置頂

物理與化學是很有趣的兩門學科,對我來說這兩類的學問幾乎就是許許多多有趣的遊戲。也許有人覺得物理與化學太專門或者太嚴肅,對這一點我想說得是:當你很喜歡這個遊戲的時候,你自然就會慢慢變得很專門,你也會很認真,甚至有時候會很嚴肅。
但是別忘了其中的樂趣,這些樂趣是吸引了許多人投入這個領域的極大誘因。 如果你喜歡這兩門學科那很好,請好好的玩它!如果你沒有那麼喜歡,那也無妨,你還是可以從中獲得一些樂趣。

2018年4月12日

電解質怎麼上?

原本課本裡面關於電解質的課程編排的就蠻好的,先從「食鹽」「純水」的不導電和「食鹽水」的導電性出發,去引發一個問題,就是為什麼兩個不導電的東西合起來卻會導電?

以往我的課程設計大概就依循課本這個方向,接著讓學生檢測不同水溶液,並且對檢測結果依照是否導電進行分類。並且用這個分類來對「電解質」下定義。但接下來的課程,就只能講述阿瑞尼士的電離說。從認識電解質的定義到阿瑞尼士的電離說其實跳的有點遠,中間的連結和推論很不足。




這幾年上課一直想在這部份做出突破,去年和LIS討論的結果,是要運用一些高中課程才能從實驗結果連結到電離說,於是結論就是國中沒辦法走這條路線。但今年又重看一次影片,覺得應該可以從一部分的科學史著手。讓學生在這段課程中,在分類之後,還可以再往前走一點點,讓情境更接近電離說之後再引進理論。


首先是電解質定義的部分,除了檢測一些水溶液是否導電之外,同時也測量這些水溶液的酸鹼。

這邊安排了一個支線,讓學生自行配置不同物質的水溶液。但是引進莫耳濃度的概念,讓學生配置的是相同莫耳濃度的水溶液。這邊不引進數學定義,只是讓學生去思考,如果這些溶液如果希望它們相同體積下要包含相同莫耳數的溶質的話,我們該怎麼作?

這個問題在後續的地方,會成為一個值得討論的點。就是「當我們想比較兩個溶質,哪一種溶質溶解在水中之後的導電性較高」時,如果想探討的是物質本質形成的差異,那就必須要在某個「公平」的狀態下進行比較。那什麼是公平呢?就是值得探討的問題。但是在一開始的時候,對學生來講並不容易討論。這個公平的討論必須要在阿瑞尼士的觀點出現之後才能討論。


所以回到主線,學生配好相同濃度的溶液之後,就讓學生用裝置測量其導電度以及用廣用試紙測量其酸鹼。

這次挑選要測量的有:酒精、糖、鹽酸、醋酸、硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鈣。測出來的結果是前兩個不導電,後面的都導電。另外當然也測的出酸鹼性是:中、中、酸、酸、酸、鹼、鹼。加上最開始測量的:食鹽水會導電,而且是中性的。這些是實驗結果

接下來是對實驗結果的整理分析:你可以從實驗結果中看出哪些規律性嗎?這個問題就可以讓學生進行一點「推理論證」

例如:中性的水溶液都不導電?還是不導電的水溶液都是中性? 酸鹼水溶液都會導電?還是會導電的水溶液都是酸性或鹼性?

確定了:不導電的水溶液都是中性和酸鹼性溶液都會導電的兩個結果之後,接著對實驗結果再作進一步的分析:鹽酸、硫酸、氫氧化鈉導電性較佳(燈泡較亮)醋酸和氫氧化鈣導電性較差。

到這邊為止,都只有對「客觀的事實」進行描述或整理,並沒有回答「為什麼電解質溶於水會導電」。在科學上,有時候會不得已,只能用經驗規則。將大量的實驗結果整理分析歸納,得到規律性,但不知道原因。對於電解質這個議題而言,人類就有一段蠻長的時間是只能知道規律性但是不知道原因。

課程進行到這邊,其實就是卡住了。我們不可能在國中課堂中去完成那個阿瑞尼士諾貝爾等級的論文的探究課程。所以接下來就引進LIS的相關影片:

1. http://gg.gg/Arrhenius1
2. http://gg.gg/Arrhenius2

這樣跟直接講電離說有什麼不一樣呢?不同之處在LIS影片中,往往不是只提供那個正確的結果。還會加上一些過程,和與這個理論對比的另外一套理論。

例如這部份,就是提供了法拉第的理論。他認為電解質溶於水會導電的原因,是因為通電讓電解質解離成離子,帶電的離子在水溶液流動而導電。阿瑞尼士則是認為電解質不需要通電就會解離。這是他與法拉第理論最大的不同處。

學生用影片閱讀兩者的理論,比較兩者的相異之處,還要提出阿瑞尼士依據了什麼樣的實驗證據支持自己的理論以及否定法拉第的理論。接著再用自己的實驗結果,嘗試做出支持阿瑞尼士,否定法拉第理論的論述。

建立一個新的理論很困難,但是從旁找到一些證據來支持、否定或延伸解釋就容易的多。於是就有機會從學生實驗的經驗去對這兩個理論在進行檢視和批判。這裡就有「批判思辨」的要素在其中。

當我們確立了相信阿瑞尼士的觀點之後,就再進一步檢視更多的實驗事實:有些電解質的導電度較好,有些較差,為什麼?如果阿瑞尼士是對的,這些電解質溶於水會導電,那為什麼有些導電性佳有些導電性較差?

在這裡前面提到的支線就要進來了。當我們想要陳述A物質水溶液的導電性比B物質水溶液的導電性佳,要在什麼條件下才能作比較呢?濃度必須相同。什麼濃度?重量百分濃度?體積百分濃度?當你接受了阿瑞尼士的觀點之後,你就會知道「數量」很重要。在化學上要談到數量,就必須要引進莫耳數的概念。在濃度上,就是莫耳濃度了。於是莫耳濃度就從一個不知道要幹嘛,出現公式就讓人覺得很討厭的東西,變成實務上必須使用的濃度感覺就很不一樣。

這一點確立之後,接下來就可以想像A和B的導電性不同,必然是什麼樣的原因造成的?理由就是解離度高低。一旦學生可以用新學會的理論解釋延伸的現象,代表學生腦中已經可以用那個理論思考,或是說腦中已經建立了模型。這是屬於思考智能中的建立模型部分。

最後再打開課本,把阿瑞尼士的電離說瀏覽一次。把一些該注意的細節和該背的東西掃視過一次,就完成了這一段課程。



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