第一单元　化学是认识和创造物质的科学ppt配套教案和课堂实录

基于“模型认知”的理论课教学设计

——以“人类对酸碱认识的发展”为例

杭州学军中学

310012 徐风沁

一、教材分析

“人类对酸碱认识的发展”是苏教版《必修2》专题四“化学与人类文明”的内容，即高中化学必修部分最后一个专题的第一课时，该专题不是考试内容，许多教师不讲或直接让学生自学教材，但不考的知识也有价值：本专题是化学与科学、社会及人类文明发展关系的生动体现，展现了化学科学的社会价值，能够激发学生进一步研究化学的兴趣。

本课运用“模型认知”设计“人类对酸碱认识的发展”的教学有利于学生认识酸碱概念的历史变迁，复原科学家研究酸碱理论的心路历程，掌握化学理论学习的基本方法，形成“宏观-微观-符号”的三重表征思想，渗透崇尚真理、善于合作、勇于探究的科学态度。

二、学情分析

学生通过必修内容的学习，初步具备了如下知识、技能和观念：

【概念知识】在《必修1》中学习了电离的概念，对酸碱性的判断方法有宏观的了解，但尚缺乏对酸碱本质的结构化认识。

【观念知识】理解化学反应的核心是生成新物质，化学是和生产、生活联系紧密的学科，能初步运用所学知识分析和探讨化学过程对人类健康、社会可持续发展可能带来的双重影响。

【科学探究知识】基本了解实验探究的一般环节，能根据实验现象辨识物质及其反应，能运用化学符号描述变化，能收集实验证据并基于实验得出结论。

鉴于学生上述的认知心理和认知基础，本课以人类对酸碱认识的发展为主线，以模型认知的方法为脉络，发展学生对化学概念的系统化认识（如NaHCO3的酸碱定义），巩固宏微结合能力（多组实验现象的辨识与分析），促进学生认识思路结构化的发展，培养学生的模型认知技能和科学态度观念。

三、教学与评价目标

1. 学生通过从宏观现象建构电离理论模型、酸碱质子理论等模型，从微观角度表征物质在水溶液和气相中存在状态及行为，运用符号正确表示反应过程，引导学生理解酸碱反应的本质及发生条件。

通过对“气相下NH3和HCl反应”、“NaHCO3和CaCl2溶液反应”等实验中指向微观角度评价问题的分析讨论，诊断并发展学生宏观辨识与微观探析素养水平，发展学生对水溶液和气相中的化学反应的认识水平。

2. 学生通过实验现象、理论基础和资料信息建构模型，在“3号饮品的酸碱性”等问题中运用已建立酸碱指示剂模型等酸碱模型，分析模型的适用范围和局限性，不断修正模型，最终得到专家模型，培养模型认知的程序。

通过探究酸碱模型发展历程，基于证据进行分析推理，激发敢于质疑的探究精神，通过“谷氨酸的酸碱性”评价学生运用模型的能力水平，通过“原型SO2→新型SeO2”培养学生“原型→模型→新型”的认知程序。

3. 学生通过酸碱认识的发展中化学家不断努力的过程，学习化学家对待知识孜孜以求的态度，以“加醋减弱腥味”等真实生活现象，增强将化学成果应用于生产、生活的意识，引导逐步形成科学态度。

通过对生产生活中操作步骤的分析，评价学生运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单化学问题的能力。

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四、设计构想

基于“模型认知”的“人类对酸碱认识的发展”教学设计构想如下：

以“美丽的酸碱世界”创设教学情境，引入不断发展的证据群（证据1到证据4），学生经过实验活动、理论分析，建构中间模型（建模1到建模4），在问题解决中运用、分析、评价、修正模型，提高学生比较分析、推理判断等高阶思维，培养模型认知和科学态度等多种化学核心素养。本教学设计分解为5个教学板块，以情境导入知识、以知识组织活动、以活动培养素养，四者有机结合，有效地体现了教、学、评的一致性。

五、教学活动

【引入】诺贝尔奖得主理查德·费曼说：“学习科学后，你观察世界的方式会全然不同，你看到的世界会更美丽”。通过本课学习，希望同学运用模型认知思想，看到美丽的“酸碱”世界。

教学板块一：触觉、味觉感知模型

【证据1】教师设问：“请两位同学感知1、2号饮品，喝一口、摸一摸，口感如何？触感如何？”

学生感知：1号口感为酸味，无明显触感；2号口感苦，无明显触感。教师指出1号饮品是醋，2号是一种碱。

【建模1】 17世纪前人们凭感觉判断酸碱，认为一切有酸味的物质都是酸，一切有涩味、溶液有滑腻感的是碱，此为“味觉、触觉感知模型”。 （设计意图：传统教学中，教师给出化学史实，介绍感知模型的概念。苏联教育家苏霍姆林斯基说过:“人们的心灵深处都有一种根深蒂固的需要，就是希望感到自己是一个发现者、研究者、探索者。”教师引导学生重现17世纪前科学家判断酸碱的方法，在课堂中创设探究情境唤起学生深层发现需要，利用宏观触觉、味觉感知收集证据，建立触觉、味觉感知模型。）

【用模1】2号是一种碱，但同学触摸时无滑腻感，说明什么问题？另外，许多化学药品不能直接喝、触摸，如何判断其酸碱性？

【修模1】味觉、触觉的感知有局限性，科学家需要寻找更精确的判断酸碱的方法。

【设计意图】学生从课堂问答和化学常识中评价“感知模型”的局限性，探寻模型优化的方法，培养修正模型的意识。

教学板块二：酸碱指示剂模型

【证据2】PPT展示史实材料：波义耳发现许多植物的花、果、茎、叶遇酸碱显色。教2

师提问：“如果你是波义耳，如何判断酸碱？”

学生想到可从植物中提取指示剂判断酸碱。

【建模2】1663年波义耳提出酸碱指示剂模型：使石蕊试剂变红的物质是酸、变蓝的是碱。

【用模2】教师抛出问题：“3号饮品具有酸或碱性，如何运用感知模型、酸碱指示剂模型判断它是酸还是碱？”

学生品尝、触摸3号饮品，发现无明显口感、触感，滴加石蕊、酚酞试液无明显现象！

【修模2】教师评述：“酸碱指示剂存在变色范围的局限，但是指示剂的发现促使科学家从指示剂变色的本质思考判断溶液酸碱的方法。”

【设计意图】教师提供经典化学史片段，学生运用酸碱模型判断1号饮品显酸性，但不能判断3号饮品的酸碱性，形成模型认知的程序：提取证据→建立模型→运用模型→评价模型→修正模型。

教学板块三：电离理论模型

【证据3】教师提问：“石蕊试液遇酸变红，遇碱变蓝，为什么？”

+-学生回答，物质溶于水发生电离，石蕊试液变色的原因是酸碱溶于水电离产生H、OH。

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【建模3】1883年阿伦尼乌斯提出电离理论模型：电解质电离产生的阳离子全是H的化-合物是酸，产生的阴离子全是OH的是碱。

【用模3】Al(OH)3能与强酸、强碱反应，请书写Al(OH)3的酸式、碱式电离方程式？

（设计意图：学生通过微观探析石蕊变色规律建立电离理论模型，通过书写Al(OH)3的酸碱式电离方程式，培养书写复杂电离方程式的能力。）

【修模3】教师设问：“水溶液中能发生反应：NH3·H2O + HCl = NH4Cl + H2O，气相条件下，反应NH3(g) + HCl(g) = NH4Cl(s, 白色)能发生吗？”

学生观察实验：氨气与氯化氢气体相遇产生白烟，判断发生了反应，教师追问：“上述反应能用电离理论解释原理吗？”

【设计意图】通过设计气态NH3与气态HCl反应的实验，引导学生评价电离理论模型的使用条件和适用范围。

教学板块四：酸碱质子理论模型

【建模4】1923年布朗斯特、劳瑞提出酸碱质子理论模型：凡能给出质子的物质都是质子酸，能接受质子的都是质子碱，既能给出质子又能接受质子，称为酸碱两性物质。酸碱质子理论既适用于电离理论应用的水溶液，又适用于无水条件，适用范围更广。

【用模4】教师揭示答案：2号饮品是食用碱的水溶液，主要成分为NaHCO3。设问：NaHCO3是质子碱吗？是质子酸吗？

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学生分析NaHCO3在水中的“行为”：①HCO3+ H2O ⇌ H2CO3 + OH②HCO3

⇌ H + CO3，判断NaHCO3既是质子碱，又是质子酸。

学生分组实验：向0.5mol/LNaHCO3溶液中滴加酚酞后溶液变红（溶液显碱性，说明发生过程①），逐滴加入0.5mol/LCaCl2溶液后红色褪去、出现白色沉淀（说明碱性减弱、酸性增强，发生过程②），此现象证明NaHCO3是酸碱两性物质。

【设计意图】本环节以0.5mol/LNaHCO3和0.5mol/LCaCl2的反应事实，引导学生观察宏观现象，分析NaHCO3显“两性”的微观行为，提高“宏观-微观-符号”分析能力。

教学板块五：课堂教学评价 “教学评一体化”是《新课标》大力倡导的教学理念，“素养为本”的化学学习评价观、

注重过程性评价，充分发挥评价对学生核心素养的诊断和发展功能。【评价1】PPT展示鱼腥味主要成分三甲胺的结构式N(CH3)3，设问：烧鱼时加醋为什么可以减弱腥味？

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学生分析，三甲胺上有孤对电子，能结合H生成新物质，所以加醋可减弱腥味。

【设计意图】本环节设计“加醋减弱鱼腥味”真实生活现象，评价学生应用酸碱质子理论模型解决复杂问题的知识迁移能力。

【评价2】PPT展示3号饮品主要成分谷氨酸钠的结构式：HOOC-CH2CH2CH（NH2）COONa，依据酸碱质子理论模型，判断谷氨酸钠属于酸碱两性物质。教师追问：“根据电离理论模型，它又属于哪一类物质？”学生回答属于酸。

【设计意图】本环节要求学生将谷氨酸钠的结构与四种酸碱模型进行关联和识别，通过追问外显学生模型思维的层次，评价模型匹配能力。

【评价3】二氧化硒（SeO2）是金属锰的冶炼中不可缺少的添加剂，在电子、冶金和航空航天工业中应用广泛。SeO2的化学性质可能有哪些？你想从哪个角度认识？

学生讨论认为，以SO2性质类推SeO2化学性质有酸性、还原性、氧化性等，教师指出SeO2的性质与SO2相似又不同，SeO2主要作强氧化剂（同学们可课下查阅资料探索原因）。教师总结：认识陌生物质的性质可从类别、价态、周期表周期律等角度推测。

【设计意图】本环节要求学生运用“原型”——SO2的性质，通过周期表律的知识，预测“新型”——SeO2的性质，引导学生从“类别、价态、表律”的角度，形成元素化合物性质的认识思路，凸显“原型→模型→新型”的认知程序。

【师生总结】人类对酸碱理论的认识经历了从宏观到微观、从具体到抽象、从低级到高级的模型认知过程：感知模型→指示剂模型→电离理论模型→酸碱质子理论模型。

六、设计特色

本节课以科学家对酸碱的认识过程为情境线，以建构模型、运用模型、评价模型、修正模型为活动线，以宏观感知、实验探究、分析评价为思维线，提高了学生基于证据推理的模型认知能力，培养学生善于质疑、勇于探究的科学精神。

化学有很多重要的概念理论（如氧化还原、周期表周期律、化学平衡等），都蕴含着人类探究未知世界的智慧思想，教学中我们要溶解静态知识，复原认识思路，激发探究精神，让化学理论课的教学浸润核心素养的滋味。

说明：本节课是2018年杭州市“核心素养主题课堂教学活动”的高一研究课，本课立意新颖，设计新巧，环节新奇，体现了素养课堂教学的新样态，课后受到听课师生的高度赞誉。

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