离子反应

[实验探究]手持技术测定0.2mol/L硫酸滴定0.1mol/LNaOH溶液的电导率。（数据选择原因：用浓度大的滴定浓度小的，避免因稀释造成电导率下降，因此开始时电导率下降一定是发生了反应。其次，要控制传感器的探头浸入溶液，又不能被磁力搅拌器的磁子敲击到。又要保证滴定终点时，50ml滴定管的溶液不会滴完，不需要中途加药品。）

[问题驱动]1.分析电导率变化趋势及原因？2.已知纯水的电导率为4.1uS/cm，为什么最低点（即恰好完全反应的点）的电导率远大于纯水的电导率？3.请分别画出反应前烧杯、滴定管，恰好完全反应时烧杯中的微粒主要存在形式示意图，是离子（忽略水合作用），还是物质的结合体？

[学生活动]独立观察与思考，并画出图示。小组讨论后，由小组代表汇报结果。

[问题驱动]预测0.2mol/L硫酸滴定0.1mol/L氢氧化钡溶液的电导率曲线图？

[学生活动]粗略画出硫酸滴定氢氧化钡的电导率曲线图，并由学生代表说明理由。

[实验验证]手持技术测定0.2mol/L硫酸滴定含有酚酞的0.1mol/L氢氧化钡溶液的电导率。

[问题驱动]1.为什么最低点（即恰好完全反应的点）的电导率接近纯水的电导率？2.请分别画出反应前烧杯、滴定管，恰好完全反应时烧杯中的微粒主要存在形式示意图，是离子（忽略水合作用）还是物质的结合体？

[学生活动]小组讨论后，由小组代表汇报结果。独立观察与思考，并画出图示。

[教师小结]在离子反应中，离子的浓度发生了改变，这是离子反应的本质。

[技术支持]在上一节课电解质概念授课中，已经通过手持技术事先测定纯水及一些溶液的电导率，本节课又当堂测定两组滴定的电导率。配合手机直播，把手提电脑的图像和滴定过程的颜色变化，同时呈现在大屏幕上，效果很好。

[设计意图]提升学生数形结合的分析能力，从定性探究走向定量探究，并直观实时地感受离子浓度的变化过程。尤其是两组数据最低点分别与纯水电导率的对比，让学生“看见”恰好完全反应时，是否还有离子存在的事实。将隐性的内容显性化，并让学生用图示表征出来，培养学生证据推理意识及宏观辨识与微观探析的学科素养。通过一组实验，再让学生预测，实现了思维的进阶，培养了学生迁移应用的推理能力。帮助学生基本形成离子反应的概念。

（三）环节3：探索复分解型离子反应的条件

[问题驱动]碳酸钠和盐酸、硫酸和氯化钠、醋酸钠和盐酸混合会不会反应？画出溶液混合前后微粒主要存在形式示意图（假设恰好完全反应）。

[学生活动]独立观察与思考，并画出图示。根据前面的五个图示：硫酸和氢氧化钠溶液、硫酸和氢氧化钡溶液、碳酸钠和盐酸、硫酸和氯化钠、醋酸钠和盐酸，总结复分解型离子反应的条件。

[教师小结]复分解型离子反应的条件是：离子结合生成难溶物（沉淀）、易挥发（气体）、难电离物质（弱酸、弱碱和水）。水只是难电离物质中的典型代表，但不是唯一的，初中的归纳受到我们所学知识的限制，到了高中应进行拓展。

[设计意图]让学生用图示表征离子反应，达到化抽象为具象，学生不仅“看见”了离子反应，还为后续的表征离子反应这一模型认知作铺垫。构建从微观角度，认识离子反应发生条件的思路。通过特殊归纳出一般，并应用于特殊，应用于醋酸钠和盐酸这种看不见证据的推理，深化了证据推理。对初中的复分解的条件进一步深化，完善了概念。

[過度]电解质在溶液中的反应是部分离子在反应，为了表征离子在溶液中的反应，引入了离子方程式，用实际参加反应的离子符号来表示反应的式子。

（四）环节4：表征离子反应

[问题驱动]硫酸滴定氢氧化钡溶液中，曲线最低点与酚酞指示剂变色几乎同时，说明了微粒间的反应是否存在量的关系？请写出硫酸溶液和氢氧化钡溶液反应的离子方程式？

[教师示范]明确反应物在溶液中的主要存在形式及微粒间的数量关系确定哪些微粒能够发生相互作用及数量关系实际参加反应的离子或生成的离子，用离子符号表示，难溶难电离物质用化学式表示。

[设计意图]构建了离子反应的书写模型，基于微粒观的离子方程式的书写，有利于培养学生从宏观现象辨识到微观结构探析，再到化学符号表征的学科素养。硫酸和氢氧化钡离子方程的书写，通过图像最低点和酚酞变色时间几乎一致，学生“看到了”多组离子协同反应时，微粒间量的关系。强化了证据推理意识。

（五）环节5：深化离子反应

[学生活动]书写离子方程式：稀硫酸和NaOH溶液、盐酸和KOH溶液，氨水和盐酸。

[技术支持]手机电脑同屏，拍照上传。

[问题驱动]1.稀硫酸和NaOH溶液、盐酸和KOH溶液，以上两个反应的离子方程一致说明了什么？2.对比稀硫酸和NaOH溶液、盐酸和KOH溶液、硫酸和氢氧化钡、氨水和盐酸的离子方程，说明H++OH-===H2O可以表示哪一类反应？3.写出钠和水反应的离子方程。

[学生活动]独立观察、思考总结：化学方程式表示某个具体的反应，而离子方程可以表示一类型的反应。H++OH-===H2O可以表示强酸和强碱反应生成可溶盐和水的反应。钠和水的反应，体系中原来不存在大量离子，但反应后生成了大量的离子，说明了离子反应是离子浓度发生了改变，可以是增大也可以减少。离子反应的类型可以是复分解，也可以是氧化还原反应等。

[设计意图]四个方程都是酸碱中和，但别有用意，分别涉及弱电解质一水合氨，生成沉淀盐硫酸钡，只有两个的离子方程一样，很好的归纳说明了H++OH-===H2O的意义。最后钠和水的离子方程的书写，强化了技能的同时，拓展了离子反应的外延。

三、利用实验创设问题情境培养核心素养教学反思

教学过程中，笔者试图通过三组实验，让学生获取离子反应的有力证据。从定性到定量，从感性认识到理性认识再到硫酸滴定氢氧化钡的迁移，从看得见现象的实验，到借助指示剂或者手持技术的实验，由特殊归纳复分解型离子反应的一般条件，再到醋酸钠和盐酸的推理演绎。借助实验的同时，创设了一系列有利于证据推理的问题情境。并让学生画出示意图，有利于从微观角度构建离子方程书写的模型。而化学实验能提供很好的证据，引发学生的思考。面向开展以“素养为本”的新课程教学，离子反应等概念教学应该是师生通过实验观察获取证据再结合逻辑推理“协同思考”中构建起来的。教学中多让学生从宏观实验现象出发，再从微观角度探析离子反应的过程，结合定量的证据推理，进而写出富有动态反应过程的离子反应方程式，可以较好地落实化学教学中培养学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理和模型认知”等关键学科能力的要求[4]。

参考文献

[1]卢一卉.化学实验教学研究[M].北京：科学出版社，2014：1.

[2]余文森.核心素养导向的课堂教学[M].上海：上海教育出版社，2018：195.

[3]徐守兵.基于证据的概念构建——让“离子反应”看得见[J].化学教与学，2020（7）：7-10

作者简介：许有秩（1982.10-）.汉族，男，福建晋江。本科，晋江市第一中学，一级教师，研究方向为中学化学教学。