加载中…探索“教学评一体化”的教学设计——难溶电解质的沉淀溶解平衡的教学
(2020-03-21 09:27:16)在特定的课堂教学活动中，教师的教、学生的学、学习的评价应该具有目标的一致性，这样才能实现有效教学。因此，教师在教学设计和组织上，要依据学科核心素养培养的要求，一体化地考虑教什么、怎么教、为什么而教，明确教学应达到的预期学习结果(学习成就)；在教学过程中要关注“学生学会了什么”“达到了预期的学习目标没有”，真实地评价教学效果，以便调整下一步教学，进一步提高教学实效，做到“教学评一体化”。
“教学评一体化”是课堂教学设计和组织的理念和指导思想。在学科教学中的评价是为了促进学生学习、改进教师教学，把评价与教、学相整合。“教、学、评一体化”，要把评价用作教学工具，使学生的学习行为、教师的教学行为、学习的评价融合为一个整体。要把评价持续地镶嵌在教学全过程之中，和教师的教、学生的学紧密地交织在一起的，相互影响、相互制约，使评价不再游离于教学之外，使教师能及时、有效地了解教学效果，及时调整教学，提高学习目标的达成度，实现有效教学。
实现“教学评一体化”，要明确教学目标，并加以具体化。要明确预期的学习成果，使教学意图更加明晰。在教学过程中，要创造机会和条件，使学生在进行某种学习活动（如，问题解决、交流讨论、质疑、辩论、实验、调查和探究学习）或完成某种学习任务中，自然地呈现出学习的状态和结果，以便教师观察，并收集到能显示学习成效的证据，了解学生学到了什么、能做什么、做得如何，考察学生学习结果和预期的学习目标还存在哪些差距，并及时反馈、调整教学活动，争取能最大程度地达成教学目标。
上述案例的教学过程，从复习已学基础知识到新知识的学习与应用练习，都组织学生开展适宜的学习活动，通过实验、思考、交流、讨论，呈现学习的成效。教师可以依据学习表现评价学生的学习成效、思维能力和学习能力，并通过有针对性的讲评，作必要的补充讲解，调整教学，帮助学生更深刻地理解、更全面地掌握、更灵活地运用新知识。
在学习活动设计、组织中融入学习评价，不仅能使教师在学习活动中有效地展开观察，了解学生的学习成效，作反馈和针对性的指导；同时学生也可以彼此了解，分享学习成果，促进学习。
倡导教学评一体化不能忘记，这里的评价是结合在教学过程中的形成性评价、表现性评价，是为学习目标的达成服务的。观察了解学生的学习表现，是为了收集反映学习成效的证据，真实了解学习目标的达成度，通过反馈、调整教学进程，促进学习目标的达成。创造机会让学生表现学习的成效，不是为了向教师、学生之外的第三者显示学习成绩、教学效果。如果把学生学习成效的展现作为课堂的中心，刻意地让学生展现出学习成功的表现，就可能产生人为、虚假的教学反馈信息。这种课堂，呈现不出教师如何教、学生如何学，看不到学生如何从不懂到懂、从不理解到理解的过程，看不到学生理解知识、掌握知识、应用知识能力的提高过程，课堂教学显得做作、虚假。这绝不是“教学评一体化”成功实现的标志。它违背了课堂教学以评价促进学习、调整改进教学、提高教学效果的目的。学生在学习活动中，在尝试应用所学知识解决问题的过程中，有磕磕碰碰、有错误、有卡壳是正常的，教师从中可以了解、测评学生对已学的基础知识掌握、应用中存在的问题，分析思考能力上的欠缺，通过反馈、补充讲解和方法的指导，达成学习目标。
以下以难溶电解质的沉淀溶解平衡的教学设计为例作简单分析说明。
难溶电解质的沉淀溶解平衡是高中化学选择性必修课程《化学反应原理》模块“主题3：水溶液中的离子反应与平衡”的学习内容之一。《普通高中化学课程标准（2017年版）》的内容要求指出，“认识难溶电解质在水溶液中存在沉淀溶解平衡，了解沉淀的生成、溶解与转化”。
该主题的学习，要求学生运用化学实验方法，运用变化思想和动态平衡观念分析难溶电解质水溶液体系的组成和变化，定量地认识难溶电解质沉淀的生成、溶解和沉淀的转移,发展微粒观、平衡观和守恒观。通过学习，学会运用难溶电解质的沉淀溶解平衡原理说明、分析和解决生产生活中的实际问题。
这节课的教学目标是：
（1）通过对实验的观察分析，认识难溶电解质水溶液中存在难溶电解质固体与组成它的阴阳离子间的平衡，能运用化学平衡的观念、原理，动态、定量地分析判断酸碱盐水溶液体系中沉淀的生成、溶解，能依据反应条件定量地解释、说明或判断难溶电解质沉淀转移的方向，拓展对电解质溶液离子反应与平衡的认识。
（2）在运用化学实验、化学计算方法分析、研究难溶电解质沉淀的生成、溶解和转移的过程中，体会实验和化学计算方法在定量研究化学问题中的重要作用，提高化学学习能力。
（3）能综合应用电解质溶液原理分析在比较复杂和陌生环境下的难溶电解质的沉淀和溶解的实际问题，加深对难溶电解质水溶液体系的认识，发展微粒观、平衡观和守恒观；提高运用难溶电解质的沉淀溶解平衡原理分析、解决简单实际问题的能力。
学生在离子反应有关原理的学习中，已经学习了如何运用离子反应的原理，从离子互换反应的视角看待酸碱盐水溶液中沉淀的生成、沉淀的溶解，并作定性的分析。本节内容的学习，要在原有的学习基础上，帮助学生运用电解质电离的知识和化学平衡观念，认识难溶电解质溶液体系中固体难溶电解质和溶液中阴、阳离子间存在动态平衡；能运用数学方法，建立溶度积的概念，能定量地表征难溶电解质沉淀的溶解平衡，并能依据溶度积定量地分析难溶电解质水溶液体系中离子的浓度，能依据外界条件判断难溶电解质沉淀溶解平衡移动的方向和程度。在此基础上，进一步引导学生学习应用所学知识，说明、分析、判断有关的实际问题。
鉴于所要学习的新知识和已有的基础知识间存在着极其密切的联系，新知识的理解掌握需要在已有知识的基础上找到生长点，在教学中要注重运用设计良好的问题，了解、测评学生对已学的有关知识（电解质和化学平衡原理）的理解、掌握程度，并对其薄弱环节作反馈补救，奠定学生良好的学习基础。同时，由于新知识的学习，既要通过实验获得感性认识，又要运用数学方法、从微观视角作定量和动态的分析，要帮助学生深刻理解、开展深度学习，还需要在教学过程中运用适当的问题及时测评学生对新知识的理解和掌握程度，运用适当的方式、方法促进学生的思考，提高对知识的理解程度，明确看待分析问题的观念，扩展分析问题的视角。这就要求教师在教学中，要适时通过学习状况的测评，收集教学反馈信息，以评促学，以学定教，努力探索“教学评一体化”的教学设计。
依据教学评一体化的原则，可以设计以下的教学程序。
（一）测评学生有关基础知识的理解掌握程度，对薄弱环节作补救、提升。
用实际问题，测评学生对化学平衡、难溶电解质在水溶液中的电离等基础知识的理解和掌握程度，依据学情作补救、提升。
[学习活动]
（1）组织学生回顾、讨论化学平衡状态的主要特点。
（2）结合实验，认识常温下溶解度小于10-2 g的电解质（难溶电解质）在水溶液中的存在状态——把难溶的碘化铅固体投入蒸馏水中，充分振荡后，取少量上层清液，滴加硝酸银溶液，观察生成的碘化铅沉淀，通过分析推理得出结论。
教师依据学生对上述两个问题的理解、掌握程度，作补充讲解，为新课的学习作准备。
[讲授要点]
化学平衡是可逆反应（不能进行到底的化学反应）在一定条件下达到的一种状态。在平衡状态下，反应物和生成物同时存在，在一定温度下，反应各个组分的物质的量浓度存在一定的关系：可逆反应
aA + bB
该数值就是该反应在一定温度下的化学平衡常数，它表征了反应在该温度下进行的程度。数值越大，说明该反应进行得越完全；数值越小，说明该反应进行得越不完全。
难溶的电解质（如碳酸钙、硫酸钡，碘化铅等）在水溶液中很难溶解，但不是绝对不溶解的，总有极少量的溶解到溶液中，以离子状态存在于溶液中。通过实验，我们可以检测到溶液中存在着少量组成难溶电解质的阴阳离子。
（二）认识难溶电解质的沉淀溶解平衡
组织、指导学生运用化学平衡原理建构难溶电解质的沉淀溶解平衡与溶度积的概念，了解难溶电解质的溶解度和溶度积的关系。
[学习活动]
（1）思考与讨论：依据化学平衡的原理，在一定温度下难溶电解质水溶液体系有什么特点？其中是否存在某种平衡状态？怎么证明？怎么表示该平衡状态的平衡常数表达式？
（2）能否依据溶度积的表达式、一定温度下某种难溶电解质的溶度积数据，求出难溶电解质水溶液中，与该电解质沉淀相平衡的离子浓度大小？能否推断溶液中的难溶电解质的阴阳离子在什么条件下能形成沉淀析出？在什么条件下难溶电解质能在水溶液中发生溶解直至建立溶解平衡？
（3）常温下，氯化银在蒸馏水、0.1 mol•L-1盐酸、0.1mol•L-1氯化铝溶液中溶解程度一样吗？为什么？能否依据25时氯化银的溶度积求出上述三种情况下，溶液中c(Ag+)各是多少？
（3）观察教材中25下常见难溶电解质的溶度积常数和溶解度的数据，你有什么发现？
（4）运用化学平衡原理，试分析，如何使难溶电解质的沉淀溶解平衡向溶解方向或生成沉淀的方向移动？
（5）氢氧化铜、氢氧化铁在25时Ksp
分别是 1.73×10-6
[讲解要点]
依据学生在回答上述问题中出现的疑惑、困难，为学生答疑解惑，帮助学生理解掌握下列内容：
（1）在一定温度下，难溶电解质在水中会建立平衡状态，没有溶解的难溶电解质的固体和溶解在水中的少量难溶电解质（以离子存在）共存，处于平衡状态。如：
AgCl(s)
在溶液中，各离子浓度幂的乘积是一个常数，例如，在25时，
AgCl的Ksp = c(Ag+)c(Cl-)= 1.8×10-10 ，
PbI2的Ksp = c(Pb2+)c(I-)2= 1.39×10-8
（2）依据溶度积的表达式，利用一定温度下的溶度积，可以定量判断该温度下与难溶电解质沉淀相平衡的离子浓度。如，25时，含有AgCl沉淀的水溶液中，c(Ag+)=c(Cl-)=（1.8 ×10-10 ）1/2 =1.34×10-5 mol•L-1。又如，25时，含有AgCl沉淀的水溶液中，若c(Ag+)=10-3 mol•L-1，则c(Cl-)=（1.8 ×10-10 ）/10-3 =1.8 ×10-7mol•L-1。
依据溶度积的表达式还可以判断，溶液中的某种难溶电解质的阴、阳离子浓度幂的乘积大于它的溶度积时，会有沉淀析出；反之，水溶液中不存在组成难溶电解质的阴、阳离子，或虽然存在但阴、阳离子浓度幂的乘积小于它的溶度积时，难溶电解质就会溶解直至达到溶解平衡状态。
（3）观察比较25下常见难溶电解质的溶度积常数和溶解度数据表可以发现：
组成类型相似的难溶电解质，溶解度越小，在相同温度下的溶度积也越小。
（4）难溶电解质的溶解平衡，在条件变化时也会发生移动。如果在含有难溶电解质沉淀的水溶液体系中，增大或减小组成该难溶电解质的阴离子（或阳离子）的浓度，则溶解平衡将向沉淀生成或溶解的方向移动。pH也会对难溶电解质的溶解平衡产生影响。例如，降低氢氧化铁悬浊液的pH（既降低溶液中的氢氧根离子浓度）,会使氢氧化铁的溶解平衡向沉淀溶解的方向移动；反之，提高氢氧化铁悬浊液的pH,会使氢氧化铁的溶解平衡向生成沉淀的方向移动。
（5）依据氢氧化铁在25时的Ksp
和溶液中铁离子的浓度，可知，要使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，应有：c3 (OH-)×10-2= 2.6×10-39，则，c3 (OH-)= 2.6×10-37
学生习惯于认为铁离子在加入碱溶液后，在碱性条件下才能转化为氢氧化铁，不容易理解为什么在pH 2-3时，溶液呈酸性情况下就可以转化为氢氧化铁沉淀。要帮助学生通过计算，依据规律，通过定量分析，获得正确的认识。
（三）难溶电解质溶解平衡原理的应用
应用难溶电解质溶解平衡原理定量地分析、判断难溶电解质的溶解、沉淀的生成、沉淀的转移等具体问题。
组织指导学生尝试解答以下难度逐渐提升的5个问题：
（1）我们已经知道硫酸钡可以用作胃镜检查的钡餐，但是钡离子有毒，人体中钡离子浓度达到2×10-3mol/L，就会对人体健康产生危害。试利用硫酸钡在常温下的溶度积常数，通过计算说明为什么服用钡餐对人体不会发生危害。
（2）不能用不溶于水的碳酸钡代替硫酸钡做钡餐，否则会发生钡离子中毒。试依据碳酸钡的化学性质特点和常温下的碳酸钡的溶度积作解释说明。
（3）进行下列三步实验，尝试对各步实验观察到的现象作解释说明：在2mL 0.1 mol•L-1硝酸银溶液中逐滴加入0.1 mol•L-1氯化钠溶液，观察现象；再向该试管中滴加0.1 mol•L-1 溴化钠溶液，观察现象；最后再向该试管中滴加0.1 mol•L-1碘化钾溶液，观察现象。
（4）硫酸钡比碳酸钡更难溶于水，但是在硫酸钡沉淀中加入饱和碳酸钠溶液，充分振荡后，移走上层溶液，再加入饱和碳酸钠溶液，重复处理多次，可以使大部分硫酸钡沉淀转化为碳酸钡沉淀。尝试进行解释说明。
（5）工业上制备胆矾过程中得到的硫酸铜溶液中经常含有杂质铁离子，调节溶液的pH达到3时，铁离子就开始转化为氢氧化铁沉淀，溶液的pH达到4时，铁离子可以几乎全部转化为氢氧化铁沉淀，只要溶液pH小于5，铜离子就不会转化为氢氧化铜沉淀。用这种方法可以达到除去铁离子的目的。请尝试作解释。
根据学生对上述5个问题的认识和解答情况，作针对性分析、讲评。纠正学生可能存在的误解、疑惑，说明解答问题的思路，加深对难溶电解质溶解平衡原理的理解程度和灵活运用能力。对于沉淀转移，学生容易接受难溶沉淀转化为更难溶沉淀的事实，对于难溶沉淀转化为相对较易溶解的沉淀，会觉得不可思议。要让学生通过计算，理解、认同和内化，更新知识结构，改变已有的不太全面的观念。
在分析、讲评中要注重说明改变沉淀溶解平衡的条件，可以使难溶电解质的沉淀溶解平衡发生移动，从而使沉淀溶解，或生成，或发生沉淀的转移。依据难溶电解质的溶度积，可以选择试剂、控制反应的条件（例如，选择加入的试剂的种类、浓度，控制用量，调节溶液的pH等等）可以使沉淀完全溶解，也可以使溶液中某种离子完全转化为沉淀，还可以使一种沉淀比较完全地转移为另一种沉淀。在化学工业生产和科学研究实验中可以运用难溶电解质沉淀的溶解平衡原理，解决物质的分离等问题。
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