基于学科观念和学科理解的概念教学

2023-04-13严晓玲

化学教与学 2023年7期

关键词：概念教学

严晓玲

摘要：关注学生对化学概念的理解与应用。课堂不再是利用习题对学生进行考查，而是在实践探究过程中，结合知识、过程、方法于一体，深化对概念的理解与应用。

关键词：概念教学；学科观念；学科理解

文章编号：1008-0546（2023）07-0064-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.07.012

一、问题的提出

在化学学科发展的过程中，形成了很多独特的、具有学科特点的概念，这些概念既是探寻物质及物质变化规律的重要工具，也是促进学生化学思维发展、启迪学生化学思维的“金钥匙”。 “溶解度”是中学化学教学过程中的重要概念，对“溶解度”的正确理解，能更深刻地帮助学生从思维上实现从定性到定量的认识。

纵观当前的概念教学，不少教师一般采用“一个定义、几项注意或要素、表达方法”等版块，对概念形成的背景和重要性并不过多强调；用大量的习题对概念进行考查，反而没有给学生提供充足的时间和实践去理解概念。以“解题”的训练方式来进行概念学习，这种理解是肤浅的，是浮于表面的。学生“学”完后很快就会遗忘，以“解题”训练的教学，有可能妨碍了学生对于概念的理解和应用，降低了对概念的内涵、外延、适用范围等的追求和探索，不利于学生核心素养的发展，不利于深度学习的发生，不利于锻炼学生关键能力和学科素养的形成。[1] 很多化学概念也比较抽象，往往在这里会成为学生学习的障碍点。所以，必须让学生对概念由浅入深、由表及里深刻理解，才能突破概念教学的难点。设计合理的探究实验，能让学生的认知从感性到理性，降低学习难度，还能熟练应用概念来解决问题。[2]

溶解度的概念并不是某一个人提出来的，而是人们源于对某一问题或者某一现象的深度思考，随着科学发展自然而然形成的：正是觀察到“溶质在溶剂中的溶解是有限度的”，逐渐形成“溶解度”的概念。本文以“溶解度”为例，围绕“溶解度”的“概念形成” “概念理解” “概念应用”等几方面展开对此概念的学习，旨在培养学生的学科观念，加强学科理解。

二、教学内容及学情分析

溶液是生活中非常常见的混合体系。学生在生活中已经对溶液积累了一定的感性认知。前面也学习了物质的分类，关于纯净物、混合物的认知也非常到位，对溶液的学习也有了理论基础。学生对溶解现象并不陌生，在之前的学习中已经可以对溶液进行“饱和溶液” “不饱和溶液”的分类，对“物质的溶解是有限度的”已经有了感性认识。这一节课的教学目标是将学生的感性认识上升为理性认知；从定性学习升华到定量学习，实现质的飞跃。

三、教学目标

1. 认知性目标：理解溶解度的概念，知道溶解度的相对大小和溶解性的关系；了解溶解度曲线，能利用溶解度曲线查阅有关物质的溶解度；

2. 技能性目标：培养学生观察、分析能力以及利用控制变量法进行抽象概括、形成规律性认识的能力。

3. 体验性目标：通过探究实验，感受“物质的溶解是有限度的”，不同的物质的“溶解限度”也是不同的。体会事物内外因关系与量变的辩证关系。

四、教学重难点

正确理解溶解度的概念，并利用溶解度曲线去解决问题。

五、教学实录和设计意图

【教师】同学们，我上周在学校的“科技节”上看到了一个别致的展品。你们熟悉这件展品吗？据工作人员介绍，这叫“风暴瓶”，又叫天气预报瓶，它的发明者是英国的罗伯特菲茨罗伊船长。 “风暴瓶”最早应用于海上。让我们通过视频简单地了解它。（展示图1风暴瓶图片及风暴瓶解说视频15秒。）

这瓶子能“预报天气，冷暖先知”，当真这么神奇么？我立刻进行了百度百科。

设计意图：利用身边的物质和学生的好奇心，直接将学生带入“溶解”的世界，利用“风暴瓶”随温度变化的奇妙现象激发学生的学习热情。再引导学生在生活中遇到一些“化学现象”可以尝试多种方法去接近真相，例如：利用搜索引擎去查阅资料也是一种很重要的化学学习途径和方法。

【一“探”风暴瓶】

【教师】根据介绍，我了解到这是由硝酸钾、氯化铵以及樟脑溶于水和乙醇形成的混合物质。瓶内出现不同固体的原因之一就是瓶内的这三种溶质在两种溶剂中溶解性强弱不同。

从这句介绍中，说明什么在影响物质的溶解性强弱呢？

【学生】溶剂。

【教师】是的。我同时发现硝酸钾和氯化铵在水中的溶解性明显强于樟脑。这又说明什么在影响着物质的溶解性强弱呢？

【学生】溶质。

【教师】（边板书）它们都是影响物质溶解性强弱的内因，就是决定性因素。

【教师】既然硝酸钾和氯化铵都易溶于水，那么，它们的溶解性谁强谁弱，还是相等呢？倘若我来比较这两种物质的溶解性强弱，你觉得需要控制哪些因素？又为什么要控制这些因素呢？

请同学们开动脑筋，和小组同学交流讨论，设计出探究的方案。

设计意图：在之前学习溶解性的基础上进行适当总结，得出溶解性的影响因素分为内因和外因，为后续学习“温度”是影响溶解度重要因素打下坚实的学习基础。

【学生】方案一：取等温、等体积的水，加入固体并搅拌，直至饱和——溶解固体量多才饱和的，溶解性强。

方案二：取等质量的固体，加等温的水直至恰好完全溶解——用水少即全部溶解的，溶解性强。

【教师】无论是哪个方案，我们都控制了一些共同的量。你发现了吗？

【学生】一定的温度、饱和状态。

【教师】比较的方法很多，今天我们就选择方案一进行实验。

下面我们将利用讨论好的方案，探究硝酸钾和氯化铵的溶解性强弱。大家量取等体积的水，分别向其中加入固体，少量多次，直至固体不再溶解。利用天平称量溶解前后的差值，在实验过程中注意及时记录实验数据。（介绍图2所示的溶解度测定方法。）

【学生】进行活动探究一。

设计意图：引导学生进行控制变量的实验设计及实施。在亲手实施的过程中比较两者的溶解能力，锻炼了学生的动手能力；并且，在实验过程中比较数据，通过数据来比较溶解能力，学生从定性认知上升到定量认知，有助于提升学生的科学思维能力。

【教师】引导学生描述实验现象、归纳实验结论。你观察什么现象？

【学生】发现烧杯降温。

【教师】对！我们还要考虑溶质溶解时吸、放热，应该等到冷却到室温再进行观察。

【教师】具体要什么数据才能比较出溶解性的强弱？

【学生】得称溶解前后的质量，通过具体的数据去比较。

【教师】你得出结论了吗？

【学生】列举数据，得出结论。

【教师】我们发现不同的小组选择了不同体积的水，也存在着没有一个标准的问题。为了便于比较，你有什么好办法呢？

【学生】制定统一的标准。

【教师】说得没错，一般情况下，我们规定溶剂为100 g，多数情况下，溶剂为水。那么，你能给这个比较的量下一个定义吗？

【学生】归纳溶解度概念。

设计意图：让学生自己去归纳“溶解度”的定义，帮助学生真切地理解溶解度的“四要素”，在此概念的教学过程中，没有生硬地进行“告知”，而是让学生在探究的过程中去深入感受，在实验的过程中提高认知。

【教师】这个特定的量就被我们称作为“溶解度”，很明显，它表示的是一定温度下，100 g溶剂中最多能溶解的质量，单位为克。

【教师】我们能否用自己的语言来说一说你对“溶解度”的理解？以我们熟悉的食盐为例，20 ℃时，食盐的溶解度为36 g。

请小组交流讨论，看谁说得多。

【学生】自由表达。

【教师】20 ℃时，50 g水中最多能溶解多少克食盐呢？

【学生】18 g。

【教师】你是怎么算出来的。

【学生】按比例的。

【教师】你利用了溶液的什么性质？

【学生】均一性。

【教师】课本上列出了几种固体物质的溶解度。我们一起来观察数据。从表中可以看出，在室温（20 ℃）下，不同固体在水中的溶解度差异很大，有的甚至达到了上千倍。根据常温下，物质在水中溶解度的不同，可以将物质分为“易溶” “可溶” “微溶” “难溶”等。溶解度是定量地反映物质的溶解性强弱，那么它也受着影响溶解性强弱三个因素的制约和影响。溶解性是定性地、粗略地描述，而溶解度是定量地、精确地描述。从“定性”跨越到“定量”，我们的思维实现了质的升级。百度百科中对“风暴瓶”中几种物质的溶解性都是定性的描述，那么这两种物质的溶解度如何呢？我们可以去查阅溶解度表获得。有了溶解度我们可以很迅速、很直接地比较出不同物质的溶解性强弱。很显然：室温（20 ℃）时，氯化铵的溶解度大于硝酸钾，说明氯化铵的溶解性强于硝酸钾。

设计意图：物质的“溶解度”表直观地反映出固体物质在某温度下的溶解度，用数据进行对比，非常有说服力。而且，学生也了解数据的“产生”过程，这是建立在对概念深入理解基础上的数据认知。对数据的认知会更清晰，对“溶解度”的第一个重要的应用已然掌握。

【二“究”风暴瓶】

【教师】“风暴瓶”最初应用于海上，从北极到赤道，各地区的温度不同，那么知道在不同的温度下物质的溶解度对制作风暴瓶有着重要的指导意义。科学家测定了不同温度下物质的溶解度。

展示：硝酸钾在不同温度时的溶解度。像这样（展示表格：硝酸钾的溶解度。）采用表格的方法将不同温度时的溶解度罗列出来，简称列表法。（板书：表示方法）我们可以从表格中获得哪些信息呢？

【学生】1. 某个温度下，该物质的溶解度；2. 该物质的溶解度随温度的变化趋势。

【教师】但是，從表中我能得出50 ℃时候的溶解度吗？由于温度是个连续的量，我们想想办法，能不能采用其他的表示形式呢？便于我们能方便查阅。

【学生】用图像的方法。在坐标系中，描出点，连线。

【教师】参照老师刚才给定的硝酸钾在不同温度时的溶解度。利用老师给的方格纸，进行描点。注意横纵坐标。

【学生】进行活动探究二。

设计意图：利用实验或者参考资料得到的数据，在坐标系上描点、连线是重要的学习能力之一。从某个温度下多种物质的溶解度的认识过渡到多个温度下某种物质的溶解度，且从绘制出的曲线的走势学生能感受到温度是影响物质溶解度的重要因素，甚至是关键因素。

【教师】像这样得到的曲线就是溶解度曲线，根据数据作图这种方法在科学研究中也有着非常广泛的应用。

【教师】现在我们可以查阅50 ℃时硝酸钾的溶解度了吧。你再查找硝酸钾的溶解度是110 g时，硝酸钾饱和溶液所对应的温度？通过溶解度曲线，我们可以查找任意温度下的溶解度，也可以查找一定溶解度所对应的饱和溶液的温度。溶解度曲线要比表格法更直观、更便捷。[3]

【学生】很容易看出硝酸钾的溶解度随温度升高明显增大。

【教师】那么，氯化铵是否也是同样的变化趋势呢？请同学们快速地绘制出氯化铵的溶解度曲线。

【教师】对比这两条曲线，你又有什么新的认识？

【学生】这两种物质的溶解度受温度的影响程度不同。

【教师】谁受温度影响的程度更大呢？

【学生】硝酸钾。

【教师】你是根据什么了解到的？

【学生】曲线的变化趋势。

【教师】我还发现了曲线有一个交点。请同学们说一说交点表示什么含义呢？

【学生】表示对应温度下，两种物质的溶解度相等。

【教师】你能对比图像法和列表法的优缺点吗？

【学生】列表法更精确；图像法更直观。

设计意图：引导学生能根据曲线的走势直观地判断出温度对溶解度的重要影響；并对比溶解度的两种表示方法，溶解度数据表是以实验为基础，数据准确，但无法在任意温度下测定溶解度，所以有一定的局限性。溶解度曲线所呈现的温度范围比较宽，但曲线上查得的溶解度会有误差。简单地说，就是让学生了解列表法和图像法的区别就在于列表法可以精确地看到数据的数值是多少，而曲线法是更加直观地观察到溶解度随着温度等的变化。

【教师】下面我展示的是多种固体物质的溶解度曲线，大家又有什么新的发现？

【学生】大多数固体物质的溶解度随温度升高而升高，也有个别物质，如：氢氧化钙的溶解度随温度升高而降低。

【教师】我们能观察出哪种物质的溶解度受温度影响最大吗？哪种物质受影响又最小呢？

【学生】硝酸铵、硝酸钾受温度影响大；氢氧化钙受温度影响小。

【教师】在某一温度下，我们还能对比出不同物质的溶解度大小。比如，你能比较出在60 ℃时候硝酸钾和氯化铵的溶解度大小吗？

【学生】60 ℃时，硝酸钾的溶解度大于氯化铵。

【教师】这个结论再一次印证了在描述溶解度时要考虑重要的外因——温度（板书）。当对较高温度时候的饱和溶液进行降温时，溶解度下降，原来溶解在溶液中的溶质就要析出，这就是结晶。

设计意图：从溶液中析出晶体的过程叫做结晶。

从溶液中获得纯净晶体在生产、生活、医疗、科研等方面有着非常重要的作用，这种纯化方式已经在诸多行业成为重要的手段之一，现阶段学生需要了解的主要是蒸发结晶和降温结晶两种方式。如何选择合适的结晶方式，主要依据之一就是固体物质的溶解度曲线。

【三“问”风暴瓶】

【教师】同学们，让我们的视线再回到“风暴瓶”

上，根据权威科普网站果壳网的介绍， “风暴瓶”中结晶的固体是樟脑。你现在是否理解“风暴瓶”中出现的现象？可以和你的小组同学讨论一下。

【学生】温度不同，影响了樟脑的溶解度。

【教师】那么我们之前对风暴瓶的定义是“预报天气，冷暖先知”，你觉得此种表达是否准确？

【学生】不准确。

【教师】你认为风暴瓶的功能是什么？

【学生】温度计。

【教师】不可否认，结晶的形成过程很美丽，所以现在“风暴瓶”一般作为美丽的工艺品用来欣赏；但真没有预报天气的功能，而是随着外界温度的变化而变化，所以它充其量也只能是一个美丽但又不太精确的温度计。

设计意图：让学生对“风暴瓶”可以“预知冷暖”进行质疑。我们在教学中应坚持学生的主体地位不动摇，多从学生角度去思考，多创设质疑情境，使学生在一定情境中产生问题，从而提出并解决问题。这让学生对概念的理解和应用大有裨益。也让学生对之前“风暴瓶”认知产生了冲突，这就是学习科学的意义所在。

【教师】根据我们今天所学，你能告诉老师：在制作“风暴瓶”的过程中，哪些方法可以让“风暴瓶”产生的结晶更多呢？请和你的小组同学说一说。

【学生】讨论并总结：增加樟脑的量、减少乙醇的量、降低温度。

【教师】总结：没错，依然是从影响物质溶解度的内外因角度去思考、解决问题。我们今天这节课通过对“风暴瓶”中物质的溶解性进行了思考，对物质组成和性质进行了探究，这对我们更好地利用物质有着重要的指导意义。通过学习，我们明白了固体物质在水中的溶解是有限度的，它受着溶解度的限定；当溶质溶剂确定时候，温度是溶解度的最大影响因素。[4，5]

【教师】我给大家提供了“风暴瓶”的制作方法，大家课后可以去尝试做出“风暴瓶”，关于“风暴瓶”还有更多的未知内容等待大家去探索、去发现！

附： “风暴瓶”制作方法：

实验用品：2.5 g 硝酸钾、2.5 g 氯化铵、33 mL 蒸馏水、40 mL乙醇、10 g天然樟脑。（特别注意：樟脑是有毒的！！一定要注意实验安全！严禁入口！）

实验步骤：

1. 将硝酸钾和氯化铵溶解于水中。

2. 将樟脑溶解于酒精中，这个烧杯要稍微大一些。

3. 将步骤一的溶液加到步骤二的溶液中，搅拌，40 ℃水浴加热到澄清。

4. 将澄清的混合液封存在玻璃容器中。做好之后不要动瓶子，静置结晶，一般过2个小时就可以完成。

六、板书设计

见图3。

七、教后反思

1. 学生在进行实验时，还要再培训学生组内再分组，把任务具体到人；在实验过程中还要对学生不断提醒记录的数据和最终需要比较的数据；