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本课选取人教版化学九年级下册第十单元中的“酸与碱之间会发生什么反应”为教学内容,包括中和反应的实质以及溶液酸碱度的表示法—pH。
多重表征是化学概念教学的重要方法,能帮助学生通过化学概念的各种表征形式进行有意义的学习[1],有利于学生更好地理解化学,突破学习化学的困难,减轻记忆负担,便于知识的储存与提取,有利于知识的迁移应用,提高问题解决能力[2]。图形是最佳教学媒体[3]。本教学设计运用“四重表征”的教学模式[4],结合信息技术(多媒体技术、手持技术)和自主设计“四重表征”教学图形进行概念教学。
教学目标
知识与技能:知道酸与碱之间发生中和反应,了解中和反应的实质;会用酸碱指示剂和pH试纸检验溶液的酸碱性,初步认识“手持技术”的使用方法与优势。
过程与方法:通过探究实验,培养学生发现问题、分析问题、协作解决问题的能力;通过“四重表征”教学图形,培养学生运用“宏观—微观—符号—曲线”的联系解决问题的化学思维。
情感、态度与价值观:增强学生对化学现象的好奇心和探究欲,发展学习化学的兴趣。
教学重点、难点
中和反应的实质、溶液酸碱度的表示法—pH。
教学准备
多媒体课件
实验仪器:酒精灯、试管、玻璃棒、玻璃片、pH试纸、手持技术设备(数据采集器、pH传感器)等。
药品:NaOH溶液、稀盐酸、酚酞试液。
教学过程
(一)创设问题情境
师:前面我们学习了酸、碱的性质,如果我们把酸与碱混合,会发生怎样的变化呢?
生:(猜想)酸和碱会发生反应。
师:如何证明发生了反应呢?
学生实验:向NaOH溶液中滴加盐酸。观察实验现象——无明显现象。
师:观察不到明显现象,我们很难判断是否发生了化学反应。(引导)有些化学反应发生时,我们能观察到明显的现象,有些化学反应却没有明显的现象。我们能否证明NaOH溶液与盐酸发生了化学反应呢?是否可以借助我们之前学到的一些指示剂?
学生以小组为单位进行讨论并设计实验方案。学生讲解自己的设计方案,教师评价方案的可行性,邀请学生进行实验。
生:(向NaOH溶液中滴加几滴酚酞试液,再滴加稀盐酸至过量)NaOH溶液是碱性的,滴加几滴酚酞试液后显红色,再滴加盐酸,可观察到溶液由红色变为粉红色,最终变为无色,说明NaOH溶液的碱性消失。这就证明了NaOH溶液与盐酸发生了化学反应。
教师做出肯定的评价,并展示实验过程现象图(图1)。
师:既然发生了化学变化,就一定有新物质生成,那么NaOH溶液与盐酸反应,生成的新物质是什么呢?
学生讨论,得出结论:可以将反应后的溶液蒸发水分,观察是否有新物质生成。
师:我们可吸取2～3滴溶液在玻璃片上,稍微加热,使液体蒸发,观察玻璃片上的现象。
学生实验并描述现象:有白色粉末生成。
师:这些白色粉末是什么呢?
生:是氯化钠。
设计意图:采用“抛锚式”教学策略,设计问题情境,激发学生的探究欲望,引入新知教学,同时,培养学生做出猜想,并通过实验验证猜想的科学研究思维;展示自主设计的“实验现象图”,使学生在头脑中形成“宏观表征”的表象,初步认识和了解该反应的宏观现象。
(二)宏观表征→符号表征
师:【Q1】根据学过的知识,大家如何判断白色粉末是氯化钠呢?前面学过HCl和NaOH在水中会离解出哪些粒子?粒子之间又会发生怎样的变化呢?
学生讨论。
师:(引导,展示) HCl→H Cl- NaOH→ Na OH- (If)
学生回答:发生了化学反应,H 结合OH-生成水,那么生成的白色粉末新物质就应该是Na 和Cl-结合成的NaCl。
设计意图:通过问题【Q1】,实现“宏观表征”向“符号表征”的转换,使学生把宏观反应与化学符号联系起来。
(三)符号表征→微观表征
师:【Q2】(设问)HCl和NaOH的反应过程发生了怎样的微观变化呢?
教师展示“氢氧化钠与盐酸反应的微观粒子变化图”(图2)并讲解。
师:(拓展)我们把酸与碱反应生成盐和水的反应,称为中和反应。酸与碱的中和反应实质上是酸中的H 与碱中的OH-反应生成H2O,所以有些酸碱中和从表面上看不出有明显的变化,但我们可以通过在溶液中滴入指示剂,根据指示剂的颜色来判断反应是否进行完全。
设计意图:通过设问【Q2】结合“微观粒子图”,实现“符号表征”向“微观表征”的转换,使学生在头脑中形成“微观表征”的表象,学会从微观的角度解释宏观实验现象。
(四)微观表征→符号表征
师:【Q3】如何用化学方程式表示该反应呢?
学生各自写出化学方程式。
师: HCl NaOH = NaCl H2O(If)
(拓展) 酸 碱→ 盐 水
中和反应——酸和碱作用生成盐和水的反应。盐是由金属离子和酸根离子组成的化合物。
设计意图:通过问题【Q3】,实现“微观表征”向“符号表征”的转换,使学生将微观粒子反应与化学符号建立起联系。
(五)符号表征→曲线表征
师:(设问)除了通过观察指示剂的颜色变化判断酸碱中和反应发生了,还有其他方法吗?
师:(引导)同学们阅读课本第60页~62页“溶液酸碱度的表示法—pH”的内容,看是否能得到启发。
学生阅读课本。
师:测定pH最简便的方法是使用pH试纸。pH和溶液的酸碱性的关系是:酸性溶液的pH<7,酸性越强,pH越小;碱性溶液的pH>7,碱性越强,pH越大;中性溶液的pH = 7(如NaCl溶液、Na2SO4溶液的pH=7)——(引导)是否能够采用测定pH值的方法,判断酸碱中和反应发生了呢?
学生讨论,教师邀请学生回答。
生:NaOH溶液是碱性的,用pH试纸测定其pH>7,每加入一滴盐酸溶液后,测定混合溶液的pH,我们应该能观察到pH逐渐变小,最后pH<7,从而证明反应的发生。
师:【Q4】如果把每次测得的pH值记录在坐标系中,用平滑的线把各点连起来,会得到怎样的一条曲线呢?请同学们完成这个实验。
学生使用pH试纸进行实验,教师从旁指导。
师:为了连续地、更准确地测量pH值,我们可以引入更精确的测量技术——手持技术进行测量。让我们来看看将盐酸滴加到NaOH溶液中,溶液pH的具体变化。
(演示)利用手持技术进行实验:将pH传感器置于NaOH溶液,开启数据采集器,将盐酸慢慢地滴加到NaOH溶液中(适当地搅拌),在大屏幕上同步显示出溶液pH曲线的变化过程,最后得到pH的变化曲线(图3)。
师:那么,大家能解释一下pH为什么会这样变化吗?
学:NaOH溶液中含有较多的OH-,随着酸的不断加入,酸中的H 与碱中的OH-反应生成水,OH-逐渐减少,碱性减弱,pH逐渐减小;当酸中的H 将所有的OH-全部中和成H2O后,溶液显中性,pH=7;这时再继续加入盐酸,溶液中的H 增多,酸性增强,溶液的pH<7。
设计意图:通过问题【Q4】,实现“符号表征”向“曲线表征”的转换,使学生在头脑中形成“曲线表征”的形象,学会分析曲线解释实验。手持技术的引入,在解决教学难点的同时,进一步激发学生实验探究的兴趣。
(六)构建“四重表征”之间的联系
师:(小结)同学们能从多个角度分析酸碱中和反应,说明大家已经掌握了酸碱中和反应的实质——H OH-→H2O。
教师通过“四重表征”教学图形(图4),总结这节课的知识要点。
设计意图:结合“四重表征”教学图形进行小结,帮助学生通过各种表征形式对化学概念进行意义建构,有利于学生更好地理解化学,减轻记忆负担,便于知识的识记与运用,提高解决问题的能力。
教学反思
1.采用实验探究教学,让学生充分参与教学过程,学会科学研究的基本方法,也加深其对知识的理解。另外,手持技术的引入,大大激发了学生探究的兴趣。
2.采用概念四重表征教学,通过问题设置,实现了“四重表征”之间的转换,有利于学生对化学概念的整体理解与把握,突破学习化学的困难,提高问题解决能力;使学生自觉学习,主动参与讨论,达到较佳的教学效果。
3.采用多媒体图形化教学,不仅增强了教学的直观性、促进学生对抽象知识的理解与识记,同时使“四重表征”教学的开展更为顺利和有效。
参考文献
[1]任红艳.化学问题解决及其教学的研究[D].南京:南京师范大学,2005.
[2]黄婕.“宏观-微观-符号”三重表征的化学学习研究[D].山东:山东师范大学,2005.
[3]罗秀玲,肖信.图形:最佳教学媒体[A].第四届全国化学教师教育学术研讨会会议论文集[C],2009.
[4]钱扬义.化学概念与化学“学科关键词”的学习与认知[M].北京:科学出版社,2009.
多重表征是化学概念教学的重要方法,能帮助学生通过化学概念的各种表征形式进行有意义的学习[1],有利于学生更好地理解化学,突破学习化学的困难,减轻记忆负担,便于知识的储存与提取,有利于知识的迁移应用,提高问题解决能力[2]。图形是最佳教学媒体[3]。本教学设计运用“四重表征”的教学模式[4],结合信息技术(多媒体技术、手持技术)和自主设计“四重表征”教学图形进行概念教学。
教学目标
知识与技能:知道酸与碱之间发生中和反应,了解中和反应的实质;会用酸碱指示剂和pH试纸检验溶液的酸碱性,初步认识“手持技术”的使用方法与优势。
过程与方法:通过探究实验,培养学生发现问题、分析问题、协作解决问题的能力;通过“四重表征”教学图形,培养学生运用“宏观—微观—符号—曲线”的联系解决问题的化学思维。
情感、态度与价值观:增强学生对化学现象的好奇心和探究欲,发展学习化学的兴趣。
教学重点、难点
中和反应的实质、溶液酸碱度的表示法—pH。
教学准备
多媒体课件
实验仪器:酒精灯、试管、玻璃棒、玻璃片、pH试纸、手持技术设备(数据采集器、pH传感器)等。
药品:NaOH溶液、稀盐酸、酚酞试液。
教学过程
(一)创设问题情境
师:前面我们学习了酸、碱的性质,如果我们把酸与碱混合,会发生怎样的变化呢?
生:(猜想)酸和碱会发生反应。
师:如何证明发生了反应呢?
学生实验:向NaOH溶液中滴加盐酸。观察实验现象——无明显现象。
师:观察不到明显现象,我们很难判断是否发生了化学反应。(引导)有些化学反应发生时,我们能观察到明显的现象,有些化学反应却没有明显的现象。我们能否证明NaOH溶液与盐酸发生了化学反应呢?是否可以借助我们之前学到的一些指示剂?
学生以小组为单位进行讨论并设计实验方案。学生讲解自己的设计方案,教师评价方案的可行性,邀请学生进行实验。
生:(向NaOH溶液中滴加几滴酚酞试液,再滴加稀盐酸至过量)NaOH溶液是碱性的,滴加几滴酚酞试液后显红色,再滴加盐酸,可观察到溶液由红色变为粉红色,最终变为无色,说明NaOH溶液的碱性消失。这就证明了NaOH溶液与盐酸发生了化学反应。
教师做出肯定的评价,并展示实验过程现象图(图1)。
师:既然发生了化学变化,就一定有新物质生成,那么NaOH溶液与盐酸反应,生成的新物质是什么呢?
学生讨论,得出结论:可以将反应后的溶液蒸发水分,观察是否有新物质生成。
师:我们可吸取2～3滴溶液在玻璃片上,稍微加热,使液体蒸发,观察玻璃片上的现象。
学生实验并描述现象:有白色粉末生成。
师:这些白色粉末是什么呢?
生:是氯化钠。
设计意图:采用“抛锚式”教学策略,设计问题情境,激发学生的探究欲望,引入新知教学,同时,培养学生做出猜想,并通过实验验证猜想的科学研究思维;展示自主设计的“实验现象图”,使学生在头脑中形成“宏观表征”的表象,初步认识和了解该反应的宏观现象。
(二)宏观表征→符号表征
师:【Q1】根据学过的知识,大家如何判断白色粉末是氯化钠呢?前面学过HCl和NaOH在水中会离解出哪些粒子?粒子之间又会发生怎样的变化呢?
学生讨论。
师:(引导,展示) HCl→H Cl- NaOH→ Na OH- (If)
学生回答:发生了化学反应,H 结合OH-生成水,那么生成的白色粉末新物质就应该是Na 和Cl-结合成的NaCl。
设计意图:通过问题【Q1】,实现“宏观表征”向“符号表征”的转换,使学生把宏观反应与化学符号联系起来。
(三)符号表征→微观表征
师:【Q2】(设问)HCl和NaOH的反应过程发生了怎样的微观变化呢?
教师展示“氢氧化钠与盐酸反应的微观粒子变化图”(图2)并讲解。
师:(拓展)我们把酸与碱反应生成盐和水的反应,称为中和反应。酸与碱的中和反应实质上是酸中的H 与碱中的OH-反应生成H2O,所以有些酸碱中和从表面上看不出有明显的变化,但我们可以通过在溶液中滴入指示剂,根据指示剂的颜色来判断反应是否进行完全。
设计意图:通过设问【Q2】结合“微观粒子图”,实现“符号表征”向“微观表征”的转换,使学生在头脑中形成“微观表征”的表象,学会从微观的角度解释宏观实验现象。
(四)微观表征→符号表征
师:【Q3】如何用化学方程式表示该反应呢?
学生各自写出化学方程式。
师: HCl NaOH = NaCl H2O(If)
(拓展) 酸 碱→ 盐 水
中和反应——酸和碱作用生成盐和水的反应。盐是由金属离子和酸根离子组成的化合物。
设计意图:通过问题【Q3】,实现“微观表征”向“符号表征”的转换,使学生将微观粒子反应与化学符号建立起联系。
(五)符号表征→曲线表征
师:(设问)除了通过观察指示剂的颜色变化判断酸碱中和反应发生了,还有其他方法吗?
师:(引导)同学们阅读课本第60页~62页“溶液酸碱度的表示法—pH”的内容,看是否能得到启发。
学生阅读课本。
师:测定pH最简便的方法是使用pH试纸。pH和溶液的酸碱性的关系是:酸性溶液的pH<7,酸性越强,pH越小;碱性溶液的pH>7,碱性越强,pH越大;中性溶液的pH = 7(如NaCl溶液、Na2SO4溶液的pH=7)——(引导)是否能够采用测定pH值的方法,判断酸碱中和反应发生了呢?
学生讨论,教师邀请学生回答。
生:NaOH溶液是碱性的,用pH试纸测定其pH>7,每加入一滴盐酸溶液后,测定混合溶液的pH,我们应该能观察到pH逐渐变小,最后pH<7,从而证明反应的发生。
师:【Q4】如果把每次测得的pH值记录在坐标系中,用平滑的线把各点连起来,会得到怎样的一条曲线呢?请同学们完成这个实验。
学生使用pH试纸进行实验,教师从旁指导。
师:为了连续地、更准确地测量pH值,我们可以引入更精确的测量技术——手持技术进行测量。让我们来看看将盐酸滴加到NaOH溶液中,溶液pH的具体变化。
(演示)利用手持技术进行实验:将pH传感器置于NaOH溶液,开启数据采集器,将盐酸慢慢地滴加到NaOH溶液中(适当地搅拌),在大屏幕上同步显示出溶液pH曲线的变化过程,最后得到pH的变化曲线(图3)。
师:那么,大家能解释一下pH为什么会这样变化吗?
学:NaOH溶液中含有较多的OH-,随着酸的不断加入,酸中的H 与碱中的OH-反应生成水,OH-逐渐减少,碱性减弱,pH逐渐减小;当酸中的H 将所有的OH-全部中和成H2O后,溶液显中性,pH=7;这时再继续加入盐酸,溶液中的H 增多,酸性增强,溶液的pH<7。
设计意图:通过问题【Q4】,实现“符号表征”向“曲线表征”的转换,使学生在头脑中形成“曲线表征”的形象,学会分析曲线解释实验。手持技术的引入,在解决教学难点的同时,进一步激发学生实验探究的兴趣。
(六)构建“四重表征”之间的联系
师:(小结)同学们能从多个角度分析酸碱中和反应,说明大家已经掌握了酸碱中和反应的实质——H OH-→H2O。
教师通过“四重表征”教学图形(图4),总结这节课的知识要点。
设计意图:结合“四重表征”教学图形进行小结,帮助学生通过各种表征形式对化学概念进行意义建构,有利于学生更好地理解化学,减轻记忆负担,便于知识的识记与运用,提高解决问题的能力。
教学反思
1.采用实验探究教学,让学生充分参与教学过程,学会科学研究的基本方法,也加深其对知识的理解。另外,手持技术的引入,大大激发了学生探究的兴趣。
2.采用概念四重表征教学,通过问题设置,实现了“四重表征”之间的转换,有利于学生对化学概念的整体理解与把握,突破学习化学的困难,提高问题解决能力;使学生自觉学习,主动参与讨论,达到较佳的教学效果。
3.采用多媒体图形化教学,不仅增强了教学的直观性、促进学生对抽象知识的理解与识记,同时使“四重表征”教学的开展更为顺利和有效。
参考文献
[1]任红艳.化学问题解决及其教学的研究[D].南京:南京师范大学,2005.
[2]黄婕.“宏观-微观-符号”三重表征的化学学习研究[D].山东:山东师范大学,2005.
[3]罗秀玲,肖信.图形:最佳教学媒体[A].第四届全国化学教师教育学术研讨会会议论文集[C],2009.
[4]钱扬义.化学概念与化学“学科关键词”的学习与认知[M].北京:科学出版社,2009.