優化整合實驗 提高課堂效率

鄭益哈

摘要：以蘇教版選修4“化學反應速率”高三復習課為例，通過實驗的優化整合，提高復習課教學效率，提升課堂思維品質，培養學生探究、分析、綜合應用知識的能力。

關鍵詞：化學實驗；優化整合；反應速率；高三復習

文章編號：1005–6629（2014）3–0041–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 設計思想

關于化學核心知識與化學學科意識，高劍南教授提出了八條，其中兩條是：化學反應是化學研究的中心問題；提高反應速率是實現化學反應的關鍵因素之一[1]。說明化學反應速率在化學學科中有著重要的學科價值和社會價值。從學科價值看，反應速率是屬于化學動力學范疇的內容，是中學化學重要的理論知識之一，是理解化學平衡移動的基礎，它前后還聯系了元素化合物的性質、電化學、物質合成實驗等知識。同時，化學反應速率還是進行“定性和定量”、“控制變量法”科學方法教育的有效載體，它包含著化學學科中重要的“變化觀”、“能量觀”、“實驗研究法”等核心觀念。從社會價值看，化學反應速率的問題在生活生產中的應用俯拾皆是：食品的保存和變質、金屬制品的使用和防腐、加酶洗衣粉的高效凈化、工業生產的效率和效益、化石燃料的形成、生活垃圾的降解等等。因此，對這部分內容的復習，教師應揭示其背后蘊含的學科觀念和方法論，并展現化學學科在生活生產中的應用實例。

既然，事物的發展是“內外因共同決定”的，那么在內因確定的情況下，外因就成為可調控的唯一因素。宋心琦先生曾說過：物質體系的性質是多因素的函數[2]。這么多變量的調控下，到底結果會怎樣？實驗是最權威的答案。教學中，教師非常有必要引導學生利用實驗的手段去分析各種具體問題。

復習課上，實驗除了回顧舊知外，還兼具情境創設，促進學生知識遷移，培養學生解決實際問題的能力的功能。對實驗進行優化整合，從實驗體系三要素（研究體系、儀器和操作）的選擇，再到實驗機理的分析講解，最后是實驗結論的應用延伸都是提高復習課效率的關鍵環節。基于“化學反應速率”復習課的教學目標，筆者選用了“草酸與高錳酸鉀反應”這一化學體系進行優化整合，從教材經典實驗回顧，到反應速率的實驗方案探索，再對實驗數據的繪圖和分析，最后是實驗原理的解析和應用，努力促成學生主動參與到知識的探索中，體驗知識的建構過程，訓練化學特有的研究方法和思維方式，形成核心的化學觀念。

2 教學過程

2.1 回顧經典實驗，厘清知識脈絡

[投影]《化學反應原理》（蘇教版第37頁）“影響化學反應速率的因素”實驗：

原理：2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2↑

內容：將三支盛有相同高錳酸鉀溶液和草酸溶液的試管分別置于冷水、熱水和常溫下，觀察實驗現象。

師：結合以上實驗，請同學回顧哪些變量可以用來描述化學反應速率？它有哪些影響因素？

[整理]化學反應速率的概念、表達方式、影響因素。

2.2 問題驅動，加密思維

為了讓學生更清晰地觀察實驗現象，教學中使用了實物投影儀，反應容器選用了培養皿。

（1）試計算0～4 min、4～8 min時段的高錳酸鉀反應速率并填入表格空白處。

（2）若用H2C2O4表示0～4 min的平均反應速率，ν（H2C2O4）= 。

（3）以下表示的反應速率中，你認為速率最大的是哪一項，并說明判斷理由。

A.ν（KMnO4）=0.14×10-4 mol·L-1·min-1

B.ν（H2C2O4）=0.25×10-4 mol·L-1·min-1

C.ν（KMnO4）=0.10×10-4 mol·L-1·min-1

[小結]

①同一化學反應中，用不同物質的濃度變化所表示的速率，其數值之比等于方程式化學計量數之比。

②一段時間內某物質的化學反應速率是平均速率而不是瞬時速率。

③比較同一反應中不同物質的反應速率快慢要注意轉化。

師：為使數據更直觀地呈現，結合速率隨時間變化的數據，我們可以建立“速率—時間”坐標，通過速率描點，以直觀呈現“速率隨時間”的變化趨勢（如圖1）。

[問題2]請同學們觀察以上“ν-t”變化圖，試分析反應速率隨時間變化特點，并推測可能的原因。

生：開始速率隨著時間變化而逐漸增大，反應一段時間后速率隨著時間變化而逐漸減小。

師：那可能是什么因素導致速率發生如此變化？能否設計實驗方案進行證明？

生：開始一段時間速率增大的原因：①可能是該反應是放熱反應，導致溶液溫度升高，使反應速率加快。驗證方法：測定反應過程的溫度變化。②可能是生成物對反應有催化作用。反應一段時間后，由于反應物濃度逐漸減小，速率逐漸減小。

師：實驗2說明什么問題？

生：試管內溶液溫度無明顯變化，說明開始一段時間反應速率的增大不是由溫度升高引起的。

師：如果反應速率的增大是由生成物的催化作用引起，那么起催化作用的物質又是什么呢？

生：起催化作用的應該是Mn2+。

師：你是如何推導的？該如何證明呢？

生：因為只有Mn2+是新生成的，可以設計對照實驗加以證明：取兩份草酸和酸性高錳酸鉀混合液，向一份中加入2滴硫酸錳溶液，另一份中加入2滴水，比較兩溶液褪色速度。

師：為何在一份溶液中加入2滴硫酸錳溶液的同時，要在另一份溶液中加入2滴水？

生：這樣才可以保證各反應物濃度的相同，排除濃度對反應速率的干擾。（因學生的精彩回答，迎來其他同學熱烈的掌聲）

師：很好，分析相當到位，實驗設計也非常嚴謹。但老師想用更簡單的方法，請大家注意觀察下面的實驗現象。

[實驗3]往實驗1已褪色溶液中加入2 mL KMnO4（H+）溶液。KMnO4溶液的紫紅色快速褪去。

師：該實驗能證明反應速率的增大的原因嗎？為什么？

生：可以，因為實驗1已褪色的溶液中含有Mn2+，可以證明反應速率增大是由Mn2+的催化作用引起的。

此時有一學生質疑：“老師，實驗1中的H2C2O4溶液是否過量呀？”

師：你的想法是對的。根據這一想法能說明既然有Mn2+的催化影響，但反應一段時間后，速率為何又隨時間的變化而逐漸減小呢？

生：因為反應一段時間后，反應物濃度逐漸減小對反應速率的影響占主導地位，反應速率又逐漸減小。

師：可見，有多因素影響反應速率時，在不同階段，其“主導因素”是不同的。在科學研究時，可以使用實驗的手段，同時還要注意控制變量。除了上述的影響因素外，大家認為還有其他方法改變一個化學反應的速率嗎？

生：有物質本身的性質，還有改變濃度、壓強、光照、反應物接觸面積大小或組裝成原電池等。

師：很好，今后大家還可能會認識到影響反應速率的其他因素。事實上，任何事物的發展亦是如此，都是內外因共同決定的結果。比如，地球上化石燃料的形成，就是自然地理環境中諸多因素的合力。所以在認識任何事物時，我們要學會全面周到地考查分析，學會透過表象看本質。

……

3 教學反思

這是筆者在溫州市高考化學備考研討會中執教的一節復習課片段。作為高三一輪復習，本節課突破了傳統教學中為“鞏固知識”而設計教學步驟的做法，從“能力立意”的新理念出發，通過實驗的優化整合、問題的有效設計，誘發學生積極思考；通過教師有效引導，讓學生在問題和實驗的探索與交流中進行有效的學習，達到復習、鞏固和加深理解化學反應速率有關知識的目的，實現學生思維能力的培養。下面筆者就本節課的教學，談幾點想法。

3.1 重視實驗優化與整合

在本節復習課中，以高錳酸鉀溶液與草酸溶液的優化實驗為教學主線，既達到梳理舊知的目的，也利用新情境中的問題解決訓練了學生獲取信息、分析信息、綜合應用知識的能力，培養了學生的化學探究能力、化學思維方式和化學學習方法。

3.2 滲透“內因和外因的辯證關系”

宋心琦先生曾說過：絕對正確的唯一答案，只存在于目前的習題、考題和競賽題之中[3]。就一個反應的速率來說，可能的影響因素有很多，只有實驗才是最權威的答案，當然實驗結果的測定還依賴于科技的進步。本節課中，利用簡單的實驗素材、鮮明的實驗現象和“控制變量法”的方法來驗證反應速率的影響因素，并結合對實驗數據的繪圖和分析，培養學生大膽假設、科學論證的思維方式，感悟“事物的發展是受多種內外因素影響”的哲學思想。

3.3 塑造“互動”的課堂

教學是要在“對話”中進行的，包括師生對話、生生對話。學生的頭腦不是一個被填滿的容器，而是需要被點燃的“火把”。教師的責任就是點燃“火把”，讓他們燃燒。一旦燃燒開始，那么課堂就會充滿樂趣，洋溢激情和創意。

參考文獻：

[1]高劍南.試論化學核心知識與化學學科意識[J].化學教學，2004，（3）：1～2.

[2][3]宋心琦.再談中學化學實驗教學改革（上）[J].化學教學，2013，（3）：3～7.

[4]高瑛，馬宏佳，顏桂芹.化學反應速率教學概念導入的實驗設計[J].化學教學，2005，（5）：8～9.

師：很好，分析相當到位，實驗設計也非常嚴謹。但老師想用更簡單的方法，請大家注意觀察下面的實驗現象。

[實驗3]往實驗1已褪色溶液中加入2 mL KMnO4（H+）溶液。KMnO4溶液的紫紅色快速褪去。

師：該實驗能證明反應速率的增大的原因嗎？為什么？

生：可以，因為實驗1已褪色的溶液中含有Mn2+，可以證明反應速率增大是由Mn2+的催化作用引起的。

此時有一學生質疑：“老師，實驗1中的H2C2O4溶液是否過量呀？”

師：你的想法是對的。根據這一想法能說明既然有Mn2+的催化影響，但反應一段時間后，速率為何又隨時間的變化而逐漸減小呢？

生：因為反應一段時間后，反應物濃度逐漸減小對反應速率的影響占主導地位，反應速率又逐漸減小。

師：可見，有多因素影響反應速率時，在不同階段，其“主導因素”是不同的。在科學研究時，可以使用實驗的手段，同時還要注意控制變量。除了上述的影響因素外，大家認為還有其他方法改變一個化學反應的速率嗎？

生：有物質本身的性質，還有改變濃度、壓強、光照、反應物接觸面積大小或組裝成原電池等。

師：很好，今后大家還可能會認識到影響反應速率的其他因素。事實上，任何事物的發展亦是如此，都是內外因共同決定的結果。比如，地球上化石燃料的形成，就是自然地理環境中諸多因素的合力。所以在認識任何事物時，我們要學會全面周到地考查分析，學會透過表象看本質。

……

3 教學反思

這是筆者在溫州市高考化學備考研討會中執教的一節復習課片段。作為高三一輪復習，本節課突破了傳統教學中為“鞏固知識”而設計教學步驟的做法，從“能力立意”的新理念出發，通過實驗的優化整合、問題的有效設計，誘發學生積極思考；通過教師有效引導，讓學生在問題和實驗的探索與交流中進行有效的學習，達到復習、鞏固和加深理解化學反應速率有關知識的目的，實現學生思維能力的培養。下面筆者就本節課的教學，談幾點想法。

3.1 重視實驗優化與整合

在本節復習課中，以高錳酸鉀溶液與草酸溶液的優化實驗為教學主線，既達到梳理舊知的目的，也利用新情境中的問題解決訓練了學生獲取信息、分析信息、綜合應用知識的能力，培養了學生的化學探究能力、化學思維方式和化學學習方法。

3.2 滲透“內因和外因的辯證關系”

宋心琦先生曾說過：絕對正確的唯一答案，只存在于目前的習題、考題和競賽題之中[3]。就一個反應的速率來說，可能的影響因素有很多，只有實驗才是最權威的答案，當然實驗結果的測定還依賴于科技的進步。本節課中，利用簡單的實驗素材、鮮明的實驗現象和“控制變量法”的方法來驗證反應速率的影響因素，并結合對實驗數據的繪圖和分析，培養學生大膽假設、科學論證的思維方式，感悟“事物的發展是受多種內外因素影響”的哲學思想。

3.3 塑造“互動”的課堂

教學是要在“對話”中進行的，包括師生對話、生生對話。學生的頭腦不是一個被填滿的容器，而是需要被點燃的“火把”。教師的責任就是點燃“火把”，讓他們燃燒。一旦燃燒開始，那么課堂就會充滿樂趣，洋溢激情和創意。

參考文獻：

[1]高劍南.試論化學核心知識與化學學科意識[J].化學教學，2004，（3）：1～2.

[2][3]宋心琦.再談中學化學實驗教學改革（上）[J].化學教學，2013，（3）：3～7.

[4]高瑛，馬宏佳，顏桂芹.化學反應速率教學概念導入的實驗設計[J].化學教學，2005，（5）：8～9.

師：很好，分析相當到位，實驗設計也非常嚴謹。但老師想用更簡單的方法，請大家注意觀察下面的實驗現象。

[實驗3]往實驗1已褪色溶液中加入2 mL KMnO4（H+）溶液。KMnO4溶液的紫紅色快速褪去。

師：該實驗能證明反應速率的增大的原因嗎？為什么？

生：可以，因為實驗1已褪色的溶液中含有Mn2+，可以證明反應速率增大是由Mn2+的催化作用引起的。

此時有一學生質疑：“老師，實驗1中的H2C2O4溶液是否過量呀？”

師：你的想法是對的。根據這一想法能說明既然有Mn2+的催化影響，但反應一段時間后，速率為何又隨時間的變化而逐漸減小呢？

生：因為反應一段時間后，反應物濃度逐漸減小對反應速率的影響占主導地位，反應速率又逐漸減小。

師：可見，有多因素影響反應速率時，在不同階段，其“主導因素”是不同的。在科學研究時，可以使用實驗的手段，同時還要注意控制變量。除了上述的影響因素外，大家認為還有其他方法改變一個化學反應的速率嗎？

生：有物質本身的性質，還有改變濃度、壓強、光照、反應物接觸面積大小或組裝成原電池等。

師：很好，今后大家還可能會認識到影響反應速率的其他因素。事實上，任何事物的發展亦是如此，都是內外因共同決定的結果。比如，地球上化石燃料的形成，就是自然地理環境中諸多因素的合力。所以在認識任何事物時，我們要學會全面周到地考查分析，學會透過表象看本質。

……

3 教學反思

這是筆者在溫州市高考化學備考研討會中執教的一節復習課片段。作為高三一輪復習，本節課突破了傳統教學中為“鞏固知識”而設計教學步驟的做法，從“能力立意”的新理念出發，通過實驗的優化整合、問題的有效設計，誘發學生積極思考；通過教師有效引導，讓學生在問題和實驗的探索與交流中進行有效的學習，達到復習、鞏固和加深理解化學反應速率有關知識的目的，實現學生思維能力的培養。下面筆者就本節課的教學，談幾點想法。

3.1 重視實驗優化與整合

在本節復習課中，以高錳酸鉀溶液與草酸溶液的優化實驗為教學主線，既達到梳理舊知的目的，也利用新情境中的問題解決訓練了學生獲取信息、分析信息、綜合應用知識的能力，培養了學生的化學探究能力、化學思維方式和化學學習方法。

3.2 滲透“內因和外因的辯證關系”

宋心琦先生曾說過：絕對正確的唯一答案，只存在于目前的習題、考題和競賽題之中[3]。就一個反應的速率來說，可能的影響因素有很多，只有實驗才是最權威的答案，當然實驗結果的測定還依賴于科技的進步。本節課中，利用簡單的實驗素材、鮮明的實驗現象和“控制變量法”的方法來驗證反應速率的影響因素，并結合對實驗數據的繪圖和分析，培養學生大膽假設、科學論證的思維方式，感悟“事物的發展是受多種內外因素影響”的哲學思想。

3.3 塑造“互動”的課堂

教學是要在“對話”中進行的，包括師生對話、生生對話。學生的頭腦不是一個被填滿的容器，而是需要被點燃的“火把”。教師的責任就是點燃“火把”，讓他們燃燒。一旦燃燒開始，那么課堂就會充滿樂趣，洋溢激情和創意。

參考文獻：

[1]高劍南.試論化學核心知識與化學學科意識[J].化學教學，2004，（3）：1～2.

[2][3]宋心琦.再談中學化學實驗教學改革（上）[J].化學教學，2013，（3）：3～7.

[4]高瑛，馬宏佳，顏桂芹.化學反應速率教學概念導入的實驗設計[J].化學教學，2005，（5）：8～9.