摘要:“离子反应”作为高中化学知识体系的重要知识点,对元素化合物的学习起指导作用,也是后续学习化学反应原理的基础,而在教学实践过程中发现,学生对“离子反应”这节课存在多种与科学概念不符的模糊甚至错误概念。本文主要通过对电解质的概念、离子方程式的书写等的探查、分析和探究,来帮助学生更好地认识“离子反应”。

　　关键词:“离子反应”电解质,离子方程式,概念

　　在学习离子反应之前,学生已经观察过一定数量的化学反应现象,也学习过一些简单的反应原理和规律。通过离子反应的学习,学生对化学反应的认知从个别认识上升到按类别理解原理,从辨识宏观现象到探析微观原理,并用规范的符号语言表达。

　　关于“电离”部分,学生在初中已经初步了解了酸碱盐在水溶液导电的现象,在学习“电解质”时具有一定的直观形象和经验支持。该知识点也是学生进入高中以来接触到第一个较为抽象的知识点,也是学生从宏观的实验现象深入微观的离子本质的过程,不仅能培养学生观察的目的性、系统性,还需要逐渐摆脱直观形象和具体经验的限制,培养思维的独立性、批判性和深刻性,发展理论性逻辑思维。

　　离子反应是基于会区分电解质和非电解质的基础上进一步从化学反应的本质上来认识物质的转化。关于“离子反应方程式”部分,高中生虽已达到形式运算阶段,但抽象思维能力仍在发展中,对这一较为抽象的内容容易产生迷思概念,进而在对其进行符号表征,即书写离子方程式时出现错误。因此,以学生迷思概念为教学设计的重要支撑点。对迷思概念进行归类、溯源,进而基于概念转变进行教学设计,有利于引导学生进行有意义学习。

　　一、“离子反应”前概念探查

　　1.微粒的存在

　　微粒包括原子、分子、离子。可溶性酸碱盐在水溶液中能发生电离,产生自由移动的离子;离子的存在使得溶液具有导电性。由此延伸出的关于电离、电离方程式、电解质和非电解质、强弱电解质以及溶液的导电性等概念存在如下错误认知:

       2.微粒的运动和变化

　　酸碱盐在水溶液中反应的实质是微粒之间的反应。在对离子反应的概念、反应条件以及离子方程式的书写中,认为:只有生成水、气体、沉淀的反应才能进行,将离子反应与复分解反应对等;书写离子方程式时,存在顽固拆分或过多拆分和删除的现象。

　　3.微粒间的相互作用

　　水溶液中的离子、分子等微粒存在相互作用。在离子鉴别、离子共存的概念中,电解质溶液混合时,阴离子之间不反应,如HCO3-与OH-不反应;忽略氧化还原反应离子间不共存;对弱电解质的电离平衡认识不够,认为溶液中存在的H+与CH3COO-等不可反应等。

　　二、前概念形成的原因探究

　　1.教科书的编排呈现方式

　　现有苏教版教材是通过导电性实验来引入电解质概念的,有时引起学生的迷思概念:“电解质能够导电是因为通电发生了电离”“电解质溶液导电的原因是溶液中有电子”。这样一来,学生较难把握概念的内涵,甚至错误地将电离方程式当作化学方程式的一种,导致运用概念时产生一些错误。

　　2.教师的教学理念和教学行为

　　有的教师认为,电解质的概念较难讲清楚,于是让学生记住定义,紧接着做练习。学生虽记住了定义,但是不能将这些知识与已有的知识建立联系,遗忘很快。还有一些教师认为,电解质的概念虽然很重要,但对学生学习离子方程式并不重要。即使学生不明白,仍然可以写出正确的离子方程式。究其原因,还是一些教师没有认识到学生已有概念对学习会产生重要影响,一味采用灌输式教学。

　　3.教师的相异构想

　　教师如果对科学概念没有形成深刻的理解,就较难引导学生深入理解概念。研究指出,教师和学生在科学概念的理解上并没有本质的区别,仅是理解水平有差异,在某些概念上教师和学生可能持有相同的相异构想。因此,学生的某些相异构想是课堂教学中由教师的相异构想导致的。

　　4.学生的认知能力和学习方式

　　有些学生很难想象溶液中存在大量离子的真实图像,更难以想象溶液中的离子只是部分的发生反应,微观表征能力不强,不能在宏观和微观之间自如转换。学习离子反应的发生条件时,学生容易把复分解反应的发生条件理解成离子反应的发生条件,不能建立二者的区别与联系。这就要求教师要重视学生已知,帮助学生从已有知识生长出新知识,促进学生对离子反应发生条件的深入理解。

　　三、离子方程式迷思概念分析的教学对策

　　离子方程式是对一类化学反应的本质的符号表征,这决定了它并不是单纯抽象无意义的符号,而是对客观事实的一种描述,因此符合客观存在是第一要义。例如,有学生将铁与稀盐酸反应的离子方程式写成2Fe+6H+=2Fe3++3H2↑,即是出现了不符合客观事实的错误。首先,学生在学习中不太重视实验,将化学反应仅作符号编码,脱离了与宏观现象的联系。若在实验中观察到铁遇稀盐酸生成浅绿色溶液等现象,则可减少这类迷思概念的发生。其次,微观原理储备较少,如常见元素离子的氧化还原性。这就需要在学习中注意各模块知识的有机联系,重视概念原理类知识的相互渗透。

　　1.化学式拆写不正确

　　化学式拆写是书写离子方程式最关键的一步,而这一步会出现较多迷思概念。如学生常忽略微溶物在不同存在形式下的拆分方法,无论是在澄清溶液还是浊液中都将微溶物写成了化学式。除粗心外,这也反映出学生对物质在水溶液中存在微粒的误解,难以判断是以离子形式存在还是以化合物形式存在,难以由宏观现象想象其微观状态。平时,教师可以有意地运用微观示意图,培养学生宏观辨识与微观探析素养。可溶性多元弱酸的酸式酸根也是学生易于出错的地方,如将HCO3-拆成H+和CO-。学生此时对强酸弱酸的理解不深,不会判断第一步电离和第二步电离的难易程度,这就需要强化练习以增强对多元弱酸电离的理解。

　　2.守恒不正确

　　检查离子反应方式是否满足原子守恒、电荷守恒是保证正确性的重要一环。而学生经常会忽略某种守恒,如写出Fe3++Cu=Fe+Cu2+这种方程式,认为已经满足了原子守恒,却没有检查电荷是否守恒。守恒观是化学学科的基本观念之一,学生关于化学守恒的认知贯穿化学学习始终,其重要性不言而喻。“原子守恒”“电荷守恒”“得失电子守恒”等概念支撑了守恒观的存在,在学习离子方程式的过程中,学生需要厘清各类守恒,深入理解守恒知识并进行自如地综合应用,才能避免离子方程式中守恒不正确的发生。

　　3.遗漏反应

　　漏写离子反应也是常见的错误之一,如Ba(OH)2溶液与CuSO4溶液反应,学生常常只注意到Ba2+与SO-反应生成BaSO4沉淀的反应,而漏掉Cu2+离子和OH-生成Cu(OH)2沉淀的反应。究其原因,是学生对发生离子反应的条件不够敏感,不能立刻反应过来哪些离子之间能生成沉淀、气体等。这也反映出,学生没有亲眼所见反应现象,故印象不深。教师需要充分发挥实验价值,让学生动手做并认真观察,调动各种感官以加深对反应现象的印象和理解。这样一来,学生才能敏锐地发现“藏起来”的离子反应。

　　4.不符合具体情境的要求

　　离子方程式是对客观事实的描述,化学反应的客观事实受制于反应的条件,较常见的是反应物的过量、少量对反应产物的影响。离子方程式的书写应当符合具体情境的要求,不能一概而论。例如,往碳酸氢钙溶液中滴加氢氧化钠溶液,有的学生不理会问题情境中的条件是滴加过量氢氧化钠溶液,而想当然地将离子方程式写成Ca2++HCO3-+OH-=CaCO3↓+H2 O。这是学生思维还没有完全从以往经验型思维向理论型思维转变,没有或难以意识到从定量的角度认识化学反应的重要性。平时,教师应当注意引导学生在定性分析化学反应的基础上,再定量分析可减少错误的发生;其次是缺少对这类问题的实验探究,鼓励学生思考并设计实验,“做中学”可减少这类迷思概念的发生。

　　5.其他

　　刚开始学习书写离子方程式的学生,大多是先写出该反应的化学方程式,再进行化学式的拆写,这也是教科书中呈现的方法,方程式中符号的使用一脉相承,如“=”“?”“↑”“↓”等。有的学生在书写离子方程式时,常漏写沉淀符号、气体符号,最突出的问题是将可逆符号错写为等号。例如,醋酸的电离写成HAc=H++Ac-。前者因为学生有在初三阶段书写化学方程式的丰富经验,一经提示就很容易发现问题所在,是粗心大意不够细致的表现。对于后者,学生往往不易察觉问题所在,这是因为其对“弱电解质的电离是一种可逆反应”的认识不到位,可借助数字化实验,帮助学生形成和发展微粒观、平衡观以减少迷思概念的发生,也为后续学习化学平衡奠定基础。

　　四、结语

　　化学概念是对化学本质特征的高度概括。针对学生的前概念认知开展教学,不仅能满足学生需求,还能增强学生主动学习内驱力。教师通过对学生错误前概念进行有效分析、纠正,使其转化为科学的概念,使课堂教学针对性加强,教学效率提高。通过对学生已有的迷思概念提供有力证据,揭露事物本质,使学生认识到原有概念的不足,实现对科学概念全面、准确地理解。

参考文献

　　[1]张婷.数字化实验影响学生概念改变的研究[D].南京:南京师范大学,2015.

　　[2]慈文飞.基于概念转变的“电解质”教学设计研究[D].济南:山东师范大学,2016.

　　[3]冯胜明.聚焦学生认知起点转化错误前概念[J].中学教学参考,2020(11):85-86.

　　[4]张高豪.基于认知心理学的化学迷思概念转化策略—以“离子方程式书写”为例[J].福建基础教育研究,2019(2):120-121.

　　[5]卢姗姗.中学生“电解质”概念相异构想的探查研究[D].济南:山东师范大学,2012.

　　[6]孙洪娜.基于双重情境学习模式的概念转变教学研究[D].济南:山东师范大学,2013.