林 怡

（福州屏東中學(xué)，福建 福州 350003）

化學(xué)學(xué)科新課程標(biāo)準(zhǔn)提出了五個維度構(gòu)成學(xué)科核心素養(yǎng)，其中“變化觀念與平衡思想”“宏觀辨析與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”貫穿在化學(xué)反應(yīng)原理的教與學(xué)過程中?；瘜W(xué)反應(yīng)原理在選修教材中地位突出，教師教學(xué)過程重在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識化學(xué)變化所遵循的基本原理。從熱化學(xué)、電化學(xué)到溶液中的離子反應(yīng)，較多的內(nèi)容涉及抽象、微觀的化學(xué)過程，學(xué)生學(xué)習(xí)存在一定的難度。通過定性分析形成結(jié)論是較直接的方法，然而這導(dǎo)致學(xué)生對微觀本質(zhì)原理無從得知，在陌生情境中對知識的遷移、解決相關(guān)問題的綜合能力略顯薄弱。引導(dǎo)學(xué)生形成學(xué)科特征的定量思維和探究能力，是對相關(guān)知識的深度學(xué)習(xí)，也是培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的途徑之一。本文以探究“溶液中的離子反應(yīng)”為例，從定量思維角度解析不同現(xiàn)象的本質(zhì)，讓學(xué)生對溶液中的平衡觀建立新認(rèn)知，并遷移運用認(rèn)知解決一系列相關(guān)問題，達(dá)到對學(xué)科知識的深度學(xué)習(xí)。

一、定量思維在化學(xué)學(xué)科中的重要性

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。溶液中離子反應(yīng)的平衡建立是微觀、抽象的。在傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計中教師以實驗探究活動為載體，學(xué)生通過預(yù)測、觀察，從實驗現(xiàn)象推導(dǎo)結(jié)論，獲得直觀的定性認(rèn)知。定性分析主要解決“有什么”或者“是什么”等問題，對“為什么”“多或少”卻愛莫能助。定性分析是認(rèn)識物質(zhì)的基礎(chǔ)，定量分析則是對定性分析的深化，它可以借助數(shù)學(xué)工具，從量化上揭示客體特征。定量分析獲得的有效數(shù)據(jù)是對化學(xué)原理和理論最充分的解釋，這是無法替代的。為了引導(dǎo)學(xué)生探索化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律及其應(yīng)用，形成物質(zhì)變化的科學(xué)觀念，教師教學(xué)中應(yīng)啟發(fā)學(xué)生觀察思考，提出問題，從定性和定量、微觀和宏觀綜合視角共同分析，進(jìn)行證實或證偽，揭示研究對象的本質(zhì)和特征。學(xué)科特征思維的培養(yǎng)不僅能突破教學(xué)難點，幫助學(xué)生從現(xiàn)象了解本質(zhì)原因，也讓學(xué)生獲得必備的定量分析論證能力，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。

二、發(fā)展定量思維，深度學(xué)習(xí)學(xué)科知識

深度學(xué)習(xí)是指學(xué)習(xí)者能夠在理解、學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，批判性地學(xué)習(xí)新的思想和事實，將它融入原有的認(rèn)知系統(tǒng)，并將獲得的知識遷移應(yīng)用到新的情境中，決策解決相關(guān)問題。［1］縱觀近幾年高考選擇題的熱點——電解質(zhì)溶液的題型，它包含不同溶液酸堿性判斷，溶液中各種離子濃度大小比較等知識，這是學(xué)生的弱點，也是失分點。學(xué)習(xí)停留在知識淺層的學(xué)生，對具體事實性知識容易遺忘。對于定性分析形成的經(jīng)驗結(jié)論，學(xué)生更是知其然不知所以然，常不明就里，生搬硬套，學(xué)習(xí)效果甚微。定量分析是解決實際問題的方法之一，學(xué)科特征思維的培養(yǎng)也是能力的培養(yǎng)，是實現(xiàn)對學(xué)科知識深度學(xué)習(xí)的教學(xué)手段之一。教師可引領(lǐng)學(xué)生在課堂中參與高水平的思維活動，［2］對溶液中的離子反應(yīng)構(gòu)成要素，相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，讓學(xué)生充分體驗定量思維在解決實際問題中發(fā)揮的重大作用，幫助學(xué)生掃清對溶液體系認(rèn)知的障礙點，建立對溶液中各種平衡常數(shù)的新認(rèn)知，實現(xiàn)對溶液中的離子反應(yīng)深度學(xué)習(xí)。

三、基于定量思維深度學(xué)習(xí)“溶液中的離子反應(yīng)”案例

為促進(jìn)學(xué)生對學(xué)科知識的深度學(xué)習(xí)，達(dá)到融會貫通、靈活應(yīng)用，提升解決相關(guān)問題的能力，張賢金等認(rèn)為以相關(guān)主題為主線,整合、重組、激活教材，可實現(xiàn)教材價值的最大化。［3］筆者在“溶液中的離子反應(yīng)”專題教學(xué)中，基于知識關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化，對教材資源進(jìn)行整合，以探究不同溶液的酸堿性為主線，引導(dǎo)學(xué)生形成定量思維，教會學(xué)生運用定量思維解決認(rèn)知過程中產(chǎn)生的困惑，使學(xué)生領(lǐng)悟?qū)W科特征思維對實現(xiàn)學(xué)科知識深度學(xué)習(xí)的意義。

（一）思維碰撞，開啟定量思維之門——解惑“鹽溶液的濃度越小，水解的程度越大”

在“鹽類水解”的新授課教學(xué)過程中，教師們通常按照教材中的“活動與探究”，讓學(xué)生通過觀察FeCl3溶液稀釋10 倍前后pH 數(shù)值的變化，依據(jù)定性分析，得出“鹽溶液的濃度越小，水解的程度越大”結(jié)論。教師進(jìn)一步向?qū)W生提出疑問：“若鹽溶液濃度越大，平衡仍朝正反應(yīng)方向移動，水解程度是否還是增大？”學(xué)生經(jīng)過探討，察覺定性分析無法為新問題提供更多的判斷依據(jù)。筆者伺機(jī)以氯化銨溶液為例，利用數(shù)學(xué)工具在教學(xué)中進(jìn)行推導(dǎo)、演繹，消除學(xué)生疑惑，幫助學(xué)生對教材結(jié)論形成更深層次的認(rèn)知。

立足課本實驗，提出問題，引發(fā)學(xué)生思維火花的碰撞。單一的定性實驗分析，對宏觀現(xiàn)象中的微觀解析存在一定的局限性，定量論證彌補了缺憾。教師在學(xué)生已建立溶液中平衡觀的基礎(chǔ)上，啟發(fā)定量分析思維，讓學(xué)生意識到解決問題方法的多樣性，提高對新知探索的積極性，為后續(xù)分析不同溶液中的離子反應(yīng)，開啟探索之門。

（二）深入應(yīng)用，感受學(xué)科特征思維的魅力——預(yù)測酸式鹽溶液的酸堿性

生活中處處有化學(xué)，常用的疏松劑NaHCO3，學(xué)生已知其水溶液呈堿性。NaHCO3屬于酸式鹽，在HCO3ˉ既電離又水解情況下，為何其溶液最終顯堿性？如何比較電離與水解程度的大??？顯然定性實驗無法提供滿意的答案。假如學(xué)生帶著重重疑惑，對結(jié)論死記硬背，就違背了教育的真正目的。基于學(xué)生已明確酸式鹽溶液的酸堿性，取決于電離與水解程度大小的認(rèn)知，筆者在教學(xué)中，從定量思維角度入手，與學(xué)生共同分析NaHCO3溶液顯堿性的本質(zhì)原因。

因為Kh＞Ka2，所以NaHCO3溶液中水解程度大于電離程度，溶液顯堿性。

定量分析思維的建立，不僅讓學(xué)生能充分理解教材知識，在實戰(zhàn)測試應(yīng)用中，也提高了對陌生物質(zhì)的分析能力。

例如，2017 年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試（全國Ⅰ卷）中第13 題：常溫下將NaOH 溶液添加到己二酸（H2X）溶液中，混合溶液的pH 與離子濃度變化的關(guān)系（如圖1）所示。下列敘述錯誤的是

圖1

其中C 選項的判斷，有定量分析為基礎(chǔ)，學(xué)生對結(jié)論的應(yīng)用就得心應(yīng)手。學(xué)生知道c（H+）與c（OH-）大小比較，實質(zhì)就是比較HX-的電離與水解程度大小，依據(jù)結(jié)論取決于Ka2與Kh大小，再結(jié)合題中其他信息就能做出正確判斷，有效地提高答題的正確率。

教學(xué)中從生活實例入手，解決知識盲區(qū)，讓學(xué)生感受化學(xué)與生活的密切聯(lián)系，提高深度學(xué)習(xí)學(xué)科知識的興趣。學(xué)生通過自主分析，提高了判斷類似NaHSO3等鹽溶液酸堿性的能力，也進(jìn)一步體會到定量思維的重要性，感受到學(xué)科特征思維的魅力。

（三）能力提升，形成學(xué)科特征定量思維——解析弱酸弱堿鹽溶液的酸堿性

溶液中離子反應(yīng)是復(fù)雜的，弱酸的酸根離子水解顯堿性，弱堿陽離子水解顯酸性，而弱酸弱堿鹽溶液的酸堿性又該如何判斷呢？實驗測定雖能直觀的給予定性結(jié)論，但學(xué)生百思不得其解“為何不同的弱酸弱堿鹽溶液［如CH3COONH4、（NH4）2CO3］的測定結(jié)論卻不同？”教師應(yīng)交給學(xué)生開啟現(xiàn)象本質(zhì)原因的“鑰匙”——定量思維分析，讓學(xué)生自主運用、分析并解決問題。以1mol·L-1CH3COONH4溶液為探究對象，結(jié)合表1 中查閱的數(shù)據(jù)［4］引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行論證。

表1 （CH3COOH、NH3·H2O 的電離常數(shù)）

（四）拓展遷移，滲透深度學(xué)習(xí)——辨析混合液的酸堿性

工業(yè)生產(chǎn)中，中和滴定應(yīng)用廣泛。用NaOH 溶液滴定CH3COOH 溶液過程中，會產(chǎn)生CH3COONa 與CH3COOH 的混合溶液。CH3COONa 水解呈堿性，CH3COOH 電離呈酸性，混合溶液最終的酸堿性就取決于它們各自產(chǎn)生的c（H+）和c（OH-）的相對大小。為了在高中教學(xué)中不引入過多的概念，減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，可用弱酸的電離平衡常數(shù)來解決類似問題。以常溫下等濃度的醋酸（CH3COOH）和醋酸鈉（CH3COONa）混合溶液為例

從單一溶質(zhì)溶液到混合溶質(zhì)溶液的探究，教師在教學(xué)中要充分挖掘教學(xué)素材，進(jìn)行有效重組，教學(xué)的深度應(yīng)該不局限于教材實例?？v觀混合溶液中各種離子濃度大小比較的考查，常以濃度的對數(shù)表達(dá)和圖形方式等結(jié)合，對學(xué)生的綜合能力要求高。不具備定量思維的學(xué)生總是束手無策，輕易放棄。為樹立學(xué)生解決困難的信心，教學(xué)中定量思維的培養(yǎng)是必不可少。教師在引領(lǐng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決問題過程中要滲透定量思維的培養(yǎng)，為實現(xiàn)對知識的深度學(xué)習(xí)做好鋪墊。

四、定量思維對促進(jìn)學(xué)科知識深度學(xué)習(xí)的教學(xué)反思

（—）定量思維的形成應(yīng)循序漸進(jìn)，要滲透在反應(yīng)原理不同知識的教與學(xué)中

定量思維在化學(xué)反應(yīng)原理知識體系中應(yīng)用廣泛。從熱化學(xué)、電化學(xué)到不同溶液中建立的平衡體系，教師在教學(xué)中要不斷用“數(shù)據(jù)來說話”，為定性分析提供有說服力的論證支撐。學(xué)科特征定量思維的形成，是教師突破“溶液中的離子反應(yīng)”難點、疑點的“鑰匙”。它讓學(xué)生對溶液中的平衡觀建立了新認(rèn)知，同時讓學(xué)生感知到具備學(xué)科特征思維遠(yuǎn)比對知識的掌握更重要。學(xué)科特征定量思維的應(yīng)用不僅能解決“溶液中的離子反應(yīng)”相關(guān)知識問題，對化學(xué)反應(yīng)原理的其他專題知識學(xué)習(xí)也起到舉足輕重的作用。它是學(xué)生實現(xiàn)對化學(xué)學(xué)科知識深度學(xué)習(xí)的有效途徑之一。

（二）定量思維形成過程中，關(guān)注學(xué)生有效實現(xiàn)化學(xué)學(xué)科知識的深度學(xué)習(xí)

學(xué)科特征思維是學(xué)科的靈魂。教師在教學(xué)中應(yīng)抓住學(xué)科特點，以學(xué)科知識為載體，將最核心、最本質(zhì)的思想方法通過精心的教學(xué)設(shè)計來呈現(xiàn)，使學(xué)生從單純的掌握課本知識淺層學(xué)習(xí)，過渡到對相關(guān)知識在陌生情境中的運用解決。教學(xué)中教師應(yīng)注重以學(xué)生為主體，不同層次學(xué)生對定量思維的形成，運用解決新情境、新問題的能力不同。問題的設(shè)置、范例的選擇，需要兼顧到不同層次學(xué)生的接受水平，既要體現(xiàn)對基本定性結(jié)論的驗證，又要有對相關(guān)知識遷移、綜合應(yīng)用的展示，讓大部分的學(xué)生都能參與到課堂學(xué)習(xí)中，領(lǐng)悟化學(xué)知識，體驗化學(xué)學(xué)科定量思維所帶來的成就感，達(dá)到真正對學(xué)科知識的深度學(xué)習(xí)。