基于PBL的实验设计促进高中化学必修和选修的契合

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　　【摘要】本文分析了鲁科版必修、选修教材中离子反应的编写和教师教学实践中存在的问题，阐述了PBL的教学实验设计在高中化学教学过程的具体实践和教学反思。
　　【关键词】离子反应 核心素养 基于PBL的教学实验设计
　　【基金项目】福建省“十三五”第一批中学化学教学带头人培养对象科研课题“学习进阶下电解质溶液核心概念的研究”，项目编号：XKHX2017008，福建省中学化学严业安名师工作室研究成果。
　　【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）08-0015-02
　　鲁科版必修《化学1》通过一些强电解质之间（氯化钡与硫酸钠、氢氧化钠与盐酸、碳酸钠与盐酸等）反应的实验，呈现了离子反应的概念以及离子反应条件的基本知识。鲁科版《化学选修4（化学反应原理）》则通过盐酸和锌粒、氢氧化钡和硫酸钠溶液、高锰酸钾溶液与硫酸亚铁溶液、锌片与氯化铜溶液的反应，对离子反应的条件和实质加以完善，给出了离子反应的条件和实质。笔者在执教鲁科版高中化学教材的实践中发现教材中离子反应的编写存在着必修和选修的脱节；在听一些被指导的年轻教师的课时，发现教学中存在一些不妥的做法，致使学生对离子反应的实质不能很好地理解，尤其是离子互换型的离子反应发生条件是否一定要符合“电离平衡常数大的酸制取电离平衡常数小的酸或溶度积大的沉淀制取溶度积小的沉淀的规律”。
　　基于问题式学习（Problem？鄄Based Learning，PBL）是一种基于建构主义理念的教学模式[1]，该教学模式以问题为起点，教师通过创设情境，引导学生小组合作和自主探究，从而激发学生更深层次的认识，符合核心素养导向。本文基于教学和听课发现的问题以及学生学习的实际情况，阐述了PBL的教学设计在高中化学教学过程的具体实践和教学反思。
　　一、基于PBL的教学设计实例
　　以下是鲁科版关于“离子反应”的教学实验设计探讨。
　　1.从基本概念引发的“PBL问题”
　　《高中化学课程标准（实验）》对必修《化学1》“离子反应”的要求注重基础，对电解质在水溶液中的电离有一定的认知，能知道离子反应的本质是离子浓度的变化，离子反应具体分类有复分解反应、氧化还原反应等，复分解反应伴随的现象有产生气体、沉淀或弱电解质，氧化还原反应伴随的现象和反应的推动力比较复杂，没有统一要求。《高中化学课程标准（实验）》对《化学选修4（化学反应原理）》中离子反应则有更高的要求，增加了强弱电解质的化学反应，不但要求复分解反应型的离子反应，而且对可逆反应、氧化还原反应，络合反应等等都要深刻理解，并且能够结合热力学特征，考察学生对反应限度与化学平衡的认知，从而进一步得出结论，离子浓度减小只是反应的推动力之一。
　　根据布鲁纳的观点，每一个学科都含有一个基本框架，即基本结构，“教师首先要使学生理解所教学科的基本结构，这是基本要求，可以帮助学生在课后遇到问题的时候，能够自我处理，或者在练习过程中遇到不一样的难题时，能够根据学科的基本结构来解决问题。
　　从基本概念引发的“PBL问题”，教材设计的6个实验，见表1。
　　教材中设计的6个实验将离子反应发生条件的教学难点化解，6个实验完成后学生就自然而然地对离子反应概念、条件、规律产生了感性认识。就必修而言，实验1、2的意图是离子方程式概念及如何书写离子方程式；实验3让学生感知没有明显现象出现也可以发生离子反应；实验4、5、6让学生看到三种互换型离子反应产生的现象，让学生充分理解并掌握互换型反应的具体条件就是产生气体，产生沉淀和弱电解质（如水）。而有水或气体产生的互换型离子反应规律是相对较强酸（或较强碱）制取相对较弱酸（或较弱碱），有沉淀产生的互换型离子反应规律是溶解度大电解质制取溶解度小的电解质。
　　2.“PBL问题”在课程内容和进度上逻辑相配
　　选修模块离子反应教学之前，学生除具有上述定性角度认识离子反应的能力外，还有定量角度认识离子反应的能力，如：酸（或碱）的强弱通过比较电离平衡常数大小来判断，沉淀溶解度的大小通过溶度积大小来判断等等。选修模块离子反应在《化学选修4（化学反应原理）》首先设置一个交流研讨与四个探究实验，见表2。
　　表2化学选修4离子反应中的四个探究实验
　　对于选修教材设置的交流研讨与探究实验，笔者的看法是：交流研讨与探究实验明显滞后于教学的进程和选修教学要求，滞后于学生科学素养的提升。基于具体学情，笔者谈谈如何开展选修模块中离子反应教学设计与实施。
　　展示硫化氢一系列性质实验，包括硫化氢制备、硫化氢分别通入紫色石蕊溶液、硫酸铜溶液、溴水、氯化铁溶液、酸化高锰酸钾溶液，最后用氢氧化钠溶液进行尾气吸收，要求学生书写有关硫化氢一系列性质实验中涉及的离子反应方程式并且总结离子反应的条件；从制硫化氢反应提出是否所有反应均要符合电离度大的酸制取电离度小的酸规律，根据硫化氢通入硫酸铜溶液产生黑色沉淀的特例，通过给定数据如硫化铜的溶度积、饱和硫化氢溶液中的硫离子浓度等进行计算，从溶度积规则进行判断为什么可以由电离度小的酸生成电离度大酸的反应发生。通过在碘化银沉淀混合液中加入硫化钠溶液后产生黑色沉淀的实验提出是否所有沉淀的轉化反应均要符合溶解度大的沉淀制取溶解度的沉淀的规律；通过在硫酸钡沉淀混合液中加入等体积的饱和碳酸钠溶液（物质的量浓度约为2mol.L-1）后，溶度积小的硫酸钡会转化为溶度积大的碳酸钡沉淀的事实，利用溶度积规则解释为什么可以有溶解度小的沉淀转化溶解度大的沉淀反应发生。最后得出结论即离子反应本质就是要符合溶度积规则，建立解决沉淀溶解平衡问题的证据推理和模型认知。
　　3.“PBL问题”有利于学生发展有效的假设演绎推理
　　在必修1的第二章第三节“氧化还原反应”的课程中，学生不仅要获得对应的化学知识，更要从微观层面上认识水溶液中的各种微粒之间的相互作用，需要将化学观点（微粒观和平衡观）为落脚点，围绕离子反应的条件为核心，引领学生发展有效的假设演绎推理，如Fe3+与SCN-、Al3+与OH-形成配位化合物 等；教材把相对较强酸制取相对较弱酸的互换型离子反应发生的一般规律进行分解到各个章节的元素化合物知识中，如：亚硫酸钠固体中滴加硫酸制取二氧化硫实验，碳酸氢钠固体中滴加盐酸生成二氧化碳气体，氯化铵固体中滴加浓氢氧化钠溶液产生氨气，硅酸钠溶液中通二氧化碳产生白色沉淀等等；而在碳的多样性及硫的转化中涉及氯化钡溶液通入二氧化碳（或二氧化硫）不会产生沉淀，而将硫化氢通入硫酸铜溶液反而产生黑色沉淀，这个现象与之前所认识的强酸制备弱酸的有很大的冲突，引发其对此反应的再思考，学生在困惑中产生探究的冲动，这为选修教学埋下了伏笔。
　　二、反思与建议
　　化学必修一的目的是培养中学生的化学素养，认识与生产生活中常见的化学物质，初步行程化学概念和塑造一定的科研能力，应该淡化逻辑性、关联性，强化应用性。教育的目标不是要使学生没有问题，而是让学生产生新问题，给学生留下思考的问题，把相关问题的本质联系，明确更为上位、更为基本的问题，为后续教学找到突破口。离子反应的教学分别在必修和选修中进行，必修教学就应该为学生留下疑问，留下需要解决的问题。
　　离子反应的教学从必修到选修一脉相通，对于学生形成正确认识、理解离子反应的实质的作用至关重要。对于必修教材离子反应的教学，考虑到知识的阶段性，教学时对有利于当时课堂教学的现象加以有选择地利用是正确的，但不能忽视或回避其他对选修教学有价值的信息。对于选修教材的教学，笔者认为应该无缝对接必修教材，重新设计一些有创新综合性化学实验和探究问题，从必修教材中离子反应的一些反常现象入手，让学生深入思考解决问题的方法。学生对离子反应不能很好地理解，有教材编写的原因，也有教师教学的问题。笔者希望教材的编写不但要从学科知识上来考虑，更要从科学方法上来思考，使得选修教材不再只是学科知识的再现或者是加深，还应是科学素养的提升；教师的教学既要考虑当前，也要着眼长远，方能使教学根基深厚、相映成章。
　　参考文献：
　　[1]刘儒德.问题式学习：一条体现建构主义思想的教学改革思路[J].电化学研究，2000，（2）：3-9
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