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[摘要]以“緩沖溶液”為例，把學科核心素養融入課堂教學中，通過創設情境、觀察思考、實驗探究、聯想質疑、分析討論、遷移應用等教學環節，引導學生運用化學知識認識和解決生活中的實際問題，掌握化學知識、形成化學學科觀念和思維，促進學科核心素養的發展。
[關鍵詞]教學設計；緩沖溶液；學科核心素養
黨的報告明確指出，“要全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務，發展素質教育。”[1]在全球化、信息化的時代背景下，社會對人才品質的要求越來越高，提高學生的科學素養，將核心素養培育落實在課堂上，促進學生全面發展勢在必行。學生要適應未來的社會需求，就要立足教學實際，將學科核心素養與立德樹人的育人目標教育融入課堂教學全過程。本文以“緩沖溶液”為例，以培養學生學科核心素養為基礎開展教學活動，引導學生利用所學知識，通過觀察實驗、親自動手探究實驗，交流實驗探究成果，養成實事求是的科學態度，勤于思考、勇于創新的學習習慣；在用化學知識分析、解決具體問題的過程中，建立變化觀念與平衡思想，體會化學與生活密切相關、相互滲透，培養具有社會責任感，科學文化素養和終身學習能力的公民[1]，促進學科核心素養的發展。
1教學策略及教學流程
化學學科核心素養的實現是以知識教學為載體，在教學活動中形成和發展，課堂是促進學生核心素養發展的主要場所[2]。教學設計采用“提出問題—引入化學知識—解決問題”開展教學，課堂教學從生活中的實際問題開始，以實驗為載體，通過演示、小組探究、交流展示等刺激感官，加深學生的印象；在教學過程中，從學生已經掌握的電解質、化學平衡等知識體系中，創設有一定梯度的、富有啟發性的問題，引導學生利用已有的知識經驗，積極進行分析、比較等思維活動，通過問題不斷深化學習，將知識點變成“問題鏈”，學會分析解決問題的技能，循序漸進地掌握化學知識；最后結合實際案例討論，用所學知識解決生活中的問題，重在應用，讓學生在潛移默化中完成知識的遷移應用，使學生認識到化學與生活息息相關，自覺運用化學思維解決日常生活中的具體問題，達到良好的教學效果。
2教學活動
2.1提出問題、導入新課。利用多媒體展示情景案例，以“酸性體質是萬惡之源？”養生視頻導入新課，指出所謂的酸性體質是百病之源、堿性體質更健康等說法是偽科學。提出問題：在日常生活中，我們所攝取的食物或服用的藥物有酸性的、有堿性的，例如：山西人喜歡吃醋，為什么不會發生酸中毒？血液的pH值為什么能夠維持在7.35~7.45這樣一個狹窄范圍呢？設計意圖：學生對所學內容沒有興趣，很重要的原因是缺少真實情境，因此借助視頻資料，給出真實、具體的情景案例，讓學生感受到知識來源于生活，在此基礎上提出學科教學問題，通過問題導向，激發學生的好奇心，關注發生在身邊的、與化學有關的生活問題，明確學習要求，產生探究愿望，幫助學生快速進入學習狀態，引出新課，體會化學與人體健康的關系。
2.2任務一：什么是緩沖溶液？教師演示實驗：分別向NaCl溶液、CH3COOH-CH3COONa混合溶液中，加入2滴HCl或NaOH，搖勻，測各溶液的pH值，并比較pH的變化。引導學生觀察實驗現象，思考什么是緩沖溶液？學生仔細觀察實驗，將對比實驗總結歸納至表格，得出結論：一般的溶液(如NaCl溶液)沒有抗酸和抗堿的能力，而CH3COOH-CH3COONa混合溶液有抵抗外來少量強酸、強堿或稍加稀釋而保持溶液pH基本不變的能力，得出緩沖溶液的概念。設計意圖：以課前學習獲得的知識為基礎，通過直觀生動的實驗，對比觀察緩沖溶液與非緩沖溶液的不同現象，直觀感受緩沖溶液的緩沖作用，體現化學是以實驗為基礎的學科特點，加深對知識點的理解，抽象出緩沖溶液的概念。激發好奇心與探究興趣，培養學生細心觀察、分析歸納，尊重實驗事實的科學態度。
2.3任務二：緩沖溶液是由什么物質組成的？小組探究實驗：判斷H2CO3-NaHCO3、NaHCO3-Na2CO3、H2CO3-Na2CO3能否組成緩沖溶液？并解釋原因。學生分組實驗，分別配制三種溶液，加入少量酸、堿后，測定pH，對照原溶液驗證是否有抗酸、抗堿能力。教師巡視指導，在學生實驗操作有困難時給予正確的引導，使之順利完成學習任務。通過小組實驗，得出H2CO3-NaHCO3、NaHCO3-Na2CO3溶液在加少量酸或堿之后，pH基本不變，而H2CO3-Na2CO3在加入少量酸或堿之后，pH變化較大，得出緩沖溶液的本質是由共軛酸堿對組成，共軛堿起抗酸作用，共軛酸起抗堿作用[3]。設計意圖：在教師演示實驗之后，學生親自動手，加深理解緩沖溶液的組成，考察學生是否真正掌握，查出問題，及時解決，培養學生的實驗能力和尊重實驗事實的學科素養。
2.4任務三：緩沖溶液如何實現抗酸、抗堿作用？2.4.1理論探討緩沖溶液為什么能夠對抗外來少量強酸、強堿加入的影響？以CH3COOH-CH3COONa為例，師生合作探究，學習緩沖作用原理。在緩沖體系中，解離方程如下：組織學生圍繞下列問題開展小組討論，①在CH3COOH-CH3COONa緩沖溶液中存在哪些微觀粒子？是醋酸鈉分子和醋酸分子嗎？②CH3COONa、CH3COOH是強電解質，還是弱電解質？是全部解離還是部分解離？③緩沖溶液中有哪些粒子？哪幾種粒子是大量存在的？④加入少量的酸，CH3COOH的解離平衡怎樣移動，是向左移動還是向右移動？溶液中H+濃度如何變化？⑤加入少量的堿時，又會發生什么變化？學生利用已有的知識經驗，積極進行分析、比較、綜合、概括等思維活動，在教師的引導下，學會分析解決問題的技能，循序漸進地掌握緩沖作用原理。從而得出結論：共軛堿抗酸，共軛酸抗堿。正是由于緩沖溶液中同時存在大量的抗酸成分和抗堿成分，加入少量H+或OH-，通過解離平衡的移動，溶液[H+]不會發生明顯的變化，從而起到了緩沖作用。設計意圖：從學生已經掌握的電解質、化學平衡等知識體系中，創設有一定梯度的、富有啟發性的問題引導學生，通過教學的雙邊活動，組織分析討論，以舊帶新，用化學平衡的知識進行遷移。學生在教師的引導下，積極思考，學會分析問題、解決問題的方法，能多角度、動態地分析化學反應，關注物質的變化及動態平衡，進而總結特征和規律，發展“變化觀念與平衡思想”的學科素養。2.4.2合作探究、展示交流利用給定的試劑，0.1mol/L的Na2HPO4、NaH2PO4、NaOH、HCl溶液、酚酞、甲基橙指示劑、pH試紙等，配制磷酸氫鹽和磷酸二氫鹽緩沖溶液，各小組任選pH試紙或酸堿指示劑，課前設計、課中實驗探究緩沖溶液的抗酸、抗堿作用，實驗完成之后進行展示交流。展示內容為：①實驗現象是什么，解釋發生現象的原因。②通過實驗事實探究Na2HPO4抗酸、NaH2PO4抗堿作用。學生以小組為單位，①配制1#緩沖溶液：Na2HPO4-NaH2PO4(4∶1)；2#緩沖溶液：Na2HPO4-NaH2PO4(1∶4)。②根據各自的方案，探究緩沖溶液的抗酸、抗堿作用，見表1；③選擇有代表性的三個小組展示交流，通過移動展臺實時大屏展示實驗過程、現象及結果，并解釋發生現象的原因。在方案3作出的緩沖曲線(見圖1)中，有緩沖溶液特有的緩沖平臺，緩沖平臺內的pH變化不大，約2個pH單位，平臺兩端具有明顯的曲線拐點，說明超出了緩沖限度，不具有緩沖作用。中心兩側，1#左邊平臺比較長，說明抗酸能力強，1#中Na2HPO4含量多，說明Na2HPO4是抗酸成分；2#右邊平臺比較長，說明抗堿能力強，2#中NaH2PO4含量多，說明NaH2PO4是抗堿成分。實驗完成后，教師進行實驗小結，強調注意事項，指出共性問題，糾正典型問題，提出繼續探究或改進實驗的設想。對方案3建議再做一條蒸餾水或其他非緩沖溶液中加酸、加堿的pH變化曲線，無緩沖作用的蒸餾水不能形成緩沖溶液所特有的緩沖平臺，pH直接達到酸堿的極限點，對比更明顯。設計意圖：學生根據探究目的設計并優化方案，在實驗的過程中內化知識，提高實驗技能、技巧，準確、細致地觀察、記錄實驗現象，體驗由量變到質變；在小組合作探究實驗、展示過程中，增強團隊合作精神，培養語言表達能力；學生利用實驗現象和結果對實驗信息進行加工，用實驗數據進行分析處理，提煉獲得結論，培養用實驗的方法進行證據推理、探究能力，尊重事實和證據，獨立思考，發展“科學探究與創新意識”的核心素養。
2.5任務四：為什么人體血液。pH能保持在7.35~7.45的狹小范圍內？案例一：與開始上課時的養生視頻“酸性體質是萬惡之源？”首尾呼應，討論生活中常提到的酸性食品、堿性食品，提倡合理搭配，保障身體健康，體會化學與健康密不可分。案例二：展示新聞報道，北京協和醫院譚先杰醫生在乘飛機途中遇到一名呼吸急促的年輕媽媽，緊急時刻，譚醫生用一個袋子罩住了患者的口鼻，雖然這個操作遭到大家的質疑，然而譚醫生最終成功救人，年輕媽媽身上究竟發生了什么？譚醫生為何這樣操作？引導學生積極思考：①在血液多種緩沖對中，最重要的1個緩沖對是什么？其中，抗堿成分是什么？為什么？②對于有呼吸功能障礙的患者，可能會發生酸中毒還是堿中毒？簡要說明。血液之所以能維持酸堿平衡，是血液中存在多種緩沖對的緩沖作用及肺、腎等器官作用的共同結果[4]。血液中最重要的緩沖對是H2CO3-NaHCO3緩沖對，結合緩沖作用原理，圍繞上述問題展開討論。年輕媽媽由于緊張大口呼吸導致過度換氣，呼出大量CO2，體內CO2濃度下降，H2CO3不足，就會形成呼吸性堿中毒，因此缺的不是O2，而是缺CO2！所以，用袋子罩住她的嘴，讓她把自己呼出去的CO2再吸入到肺內，提高血液中的CO2濃度，就能糾正堿中毒。在此基礎上與學生一起討論其他案例，比如對有呼吸道疾病，如果缺氧，CO2過多，就會形成呼吸性酸中毒；腎功能不全、嚴重腹瀉可造成NaHCO3大量流失，引起代謝性酸中毒，肺炎嚴重時會出現難以糾正的代謝性酸中毒；嘔吐、洗胃造成大量胃液丟失會造成代謝性堿中毒。結合緩沖原理，進行簡單的問題分析，如此，將時事熱點問題與解決實際問題相結合有機融入課堂，體會化學服務于生活。設計意圖：用生活中熟悉的案例或場景吸引學生注意力，身臨其境，理論與實踐有機結合，課堂變得生動，學生就愿意思考，就會自覺運用學習到的化學知識解釋生活中的實際問題，因此就能體會到化學與生活密切相關、相互滲透，從而保持旺盛的學習積極性。通過案例分析，譚大夫運用豐富的醫學經驗，幫助呼吸急促的女子解除危險，完美詮釋“醫者仁心”，結合戰“疫”中鮮活案例，廣大醫護義無反顧、逆行出征，用實際行動踐行救死扶傷、大愛無疆的崇高精神，傳遞“人民至上、生命至上”的價值理念，讓學生在這場全民“戰役”帶來的思考與感動中，樹立正確的人生觀和價值觀，為國為民的家國情懷，踐行使命擔當，堅定理想信念，收獲成長和進步，發展“科學態度與社會責任”的核心素養。
3教學反思
化學是以實驗為基礎的科學。本節課的教學，首先，通過演示實驗，讓學生有一個感性的觀察和認識，引出緩沖溶液的概念，形象直觀，便于記憶。第二，引導學生小組實驗探究，進行分析、歸納，得出緩沖溶液的組成。第三，層層遞進，小組探究、交流展示實驗成果，探究緩沖作用原理，學生參與度高，在教學過程中，循序漸進、由淺入深，突出重點，突破難點。最后，結合案例，體會化學與生活密切相關、相互滲透。在實驗探究、解決問題的過程中，獲取化學學科知識、形成化學學科觀念和學科思維，用化學思想解決實際問題，逐步提升學科核心素養。
參考文獻
[1]中華人民共和國教育部制定．普通高中化學課程標準(2017年版)[S]．北京：人民教育出版社，2018．
[2]謝紅煜．優化教學設計提升核心素養[J]．教學管理與教育研究，2017(2)：27-28．
[3]郭瑜，朱輝，李惠惠．基于微課和雨課堂的醫用化學教學初探—以“緩沖溶液”為例[J]．山東化工，2019(11)：165-166．
[4]齊鳳元，馬勇．緩沖溶液教學方法探討[J]．大學化學，2010(1)：40-41．
作者:范紅艷 單位:運城護理職業學院
