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期刊类别:纯教育、G4
国际标准刊号 ISSN 2095-3089
国内统一刊号 CN15-1362/G4
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出版日期:每月25日

我刊投稿论文
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作者:魏爱民
  【摘要】离子反应是中学化学中的教学难点,研究表明其概念形成的困难主要表现为学生对物质变化过程中的微观形态的表征困难。结合教学实践,探索出突破离子反应微观表征困难的几种有效的教学策略。
  【关键词】离子反应 表征 教学策略
  【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2017)48-0145-02
  离子反应历来是中学化学的教学难点。教学实践表明,学生在学习离子反应时的学习障碍主要表现为对物质变化过程中物质微观形态的表征的困难。具体来说,就是对反应体系(水溶液)中物质的存在形态不能恰如实际的准确进行表征。很多学生学了三年的化学,仍然不能熟练自如地运用化学语言表达离子反应。比如,铁离子检验的反应,总有学生将硫氰化铁表征为难溶物。乙酸与烧碱的反应,总有学生将乙酸表征为自由态的氢离子。在书写陌生情景下的离子反应方程式时,不能熟练自如地运用离子反应的语言规则对物质的不同形态进行准确表达。表面上看,这是学生的离子方程的书写技能没有掌握好,但是,深究其根源,根本的原因则是学生没有形成很好的表征模式。在水溶液反应体系中,物质的微观存在形态实际上只有两种——即“自由态”和“结合态”,其基础是强、弱电解质概念、物质的溶解性概念以及平衡移动原理等。离子反应概念主要聚焦于“自由态”离子浓度的变化。因此,离子反应的教学,最核心的任务是要帮助学生形成“自由态”离子的概念,帮助学生正确表征自由态离子的存在形态,并将该表征转换为正确的化学符号。在传统的离子反应课程中,对物质微观形态的心理表征规律运用不够,导致学生在学习离子反应时大多采用没有经过严格表征的死记硬背的学习方法。死记硬背最终导致在离子反应概念的外围形成了一层“硬壳”,进一步阻碍了学生深入理解离子反应的本质内涵,从而导致化学语言和反应内涵的脱节。因此,离子反应的教学关键在于帮助学生形成物质“自由态”微观表征,并和相应的化学语言形成自动对接。笔者结合自己的教学实践,运用心理表征形成的心理规律,探索出如下几种有针对性的教学策略,在实践中取得了较好的教学效果。
  1.载入宏微推理
  离子反应表征困难的形成与所采用的教学方法有着直接的关系。我国的传统化学教学过于注重文本化的学习,从文本到文本,忽略了从物质变化的事实中探究知识的基本路径。具体到离子反应的学习,传统教学过于强调概念与规则在文本维度的掌握,具体的教学策略则是讲解和技能训练。这样的教学模式表面上学习很快,但是,学习的焦点则偏移了离子反应的本质,从而不能帮助学生形成符合离子反应事实本身的有效表征模式。要理解离子反应的本质,必须依赖于反应的事实,这个事实包括物质宏观状态的变化的事实和微观状态变化的事实,以及由宏观可观察的信息对不可观察的微观状态的推理。也就是说,离子反应的概念是建立在微观事实基础之上,而微观事实则又是建立在对宏观事实的观察和推理之上。因此,离子反应的教学必须依靠化学实验,要从实验中获得物质宏观变化的数据,通过对数据的分析推理,得出物质微观状态的变化。只有具备了这样的事实基础,才能帮助学生形成坚实的“自由态”和“结合态”表征,而只要建立了坚实的“自由态”和“结合态”的表征,后续的将其与化学语言进行对接就水到渠成。下列表1展示的是载入宏微推理的离子反应教学设计思路的案例(片段)。
  2.运用多重表征
  心理学的研究表明,提供给学生多重表征的机会,有利于提高学生对问题本质的理解。在离子反应的教学中,在由宏观证据向微观推理的阶段,应该为学生提供多种可供表征的机会。对于微观世界,仅仅运用语言表征是远远不够的,这是由语言本身的特点决定的。比如,语言对于复杂事物的表述不具备效率优势。在上述案例中,铜离子从结合态的晶格中溶出而转变为自由态离子,这个过程用语言描述就不如图像或者动画的效果好。因此,为了便于学生的微观表征,应该从下列三个方面帮助学生进行表征:(1)语言表征。用形象和生动的语言表征物质的变化。比如,对于铜离子从晶格中的溶出,可以将铜离子比喻为单个士兵从集体中脱离,等等形象的比喻。(2)图形表征。将微观变化的想象(已经经过了合理推理)绘制成图,有利于直观地表达微观景象。(3)动画表征。将微观变化的想象制作成动画,有利于学生表征出离子反应变化的过程。(4)图像表征。将微观物质的微粒数字化(比如浓度),能展示出随着变量的渐变而出现的数量变化关系。比如,在上述案例中,可以采用数字传感器将氢离子浓度(pH)随反应时间的变化输出为图像,能够直观地展示出作为自由态的氢离子逐渐被消耗的事实。近年来,数字化显微技术日渐成熟,运用该技术对化学反应的微观细节进行放大,对学生正确理解化学变化的微观本质具有帮助作用。
  3.建构核心概念
  离子反应的核心概念包括两个方面:第一方面是指物质在水溶液体系中的“状态”概念——“自由态”和“结合态”。“自由态”是指自由移动离子(水合离子,中学一般可以简略的忽略其水合特征),而“结合态”则指物质的微粒处于晶格中或分子集团中被化学键所束缚的状态。另一个方面是指体系内微粒“变化”的概念——涉及到化学平衡移动原理,通过化学平衡移动而导致了物质在“自由态”和“结合态”数量上的改变,这种数量的改变正是离子反应的本质。要准确理解并合理表征出离子反应,就必须建立上述的“状态概念”和“变化概念”。传统教学往往过于拘泥于知识文本,将关注点过于集中在“状态概念”上,这就难免忽略的动态的“变化概念”。因此,教学中要将离子反应的变化过程展示出来,也就是要让学生在观察的基础上推理出某种微粒的数量变化,从而建立“变化概念”。在离子方程式中,符号不仅表示“绝对的状态”,还表示状态的变化。比如,书写乙酸和烧碱溶液反应离子方程式时,乙酸要求表征为分子符号。但是,这并不表示反应前乙酸全部均以分子形式存在,而是只有一大部分以分子存在。这表明乙酸的分子符号并不是用于表征乙酸“绝对的状态”,其真实的含义是表示乙酸在反应过程中,结合态微粒数量减少而自由态的乙酸根离子数量在增加。总之,一言以蔽之,离子反应的表征,是状态概念和变化概念的结合,教学中特别要重视“变化”的概念。而重视“变化”的概念,就意味着对要对传统教学进行升级,需要超越纯粹从文本到文本的教学,要将教学建立在展示物质的真实变化的基础之上。也就是说,化学教学只满足于讲授是不行的,必须要动手做实验(教师演示做或学生亲自做),从而展示出离子反应的真实变化。
  4.形成符号表征
  离子反应方程式是对离子反应的符号表征(文本表达)。在传统的教学中,正如前面所述,由于沉溺于从文本到文本的教学,导致将离子反应的学习几乎等同于学习离子方程式的书写学习,将一个内涵丰富多彩的化学“剧场”抽象简化为干巴巴的几个规律条文和让人摸不着头脑的离子方程式书写规则。在笔者看来,离子反应方程式是离子反应事实的很自然的表征,是离子反应核心概念建立后很自然的语言表达。离子反应方程式是离子反应核心概念(指“自由态”和“结合态”)很自然的符号化表征的结果。在离子反应的教学中,只有牢固建立起“自由態”和“结合态”的概念,并将之与对应的符号进行连接,才能从根本上赋予符号以实际内涵,从而才能在更高的层次上促进学生领悟离子方程式语言的真正含义。这种含义可以简略表达为:离子反应方程式所表达的是水溶液体系中物质微粒状态的变化。只有当学生既能从离子反应的事实准确表征出离子方程式,又能根据现有的方程式深入理解符号背后所隐含的事实,才能算是真正掌握了离子反应。当然,要达到这种深度的掌握,绝不是在高一必修课程的一节课中就能完成,而是便随着课程进展不断发展的一个长期的建构、领悟和熟练化过程。结合主干课程,利用元素及其化合物的变化的事实,顺势而为,逐步建构“自由离子态”和“结合态”的核心概念,对离子反应本质的掌握最终必然能够水到渠成。
  参考文献:
  [1]王祖浩.化学教育心理学.南宁:广西教育出版社,2007:50-56
  [2]林建芬等.化学“四重表征”教学模式的理论建构与实践研究——从15年数字化手持技术实验研究的回顾谈起化学教育心理学.化学教育,2015,36(7):1-6
  [3]山云霄.光学显微镜的数字化设计与开发.现代制造技术与装备,2009,(6):19-22

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