基于化學核心素養的微課教學實踐和思考

李宏春

摘要：化學原理的抽象性和高度概括性給學生學習帶來很大障礙。文章以氣態平衡體系之“壓強”與“濃度”辨析的微課教學為例，基于“宏微結合、分類表征”化學核心素養，引導學生多視角認識化學問題，從而掌握化學研究的基本思維模式，建立科學的化學學習觀。

關鍵詞：平衡移動；化學核心素養；微課教學

文章編號：1008—0546（2016）07—0034-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi：10.3969/i.issn.1008—0546.2016.07.012

一、教學思路

化學學習有三大領域，即可觀察現象的宏觀世界，分子、原子和離子等微粒構成的微觀世界，元素符號、化學式和化學方程式構成的符號世界。宏觀世界主要指物質在物理和化學變化過程中表現出來的、可以直接觀察到的宏觀現象。微觀世界主要是指有關物質的微觀組成和結構、微觀粒子的運動及相互作用等微觀屙性。符號世界主要是指由拉丁文或英文字母和數字組成的符號和圖形符號。化學學習中積極采用“宏微結合、分類表征”三水平相結合的方法，可以把孤立的知識片斷整合到廣闊的、有內在邏輯的知識結構中，從而得到始終一貫的化學學習觀。

微課是時間在10分鐘以內，有明確的教學目標，內容短小，集中說明一個問題的微型課程。微課學習是基于新媒介生態環境應運而生的，它適應學習者呼喚更豐富的非正式學習體驗的個性化需求。在化學教學中引人微課這一新生事物，是時代發展的需要，也是教學發展本身必然的趨勢，更是師生交流的好途徑。

蘇教版《化學反應原理》專題2“化學反應速率與化學平衡”第三單元“化學平衡移動”知識教學后，學生經常會產生這樣一個問題：對于氣態平衡體系，恒溫恒容下反應達到平衡時，通人一定量的組分氣體，在分析影響化學平衡移動影響因素時，是考慮“氣體壓強”還是“氣體濃度”無法確定，這也是化學平衡移動的重點和難點，故非常適合微課教學選題。2014年8月本人有幸參加浙江省化學微課比賽，并獲浙江省一等獎，結合“宏微結合、分類表征”化學核心素養，談談氣態平衡體系之“壓強”與“濃度”辨析微課教學設計過程有關感想。

二、教學過程

1.問題提出

[任務]在恒溫恒容下，N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）反應達到平衡時，然后再通人一定量的NH₃，平衡將如何移動？

[困惑1]從濃度變化角度分析認為：產物NH₃的濃度增加，平衡逆向移動，達到新平衡時NH₃體積分數減少。

[困惑2]從壓強改變角度分析認為：恒容增加氨氣，體系的壓強增大，平衡正向移動，達到新平衡時NH₃體積分數增大。

[提問]上述平衡到底如何變化？

設計意圖：在本微課之前，學生對化學平衡移動已有一定認識，這種認識是學生的前知識，是本微課的教學基礎。但學生又沒有完全掌握原理的內涵，因而產生一些認知困惑，這剛好是我們設計微課的出發點。

2.問題解決

（1）宏觀表征得出結論

[任務]解決化學問題最直接的手段是實驗，某化學實驗室研究人員利用氣相色譜法測得在恒溫恒容下，合成氨反應達到平衡時，然后再通入一定量的NH₃的有關數據，繪制出NH₃體積分數隨著時間變化圖（如圖1），請你分析得出有關結論。

[分析]由圖1可知，合成氨反應達到平衡時，通人一定量NH3，瞬間NH3體積分數突然增大，接著平衡逆移，NH3體積分數減少，建立新平衡后氨氣體積分數較原平衡增大。

[結論]在恒溫恒容下，合成氨反應達到平衡時，然后再通入一定量的NH₃，平衡逆移，達到新平衡時NH₃體積分數增大。

設計意圖：宏觀表征是指宏觀知識或信息在大腦中記載和呈現的方式，它主要是指物質所呈現的外在可觀察的現象在學習者頭腦中的反映。化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗是化學的靈魂，實驗也是學生比較直觀的觀察手段。本微課借助氣相色譜實驗所測定的數據進行宏觀分析（宏觀視角），讓學生從宏觀層面認識壓強對化學平衡的影響，從而產生感性認識得出結論，解決之前的一些學習困惑。

（2）微觀表征分析本質

[任務]在恒溫下，合成氨反應達到平衡時，增大壓強有哪些途徑？請你從“壓強引發微粒濃度變化”的微觀視角加以分析。

[分析]我們知道縮小容器體積是其中一種方法之一。由圖2可知，縮小容器體積，瞬間各組分微粒數目不變，從而各組分濃度增大，故V（正）和V（逆）均增大，但壓強對氣體物質計量數之和大的影響更大，v（正）大于v（逆），平衡正移。沒有外加投料平衡正移，NH₃體積分數必定增大。

[啟示]恒溫下，縮小氣體體積增大壓強瞬間引起所有組分濃度同等程度改變。

[分析]增大壓強還可以繼續通氣體，由圖3可知，若在恒溫恒容下，合成氨反應達到平衡時，再通人一定量的NH₃體積不變，瞬間NH₃濃度增大，v（逆）增大，v（正）不變；v（逆）大于v（正），平衡逆移。由于體系壓強增大，且反應物氣體計量數之和大于生成物氣體計量數之和，不利于NH₃向N₂、H₂方向轉化，故達到新平衡時，NH₃體積分數增大。

設計意圖：微觀表征是指微觀知識或信息在大腦中記載和呈現的方式，它主要是指不能直接觀察到的微粒，如：原子、分子、離子等的運動和相互作用。本微課運用微粒觀、反應變化觀對化學平衡移動進行微觀本質的分析（微觀視角），讓學生從微觀層面認識氣體壓強和氣體濃度對化學平衡影響的本質原因。從而提升學生想象力空間，理解看不見摸不著的微觀世界。從認識論上來說，宏觀表征到微觀表征是學習者對物質從感性認識到理性認識的一次飛躍。

（3）曲線表征拓展內涵

[任務]下面請大家根據微觀分析，畫出對應的p一t圖像。

[分析]原平衡在通人NH₃的瞬間，v（逆）增加、v（正）不變，v（正）小于v（逆），平衡逆移，從而建立新的化學平衡。故對應的v—t圖像如圖4。

設計意圖：符號表征是指符號在大腦中記載和呈現的方式，化學中的符號主要是指由拉丁文或英文字母組成的符號和圖形符號在學習者頭腦中的反應。這些字母和圖形是化學獨特的符號體系，有其特有的語言和語法規則，是化學學科內進行思維的基本工具。本微課借助化學反應速率理論，運用v一t曲線表示氣體壓強和氣體濃度對化學平衡的影響（符號視角），更直觀解決之前的一些學習困惑。

（4）定性定量體現多樣

[任務]前面我們學習了化學平衡常數，知道化學平衡常數也可用于平衡移動判斷和定量計算，請你用化學平衡常數有關知識分析前面困惑。

恒溫恒容下Kc不變，通人NH₃瞬間只有c（NH₃）增大，Qc>Kc，平衡逆移。

根據Kc和有關數據，通過計算可得，達到新平衡時NH₃體積分數增大。

[小結]在恒溫、恒容下，增加某一組分氣體分子數，壓強也肯定增大，但瞬間只有該組分氣體的濃度增大，其它氣體的濃度均不變，故不同于前面縮小氣體體積增大壓強。分析前面問題要遵循：影響平衡因素歸為增大氣體濃度不是增大氣體壓強。

設計意圖：讓學生的認識從定性走向定量，培養學生不同視角間的轉化、遷移能力。體會化學數據之關，深刻領悟化學是一門擺事實講道理的學科。

3.問題變換

[任務]增壓除通人一組分氣體，也可以通多組分混合氣體。在恒溫恒容下，合成氨反應達到平衡n（H₂）：n（N₂）：n（NH₃）=4：2：3，若再通入同比例原平衡混合氣體，平衡將會怎樣？

[分析]利用前面微觀視角進行分析，恒溫恒容下合成氨反應達到平衡，再通同比例的原平衡混合氣體，瞬間各組分增加相同倍數的分子數，故各組分的濃度也均增加相同的倍數，與前面縮小氣體體積，增大壓強等效，平衡正移。

原平衡在投入各組分同比例混合氣體瞬間，NH₃體積分數不變，接著平衡正移，NH₃體積分數增大。

[啟示]在恒溫恒容條件下，再通入原平衡各組分等比的混合氣體，則各組分的濃度均增加相同的倍數，故等同于前面縮小氣體體積，增大壓強。分析問題要遵循：影響平衡因素歸為增大氣體壓強。

[過渡]經過前面討論，我們可以發現，平衡中說的“壓強”通常指“體積”變化引起的壓強變化。

[反思]恒溫恒容下通單一氣體（NH₃）也會引起壓強變化，屬于平衡中說的“壓強”改變嗎？

[分析]不屬于，屬于物理中的壓強改變。

[任務]哪些因素會引起物理中的壓強改變？

[分析]我們不難發現體積、溫度、物質的量的變化都會引起物理中的壓強變化。故平衡中說的“壓強”改變，不包括單一某物質的“物質的量”變化和溫度變化所引起的壓強變化。

4.歸納總結

影響化學平衡移動因素判斷方法：①“氣體壓強”改變是指所有氣體物質的濃度等倍數改變。②“氣體濃度”改變是指單一氣體的濃度改變。達到新平衡時各組分體積分數變化判斷方法：①平衡移動定性分析；②平衡常數定量計算。

5.知識應用

[任務]在恒溫恒壓下合成氨反應已達到平衡，若再通入Ar氣體，平衡將會怎樣？

[分析]恒溫恒壓下，通入單一氣體（Ar）瞬間容器體積增大，各組分濃度均減少相同倍數，與減壓等效，影響化學平衡移動因素歸為氣體壓強，平衡體系中氨氣體積分數也減少。

設計意圖：微課也是課，麻雀雖小五臟俱全，因此要有較為完整的課程結構。課的結尾問題反思，有助于學生建構嚴密的化學思維，總結攻略有助于學生加深原理認知印象，知識應用有助于學生拓展所學內容寬度。引導學生在學習過程中慢慢體會和感悟化學基本觀念，逐漸地形成化學基本思想、觀點和方法。

三、教學反思

本微課以宏觀為感知系統，以微觀為理解系統，以符號為表征系統，辨析氣態平衡體系“壓強”與“濃度”關系，讓學生的認識從定性走向定量，培養其多視角認識化學問題的能力。同時本微課運用等效思想，理解平衡中壓強變化和濃度變化的兩種不同操作：結合具體的化學問題，把宏、微、符三重表征有機結合在一起，從而將化學知識統一于結構化的知識框架中，使化學核心素養得以充分體現。

通過本微課的操作實踐，我們發現，微課具有教學時間較短、教學內容較少、資源容量較小、資源使用方便等特點。對教師而言，化學微課將革新傳統的化學教學與教研方式，突破教師傳統的聽評課模式，是教師專業成長的重要途徑之一。對于學生而言，化學微課能更好地滿足學生對化學知識點的個性化學習、按需選擇學習，既可查缺補漏又能強化鞏固知識，是傳統化學課堂學習的一種重要補充形式和拓展資源。