教案基于手持技術(shù)下的“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”

基于手持技術(shù)下的“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”教學(xué)設(shè)計摘要利用手持技術(shù)對離子反應(yīng)這一課時進(jìn)行實驗設(shè)計。在離子概念建立環(huán)節(jié)開展實驗探究，量化的呈現(xiàn)，便于學(xué)生理解離子反應(yīng)本質(zhì)，有助于完成課標(biāo)指出的“通過實驗事實認(rèn)識離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”的要求；而在離子概念應(yīng)用環(huán)節(jié)采用“講解-示例-練習(xí)-反饋”的教學(xué)策略，便于學(xué)生掌握離子反應(yīng)方程式的書寫。其中“五線譜”教學(xué)模式，讓學(xué)生學(xué)習(xí)新知的過程中理解簡易化、知識系統(tǒng)化、掌握化學(xué)學(xué)習(xí)及研究的一般方法，三維目標(biāo)的落實得以實現(xiàn)。關(guān)鍵詞 手持技術(shù)Ca2+傳感器NO3-傳感器離子反應(yīng)五線譜離子反應(yīng)及其發(fā)生條件是“離子反應(yīng)”主題的第二課時[1],這一節(jié)主要介紹了電解質(zhì)在水溶液中的反應(yīng)。在高中教學(xué)中起到“承上啟下”的作用，既是第一課時電解質(zhì)在水溶液延伸，又與選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中的弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平是一脈相承，是一節(jié)典型的化學(xué)概念教學(xué)課。對于新概念的學(xué)習(xí)，學(xué)生一般面臨知識較為抽象、理解困難、趣味性不強(qiáng)等多重問題。這就需要教師在教學(xué)設(shè)計中要注意這些問題的解決。本文主要依據(jù)課題，對所要達(dá)成的目標(biāo)知識依據(jù)“情景線-問題線-活動線-方法線-知識線”這“五線”進(jìn)行解構(gòu)，利用手持技術(shù)，使得學(xué)生學(xué)習(xí)新知的過程中理解簡易化、知識系統(tǒng)化、掌握化學(xué)學(xué)習(xí)及研究的一般方法，從而有助于三維目標(biāo)的達(dá)成。1基于手持技術(shù)的實驗設(shè)計

手持技術(shù)是利用傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機(jī)（含軟件）3者連接，對實驗體系中某種（或某幾種）物理參數(shù)進(jìn)行實時測量，從而用于研究化學(xué)本質(zhì)問題的實驗裝置。具體過程是傳感器測量物理參數(shù)，由數(shù)據(jù)采集器采集、處理并傳給電腦，由專門軟件自動繪圖，可直接投影至屏幕上［2］.本文通過Ca(NO3)2溶液與Na2CO3溶液反應(yīng)中Ca2+濃度變化和NO3-濃度變化的對比，利用手持技術(shù)中的數(shù)據(jù)曲線可以直觀地看到離子的變化，體現(xiàn)出手持技術(shù)進(jìn)行實驗的優(yōu)勢。同時采用實時攝像技術(shù)采集實況影像讓學(xué)生在屏幕上既可看到實驗數(shù)據(jù)又能看到實驗現(xiàn)象。1.1實驗?zāi)康?/p>

通過實驗對比不同溶液間的離子濃度的變化，讓學(xué)生直觀感受離子間反應(yīng)及其實質(zhì)。1.2實驗儀器及試劑

儀器：數(shù)據(jù)采集軟件、Ca2+傳感器、NO3-傳感器、計算機(jī)、磁力攪拌器（含攪拌子）、50mL燒杯、50mL滴定管、攝像頭

試劑：0.01mol/LCa(NO3)2溶液、0.01mol/LNa2CO3溶液

1.3實驗原理

利用鈣離子與硝酸根離子傳感器實時監(jiān)測反應(yīng)中兩離子濃度的變化，從而得出離子反應(yīng)的實質(zhì)：向著溶液中某些離子濃度的減小方向進(jìn)行。1.4實驗內(nèi)容

（1）按圖1組裝好實驗裝置。圖1Ca(NO3)2溶液與Na2CO3溶液混合過程離子濃度測定裝置

（2）在滴定管中加入0.01mol/LNa2CO3溶液，在燒杯中注入20mL0.01mol/LCa(NO3)2溶液,打開攪拌器。（3）插入Ca2+傳感器、NO3-傳感器，測定離子濃度。1.5實驗數(shù)據(jù)處理及分析圖2中是Na2CO3溶液滴入Ca(NO3)2溶液過程實驗軟件自動錄制的錄像和繪制的C（Ca2+）變化曲線（用信號2電極電勢表征的）及C（NO3-）變化曲線（用信號1電極電勢表征的）。其中，當(dāng)Na2CO3溶液滴入Ca(NO3)2溶液過程觀察到3個現(xiàn)象:①有白色沉淀生成；②C（Ca2+）變化曲線（用信號2電極電勢表征的）先有點上升后下降明顯；③C（NO3-）變化曲線（用信號1電極電勢表征的）先有點上升后下上下浮動變化不大。2“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”教學(xué)過程

根據(jù)設(shè)計的手持技術(shù)實驗和本課的教學(xué)要求將本課的教學(xué)過程分為如圖3的教學(xué)環(huán)節(jié)。 圖3“離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”的具體教學(xué)設(shè)計流程圖

2.1新課引入-離子反應(yīng)概念的建立（離子概念和實質(zhì)）

本節(jié)教學(xué)以生活情境入手，化學(xué)聯(lián)系生活實際，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究興趣。學(xué)生都知道我們生活中大量運動后需要及時補充水分，最好是淡鹽水，為什么呢？實際上是補充機(jī)體內(nèi)部的電解質(zhì)。那這些電解質(zhì)都跑到哪去了？而是參加人的生命活動的各種反應(yīng)。因而我們今天將要探討電解質(zhì)在水溶液中的反應(yīng)。教師向?qū)W生提出以下兩個問題讓學(xué)生思考：（1）向2mL0.01mol/LNa2SO4溶液中滴加KCl溶液，試猜想有何現(xiàn)象？為什么？(2）向1mL0.01mol/LNa2SO4溶液中滴加4mL0.01mol/L的BaCl2溶液，試猜想有何現(xiàn)象？為什么？學(xué)生在初中就已經(jīng)學(xué)習(xí)過復(fù)分解反應(yīng)，這能很好的運用到了構(gòu)建主義所提倡的搭建“腳手架”。因為學(xué)生可利用以往知識對兩組實驗問題進(jìn)行分析，既有利于舊知識的回顧，又能為后面離子反應(yīng)條件及注意事項的做很好的鋪墊。教師演示實驗，驗證學(xué)生的猜測，其中實驗觀察發(fā)現(xiàn)；（1）中并沒有任何實驗現(xiàn)象。（2）中產(chǎn)生白色沉淀。學(xué)生的原有認(rèn)知已經(jīng)知道這兩組實驗都是兩種鹽間的反應(yīng)，但第一組實驗中產(chǎn)生的兩種新鹽都是可溶性的，因而是沒有任何現(xiàn)象。而第二組實驗是由于生成難溶的BaSO4,因而有白色沉淀發(fā)生。然而這時就需要教師引導(dǎo)學(xué)生對兩組溶液的微觀粒子進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)（1）中溶液反應(yīng)前后溶液離子并沒有變化，都是主要以Na+、SO42-、K+、Cl-四種離子形式存在。而在（2）中反應(yīng)前雖然溶液中離子仍是Na+、SO42-、Ba2+、Cl-四種離子，但反應(yīng)后溶液離子SO42-與Ba2+結(jié)合生成了BaSO4沉淀，使得溶液中C(SO42-)、C(Ba2+)減少。在以上實驗分析的基礎(chǔ)上，教師提出了離子反應(yīng)的定義、離子反應(yīng)方程式的定義以及離子反應(yīng)的實質(zhì)，并在離子反應(yīng)的實質(zhì)上教師強(qiáng)調(diào)其實質(zhì)是溶液中某些離子濃度的最大程度的減少。為了讓學(xué)生更為清楚地理解離子反應(yīng)的實質(zhì)，教師進(jìn)行了以下教學(xué)。2.2感受新知-完善離子反應(yīng)概念的理解

通過第一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對離子反應(yīng)有了一定的理解，但也僅來源于依靠實驗現(xiàn)象的理論分析，并沒有直觀的數(shù)據(jù)反映出溶液中某些實際參加離子濃度的變化。這個階段的教學(xué)，教師利用手持技術(shù)，讓學(xué)生感受溶液中某些離子濃度的變化，完善對離子反應(yīng)的理解。與此同時，新型的數(shù)字化儀器使用，對學(xué)生化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)有一定的提升。 在具體的教學(xué)中，教師首先提問，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考向Ca(NO3)2溶液中滴加Na2CO3溶液是怎樣反應(yīng)的？能否可以直觀地觀察到離子反應(yīng)？ 教師向?qū)W生展示實驗裝置圖，介紹實驗儀器及實驗原理（著重介紹Ca2+探頭和NO3-探頭）。在做實驗之前，讓學(xué)生先預(yù)測利用Ca2+探頭探測時溶液曲線變化圖（溶液中C（Ca2+））。大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為實驗過程中圖像走勢是一直下降的零點。但在實際操作中，圖像走勢在剛開始是有一點上升的，然后是一直下降且下降明顯，但沒有下降到零點。這就與學(xué)生的原有認(rèn)知產(chǎn)生沖突，教師要仔細(xì)分析“突發(fā)的異?，F(xiàn)象”。如在開始的上升過程很有可能是因為探頭的反應(yīng)時間，Ca(NO3)2溶液還未和Na2CO3溶液并未充分混合，因而會隨著Na2CO3溶液的滴入，攪拌的充分圖像上升。當(dāng)充分混合時，我們發(fā)現(xiàn)圖像走勢是一直下降并且隨著Na2CO3溶液的滴加，溶液變渾濁，從而知道反應(yīng)過程中Ca2+與CO32-結(jié)合產(chǎn)生沉淀，而C（Ca2+）是不斷減少的。通過數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象呈現(xiàn)，進(jìn)一步加深了對離子反應(yīng)的概念和實質(zhì)的理解。對于C（Ca2+）為何沒有到達(dá)零點，是由于沉淀存在溶解平衡，這是高二學(xué)習(xí)內(nèi)容，教師可以減略掉，一語帶過。在這個過程中質(zhì)變和量變的有效結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)生離子反應(yīng)的實質(zhì)是某些離子濃度的減少更為直觀形象。同時，教師為了讓學(xué)生理解反應(yīng)實質(zhì)中反應(yīng)中某些離子濃度最大程度的減少中的“最大程度”這四個字的含義，利用NO3-探頭測溶液曲線變化做對照組，讓學(xué)生預(yù)測利用NO3-頭探測時溶液曲線變化圖（溶液中C（NO3-））。在實際試驗中發(fā)現(xiàn)，圖像走勢在剛開始是有一點上升的，然后是處于上下波動的情況，下降幅度相對用Ca2+探頭探測時溶液曲線變化圖要小很多。教師對圖像走勢進(jìn)行對比分析，讓學(xué)生理解到隨著Na2CO3溶液的滴入，溶液的體積發(fā)生變化，導(dǎo)致溶液中C（NO3-）是減少的，但相對于C（Ca2+）而言變化的十分微弱，通過直觀的數(shù)字呈現(xiàn)、圖像變化，學(xué)生對離子反應(yīng)是溶液中某些離子濃度的最大程度的減少這一實質(zhì)有了更為清楚地理解。2.3提煉新知-離子方程式的書寫

通過上一環(huán)節(jié)的分析，學(xué)生知道反應(yīng)過程中并非所有的離子都參與反應(yīng)，那么如何來表達(dá)離子反應(yīng)呢？在這個環(huán)節(jié)的教學(xué)教師是真正的指導(dǎo)者，學(xué)生才是學(xué)習(xí)此知識的實施者。教師可通過分析上一環(huán)節(jié)中Ca(NO3)2溶液和Na2CO3溶液中的離子變化，通過和學(xué)生配合，完成寫-拆-刪-查步驟的教學(xué)，得到Ca2++CO3-＝CaCO3↓,這樣學(xué)生自我的參與，初步學(xué)習(xí)到離子反應(yīng)書寫的基本步驟，更能感受到離子反應(yīng)比化學(xué)反應(yīng)方程式更貼近反應(yīng)的實質(zhì)，學(xué)生理解掌握離子方程式的書寫起來更為簡單些。教師在前面引導(dǎo)基礎(chǔ)上，采用練習(xí)-反饋的方式，讓學(xué)生在自主練習(xí)中，不斷的試錯中發(fā)現(xiàn)問題，諸如“為何有些物質(zhì)反應(yīng)就需要拆成離子形式，而有些卻不需要？”等疑問，讓學(xué)生帶著疑問學(xué)習(xí)下一環(huán)節(jié)離子反應(yīng)方程式的注意事項就有了針對性，更為有目的性、準(zhǔn)確地把握離子方程式書寫的注意。2.4升華新知-離子方程式書寫的注意事項這一環(huán)節(jié)的教學(xué)，教師采用講授-示例-練習(xí)-反饋的方式進(jìn)行教學(xué)。教師采用講授的形式把每一個注意事項講解給學(xué)生，對于每一個注意事項的理解教師是通過具體的離子方程式示例去呈現(xiàn)的，這樣對于初學(xué)離子反應(yīng)的學(xué)生而言更易于接受。同時，為了鞏固和檢測學(xué)生對這塊內(nèi)容的掌握，教師還要出相應(yīng)的習(xí)題給學(xué)生練習(xí)，讓學(xué)生在反復(fù)練習(xí)的過程中知道離子反應(yīng)方程式、初步掌握它書寫注意事項。3教學(xué)評價與反思

傳統(tǒng)的這節(jié)教學(xué)沒有一條清晰的教學(xué)主線，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中沒有將知識系統(tǒng)化，特別在和課程目標(biāo)中情感目標(biāo)的達(dá)成上還存在一些距離。而筆者采用“五線譜”教學(xué)模式和手持技術(shù)相結(jié)合對本節(jié)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，在學(xué)生學(xué)習(xí)新知的基礎(chǔ)上，使得知識探究成為可能，有助于完成課標(biāo)指出的“通過實驗事實認(rèn)識離子反應(yīng)及其發(fā)生條件”的要求[3]。而學(xué)生在量化的