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基于“大概念”促进学生核心素养的初中化学实验教学
——以探究“酸和碱的中和反应”为例
摘要：以“酸和碱的中和反应”为例，通过实验、演示、讨论等教学手段让学生掌握大概念的核心知识。多角度收集实验证据，宏观现象与微观分析结合得出结论，提升学生核心素养，培养科学思维和实践探究精神。
关键词：核心素养； 大概念； 酸和碱的中和反应； 宏微结合； 证据推理
《义务教育化学课程标准（2022版）》[1]首次在国家化学课程文件中提出要构建大概念统领的化学课程体系。大概念中的“大”不是指“宏大”或“庞大”，而是“重大”，是指选择促进学生核心素养发展的课堂教学。[2, 3]大概念教学要求“注重结合学生已有生活经验，反映化学科学发展的新成就，体现化学课程内容的基础性、时代性和实践性”。“酸和碱的中和反应”既是初中化学“物质性质与应用”主题的重要学习内容，也是化学知识在实际生活、生产中的应用。本文选择“酸和碱的中和反应”为例，利用其中蕴含的“宏观与微观相联系的化学科学思维方式和证据推理与模型推理的化学科学思维方法”的化学科学思维内涵，以促进学生核心素养发展为目标，设计教学活动。[4]
1 教学内容及教学现状分析
1.1教学内容分析
“中和反应”是义务教育化学课程内容的重点，该“大概念”包括酸和碱的中和反应的概念和实质，酸碱指示剂在中和反应中的变化，酸碱中和反应化学方程式的书写，盐的概念，中和反应在实际生活中的应用等核心知识。通过观察、实验探究，以及对实验进行比较归纳、分析解释等认识物质性质的基本思路和方法认识酸碱中和反应，了解生活中酸碱中和反应的应用以及化学药品保存等基本实验操作活动。本课例选择初中化学常见试剂——稀盐酸、稀氢氧化钠溶液、酚酞溶液、紫色石蕊溶液，蒸馏水设计以下教学内容：（1）设计并进行实验探究稀氢氧化钠溶液与稀盐酸的反应，并对实验方案进行比较归纳；（2）利用多角度获得的实验证据，初步构建微观模型并合理解释稀氢氧化钠与稀盐酸反应的过程、实质和产物；（3）拓展利用不同中和反应在生活中的应用，完善微观模型。
1.2教学现状分析
历经多次实际化学课程教学后，广大教师对科学探究的主要特征、基本要素已形成共识，但在实际教学中仍普遍存在以下问题：如内容深度不够、核心知识与实际应用结合不紧密和以试题的形式来完成科学探究，把真实动手的实验探究过程变成“纸上谈兵”。酸和碱的中和反应深刻体现了化学学科的发展，具有代表性、实践性。通过掌握酸和碱的中和反应可以有效发展学生的科学思维和科学探究与实践素养。
2 学情分析
九年级的学生在学习了第十单元课题1《常见的酸和碱》，已经了解常见的酸和碱的一些性质，初步具备从微观的角度去分析酸和碱的溶液，以及解释酸、碱分别具有相似的化学性质的能力，并能用酸碱指示剂对酸和碱溶液进行区分。但是对于酸和碱能否发生反应，酸和碱之间发生中和反应的本质，以及正确书写相应的化学方程式都有待进一步的学习。由于科学思维本身具有一定的抽象性和内隐性，只有同规格外显性的活动才能落实和达成相应的思维水平发展。在向无色的氢氧化钠溶液中滴加无色稀盐酸时，因为看不到现象，学生容易错误地认为它们没有反应。
基于上述学情分析，选择“酸与碱的中和反应”为中心主题，通过实验探究出稀盐酸和稀氢氧化钠溶液在反应前后的微粒，根据溶液微粒存在的问题，采用呈现氢氧化钠溶液与稀盐酸反应微观示意图来探析二者反应的情况，加深对中和反应本质的理解。
3 教学理念及创新点
这节课的基本概念是中和反应的概念和实质，以及对无明显现象反应的证明，根据核心概念为促进学生科学思维素养发展创造条件。根据学情，本课例分别设置以下关键任务：
酸和碱的中和反应的学习能培养学生“宏微结合”的化学素养，让学生观看演示实验，引导学生根据实验现象画出稀盐酸和稀氢氧化钠溶液在反应前后的微粒，根据溶液微粒存在的问题，采用呈现氢氧化钠溶液与稀盐酸反应微观示意图来探析二者反应的情况，结合宏观现象概括出中和反应的定义，加深对中和反应本质的理解。
在验证无明显现象反应时，分别从反应物的变化和生成物的产生两个方面引导，结合生活经验和溶液的相关知识，培养学生的实验创新能力和证据推理能力，讨论设计酸碱中和反应产物可视化的实验，选择最佳实验方案进行实验，验证酸碱中和反应。
联系实际应用，书写酸和碱的中和反应的化学方程式。在理解化学反应本质的基础上，掌握基本概念、发展核心概念。
4 教学目标及对“科学思维”素养活动表现评价设计
4.1 教学目标
本节课我采用情景教学法（导入环节）、直观演示法（稀盐酸和稀氢氧化钠能发生反应、酸和碱反应产物蒸发提取），启发式教学法、讨论法（酸碱实验方案选择）、练习法（辨析生活中的中和反应）让学生掌握以下三个学习目标：
（1）通过教师演示向稀氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸没有明显变化的实验，引导学生思考，并且去设计实验方案来证实，在分组讨论的基础上，选择其中四种方案去评价，在此基础选择其中一种最佳实验方案由教师演示该实验，并设置对照组，得出稀盐酸和稀氢氧化钠之间能发生化学反应。巩固了学生前面学习酸碱指示剂的相关知识，同时培养了学生根据问题去设计实验的能力。
（2）观看酸碱中和反应产物提取视频，引导学生画稀盐酸和氢氧化钠溶液反应前后的微观模型，培养学生从宏观到微观认识中和反应的本质，引导学生去书写前面演示实验和其他的酸和碱发生类似反应的相关化学反应方程式，结合学生书写的化学方程式引出盐和中和反应的概念。培养学生从实验现象总结化学规律的能力、体验从现象到本质的学科思想方法。
（3）通过归纳交流，推理生活中酸碱中和反应的应用及相关化学方程式。让学生们体会到中和反应在实际的生产生活当中有着广泛的用途，体会化学与社会的关系密切性。
4.2 对学生“科学思维”素养活动表现评价设计
结合本课时教学内容和教学目标，根据学生预期的学习结果和学生在完成任务中可能的表现性行为，设计了“科学思维”素养水平评价标准（见表1），有利于在教学中开展持续性评估，实现对学习情况的实时反馈、证据的及时调整，以及对学生素养水平的探查。为便于评估的可操作性，水平的划分以课表学业质量标准为参照，分别划定为：低于（水平1）、符合（水平2）和高于（水平3）三个层级。
表1 对学生“科学思维”素养活动表现评价标准
目标 评价任务 素养要素 素养水平及评估依据 证据收集路径
（1） 结合给出药剂和仪器探究稀氢氧化钠和稀盐酸能发生反应 从化学视角研究物质及其变化规律的思路及方法 水平1：无法选出科学、合理的实验方案 水平2：可以选出最优实验方案但是不能用自己的语言解释或给出的解释不正确 水平3：能选出合理实验方案，并给出自己的解释 学生讨论实验方案、交流和优化
（2） 对酸碱中和反应产物的推理归纳 推导化学反应原理并结合所学知识设计实验，教师播放实验视频资料，验证猜想 水平1：不能判断氢氧化钠溶液与稀盐酸的反应产物也不能给出实验方案 水平2：可以判断产物但不能给出实验方案 水平3：可以给出实验方案并说出反应产物 观看实验视频资料，交流得出推论
（3） 用图示呈现酸碱中和反应的微观模型 基于实验事实进行证据推理、构建模型并推测其物质变化的思维能力 水平1：不能从溶液的微观角度构建模型 水平2：能从溶液微观粒子构建模型，但不能定量描述微粒 水平3：可以定性定量描述溶液微观粒子模型 学生绘制微观模型
（4） 稀氢氧化钠与稀盐酸反应方程式的书写 从实验现象总结化学规律 水平1：不能从实验现象中发现知识，随意假设 水平2：能结合实验方案选择和实验现象推断出氢氧化钠与稀盐酸发生反应 水平3：能分析氢氧化钠和稀盐酸反应的产物 学生书写
（5） 中和反应在生活中的应用及解释 基于中和反应的大概念分析日常生活中的化学规律 水平1：不能说出生活中的中和反应 水平2：可以说出生活中的中和反应，但是不能给出化学反应方程式 水平3：可以说出生活中常见的中和反应及其化学反应方程式 学生回答
5 教学流程
情境 任务 活动 知识 科学思维
生活中蚊虫叮咬会产生痛痒，选择肥皂水涂抹伤处可以缓解痛痒 分析肥皂水缓解疼痛的原因 分析肥皂水缓解疼痛的原因 蚊虫叮咬时在人皮肤分泌蚁酸，肥皂水含碱性物质可以中和蚁酸 从真实生活的化学问题中总结知识
提供稀氢氧化钠溶液、稀盐酸、无色酚酞溶液、紫色石蕊溶液、蒸馏水 涉及并讨论实验方案：氢氧化钠溶液与稀盐酸的混合顺序以及指示剂选择 分析稀氢氧化钠与稀盐酸反应后溶液酸碱性的变化 分别向含1-2滴无色酚酞的5ml稀氢氧化钠溶液中滴加等量的稀盐酸和蒸馏水 从溶液颜色变化比较反应前后溶液酸碱性 稀盐酸与氢氧化钠溶液能发生反应 从化学视角研究物质及其变化规律的思路及方法
观看实验视频。通过蒸发稀盐酸和稀氢氧化钠反应后的溶液，获取反应后的产物之一（氯化钠） 探究稀氢氧化钠和稀盐酸发生反应后的生成物 设计实验方案 观看实验视频资料并根据实验现象验证猜想 溶解度的应用以及蒸发的操作 科学探究的思路和方法 从化学视角研究物质及其变化规律的思路及方法
从宏观和微观结合认识酸碱中和反应的实质 画出酸碱中和反应的微观示意图 回顾溶液的导电性实验画出稀盐酸和氢氧化钠溶液反应前后微粒示意图，观看正确的氢氧化钠与稀盐酸反应微观示意图 揭示中和反应的实质 基于实验事实进行证据推理、构建模型并推测其物质变化的思维能力
教师讲授中和反应的概念 书写演示实验和其他的酸和碱发生类似反应的相关化学方程式 判断氧化铜与稀硫酸的反应是否为中和反应 结合学生书写的化学方程式引出盐和中和反应的概念 中和反应的规律 根据实验事实总结化学规律的能力
生活中有哪些中和反应的例子？ 中和反应在生活中的应用及解释 归纳总结中和反应的例子和化学方程式 常见的酸、碱液 酸碱中和反应在生活中的应用 解决与化学相关的真实问题，形成批判能力、创新意识
6 教学实录
6.1创设教学情境 引出探究问题
【情境】人被有些蚊虫叮咬后，蚊虫在人的皮肤表面分泌出蚁酸，被蚊虫叮咬的地方迅速肿大且痛痒，如果涂一些含有碱性物质的溶液，就可以减轻痛痒。
【教师】我们的皮肤接触到蚁酸会感觉到什么？
【学生】痛痒、鼓包。
【教师】被蚊虫叮咬之后可以涂什么止痒呢？
【学生】肥皂水、牙膏。
【教师】为什么肥皂水可以止痒呢？
【教师】是因为肥皂水里面含有碱性物质，碱性物质可以缓解酸性物质带来的疼痛，酸和碱发生了反应，接下来让我们一起进行一个小实验看看酸和碱是如何反应的。
设计意图：基于学生原有知识和经验，直接引入探究问题，确定学习任务，为后续形成的结论铺垫。通过学生对酸、碱共置产生现象的猜想，绝大多数学生处于水平1，虽然基于原有知识做出假设，但是并不了解实际的酸碱中和反应，不能对实验现象进行科学、合理的假设。
6.2 对比实验，获取实验证据
【情境】展示稀盐酸、稀氢氧化钠溶液、蒸馏水、酚酞溶液、紫色石蕊溶液。
【教师】演示实验。向稀氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸没有明显的变化，引导学生思考，并且去设计实验方案来证实。提示学生结合前面学过的酸碱指示剂酚酞溶液和紫色石蕊溶液，思考应该是将稀盐酸加到稀氢氧化钠溶液还是将稀氢氧化钠溶液加到稀盐酸里？选择哪种合适的指示剂让我们可以明显观察到反应的进行。
【学生讨论】在分组讨论的基础上，选择其中四种方案去评价，然后选择其中一种实验方案，由教师演示。
【教师】紫色石蕊溶液从红色或者蓝色变成紫色明显吗？
【学生】不明显。
【教师】所以在这里选择酚酞试剂作为指示剂更合适，因为从红色变成无色更明显。而且反应顺序要注意是向稀氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸，如果向稀盐酸中滴加氢氧化钠溶液可以看到溶液的颜色都是什么？
【学生】无色。
【教师】那接下来我们就以方案①来实验，为了避免溶液颜色因为滴加液体后被稀释变浅造成误差，我们还要设置一个对照组，即在另一组中，其它变量相同时滴加与稀盐酸等体积的蒸馏水，这样可以更好地观察溶液的变色情况。
【任务】分两组进行对比实验，记录实验现象，学生认真观察实验现象的同时思考稀盐酸和稀氢氧化钠能否发生反应。
【教师】演示分别向盛有5ml、等浓度的稀氢氧化钠溶液的两只烧杯中滴加等量的1-2滴无色酚酞溶液，再逐滴加入等量稀盐酸和蒸馏水，观察混合后溶液颜色变化现象。
【教师】酚酞溶液在这两个反应后的溶液里变色了吗？
【学生】加稀盐酸的溶液从红色变成无色，加蒸馏水的溶液还是红色。
【教师】酚酞没有变红说明混合后的溶液是酸性还是碱性？
【学生】酸性。
【教师】除了酸性溶液会使酚酞保持无色，那么中性溶液下，酚酞是什么颜色？
【学生】也是无色。
【教师】既然加稀盐酸后溶液是酸性或者中性，那么现在反应后溶液里还有碱吗？
【学生】没有，如果有的话应该跟加蒸馏水的一样，也是红色。
【教师】假设混合后的溶液是酸性的，那里面的酸性溶质是什么？
【学生】氯化氢。
【教师】氯化氢溶于水形成盐酸会电离出氢离子和氯离子，那么溶液里还有什么微粒呢？
【学生】钠离子和水分子。
【教师】若混合溶液是中性的，也就是没有氢离子了，溶液中存在什么微粒？
【学生】钠离子、氯离子和水分子
设计意图：学生认真观察实验现象的同时得出结论，稀盐酸和稀氢氧化钠溶液之间能发生化学反应。在解决问题过程当中巩固了前面酸碱指示剂的相关知识，在学生原有认知的基础上，建立酸碱反应的概念，引导学生探究酸碱中和反应过程微粒变化情况。在问题中运用比较、分析的科学方法，发展学生证据推理的化学科学思维方法和水平。
6.3 设计完善方案，构建微观模型
【情境】通过溶解度的知识，引导学生从有新物质生成的角度去验证酸和碱能够发生反应。通过蒸发使水分子含量减少，固体物质析出。提供蒸发实验视频资料。引导学生全面归纳氢氧化钠溶液和稀盐酸反应后生成物。
【教师】通过证明反应物减少的角度说明酸和碱能发生反应，思考化学反应的发生除了可以从反应物减少角度去证明，还可以从什么角度证明反应发生？
【学生】生成物出现的角度可以证明反应的发生。
【教师】前面我们猜测稀盐酸和氢氧化钠溶液生成了氯化钠，但其易溶于水，且没有颜色、状态变化，怎么证明生成了氯化钠？
【学生】对反应后溶液提取氯化钠。
【教师】前面我们学习第九单元课题2溶解度时，图9-10显示冷却热的饱和溶液时，硝酸钾晶体会从溶液中析出，这是因为在室温下硝酸钾的溶解度没有热的时候高，那么如果我们想在室温下让硝酸钾固体溶解的更多可以做什么？
【学生】加溶剂（水）。
【教师】反过来我们想把室温下的氯化钠溶液中的晶体析出来可以怎么做？为什么？
【学生】去掉溶液中的水。
【教师】怎么去除混合溶液中的水分子呢？想一想家里烧开水可以看到什么在往上飘？
【学生】蒸汽。
【教师】所以我们是不是也可以把溶液烧开，等水分子都出来了，留下的是什么？
【学生】氯化钠晶体。
观看中和反应产物蒸发提取视频。
【教师】怎么判断蒸发后，留下的固体物质是氯化钠而不是氯化氢？
【学生】氯化氢加热会挥发，或者将蒸发后留下的固体物质溶于水，加入紫色石蕊溶液后观察溶液是否变红，若不变色，则为氯化钠。
【教师】尝试画出反应前后氢氧化钠溶液、稀盐酸溶液所含粒子的微观示意图。
【学生画】
教师呈现氢氧化钠溶液与稀盐酸反应前后的正确微观示意图，对比纠错，帮助理解氢氧化钠溶液和稀盐酸反应的实质。
【教师】氢氧化钠溶液和稀盐酸反应的实质是酸中的氢离子和碱中的氢氧根结合生成水分。该混合液中除了水，还有氯化钠。
【教师】可以根据反应前后微粒种类尝试写出氢氧化钠溶液和稀盐酸反应方程式吗？
板书：NaOH+HCl=NaCl+H2O
【教师】其他的酸和碱之间也会发生类似的反应吗？以氢氧化钙与稀盐酸的反应、氢氧化钠与稀硫酸的反应为例，学生尝试书写。
【学生】生1：2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2O
生2：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O
【教师】NaCl是由Na+和Cl-构成的化合物，结合以上化学方程式，我们把由金属离子和酸根离子构成的化合物叫做盐。因此，生成物NaCl、CaCl2、Na2SO4是盐。中和反应的概念——酸与碱作用生成盐和水的反应叫做中和反应。那么我们还认识哪些反应会生成盐和水呢？
【学生】氧化铜和稀硫酸反应生成硫酸铜和水。
【教师】这是不是中和反应？为什么？
【学生】不是，虽然反应产物是盐和水，但是反应物是酸和氧化物，氧化铜没有氢氧根不是碱。
设计意图：引导学生分析实验，设计优化实验。通过实验现象观察和对比，确定酸碱中和反应的反应物、生成物。通过绘制微观粒子示意图，认识掌握中和反应过程中宏观和微观的变化，了解酸碱中和反应的概念和实质，同时培养学生的探究意识。
6.4 推广模型解释现实案例，启发验证中和反应方式
【教师】健康人的体液酸碱范围告诉我们，人生活的环境或者接触的物质需要在一个适当的酸碱范围，如果我们需要接触过酸或过碱的物质，可以通过什么方式来保护自己？
【学生】穿防护服，戴防护手套。
【教师】生活中有哪些常见的酸、碱液吗？
【学生】碳酸饮料、醋酸是酸液，澄清石灰水、草木灰水是碱液。
【教师】生活中有哪些运用到中和反应的实例呢？阅读教材、归纳整理出中和反应在实际中的应用。
【学生1】工厂里面含有硫酸的废水可以用熟石灰处理、农业上人们常在酸性土壤中加入熟石灰来改良。
【学生2】医疗中，医生常给患者服用含氢氧化铝的药物来中和过多的胃酸。
【教师】熟石灰的成分是氢氧化钙，胃酸的主要成分是盐酸，因此上述中和反应在生活中的应用涉及原理可以板书如下：
板书： Ca（OH）2+H2SO4=CaSO4+2H2O
3HCl +Al(OH)3=AlCl3 +3H2O
学生做笔记
【教师】在酸和碱的中和反应中，一个氢离子只能和一个氢氧根结合生成一个水分子，所以在配平的时候要注意以水分子的数量为准。
设计意图：有意识的培养学生阅读教材的能力，通过理论联系实际，提升学生对中和反应这一大概念的知识掌握程度。通过实际案例的学习，可以培养学生提高观察和分析问题以及解决实际问题的能力。
7 教学反思
在本次酸碱中和反应的课堂教学中，我对以下几个方面进行了反思：
1、教学目标的达成情况：
大部分教学目标得以实现。学生能够理解酸碱中和反应的概念和实质，掌握相关化学方程式的书写，并且能够运用所学知识解释一些生活中酸碱中和反应的应用。然而，在一些深层次的理解和应用方面，可能还需要进一步加强。
2、教学方法的有效性：
采用了多种教学方法，如情景教学法、直观演示法、启发式教学法、讨论法、练习法等，这些方法在一定程度上激发了学生的学习兴趣，帮助学生更好地理解了酸和碱的中和反应知识。但是，在实验环节的组织上，可能还存在一些不足，需要更加注重学生的实际操作和体验。
3、学生的参与度和反馈：
学生整体参与度较高，积极参与讨论和实验活动。他们对酸碱中和反应表现出了一定的兴趣和好奇心。通过学生的反馈，了解到部分学生在理解酸碱反应过程中还存在一些困难，需要进一步加强个别辅导和指导。
4、经验教训和改进措施：
要更加注重实验教学的细节，确保学生能够充分参与和体验，提高实验的有效性。要增加一些与实际生活相关的案例和应用，让学生更好地体会到化学知识的实用性。
参考文献
[1] <义务教育化学课程标准2022版.pdf> [J].
[2] <基于大概念的科学探究与化学...以“酸和碱的中和反应”为例_刘雁明.pdf> [J].
[3] 胡欣阳, 毕华林. 化学大概念的研究进展及其当代意蕴 [J]. 课程教材教法, 2022, 42(05): 118-24.
[4] 陈兆先, 张平. 试论化学教育与德育教育的融合 [J]. 四川教育学院学报, 2007, (02): 96-7.

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