基于变化观念与平衡思想核心素养下的数字化实验教学设计.docx

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基于变化观念与平衡思想核心素养下的数字化实验教学设计

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吕旭东

摘要：以数字化实验为手段，温度为变量，在敞开体系与封闭体系中，探究碳酸氢钠溶液pH的变化规律。从“变化观念与平衡思想”的视角，帮助学生深度学习电离、水解等知识，以提升学生化学学科核心素养。

关键词：变化观念与平衡思想;数字化实验;碳酸氢钠溶液;实验探究

文章编号：1008-0546（2021）02-0089-04中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.02.022

近年来，随着课程改革的力度不断加大和认知水平的逐步提高，学生核心素养的培育成为教育工作者研究的热点。“变化观念与平衡思想”作为化学学科核心素养的五个维度之一，具有典型的学科特征和思维特征，在培育的过程中教师不仅应立足于知识性的教学，更应注重学生在学习过程中的能力培养、观念建构和思维提升。同时要求学生能在微观角度认识物质，动态方式分析变化和理论层面揭示本质，逐步形成化学学科的思想和方法。

以培养学生核心素养为本，笔者设计了“探究温度对碳酸氢钠溶液pH的影响”一节数字化实验探究课，参加了2019年11月7日在芜湖举行的安徽省高中化学优质课评选活动，并获一等奖。对课堂中如何培育学生“变化观念与平衡思想”核心素养进行了探索和反思。

一、教学内容和学情分析

1.教学内容分析

人教版选修4《化学反应原理》第三章介绍了“水溶液中的离子平衡”，其主要内容包括弱电解质的电离平衡、盐类的水解平衡和难溶电解质的溶解平衡。从内容特点来看，该章知识比较抽象、理论性强，难度较大;从功能地位来看，它承接了第二章化学平衡的相关知识，同时又为下一章的电化学学习奠定了基础，更是学生形成微粒观、平衡观和变化观的核心章节。基于此，本课例将利用传统实验和数字实验相结合的手段，重构教学内容，引导学生进行探究式学习，旨在巩固和提升第三章的内容，落实“变化观念与平衡思想”核心素养。

2.学情分析

学生已经学习了水溶液中的离子平衡相关知识，对电离平衡、水解平衡、溶解平衡的建立和平衡移动有了一定的认识，学生也能熟练地掌握化学平衡常数相关的定量计算，但在处理实际问题时，对微观粒子在水溶液中的变化规律还缺乏较为全面的理解。特别在深度学习水溶液中的离子平衡方面，学生由于缺乏综合分析问题的能力，处理复杂问题时，常常举手无措，不知如何应对。

二、教学流程

基于以上学情，教师精心设置情境，鼓励学生提出问题，师生共同设计实验方案并开展探究，在活动中形成知识，达成学科核心素养。教学流程如图1所示。

三、教学过程分析

1.复习旧知，导入新课

[教师]回顾必修一教材中有关碳酸氢钠固体的相关性质，投放到大屏幕（见表1）。

[学生]观看投影，回忆知识

设计意图：通过回忆碳酸氢钠固体的性质，创设情境，明确思维方向，为探究碳酸氢钠溶液是否分解做好铺垫。

[教师]设问：碳酸氢钠溶液会分解吗？如果分解，在什么温度下分解呢？

2.查阅资料，提出质疑

[教师]查阅资料：碳酸氢钠水溶液呈极弱碱性，在50℃开始分解放出CO2。常温下，NaHCO3溶液会分解吗？如果分解，有哪些方法可以证明呢？

[学生]小组讨论，设计方案（见表2）。

设计意图：激励学生敢于质疑，勇于探索的科学态度。引导学生从基于物质特性的角度设计实验方案，培养证据意识和宏观辨识的能力。

3.设计实验，合作探究

探究1：常温下，饱和NaHCO3溶液是否分解

[学生]根据表2设计的方案，组装实验装置，分组同时进行实验。

[实驗一]气球套在盛有饱和NaHCO3溶液的锥形瓶口，用磁力搅拌器不断搅拌，如图2所示。

[实验二]用二氧化碳传感器测封闭体系中饱和NaHCO3溶液上方CO2的含量，如图3所示。

[实验三]常温下，利用pH传感器测敞开体系饱和NaHC03溶液的pH变化，如图4所示。

[学生]各组汇报实验现象。

实验一：短时间无明显现象，一段时间后气球鼓胀，如图2;

实验二：CO2的含量不断增大，一段时间后保持不变，如图5;

实验三：溶液的pH不断增大，如图6。

实验收获：常温下，饱和NaHCO3溶液就可以发生分解，打破了部分老师和学生原有的认知一NaHCO3溶液不易分解。

设计意图：学生自主实验探究，激发了学习化学的兴趣，在实践的过程中获取了最直接的经验，学会合作、交流和表达。传统实验和数字化实验同时进行，充分体现了数字化实验在探究微观变化方面的优势。

探究2：常温下，封闭体系中饱和NaHCO3溶液的pH变化

[教师]设问：常温下，在封闭体系中饱和NaHCO3溶液的pH将如何变化？

[学生]根据探究1中的图5和图6实验曲线进行预测。

[实验四]常温下，用磁力加热搅拌器不断搅拌饱和NaHCO3溶液，利用传感器测封闭体系中溶液的pH变化，实验