武衍杰 宮琦 王春姣

摘要： 以“水溶液”主題內(nèi)容為研究對(duì)象，參照初、高中新課標(biāo)要求和教科書(shū)編排分析該主題在初、高中的銜接特點(diǎn)?；诔酢⒏咧小八芤骸敝黝}的連貫性和發(fā)展性特點(diǎn)及主題內(nèi)容結(jié)構(gòu)，選取“侯氏制堿法”為主題情境，設(shè)計(jì)初、高中貫通的“水溶液”主題銜接性教學(xué)，以促進(jìn)學(xué)生在不同學(xué)段對(duì)“水溶液”主題認(rèn)識(shí)角度的豐富和發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 水溶液； 初、高中化學(xué)； 銜接教學(xué)； 教學(xué)研究

文章編號(hào)： 10056629（2023）05004807

中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

義務(wù)教育和高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布（以下簡(jiǎn)稱(chēng)初、高中新課標(biāo)），標(biāo)志著基礎(chǔ)化學(xué)教育正式進(jìn)入核心素養(yǎng)時(shí)代。盡管初、高中新課標(biāo)對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的呈現(xiàn)表現(xiàn)出連貫性，但初、高中課程性質(zhì)、課程目標(biāo)、課程評(píng)價(jià)、學(xué)生認(rèn)知等大不相同，致使初、高中化學(xué)課程的實(shí)施具有明顯差異。因此，新課標(biāo)時(shí)代如何進(jìn)行銜接性教學(xué)便成為亟需研究的問(wèn)題，包括新課標(biāo)、教科書(shū)等對(duì)具體內(nèi)容主題呈現(xiàn)的銜接性如何，基于主題的初、高中銜接性教學(xué)如何開(kāi)展等。本文以“水溶液”主題為例，分析其在新課標(biāo)和教科書(shū)中不同學(xué)段呈現(xiàn)的特點(diǎn)并開(kāi)發(fā)主題情境，嘗試設(shè)計(jì)初、高中貫通的“水溶液”主題教學(xué)。

1 “水溶液”主題內(nèi)容在初、高中新課標(biāo)中的銜接方式特點(diǎn)

“水溶液”主題作為初、高中化學(xué)教學(xué)的核心內(nèi)容，承載著培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”的學(xué)科核心素養(yǎng)價(jià)值。通過(guò)對(duì)初、高中新課標(biāo)中有關(guān)“水溶液”主題的內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求（見(jiàn)表1）的分析，有利于把握“水溶液”主題在不同學(xué)段認(rèn)識(shí)視角和認(rèn)識(shí)深度的發(fā)展進(jìn)階要求，對(duì)開(kāi)展“水溶液”主題的初、高中銜接教學(xué)具有指導(dǎo)作用。

通過(guò)表1分析發(fā)現(xiàn)，新課標(biāo)對(duì)“水溶液”主題內(nèi)容的教學(xué)要求具有鮮明的進(jìn)階性和連貫性，初、高中對(duì)“水溶液”的認(rèn)識(shí)均包括定性和定量?jī)蓚€(gè)水平，均圍繞“組成”和“限度”兩個(gè)學(xué)科大概念建構(gòu)對(duì)“水溶液”的定性和定量認(rèn)識(shí)，具體概念層級(jí)結(jié)構(gòu)如圖1?；趦?nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求，初中段主要是從宏觀物質(zhì)層面認(rèn)識(shí)水溶液的組成及溶質(zhì)的溶解限度，高中必修段認(rèn)識(shí)視角轉(zhuǎn)變?yōu)榛陔婋x從微觀粒子視角認(rèn)識(shí)水溶液的組成及微觀粒子在水溶液中的相互作用，而到了高中選擇性必修段對(duì)水溶液組成的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步進(jìn)階為基于平衡關(guān)系全面認(rèn)識(shí)水溶液中微觀粒子的種類(lèi)和數(shù)量，并能基于平衡常數(shù)這一工具從限度視角定量認(rèn)識(shí)微粒間的相互作用。即初、高中對(duì)水溶液認(rèn)識(shí)的三級(jí)水平可簡(jiǎn)要概括為：關(guān)注物質(zhì)→關(guān)注微粒及微粒間作用→關(guān)注微粒間平衡關(guān)系，把握認(rèn)識(shí)視角的轉(zhuǎn)變和認(rèn)識(shí)深度的發(fā)展是開(kāi)展初、高中貫通的銜接性教學(xué)的基礎(chǔ)。

2 “水溶液”主題內(nèi)容在教科書(shū)中的銜接方式特點(diǎn)

以人教版初、高中化學(xué)教科書(shū)為例，分析“水溶液”內(nèi)容在不同階段的分布（見(jiàn)表2）及呈現(xiàn)特點(diǎn)，總結(jié)不同階段“水溶液”知識(shí)間的聯(lián)系。

由表2可知，初、高中段都是將“水溶液”主題內(nèi)容集中編排在同一學(xué)段的同一單元或章節(jié)?！叭芤骸薄拔镔|(zhì)及其變化”“水溶液中的離子反應(yīng)及平衡”三個(gè)單元/章標(biāo)題緊緊圍繞“物質(zhì)在水溶液中的行為和狀態(tài)”展開(kāi)敘述，在不斷豐富水溶液認(rèn)識(shí)角度的過(guò)程中建構(gòu)“組成”和“限度”學(xué)科大概念。如初中段從溶解的視角以氯化鈉等溶液的形成為載體認(rèn)識(shí)溶液是由溶質(zhì)和溶劑組成的，以氯化鈉能否無(wú)限制溶解在水中為進(jìn)階問(wèn)題，認(rèn)識(shí)溶解的限度（溶解度），最后在定量層面用質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)溶液濃度進(jìn)行表征；高中必修段從微觀視角以氯化鈉在水溶液中電離的微觀過(guò)程為載體認(rèn)識(shí)電解質(zhì)溶液的組成，并能基于離子間的相互作用認(rèn)識(shí)微粒在水溶液中的行為，從而對(duì)初中復(fù)分解反應(yīng)進(jìn)行再認(rèn)識(shí)；高中選擇性必修段則進(jìn)一步基于反應(yīng)和平衡的視角認(rèn)識(shí)水溶液中存在的弱電解質(zhì)電離平衡、鹽類(lèi)水解平衡、難溶電解質(zhì)沉淀溶解平衡等，對(duì)離子反應(yīng)的認(rèn)識(shí)從復(fù)分解型擴(kuò)大到酸堿、沉淀、氧化還原等多類(lèi)，對(duì)電離的認(rèn)識(shí)也從強(qiáng)電解質(zhì)的完全電離進(jìn)階到弱電解質(zhì)的電離存在限度，并能通過(guò)平衡常數(shù)K定量表征電離、水解、沉淀溶解平衡等的限度。三個(gè)學(xué)段教科書(shū)在編排過(guò)程中除了關(guān)注認(rèn)識(shí)視角的不斷豐富和大概念的建構(gòu)外，還注意了前后之間的聯(lián)系。如認(rèn)識(shí)溶解（見(jiàn)圖2），初中段主要是從物質(zhì)水平認(rèn)識(shí)溶解的現(xiàn)象，而高中必修段對(duì)物質(zhì)溶解過(guò)程的認(rèn)識(shí)上升到微觀電離水平，到了高中選擇性必修段對(duì)電離的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化，用微觀示意圖表征了弱電解質(zhì)電離的動(dòng)態(tài)平衡?？梢?jiàn)教科書(shū)對(duì)物質(zhì)在水溶液中行為的認(rèn)識(shí)逐步加深，從宏觀物質(zhì)水平上升到微觀、動(dòng)態(tài)平衡水平，將新內(nèi)容建立在學(xué)生已有知識(shí)之上，體現(xiàn)了初、高中知識(shí)間的銜接。

基于上述分析，將“水溶液”相關(guān)的認(rèn)識(shí)角度外顯、核心概念結(jié)構(gòu)化，形成圖3的主題內(nèi)容結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步指導(dǎo)初、高中銜接性教學(xué)的開(kāi)展。

3 “水溶液”主題內(nèi)容的初、高中銜接性教學(xué)

3.1 主題教學(xué)情境

選取“侯氏制堿法”為主題教學(xué)情境，設(shè)計(jì)初、高中貫通的銜接性教學(xué)?！昂钍现茐A法”是我國(guó)民族工業(yè)的驕傲，初、高中化學(xué)教材都有呈現(xiàn)，內(nèi)容既關(guān)注情感維度的民族精神，又挖掘了認(rèn)知維度的學(xué)科原理，具有多維教學(xué)價(jià)值。三個(gè)學(xué)段對(duì)情境的運(yùn)用如圖4所示，促進(jìn)學(xué)生對(duì)“水溶液”主題認(rèn)識(shí)的三級(jí)進(jìn)階。

3.2 教學(xué)目標(biāo)

基于“水溶液”主題認(rèn)識(shí)要求制定如表3所示的教學(xué)目標(biāo)。需注意由于實(shí)施初、高中貫通的銜接性教學(xué)，教學(xué)中基于情境載體和學(xué)生水平（廈門(mén)市某校初中和高中實(shí)驗(yàn)班學(xué)生進(jìn)行教學(xué)實(shí)施）對(duì)新課標(biāo)中的學(xué)段要求進(jìn)行了融合處理，特別是在設(shè)計(jì)高中必修段教學(xué)時(shí)將教科書(shū)［6］拓展視野部分“弱電解質(zhì)”內(nèi)容融合進(jìn)了此課時(shí)，使用時(shí)可根據(jù)學(xué)校實(shí)際靈活處理。

3.3 教學(xué)流程

結(jié)合圖5兩種制堿工藝，設(shè)計(jì)如表4所示的教學(xué)流程。

3.4 教學(xué)實(shí)施

教學(xué)流程中初中段教學(xué)對(duì)應(yīng)“溶液”主題復(fù)習(xí)課，高中必修段教學(xué)對(duì)應(yīng)“電解質(zhì)的電離”新授課，選擇性必修段教學(xué)對(duì)應(yīng)“水溶液中的離子平衡”復(fù)習(xí)課。由于篇幅所限，僅以初中段任務(wù)2、高中必修段和選擇性必修段任務(wù)3為例呈現(xiàn)教學(xué)實(shí)施情況，這三個(gè)任務(wù)是對(duì)同一問(wèn)題在不同視角和水平的認(rèn)識(shí)，是促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)角度建立、鞏固的核心環(huán)節(jié)。

3.4.1 基于物質(zhì)溶解度視角分析NaHCO3的析出原理和工藝條件

［教師提問(wèn)］通過(guò)對(duì)“侯氏制堿工藝”在物質(zhì)轉(zhuǎn)化層面的分析，知道了“吸氨”“碳酸化”兩步操作可生成NaHCO3，思考還可能生成什么？

［學(xué)生］從元素守恒角度分析CO2、 NH3、 H2O和NaCl反應(yīng)，還可能生成NH4Cl或NH4HCO3（引導(dǎo)學(xué)生類(lèi)比過(guò)量CO2與澄清石灰水的反應(yīng)，明確CO2過(guò)量時(shí)生成碳酸氫鹽）。

［教師追問(wèn)］NH4Cl、 NH4HCO3和NaHCO3都屬于可溶性鹽，為什么析出NaHCO3固體，而NH4Cl、 NH4HCO3未析出？

［學(xué)生］有可能是相同條件下三者在水中的溶解度不同。

［教師］提供表5溶解度數(shù)據(jù)。

［學(xué)生］在相同溫度下NaHCO3溶解度最小，當(dāng)生成NaHCO3的量超過(guò)了其在特定溫度下的溶解度時(shí)就會(huì)有固體析出，而此條件下未達(dá)到其他幾種物質(zhì)的溶解度，因此NH4Cl和NH4HCO3未析出。

［教師］根據(jù)表5繪制出NaCl和NaHCO3溶解度曲線(xiàn)，分析如何控制條件，提高NaHCO3的產(chǎn)量？

［學(xué)生］基于繪制的溶解度曲線(xiàn)，學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)到NaHCO3的溶解度受溫度影響程度遠(yuǎn)超NaCl，因此部分學(xué)生認(rèn)為直接采取降溫的方法以使更多的NaHCO3結(jié)晶；但也有學(xué)生提出如果先蒸發(fā)一部分溶劑，獲得NaHCO3飽和溶液，再降溫結(jié)晶能進(jìn)一步提高產(chǎn)量。（注：雖然學(xué)生不知道加熱蒸發(fā)溶劑會(huì)使NaHCO3部分分解，但是學(xué)生頭腦中已經(jīng)初步對(duì)“不飽和溶液飽和溶液結(jié)晶”之間建立了聯(lián)系，這正是本節(jié)課的核心目標(biāo)。）

［教師梳理］“不飽和溶液飽和溶液結(jié)晶”間的轉(zhuǎn)化關(guān)系（見(jiàn)圖6），實(shí)現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化［8］。

3.4.2 基于電離視角分析NaHCO3、 NH4Cl等物質(zhì)的析出

［教師提問(wèn)］從電離角度分析“吸氨”和“碳酸化”（通入過(guò)量CO2）兩步操作后體系中HCO-3大幅增加的原因。

［學(xué)生］NH3、 CO2溶于水后溶質(zhì)分別為NH3·H2O和H2CO3，則體系中存在弱電解質(zhì)NH3·H2O、 H2CO3的電離，電離出的H+和OH-反應(yīng)，使得體系中剩余HCO-3和NH+4。

［教師補(bǔ)充］正是由于電離出的H+和OH-反應(yīng)生成水，使得作為弱電解質(zhì)的NH3·H2O、 H2CO3的電離程度大大增加，從而大大增加了HCO-3的量。

［學(xué)生］這也解釋了足量CO2和NH3的反應(yīng)產(chǎn)物為什么是NH4HCO3（NH3+CO2+H2ONH4HCO3）。

［教師追問(wèn)］從電離的角度分析“碳酸化”后體系的組成。

［學(xué)生］反應(yīng)后，溶質(zhì)為NaCl、 NH4HCO3，強(qiáng)電解質(zhì)完全電離，體系中大量存在Na+、 Cl-、 NH+4、 HCO-3。

［教師］提供表5數(shù)據(jù)，如何從離子的角度解釋NaHCO3的析出？

［學(xué)生］工藝以飽和食鹽水為原料，存在大量Na+，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系中HCO-3不斷增加，根據(jù)溶解度數(shù)據(jù)，相同條件下NaHCO3溶解度最小，因此只要Na+和HCO-3的濃度達(dá)到NaHCO3的溶解度，就會(huì)有固體析出。此外生產(chǎn)過(guò)程中只要不斷加入NaCl并通入NH3和CO2就能持續(xù)獲得產(chǎn)品。

［教師追問(wèn)］大家是否同意“不斷加入NaCl并通入NH3和CO2就能持續(xù)獲得產(chǎn)品”的說(shuō)法？

［學(xué)生］伴隨NaCl、 NH3、 CO2不斷加入，體系中Cl-和NH+4也會(huì)增加，如果不及時(shí)降低NH+4和Cl-濃度，NH4Cl、 NH4HCO3等也會(huì)析出。

［教師］那如何降低NH+4和Cl-的濃度？

［學(xué)生］由于NH4Cl溶解度受溫度影響大，可采用降溫結(jié)晶的方法，析出的NH4Cl還可用作氮肥，并且濾液中剩余的Na+、 Cl-還可循環(huán)利用。［注：學(xué)生通過(guò)NaHCO3、 NH4Cl析出的問(wèn)題初步建立了分析水溶液體系的思路（電解質(zhì)電離離子反應(yīng)）；此外雖然學(xué)生這時(shí)缺乏平衡知識(shí)，不能真正認(rèn)識(shí)“侯氏制堿工藝”的循環(huán)原理，但依賴(lài)這種簡(jiǎn)單處理，學(xué)生神奇地發(fā)現(xiàn)實(shí)際工業(yè)流程和自己的循環(huán)思路基本一致，成就感油然而生。］

3.4.3 基于平衡移動(dòng)視角分析如何實(shí)現(xiàn)“母液”循環(huán)

［教師提問(wèn)］“索爾維工藝”的最大缺點(diǎn)是Na+利用率低，并且合成氨工業(yè)的發(fā)展也使NH3循環(huán)的價(jià)值大大降低。為了中國(guó)民族工業(yè)的發(fā)展，愛(ài)國(guó)主義情懷驅(qū)動(dòng)了侯德榜對(duì)這一工藝的革新。思考能否直接將“母液”循環(huán)？

［學(xué)生］母液中含有較高濃度的NH+4和Cl-，一方面根據(jù)“KQ關(guān)系”，體系中存在NaCl（s）Na+（aq）+Cl-（aq）平衡，高濃度Cl-不利于Na+濃度再增加；另一方面也會(huì)造成產(chǎn)品含大量雜質(zhì)。

［教師］提供表5數(shù)據(jù)，如何減小Cl-濃度，增大Na+濃度？

［學(xué)生1］降溫結(jié)晶析出NH4Cl。

［學(xué)生2］不行，循環(huán)的目的是為了減少Na、 C元素的損失，如果直接降溫結(jié)晶通過(guò)表5數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)還可能會(huì)析出NH4HCO3和NaHCO3。

［教師］能否從平衡移動(dòng)視角分析“侯氏制堿工藝（圖5b）”中“母液I”→“母液Ⅱ”的循環(huán)原理？

［學(xué)生討論匯報(bào)］基于平衡移動(dòng)視角分析離子濃度和種類(lèi)變化（見(jiàn)圖7）。最終從“母液I”→“母液Ⅱ”，Na+濃度增加、Cl-濃度降低，HCO-3轉(zhuǎn)化為CO2-3，實(shí)現(xiàn)Na元素和C元素的循環(huán)利用，還能獲得大量氮肥。（注：此任務(wù)是在動(dòng)態(tài)平衡水平上的系統(tǒng)綜合分析，需要關(guān)聯(lián)體系中多個(gè)反應(yīng)，此任務(wù)除能幫助學(xué)生在原理水平上真正認(rèn)識(shí)“侯氏制堿工藝”的創(chuàng)新性，還幫助學(xué)生建構(gòu)了復(fù)雜水溶液體系分析的一般思路。此任務(wù)后，學(xué)生在課堂上自發(fā)地對(duì)侯德榜創(chuàng)新性的平衡思想豎起大拇指，潛移默化地培養(yǎng)了科學(xué)精神。）

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