化学PIC教学模式的实践应用

陈锐彬

摘要：PIC教学模式是一种以“问题—探究—建构（Problem-Inquiry-Construct）”为主线的化学探究式教学模式，以问题为中心，强调引导学生自主建构知识网络体系。在“难溶电解质的溶解平衡”课中运用这种教学模式设计教学过程，以各个问题情景为明线，以知识建构为暗线。

关键词：PIC教学模式；实验探究；难溶电解质；溶解平衡

文章编号：1008-0546（2016）05-0048-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.05.020

化学探究教学中的“问题—探究—建构（Problem-Inquiry-Construct）”模式，简称化学PIC教学模式，将化学探究教学过程分为提问、猜想、验证、解释、迁移5个阶段，逐步实践探究学习的要求。本教学模式旨在使学生体验到探究过程，了解科学的本质，并能在新形势下形成对问题的合理解释[1]。

化学概念课是高中化学课程的重要组成部分，但由于其比较抽象，学生在学习中往往缺乏兴趣和耐心。本文以“难溶电解质的溶解平衡”为例，采用PIC教学模式进行设计，力求展现一节具有探究学习性质的概念型新课。

一、教学设计

1. 设计思路

以难溶电解质溶解平衡建构概念为主线，任务驱动为方法，实验教学、类比教学为手段，构建以化学概念为目标的一种教学思路。

2. 教学方法

PIC教学模式以问题为中心，强调引导学生自主建构知识网络体系。在本节课中笔者运用这种教学模式设计教学过程，以各个问题情景为明线，以知识建构为暗线。

3. 教学流程

二、教学目标（见表1）

三、教学重难点

通过理论探究及实验探究，掌握难溶电解质的溶解平衡；

学会从平衡角度分析判断溶解平衡的移动。

四、教学环节

情景引入：展示图片，设置问题

[提问] 课本向我们提的第一个问题是：1、Ag+和Cl- 结合生成AgCl的反应能进行到底吗？

[展示]在日常生活生产中，像这样的问题还有很多。

2、吃糖过多为何会产生龋齿？

3、“钡餐”为何不选择BaCO3？

4、溶洞是如何形成的？

[板书]第四节 难溶电解质的溶解平衡

[设计意图]连续设问，创造问题情景，引导学生产生疑问，并带着疑问进入课堂。从教材中Ag+和Cl- 反应的限度问题开始，连续提出了龋齿的产生、医学上的“钡餐”、溶洞的形成等问题。把疑问从化学平衡的理论一步一步地带到生活中，引导学生学习理论去解决生活问题。

任务1：建立饱和NaCl溶液的溶解平衡

[过渡]为了找到问题的答案，我们需要研究难溶电解质的溶解平衡。而在此之前，我们得先从建立可溶电解质的溶解平衡入手，由易到难，水到渠成。

[展示]室温下NaCl的饱和溶液，并明确NaCl的溶解是在水分子的作用下实现的。

[提问] 欲使该溶液中的NaCl析出的方法有哪些？

[回答]加热浓缩（蒸发结晶）。

[提问]在该溶液中滴加几滴浓盐酸，有何现象出现？

[演示实验] 取1mL饱和NaCl溶液于试管中，滴加2～3滴浓盐酸，观察到大量白色沉淀产生。

[讨论]你认为出现上述现象的原因是什么？

[分析]从溶液中离子的组成判断，析出的沉淀只能是NaCl晶体。由于加入浓盐酸，使c（Cl-）增大，从而使溶液中Na+和Cl-结晶速率加快，故有NaCl晶体析出。

[板书]建立平衡：NaCl（s）Na+（aq）+ Cl-（aq）

改变条件：溶液中c（Cl-）增大

平衡移动：平衡左移

造成结果：NaCl晶体析出

[设计意图]通过演示实验，观察实验现象，在问题的驱动下，结合化学平衡解决问题，初步认识饱和NaCl溶液中也存在溶解平衡现象，逐步建构可溶性电解质的溶解平衡，为难溶性电解质的溶解平衡的建立做铺垫。

任务2：建立Mg（OH）2沉淀的溶解平衡

[过渡] 可溶性电解质溶液存在溶解平衡，难溶（不溶）电解质溶液是否也存在溶解平衡？

[讲解]我们知道，溶液中有难溶于水的沉淀生成是离子发生的条件之一。例如，MgCl2溶液和NaOH溶液混合，生成白色沉淀Mg（OH）2（Mg2+ + 2OH- Mg（OH）2↓）。

[引导]查阅Mg（OH）2的溶解性——不溶。为了验证Mg（OH）2的溶解性，我们将进行实验探究。

[分组实验] 取少量Mg（OH）2于试管中，加入约2mL蒸馏水，振荡，再滴入2～3滴酚酞溶液。

观察到：试管中仍有白色固体，加入酚酞后溶液变红。

[提问]你认为出现上述现象的原因是什么？

[分析] 溶液变红→溶液呈碱性→溶液中有足量OH-→有少量Mg（OH）2溶解。

[板书]Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）+ 2OH-（aq）

[设问]溶解性表错了吗？

[分组讨论]查阅溶解度表与溶解性表，谈谈你对“溶”与“不溶”的理解。

[讲解]习惯上，将溶解度小于0.01g的电解质称为难溶电解质。溶与不溶是相对的，不存在绝对不溶的物质。

[过渡]既然Mg（OH）2沉淀在溶液中存在少量溶解现象，那么它应该存在溶解平衡。

[展示]Mg（OH）2固体在水分子的作用下溶解变成离子及离子通过碰撞重新结合为Mg（OH）2沉淀的微观过程。

[讲解]从固体溶解的角度理解Mg（OH）2在溶液中存在两个过程：一方面，少量 Mg（OH）2沉淀溶解在水中形成Mg2+和OH-；另一方面，溶液中的Mg2+和OH- 结合成沉淀在Mg（OH）2表面析出。

[板书]Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）+ 2OH-（aq）

[提问]难溶电解质[如Mg（OH）2]在溶液中什么时候就算达到溶解平衡？

[回答]在一定条件下，当沉淀溶解和生成的速率相等时，形成Mg（OH）2饱和溶液，即建立了动态的溶解平衡。

[引导]结合化学平衡的定义，请同学们在学案上填写难溶电解质溶解平衡的定义。

[板书]1、难溶电解质溶解平衡的定义

[总结]在一定条件下，难溶电解质溶解成离子的速率和离子结合成沉淀的速率相等，溶液中各离子的浓度保持不变的状态，就是难溶电解质的溶解平衡状态。

[引导]结合化学平衡的特征，请大家归纳出难溶电解质溶解平衡的特征。

[板书]2、特征：逆、等、动、定、变

[总结]逆→可逆过程

等→v（溶解）= v（沉淀），溶液达到饱和

动→动态平衡，v（溶解）= v（沉淀）≠ 0

定→溶液中各离子浓度保持不变

变→条件改变，平衡发生移动

[引导]如何用方程式表示Mg（OH）2的溶解平衡过程？

[板书]3、表达式：Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）+ 2OH-（aq）

[练习]请书写以下物质溶解平衡的表达式：氯化银、氢氧化铝。

[回答]AgCl（s）Ag+（aq）+Cl-（aq）

Al（OH）3（s）Al3+（aq）+3OH-（aq）

[学以致用]1、Ag+和Cl-的反应能进行到底吗？

[分析]Ag+和Cl-反应产生的AgCl沉淀存在溶解平衡。生成沉淀的离子反应不能真正进行到底。所谓沉淀完全在化学上通常指残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol/L。

[引导]难溶电解质存在溶解平衡，平衡在什么情况下会发生移动呢？结合化学平衡的影响因素，请大家归纳出难溶电解质溶解平衡的影响因素。

[板书]4、影响难溶电解质溶解平衡的因素

[汇报]（1）内因：电解质本身的性质（主因）

（2）外因：

①浓度：减小离子浓度或加水，平衡向沉淀溶解的方向移动。

②温度：升高温度，促进多数沉淀溶解。[特例：Ca（OH）2]

[设计意图]任务2是这节课的重点内容，通过对实验探究的宏观理解，结合Mg（OH）2溶解平衡的微观解释，运用“问题—探究—建构”PIC模式，通过类比、归纳，引导学生自主得出难溶电解质溶解平衡的定义、特征、表达式和影响因素，突破了这节课的重点内容。

学以致用：重回情景，解释生活生产中具体问题

[学以致用]2、人体牙齿主要的无机成分是羟基磷灰石[Ca5（PO4）3（OH）]，其存在溶解平衡：

Ca5（PO4）3（OH）（s）5Ca2+（aq）+ 3PO43-（aq）+OH-（aq）

如果我们吃过多甜食，口腔中残留的食物在酶的作用下，会分解产生酸性物质，易导致龋齿的发生。

[回答]酸性物质含大量H+，能结合OH-使c（OH-）减小，羟基磷灰石的溶解平衡向溶解方向移动，结果牙齿溶解了，形成龋齿。

[引导]从溶解平衡的角度分析问题有三个步骤：条件改变——平衡移动——造成结果。

[学以致用]3、由于Ba2+有毒，所以水溶性钡盐不能用作“钡餐”。BaCO3和BaSO4都是难溶于水的，但是BaCO3不可用作钡餐，而BaSO4则可以。

[回答]胃酸（主要成分是盐酸）与CO32-反应，使BaCO3的溶解平衡右移，造成Ba2+浓度增大而引起人体中毒。

[设计意图]①紧扣情景引入，引导学生从难溶电解质溶解平衡的角度解释龋齿的成因，“钡餐”的选择问题，达到学以致用的目的；②培养学生从难溶电解质溶解平衡的角度分析问题和文字表达的能力。

任务3：验证Mg（OH）2沉淀溶解平衡的移动

[拓展延伸] 为了更好地理解难溶电解质溶解平衡及平衡的移动，我们将对一些影响因素进行深入分析。

[设计实验]Mg（OH）2存在以下平衡：Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）+ 2OH-（aq），请设计实验方案，促进Mg（OH）2沉淀溶解。

[回答]1、升高温度；2、加入蒸馏水；3、加入盐酸；4、加入NH4Cl溶液……

[提问]加入NH4Cl溶液真能促进Mg（OH）2沉淀溶解？

[演示实验]取1mL 1mol/L MgCl2溶液于试管中，加入1mL 2mol/L NaOH溶液，振荡。待完全反应生成Mg（OH）2沉淀后，再加2～3mL NH4Cl溶液，振荡。观察到白色沉淀逐渐溶解。

[拓展延伸]思考NH4Cl溶液为什么能促进Mg（OH）2沉淀溶解？

[讨论汇报]讨论后有两种预测结论：① 部分学生认为NH4Cl在水中完全电离出NH4+，NH4+结合OH- 使沉淀溶解；② 部分学生认为NH4Cl水解显酸性消耗OH-使沉淀溶解。

[引导]现在的问题是：到底是NH4+促进沉淀溶解还是H+促进沉淀溶解？

[提问]结合所学的知识，请大家设计实验验证刚才的预测。

[引导]我们知道，酸是可以和碱反应使Mg（OH）2沉淀溶解的，也就是说足量H+可以促进Mg（OH）2沉淀溶解。那么我们要验证的是足量NH4+能否促进Mg（OH）2沉淀溶解。NH4Cl水解显酸性显然不是合适的试剂，若要排除H+的干扰，尽量选择中性试剂。

[帮助]桌面上有CH3COONH4 溶液，几乎呈中性。

[分组实验] 取1mL 1mol/L MgCl2溶液于试管中，加入1mL 2mol/L NaOH溶液，振荡。待完全反应生成Mg（OH）2沉淀后，再加2～3mL CH3COONH4 溶液，振荡。

[观察验证]沉淀逐渐溶解，说明是NH4+结合OH-使沉淀溶解。

[讲解]溶液中离子的行为是复杂的，有多种因素在影响着，我们要确定哪种因素是主要的。NH4Cl在水中完全电离出NH4+，只有极少数发生水解，因此NH4+结合OH-使沉淀溶解是主要影响因素。但少数NH4+水解后产生的H+也能结合OH-使沉淀溶解，只是在这个问题上它不是主要因素。像AlCl3使Mg（OH）2沉淀溶解的原理也是一样的。

[设计意图]通过促进Mg（OH）2沉淀溶解的实验方案设计，加深对难溶电解质溶解平衡的理解；通过实验探究，解决了溶解平衡移动的认知障碍，并使学生再次亲身体会并感受难溶电解质中存在溶解平衡现象。

小结归纳：难溶电解质的溶解平衡

[投影]难溶电解质的溶解平衡

1、定义：

2、特征：逆、等、动、定、变

3、表达式：Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）+ 2OH-（aq）

4、影响因素：内因（物质本身）；外因（c、T）

[科学视野] 溶洞都分布在由石灰岩组成的山岩中，石灰岩的主要成分是CaCO3，当遇到溶有CO2的水时，会发生反应生成溶解度较大的Ca（HCO3）2。

CaCO3（s）Ca2+（aq）+CO32-（aq）

CO32-+CO2+H2OHCO3-

溶有Ca（HCO3）2的水遇热或压强突然变小时，溶解在水里的Ca（HCO3）2就会分解，重新生成CaCO3沉积下来，同时放出CO2：Ca （HCO3）2CaCO3 + CO2↑+H2O，洞顶的水在缓慢向下渗透时，水中的Ca（HCO3）2发生上述反应，有的会沉积在洞顶，有的会沉积在洞底，洞顶的形成钟乳石，而洞底的形成石笋，当钟乳石与石笋连接在一起时就形成石柱。

[作业]

《课时作业》+《每课一题》

五、教学反思

本节课的教学思路是先创设多问题情景，引导学生带着问题进行探究；通过3个任务，帮助学生建构难溶电解质溶解平衡的模型及溶解平衡移动的思维；最后再用所学知识应用于情景，解决问题。

在评课过程中，老师们普遍认可PIC（问题—探究—建构）教学模式的应用价值，并提出应大力推广。这种问题驱动—实验探究—概念建构的教学模式适用于新课标下的化学概念型新课，以其趣味性、实用性、自主性获得学生的喜爱。课后的调查反馈出了学生对难溶电解质的溶解平衡模型掌握得比较牢固，对用文字解释溶解平衡移动的问题也能适当迁移应用。

还有，部分老师认为本节课的知识体系的构建完全建立在探究学习基础之上，充分发挥了学生的主观能动性，让学生过程紧张、有序而不冗长。通过“向溶液中滴加浓盐酸，有何现象？”“Mg（OH）2固体加入蒸馏水后再滴加酚酞，溶液会不会变红？”“加入NH4Cl溶液真能促进Mg（OH）2沉淀溶解？”“NH4Cl溶液为什么能促进Mg（OH）2沉淀溶解？”的实验探究，使学生燃起探究热情，对未知领域的探索充满欲望，进而使课堂有趣且紧张，活泼且有序。

不足之处是在建构难溶电解质的溶解平衡的模型时，只使用“三重表征”方法，如果能够运用图像建构“四重表征”会更好。另外本节课没有完全按照教材体系授课，而是将第四节内容进行整合，旨在学生能够理解难溶电解质的溶解平衡的模型，故没有引入定量因素Ksp，而是将其放在下一个课时。

参考文献

[1] 王肇源.新课程模式下化学探究教学的PIC模式[J].吉林教育·教科研版，2007，（5）