“溶液”主题复习的主要内容包括:①溶液的形成与特征;②溶质的质量分数;③饱和溶液与溶解度;④溶解的实际应用。从当前一线教学实践来看,传统复习课普遍重视考点分析与讲练结合。其具体表现为:有的教师虽然注重知识结构化,却习惯于将事先归纳好的现成体系直接呈现给学生;有的则过于聚焦“溶液”单元内部内容,忽视了跨主题之间的知识联系。这类复习方式虽对提升考试成绩有一定帮助,但往往欠缺对学科核心素养的系统培养。因此,教师有必要在新授课与复习课的各个阶段中,逐步推进以下两方面的发展:既要结合具体情境,实现知识的融合与应用;也要通过去情境化的方式,促进知识的凝练与体系建构。同时,既需要通过拓展性思维训练,加强知识之间的横向联系;也需要回归课标与中考要求,实现思维的有效收敛与问题解决的精准聚焦。
1 理论基础
1.1 注重知识的结构化
该章内容隶属于“物质的性质与应用”主题
[1]。作为一节复习课,它需要突破单一主题局限,有机联系“物质组成与结构”“物质变化与转化”及“物质变化与能量”等大概念
[2],尝试以概念关联和规律整理来组织教学逻辑。学生在生活中积累的各类“溶液”前概念,可能带来认知偏见或误解;同时,化学先修知识也已多次涉及溶液,例如人教版化学九年级上册中的过氧化氢溶液、酚酞溶液、氨水,实验室制取二氧化碳时接触的盐酸及产物氯化钙溶液,以及前一单元中与金属单质发生置换反应的并非固体,而是溶液状态的金属化合物溶液和酸。后续对酸碱盐的学习,也多基于溶液状态进行反应。因此,该章复习需系统回顾并有机整合上述相关内容,既为后续学习奠基,也帮助学生以更宏大的视角、更富关联性的认知结构,把握化学学科的整体逻辑。
1.2 注重认识方式的结构化
复习课应注重溶液与前后知识的联系,但不能仅局限于知识体系的结构化,更应追求基于方法的认识方式结构化。化学观念的建构与科学思维的养成,尤其需要认识方式的引导,而归纳认识物质性质的思路与方法,正是发展科学思维能力的有效途径。以“均一性”为例,新课阶段往往只是简单告知溶液具有这一特征,却忽略了“何为均一、如何证明均一”等关键追问。因此,复习课应着力强化证据推理,例如引导学生设计实验证明均一性,并借助智能手机获取数据、辅助理解,进而利用这一工具估算溶液浓度,实现信息技术与学科课程的深度融合。
新课标新增了“体会溶液在生产生活中的应用价值”的要求,以此体现科学态度与社会责任。对此,复习课应充分发挥基本概念的应用价值,将“组成—性质—用途”的分析框架与应用过程中的风险识别、决策判断有机联系起来。这同样是实现认识方式结构化的重要途径。
2 教学目标
(1) 通过阅读饮料标签,区分溶质和溶剂;测试饮料导电性,从宏微结合视角认识溶液的组成,并以“溶液的组成决定溶液的性质”的化学观念理解溶液特征。
(2) 在利用技术探究有色溶液的均一性和浓度的过程中,逐步树立定量的“证据推理”意识,并训练基于事实和逻辑进行分析判断的科学思维。
(3) 能够从定性与定量两个视角、溶质与溶剂两个维度认识物质的溶解能力;从数学函数视角审视固体溶解度的概念,并从中建构“物质的组成”和“限度”的大概念。
(4) 认识溶液、溶解在生产生活中的应用价值,以“科学态度”审视应用过程中科学的不确定性和复杂性。
3 教学实录
3.1 环节一:认识真实情境下的溶液体系
【引入】雪碧可以看作一种生活中的碳酸饮料溶液,请你根据它的配料表(
图1)回答如下问题。
【问题】雪碧中的溶质有哪些?溶质在溶解前可以呈现哪些状态?在化学教材中,有哪些溶液中的溶质在溶解之前分别呈现固态、液态或气态,请举例说明。
【教师提问】在开启新课之前,让我们先思考一个问题:当不同的溶质溶解在水中时,会以哪些不同的微粒形式存在?请大家举例说明。
【学生回答】蔗糖、酒精等会以分子形式溶解在水中;氯化钠、硫酸铜等会以离子形式溶解在水中。
【教师追问】那如何证明雪碧中有离子?
【学生回答】可以借助导电性实验加以验证。
【学生分组实验】①将少量雪碧和蒸馏水分别倒入两个烧杯中;②将导电性测试笔分别放入两个烧杯中。
【学生汇报】将导电性测试笔放入蒸馏水中,灯泡不亮;将导电性测试笔放入雪碧中,灯泡发光,如
图2所示。
【学生小结】雪碧能够导电,说明其中有带电的离子。
【教师过渡】溶解过程中的能量变化是一个重要的探究内容。当溶质溶解于水时,应如何设计实验来探究该溶解过程是吸热还是放热?
【学生回答】首先,分别准备等体积的水,加入等质量的溶质;其次,可采用手触摸(定性感知)、温度计测量、数字化温度传感器采集数据,或观察U形管中有色水柱的移动(间接反映能量变化)
[3]以及采用红外线热成像仪
[4]等多种手段,来比较溶解前后的温度变化(或能量变化)。
【拓展延伸】对于物理溶解过程,判断溶质和溶剂相对容易。那么,若溶解过程中涉及化学反应,又该如何确定溶质与溶剂的成分呢?请你以化学式的形式,填写
表1中各反应发生后溶液的溶质和溶剂。
设计意图:将饮料与化学知识建立联系,激发学生对混合物体系复杂性的思考。以问题为导向,倡导用技术工具搭建桥梁,并基于实验事实理解微观本质;建构“宏微结合”认识物质的思维方法,加深对知识的理解。
3.2 环节二:利用技术探究有色溶液
【教师提问】对于有色饮料,如何判断它们是均一、稳定的溶液,还是外观相似、无法用肉眼分辨的浊液?
【学生回答】可以通过测定溶液的密度、溶质浓度、电导率等物理量来推断。
【教师补充】用安卓智能手机的CMOS传感器配合Color Grab软件采集透明有色溶液不同部位的RGB值
[5],若各部位RGB值无显著差异(或经换算后的色度坐标无显著差异),则可认为该溶液颜色具有空间均一性。
【教师演示】手机镜头对准烧杯,采集烧杯中硫酸铜溶液不同部位的RGB值。软件采集到的硫酸铜溶液不同部位的RGB值如
图3所示。
【学生回答】3个部位的RGB值差别不大,可以说明该溶液在色度上具有均一性。
【教师讲解】对于有色溶液,能否借助技术手段测定其浓度?以Colorimetric Titration(比色滴定)App
[6]为例,这款软件能够辅助对有色溶液的浓度进行测量。只需要将标准溶液和待测溶液在相同条件下拍摄成图片并上传,软件便能读取颜色参数(RGB等),并绘制出参数与浓度的关系曲线,从而推算出待测溶液的浓度。
【教师讲解】已知5杯溶液浓度,还有一杯溶液浓度未知。我们对5杯溶液进行拍照上传,输入标准溶液样品数为5,待测溶液数为1,单位为%——因为我们利用溶质质量分数表示溶液浓度。
【教师演示】操作时,将App中的圆圈分别对准各杯溶液,并输入相应的浓度。完成后点击“分析”,即可获得浓度与颜色的关系曲线(
图4)。图中,
c代表浓度,
H代表色调。App首先读取5杯已知浓度硫酸铜溶液的色度,基于统计学中5点直线拟合以确保精度的要求,将前5杯溶液的色调与浓度进行拟合,得到函数关系曲线及其表达式。随后,软件将待测溶液的颜色色调代入该关系式,计算出其浓度,结果约为0.75%。
【教师补充】其实,比较浓度的仪器还有很多,比如盐度计、精确检测氯离子浓度的传感器,以及根据溶液导电性确定溶液浓度的电导率仪器等。
设计意图:在复习课中融合技术创新与实验证据的获取,有利于拓展学生视野,提升科学思维。利用生活中易得的智能手机工具,突破传统数字化仪器不足的局限,便于引导学生开展身边的溶液探究。学生基于可靠的实验证据,深入理解溶液均一性的判断方法,据此掌握利用有色溶液浓度比较质量分数的多种途径,并在图像分析与数据处理中提升信息加工能力。此外,通过设计针对性练习,期望学生能从特定情境与知识视角主动研习考题。
3.3 环节三:探究溶解过程中的变量
【教师过渡】请同学们思考一下:为什么有的图像明明把溶质质量分数画在了纵坐标上,我们却依然能用它来表示溶解度呢?
【视角转变】饱和溶液中溶质的质量分数与溶解度数值有着确定的函数关系,甚至可以直接用公式表达。如果我们从函数的视角来重新审视溶解度概念,你能找出其中的自变量和因变量吗?
【学生回答】因变量是最大溶解溶质的质量,也就是溶解度。自变量应包括温度、溶质种类和溶剂种类。不过,溶剂的质量通常是固定值,因为在固体溶解度的定义中,溶剂水的质量规定为100 g。
【教师引导】如何用数学变量的视角审视溶解度曲线?如何看待一定温度下的不同溶质溶解度?如何看待同种溶质在不同温度下的溶解度?
【师生互动】
图5是某物质的溶解度曲线。参照
表2的示例,描述处于
A、
B点的溶液发生变化(其他条件不变)时的变动过程。
【教师提问】如果要将该溶液从状态A改变为B,有多种实验途径,哪种操作方法最便捷且实验结果最可靠?
【学生回答】将A状态溶液降温至t1,过滤除去析出晶体,再将溶液升温至t3,最后加入适量该物质至不再溶解。
设计意图:帮助学生形成“从定性到定量”认识物质的思维。定量认识不仅仅依赖计算,更在于利用函数关系建立模型,揭示数据背后的规律。引导学生用数学思维理解溶解度的本质与曲线表征,不仅是化学学习的诉求,也是数学应用的体现——多地中考数学试卷中涉及溶解度曲线的题目,正是跨学科实践意义的生动注脚。
3.4 环节四:变量思维的应用
【教师追问】固体和液体溶解度里包含很多变量,哪些是内因?哪些是外因?
【学生回答】内因:溶质、溶剂的性质;外因:温度、压强。
【教师过渡】可以应用这些内容审视溶解的应用。
(1) 科研应用。
【教师讲解】诺贝尔化学奖获得者屠呦呦在翻阅东晋名医葛洪所著《肘后备急方》时,看到“青蒿一握,以水二升渍,绞取汁,尽服之”的记载,请你解释这句话的含义。
屠呦呦反复琢磨这段记载,记载中并未采用传统的煎煮方法,她由此意识到,常规高温煮沸可能会破坏有效成分的生物活性。为此,她重新设计了以下提取方案:改用低沸点溶剂乙醚来煮青蒿叶子,成功提取了青蒿素。
其实,现在广泛使用的抗疟药物已不完全是早期的青蒿素本身,而是其半合成衍生物——双氢青蒿素,这种物质性质更加稳定,对疟疾抑制率更高。
表3提供了青蒿素与双青蒿素在水中和酒精中的溶解度,这些图表和数据能说明什么?
【学生回答】青蒿素在水和酒精中的溶解度不一样,由此可见溶解度受溶剂性质的影响;在相同温度下,青蒿素和双青蒿素在酒精中的溶解度也不一样,由此可见不同溶质分子在相同溶剂中的溶解度存在差异。上述性质的差异,归根结底是由分子结构决定的。
(2) 生活应用。
【教师讲解】生活中维生素的使用也与溶解性密切相关。观察
表4中的数据,你能发现什么规律?
【学生回答】水果中的维生素C含量较高,可能与水果中水分含量较多有关。维生素C是水溶性维生素。花生仁(生)和核桃(干)等坚果中的维生素E含量更高,可能与这些坚果中的水分含量较少而脂肪含量较多有关。维生素E是脂溶性维生素。
【课堂小结】见
图6所示的板书,请回忆这节课我们复习到了哪些知识点,学到了哪些认识溶液的方法和思路?
设计意图:《义务教育化学课程标准(2022年版)》特别强调对溶液“意义”与“应用价值”的理解。因此,有必要引导学生运用化学知识判断并解决生活及社会实际问题,促进化学与语文、生物学、医学的跨学科融合,激发其以科学态度审视社会的责任感。
4 教学反思
(1) 复习课绝非单纯的习题课或讲练课,其核心在于引领学生建构系统化的知识体系与认知方式。笔者在教学过程中配合PPT逐步绘制思维导图(
图6),将看似零散的知识点梳理出清晰的脉络与要点。课后,学生纷纷表示:“原来别的章节知识和溶液有这么多联系啊”“没想到溶液还能用来理解营养成分的吸收!”这让笔者深刻认识到,不论是新授课还是复习课,单纯告知学生一个个孤立的事实,对科学学习并无裨益——因为科学绝非孤立事实的堆砌,而是系统化、彼此关联的知识网络。教师应身体力行,做好引导学生发现联系的示范。
(2) 复习课同样需要关注前沿视野与新情境,兼顾新课标倡导的跨学科实践,为学生提供拓展知识、了解新技术的平台。例如,引入智能手机App、以函数视角解读溶解度曲线等。对于那些在常规教学中来不及深入讲解或难以整合的教学内容,复习课正是最好的补充与重构时机。
(3) 传统的知识归纳常让学生误以为背诵即可,然而机械记忆并非良策。学习的精髓在于思考与关联,结构化不仅要建立知识间的联系,更要提供高阶思维的方向与方法。经过该节课的学习,学生感受到认知方式的结构化价值。无论是三重表征思维,还是基于营养数据的比较推理,抑或是定量表达的优势,都将隐性的思维显性化,切实引导他们“如何思考”,从而实现“学会学习”。
(4) 该节课的结尾联系了“营养”知识。鉴于旧课标对维生素内容的处理较为单薄且偏重科普,而新课标又删减了部分相关知识,在教学中对此进行了拓展与深化:从脂溶性与水溶性的视角切入,赋予营养知识更鲜明的化学学科视角。
(5) 该课亦有不足之处。例如,在分析青蒿素提取试剂时,面对“影响溶解性因素”的提问,学生仅回答“受溶剂性质影响”,表述较为笼统。更精准的回答应是:“同一溶质在不同溶剂中的溶解性不同。”反思这一环节,当教学意图是聚焦“溶剂”这一单一变量时,教师应设计更精准的追问。毫无疑问,初始提问过于宽泛,不利于学生建构严谨的科学概念。
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