基于学科核心素养培养的高中化学课堂教学设计——以“水的电离和溶液的pH”为例

基于学科核心素养培养的高中化学课堂教学设计
以 水的电离和溶液的ｐＨ 为例
徐㊀璐
(湖北省宜昌市第一中学ꎬ湖北宜昌４４３０９９)
摘㊀要:以人教版高中化学必修一第三章 水的电离和溶液的ｐＨ 教学设计为例ꎬ展现了 变化观念与平衡思想㊁证据推理与模型认知 等学科核心素养在高中化学教学过程中的培养过程.通过以数字化实验为基础的探究活动来构建知识体系ꎬ促进学生建立宏微观念㊁认识物质变化㊁建构认知模型㊁感受学科价值ꎬ全面发展化学学科核心素养.
关键词:水的电离ꎻ溶液酸碱性ꎻｐＨꎻ数字化实验
中图分类号:Ｇ６３２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００８－０３３３(２０２４)０６－０１２８－０３
收稿日期:２０２３－１１－２５
作者简介:徐璐(１９９０.９－)ꎬ女ꎬ湖北省宜昌人ꎬ硕士ꎬ中学一级教师ꎬ从事高中化学教学研究.
基金项目:２０２１年湖北省教育协会 十四五 教育研究一般课题 基于学科核心素养的化学教学设计研究 研究成果(课题编号:Ａ０６－０２)㊀㊀«普通高中化学课程标准(２０１７年版)»要求学生能从宏观和微观结合㊁定性与定量结合上收集证据ꎬ能依据证据从不同视角分析问题ꎬ并推出合理的结论[１].现以 水的电离和溶液的ｐＨ 一课为例ꎬ探讨学科核心素养的培养在中学教学中的具体实施.
１教材分析
水的电离和溶液的ｐＨ 是人教版高中化学选
择性必修１第三章第二节第一课时的内容.本课时内容包括:水的电离ꎬ溶液的酸碱性与ｐＨ.本节内容是对 电解质的电离 学习的进一步深化ꎬ也是对 电离平衡 相关知识的巩固ꎬ同时为学习 盐类的水解 提供知识储备.
２课时目标
(１)学会书写水的电离方程式ꎬ理解水的离子积含义及适用范围ꎻ知道ｐＨ的意义及数学表达式ꎬ并能进行简单计算ꎻ
(２)利用已有知识进行证据推理ꎬ理解温度㊁外加酸碱对水的电离平衡的影响ꎻ
(３)通过分组实验培养动手能力和合作学习能
力ꎬ进一步了解科学探究的一般方法ꎬ养成勤于实践ꎬ善于合作ꎬ勇于创新的科学探究精神ꎻ
(４)了解ｐＨ在生活生产中的应用ꎬ体会化学科
学的发展对提高人类生活质量的积极作用ꎬ培养科学态度和社会责任.
教学重点:水的离子积常数㊁影响水的电离平衡的因素㊁溶液的酸碱性与ｐＨ.
教学难点:水的离子积常数适用范围㊁影响水的电离平衡的因素.
３教学用品
ＮａＯＨ溶液(０.０１ｍｏｌ/Ｌ㊁０.１ｍｏｌ/Ｌ)㊁盐酸
(０.１ｍｏｌ/Ｌ)㊁ｐＨ计㊁滤纸㊁磁力加热搅拌器㊁温度传感器㊁电导率传感器.希沃授课助手㊁ＬＡＢ－ＰＯＲＴ２数据采集器㊁Ｌａｂ－Ｓｔｕｄｉｏ数据分析软件.
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４教法学法
教法:情境激学法㊁任务驱动法㊁推理归纳法等ꎻ学法:实验探究法㊁类比归纳法㊁合作学习法等.５教学过程
环节一:创设情境ꎬ矛盾凸现.
ʌ情境引入ɔ展示图１:蔚蓝色的波涛拍打着两岸的岩壁ꎬ在水面上扑腾起一簇簇浪花ꎬ这一望无际的海洋孕育了美丽富饶的宝岛台湾.图２:长江三峡滋养了一代代华夏儿女ꎬ孕育了璀璨的中华文明.以 共抓大保护㊁不搞大开发 为导向ꎬ推动长江经济带发展的战略部署ꎬ更是强调了 水 资源不容小觑的意义和价值.水不仅重要ꎬ水还有特殊的一面.让我们走上探索之旅ꎬ一起学习水的电离和溶液的ｐＨ.
ʌ疑激导学ɔ水为何特殊?例如:水作为一种共价化合物在液态时却能导电ꎬ为什么?
设计意图:通过介绍长江三峡的江水ꎬ使学生从多个角度认识水ꎬ了解水的重要性和 共抓大保护ꎬ不搞大开发 战略部署的重大意义ꎬ培养社会责任感.通过水的特殊性引发思维冲突ꎬ激发学习兴趣.
环节二:科学史话ꎬ模型认知.
ʌ科学史话ɔ１８０６年ꎬ化学家格罗特斯提出:水分子通过氧原子将质子从一个水分子传递给另一个水分子ꎬ如同分子接力赛.２０１６年ꎬ耶鲁大学化学教授马克约翰逊团队对水分子中发生的电子迁移拍摄了光谱快照ꎬ证实了格罗特斯理论ꎬ认为水发生了电离.
ʌ知识建构ɔ水分子之间相互作用而电离出水合氢离子与氢氧根ꎬ可简写为水电离出氢离子和氢氧根.ʌ任务驱动ɔ请在学案上写出水的电离平衡常数表达式.
ʌ学生书写ɔＫ电离＝ｃ(Ｈ＋)ˑｃ(ＯＨ－)
ｃ(Ｈ２Ｏ)
ʌ教师讲解ɔ常温下ꎬ１Ｌ水中只有１ˑ１０－７ｍｏｌ水发生了电离.
ʌ任务驱动ɔ请求出此时水中的ｃ(Ｈ＋)和ｃ(ＯＨ－).㊀
ʌ学生回答ɔ均为１ˑ１０－７ｍｏｌ/Ｌ.
ʌ教师讲解ɔ可见水的电离程度极其微弱ꎬｃ(Ｈ２Ｏ)可视为常数ꎬＫ电离也是常数ꎬ故ｃ(Ｈ＋)与ｃ(ＯＨ－)的乘积为常数ꎬ称为水的离子积常数ꎬ用Ｋｗ表示ꎬ它与温度有关.常温Ｋｗ为１ˑ１０－１４.Ｋｗ不仅适用于纯水ꎬ也适用于稀的电解质水溶液ꎬ且Ｋｗ表达式中ｃ(Ｈ＋)与ｃ(ＯＨ－)表示的是溶液中总的ｃ(Ｈ＋)与总的ｃ(ＯＨ－).
设计意图:科学史话拓展学生视野ꎬ使学生了解科学研究的重大意义.书写水的电离平衡常数表达式ꎬ回顾旧知并为引入Ｋｗ做铺垫ꎬＫｗ的引入为后续微观探析中证据推理提供知识储备.
环节三:微观探析ꎬ证据推理.
ʌ教师提问ɔ根据影响弱电解质电离平衡的因素思考:水的电离平衡可能受什么因素影响?
ʌ学生回答ɔ１.温度ꎻ２.ｃ(Ｈ＋)㊁ｃ(ＯＨ－)
ʌ微观探析一ɔ测定不同温度时蒸馏水的电导率ʌ教师提问ɔ观察到什么实验现象?得出什么结论?
ʌ学生回答ɔ温度升高ꎬ蒸馏水的电导率呈增大趋势.升高温度ꎬ水的电离平衡正向移动ꎬ水的离子积常数增大.
ʌ教师讲解ɔ请看表格ꎬ了解不同温度时水的离子积常数.已知纯水在某温度下的Ｋｗꎬ将Ｋｗ开平方即可得此时纯水中的ｃ(Ｈ＋).这些数值很小ꎬ不方便表示ꎬ故引入ｐＨꎬ即ｃ(Ｈ＋)的负对数表示溶液中ｃ(Ｈ＋)的大小来表示.
ʌ教师讲解ɔ改变ｃ(Ｈ＋)或ｃ(ＯＨ－)会使水的电离平衡如何移动?增大ｃ(Ｈ＋)或ｃ(ＯＨ－)会使水的电离平衡中生成物浓度增大ꎬ此时平衡如何移动?ʌ学生回答ɔ逆向移动.
ʌ问题凸现ɔ加入酸碱的浓度不同对水电离的抑制程度如何?
ʌ微观探析二ɔ测量常温时一定浓度的盐酸或ＮａＯＨ溶液的ｐＨ.
ʌ教师讲解ɔ本实验使用到的实验仪器及用品有:ｐＨ计(精确度:０.１)ꎬ滤纸ꎬ小烧杯等.
ʌ实验探究ɔ分组实验:用ｐＨ计平行测定三次ꎬ
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计算平均值.
ʌ数据分析ɔ
第一组:ｃ(Ｈ＋)＝ｃ水(Ｈ＋)＝ｃ水(ＯＨ－)＝１ˑ１０－１２ｍｏｌ/Ｌꎬｃ(ＯＨ－)＝１ˑ１０－２ｍｏｌ/Ｌꎻ第二组:ｃ(Ｈ＋)＝ｃ水(Ｈ＋)＝ｃ水(ＯＨ－)＝１ˑ１０－１３ｍｏｌ/Ｌꎬｃ(ＯＨ－)＝１ˑ１０－１ｍｏｌ/Ｌꎻ
第三组:ｃ(Ｈ＋)＝１ˑ１０－１ｍｏｌ/Ｌꎬｃ(ＯＨ－)＝１ˑ１０－１３ｍｏｌ/Ｌ＝ｃ水(Ｈ＋)＝ｃ水(ＯＨ－)＝１ˑ１０－１３ｍｏｌ/Ｌ.
ʌ教师提问ɔ对比第一㊁二组实验数据ꎬ思考问
题１:向水中加入碱的浓度不同对水电离的抑制程度如何?ʌ学生回答ɔ碱的浓度越大ꎬ对水电离的抑制程度越大ꎻ
ʌ教师追问ɔ问题２:向水中加入的酸中ｃ(Ｈ＋)
或加入的碱中ｃ(ＯＨ－)相等时ꎬ对水电离的抑制程度如何?
ʌ学生回答ɔ对水电离的抑制程度相等.
设计意图:数字化实验仪器可以将不易观察的实验现象进行数据呈现ꎬ可提高学生证据意识.
环节四:迁移应用ꎬ归纳演绎.ʌ任务驱动ɔ结合所学知识完成迁移应用练习题.学生分组汇报练习题答案.ʌ教师提问ɔ只有酸溶液中才存在Ｈ＋ꎬ碱溶液中才存在ＯＨ－
ꎬ对吗?
ʌ学生回答ɔ不对.任何水溶液中都存在Ｈ＋
和ＯＨ－.㊀
ʌ教师追问ɔ溶液的酸碱性由什么决定?
ʌ学生回答ɔｃ(Ｈ＋)和ｃ(ＯＨ－)的相对大小.ʌ教师追问ɔ能否根据ｐＨ判断溶液酸碱性?ʌ学生回答ɔ可以.
ʌ教师讲解ɔ２５ħ时ꎬｐＨ<７溶液显酸性ꎬｐＨ＝７溶液显中性ꎬｐＨ>７溶液显碱性.
ʌ教师追问ɔ纯水显中性.为什么此时ｐＨ<７?ʌ学生回答ɔ因为温度不是２５ħ.ʌ教师追问ɔ用ｐＨ判断溶液酸碱性时必须考虑什么外界条件?
ʌ学生回答ɔ温度.ʌ模型认知ɔ１.溶液的酸碱性由ｃ(Ｈ＋)和
ｃ(ＯＨ－)相对大小决定
ｃ(Ｈ＋)＝ｃ(ＯＨ－):中性ꎻｃ(Ｈ＋)>ｃ(ＯＨ－):酸
性ꎻｃ(Ｈ＋)<ｃ(ＯＨ－):碱性.
２.ｐＨ的大小与溶液酸碱性的关系(常温)ｐＨ<７酸性ꎻｐＨ＝７中性ꎻｐＨ>７碱性设计意图:对比归纳总结判断溶液酸碱性的依
据ꎬ强调 根据ｐＨ判断溶液酸碱性必须考虑温度 ꎬ培养学生严谨求实的科学态度.
环节五:拓展视野ꎬ整合提高.
ʌ教师讲解ɔｐＨ在日常生活生产中应用也很广
泛.阅读教材ꎬ回答问题:洗完头发后需要涂抹护发素ꎬ为什么?ʌ学生回答ɔ护发素具有调节头发ｐＨ使之达到适宜酸碱度的功能.
ʌ知识建构ɔ组织学生进行知识整理.
ʌ教师总结ɔ本节课通过科学史话认识了水的
电离过程ꎻ进而通过微观探析探究影响水的电离的因素及不同浓度酸或碱对水电离的抑制程度ꎻ通过对比数据掌握判断溶液酸碱性的依据ꎻ通过拓展视野了解ｐＨ在生活生产中的应用.
ʌ作业设计ɔ完成教材Ｐ６８第１㊁２㊁３㊁６题
６结束语
本节课由自然界的水展开ꎬ了解水的重要性ꎬ引发学生共情ꎬ使学生从生活世界走进化学世界.了解ｐＨ在日常生活生产中的应用时ꎬ以学生熟悉的问题展开ꎬ激发学生学习欲望ꎬ并在这一过程中体会化学
科学的社会价值.
本节课通过科学史话㊁动画模拟等引导学生从宏观(水能导电)到微观(水能电离)ꎬ从理论(水的电离平衡移动方向)到实际(溶液酸碱性的变化)视角进行原理揭示ꎬ并用框图的形式对这一认识思路显性化ꎬ学生按此认识思路就能够进行迁移.
参考文献:
[１]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准
(２０１７年版)[Ｍ].北京:人民教育出版社ꎬ２０１８.
[责任编辑:季春阳]
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