手持技术和POE教学策略在高三复习中的应用---以“弱电解质的电离平衡”教学为例.pdf

化学教育 2 0 1 2 年第 1 1 期 手持技术和 P oE教学策略在高三复 习中的应用 一一以“弱电解质的电离平衡”教学为例 曹丽敏(江苏省常州高级 中学2 1 3 0 0 3)摘要 通过“弱电解质的电离平衡”的高三复习课的课例分析，阐述 了手持技术实验和 P OE 教学策略在高三复习中的应用，能起到发展学生思维能力，有效突破教学重难点的作用和效果。关键词 手持技术P OE教 学策略高三化学复习 弱电解质 电离平衡 化学学科的特点和化学教学的特征，决定 了实 验教学是化学教学领域的永恒主题，高三复习教学 也不例外。但是，进入高三的课堂往往发现：老师 很少做实验，实验在高三复习教学中远没有发挥其 应有的教学功能。形成这种现状的原因主要是老师 们认为高三复 习课做 实验会影 响复习 的进度和效 率。笔者的观点恰恰相反：在高三复习教学中使用 恰当的教学策略，适时地穿插实验，能激发学生的 学习动机和兴趣，发展学生的思维能力，同时能有 效地突破重点和难点。笔者以“弱 电解质的电离平 衡”的复习为课题，进行 了将手持技术和 P O E教 学策略相结合的教学尝试。l 教 学策略 1 1 手持技术实验探究教学策略 手持技术实验是集数据采集与分析于一体 的现 代实验系统，手持技术的使用是学生知识构建和应 用实践的有力工具。本节课 以手持技术实验解决 2 个主要问题：一是强弱电解质概念的辨析；二是醋 酸溶液中电离平衡 的存在及电离平衡的移动。1 2 P OE(预测一 观察一 解释)教学策略 鉴于学生对弱电解质 的电离平衡已有前认知，所 以复习采用 了 P OE教学策 略，即预测一观察一 解释。主要过程是实验前学生根据已有知识预测实 验结果，阐明理由，教师演示操作，学生在教师的 引导下，对实验过程和实验数据进行观察和记录，最后通过讨论分析实验 现象和数据，得 出实验结 论，从结论 中总结化学原理或理论。2 教 学实录 2 1 通过 D I S实验图像辨析概念，建构概念 图【设计意图】本课 的复习 目标之一是“了解电 离、电解质、强 电解质和弱 电解质的概念”。这些 基本概念的复习可以通过讲授式教学进行整理和分 析，但是这样难以有效地纳入学生的认知体系，学 生对基本概念 的理解处于短时记忆状态，容易遗忘 其 内涵和外延。针对这种情 况，采取 了通过 D I S 实验的图像分析辨析概念，让学生 自主构建概念图 的教学策略。【教学片段】老师用 DI S系统(如 图 1)做 2 个实验。厶 口 管 感 器 电橛 搅拌子 搅拌 器 图 1 DI S实验装置 实验 1：用等浓度氢氧化钡溶液滴定 0 1 mo l L硫酸溶液，即时测定溶液 电导率的变化，得结果 如图 2。j()挤液侔 h a L 图 2 氢 氧化钡溶液滴定硫 酸溶液的电导率变化 实验 2：用等浓度稀氨水滴定 0 2 mo l L醋酸溶 液，即时测定溶液电导率的变化，得结果如图 3。【实验结 果讨论 1】为什么 0 1 mo l L硫酸溶 液的电导率远大于 0 2 mo l L醋酸溶液的?写出两 物质 的电离方程式。【学 生 书 写】H S O 一 2 H+S O；一；CH3 CoOH；CH3 COO一+H十 一 一 一 一 一 2 0 1 2年第 1 1 期 化学教育 曼 量 曲 溶 液 体 m L 图 3 氨水 滴定醋 酸溶液 的电导率变化【实验结果讨论 2】请解释电导率变化的原因。【学生 1】实验 1中反 应 为：2 H+4-S O i 一+B a 抖4-2 OH一一B a S O 4，4-2 H。O。当两者恰好反 应后，溶液中只有水 电离 出少量离子，因此导电能 力降到 最低；当溶液 中继 续加 入氢 氧化钡 溶液，B a(OH)z 是强电解质，导电能力继续增强。【学 生 2】实 验 2中反应 为：HAc 4-NH。H2 ONH 4-Ac 一4-Hz O，醋酸是弱 电解质，溶 液中只有少量离子，导电能力弱；加入氨水后生成 的是强电解质，离子浓度增加，导电能力增强。【学生 3】导 电能力变强的因素是生成 能溶 于 水的强电解质，溶液中的离子浓度增大，导 电能力 增强；导电能力变弱的因素是溶液体积增加，离子 的浓度变低。【实验结果讨论 3】强电解质溶液的导电能力一 定强吗?溶液的导电能力与什么有关呢?控制哪些 实验条件，可以通过导电能力比较电解质的强弱?【学生 1】不一定。【学生 2】溶液 的导 电能力与溶液 中离子 的浓 度有 关。【学生 3】同浓度、同温度。【实验结果讨论 4】强弱 电解质最根本 的区别 是什么?【学生】最根本的区别是是否发生完全 电离。【教师追问】上述讨论 过程 中涉及 哪些基本概 念?这些概念之间有怎样的关系?【学生】讨论，绘制概念图。【教师总结】2 2 使用 P O E教学策略分析 D I S实验数据【设计意图】弱电解质的 电离平衡 的复习 目标 之二是“了解弱 电解质在水溶液 中的 电离平衡”。电离平衡 是平 衡体 系 的一 种，通 常 用“逆、动、定、等、变”总结电离平衡 的特征，但是这些特征 对学生来说是抽象的。通过 D I S实验，用 P 0 E教 学策略，让学生更为直观地感受电离平衡，更深入 地理解 电离平衡 的特征。【教学片段】【演示实验 1】用 DI S系统测 0 1 mo l I 醋酸 溶液的 p H 【实验预测】请预测溶液的 p H【学生】p H大于 1 【教师追问】预测的依据是什么?【学生】醋酸是弱电解质，发生的是部分 电离【教师追 问】你能预测 出醋 酸溶液具体 的 p H 吗?【学生】不能【教师追问】如果 要知道醋酸溶液 的 p H，还 需要知道什么数据?【学生】还需要知道电离度或者电离平衡数据【实验实测数据1 p H=2 7 2 【实验数据分析】(1)画出醋酸溶液 中存在 的 微粒 的浓度随时间的变化简图(图 4)。衷 度 图 4 醋酸溶液中备微粒 浓度 的变化 图(2)根据测得的 p H计算出醋酸的电离度、电 离平衡常数。学生展示分析过程和结果(略)【演示实验 2】将 0 1 mo l I 醋酸溶液稀释 1 O 倍，用 D I S系统测溶液的 p H。【实验预测】请预测溶液的 p H【学生】将 0 1 mo l L醋酸溶液稀释 1 0 倍，溶 液的 p H 大于 2 7 2、小于 3 7 2 【教师追问】你预测的理 由是什么?盐 徘绒 薹：耋 水 一 一 一 一 一 一 一 懒一 l lll 乜 r l 否 勿 化 合 物 化学教育 2 0 1 2 年第 l 1 期【学生】加水稀释，氢离子浓度 减小，p H 大 于 2 7 2；但在稀释 过程 中醋酸 的电离平衡正 向移 动，电离 出更多的氢离子，所 以 p H小于 3 7 2。【实验实测数据】p H-3 3 7 【教师追问】由此你能计算 出 0 0 1 mo l I 醋酸 溶液的电离度、电离平衡常数吗?【学生】可 以。【教师追 问】如果不通过实验你能预测 出具体 的 p H数值吗?【学生】能。因为电离平衡常数只受温度影响，稀释时电离平衡常数没有改变。【教师追问】你能写出计算过程吗?【学生】列式计算(略)【演示实验 3】在 0 1 mo l L醋酸溶液 中加入 少量醋酸铵 固体，用 DI S系统测溶液的 p H。【教师追问】溶液 的 p H为多少?【学生】p H大于 2 7 2。【实验实测数据】p H一5 4 5 【教师追 问】请解释 p H 的变化原 因。【学生】在溶液中加入醋酸铵固体，增大 了醋 酸根浓度，使醋酸的电离平衡逆向移动，C(H+)减小，p H增大。【教师追问】能否通过加入醋酸钠固体说明电 离平衡 的逆 向移动?【学生】不 能，醋酸钠溶 液 由于水解 呈碱 性，溶液 p H增大不能说明是由电离平衡的逆 向移动造 成的。【教师补充】因此在 电离平衡 的移动 中要注意 多种因素同时对电离平衡的影响。我们再来看这样 一个实验，分析有哪些 因素影响实验数据。【演示实验 4】用 DI S系统测定稀释冰醋酸过 程 中溶液电导率的变化(装置如 图 5)。0 自动滴液装置 铁架台 电导卒 电极 融力搅拌器 图 5 醋酸稀释过程 中测定 电导率的 DI S装置【实验结果】如图 6 图 6加水 稀释冰醋酸溶液 电导率的变化【实验结果分析】分析冰醋 酸稀释过程 中电导 率变化的原因。【学生】刚开始时，冰醋酸 中没有水，醋酸没 有发生 电离，溶 液的 电导率 为 0；加少 量水 稀释 时，醋酸发生电离产生 H+、C H。C OO，溶液 的 电导 率 增 大；而 随着 加 水 量 的 增加，C(H+)、f(C H。C O O一)减小，电导率下降。2 3 通过 D I S实验设计加深对弱 电解质 电离平衡 的理解【设计意图】为进一步加深学生对弱 电解质 电 离平衡及电离平衡移动的认识，设置了实验设计 的 环节，由于本课实验均采用手持技术，所以在实验 设计环节要求学 生结合 4组 演示实验，独立设计 DI S实验方案证 明醋酸是弱电解质。【教学片段】实验设计：请你综合运用 以上知 识，设计 1个 D I S实验方案证明 CH。C o0H 是弱 电解质。【交流讨论后汇总】表 1 证 明醋酸是弱 电解质的实验方案 实验方法 结论 用 p H 探头测 0 1 mo l I HAe的 p H p Hl，HAc 为弱酸 用 p H 探头测 Na Ac 溶液 的 p H p H7，HAc 为弱酸 相 同条件下，用电导率探头测相同浓度 的 HAc 和 Ha(强酸)溶液 的电导率 电导率小的为弱酸 往 同浓度的 HAc 和 HC|(强酸)中投 人相 同的 Z n粒 或 C 03固体，用 气 气压变化小的为弱酸 压探头测气压变化 用 p H 探头测定 同 p H 的 HAc与 HC 1 p H变化小的为弱酸 稀释相 同倍数前后 的p H变化 在醋酸溶液中加入醋酸铵 固体，用 p H 溶液的p H 变大 探头测溶液p H 的变化 在等浓度的 醋酸和 盐酸溶 液 中加入 等 量的 Na OH，用 温度探 头 测溶 液 的温 温差小的为醋酸 度变化 2 0 1 2年第 1 1期 化学教育 -9生实验】选择其中的一个方案，使用合适 的探头完成一个实验。【追问】这些实验方案抓住的核心知识是什么?【学生】实验设计抓住了弱电解质 的电离平衡 及平衡 的移动。【教师】实验设计体现了平衡限度观，紧紧围 绕弱电解质是部分电离，存在电离平衡，电离平衡 可能发生移动；弱电解质的盐还可以水解，存在着 水解平衡。【追问】实验设计 中还体现了实验设计 的哪些 思想?【学生 1】采取强弱电解质对 比实验【学生 2】定量分析的思想【教师总结】f 可 逆 电 离：解 分 f 糊 限 度 蕊 釉 实 验 设 l L永 解 平 衡 想 l f 对 比 实 验 实 验 思 想 考 瘩 可 行 傩 l定量臆想 3 教学反思 3 1 手持技术的使用体会 在“弱电解质的电离平衡”的复习中，对 电离 平衡的理解必须建立在动态描述的基础上溶液 中离子会转化 为分 子，弱 电解质 分子会 电离成离 子，学生需要体验与感受怎样借用化学平衡讨论电 解质溶液中分子与离子的相互转化，理解弱电解质 概念的内涵和外延，理解 电离平衡移动的本质和影 响因素。如何让学生对这些抽象的知识和概念有感 性的认识，进而理解有关概念和理论?手持技术是 很好的辅助手段。手持技术实验可 以使学生获得 丰富的感性认 识，激发学生的学习兴趣。本课 中，学生对酸碱中 和滴定过程中电导率变化曲线图的得出一致感到惊 奇，从课的一 开始就充分地调动 了学生 的学 习兴 趣，使 枯燥 的理论复 习课充 满 了讨论 和探究 的意 味。在最后的实验设计 中，由于使用 了新的实验技 术，学生设计实验的积极性很高，设计出了多种实 验方案。手持技术的最大优点在于实验数据采集的即时 性和直观性，教学 中应 充分利用实验的实测数据，利用即时的数据变化让学生直观地感受电离平衡的 移动，利用 曲线 图的分析加深学生对化学概念、原 理和理论的理解。手持技术在概念、理论 的教学中 大有文章可做。3 2 P O E教学策略的使用体会 化学概念的建立，是化学学习中较为困难的部 分。建构主义学习理论告诉我们：学生学习前具有 的丰富的生活经验和已有认知导致其存在着正确或 迷思 的概念，其中迷思概念的干扰使得学生难以将 新的材料与原有认知结构进行有效连接而实现概念 的转变。P OE策 略的使用建立在学生 了解实验 或 事实情境的基础上，结合手持技术的使用，可以引 发学生的认知 冲突，发现现实与预测 的不一致性，从而形成正确的解释，实现概念的转变。P 0E策略是概念转变 的教学策略之一，目前 在此基础上又发展 了 P DE O DE策略，即预测一讨 论一解释观察一讨论一解释。本节课在上完后感 觉使用后一种教学策略效果会更好，因为学生在进 行独立预测的过程后，如果通过小组讨论和全班讨 论可 以充分揭示出 自己的迷思概念，且在观察后再 加入讨论环节学生可以通过交流与协作将原有的迷 思概念朝着更加科学 的方 向转变，并且促进了新概 念在学生认知体系中的深化。所以本课还可以在教 学策略上做进一步的改进。参考文献 1 中华人 民共 和国教育 部制 订普通 高 中化学课 程标 准(实 验)北京：人 民教育 出版社，2 0 0 3 C 2 张克龙中学化学教学参考，2 O l O，(8)，3 3 3 5 3 邓阳，王后雄，谢俊中学化学教学参考，2 0 1 1，(1 0)，3 6 4 白涛化学教育，2 0 1 2，3 1(3)：7 8 8 O 5 李霞，黄菲菲，钱扬义化学教育，2 0 1 1。3 2(6)：5 5 5 7