“影響化學反應速率的因素”教學設計

韓彬

摘 要： 文章分析了《高中化學課程標準》指導下編寫的新人教版化學教材在“影響化學反應速率的因素”教學內容上的編排特點，結合學生已有的認知結構，對教材中的探究實驗進行了合理改進，并對部分內容進行了合理的取舍和補充，基于學生認知的發展規律設計了“影響化學反應速率的因素”一節內容的教學過程。

關鍵詞： 化學反應速率 教學設計 認知規律 實驗改進

一、教材分析

對比《高中化學課程標準》指導下編寫的新人教版化學教材[1]與《高中化學教學大綱》指導下編寫的舊人教版化學教材內容上的編排特點：新人教版教材以培養學生的科學興趣、創新精神和實踐能力為出發點，設計了更多的實驗探究和交流討論環節，但弱化了對一些基本概念和基本原理的理論解釋，給學生更深地理解這些基本概念和基本原理造成困難。筆者就如何基于學生的認知規律對教材內容進行合理取舍和補充，以及對教材中的部分探索實踐活動的改進談談經驗。下面以“影響化學反應速率的因素”教學設計為例。

“影響化學反應速率的因素”是新人教版化學選修4《化學反應原理》中第二章第二節的內容。本節內容從教材編排的知識體系來看，既是前一節“化學反應速率”的延續，又為下一節學習“化學平衡”做好了鋪墊，起著承上啟下的作用。本節內容主要是對影響化學反應速率的外部因素（濃度、壓強、溫度、催化劑）進行探究。綜觀整個高中階段化學知識體系的編排特點，本節內容既是必修2第二章第三節“化學反應速率和限度”的遞進[2]，又與該教材前言中介紹的有效碰撞理論相呼應。基于教材的編排特點和學生已有的認知基礎，本節課設計教學時從學生已有的認知結構出發，基于學生認知發展的規律[4]，引導學生從本質上理解新知識，進一步完善學生的認知結構。

二、教學目標

（一）知識與技能

1.了解影響化學反應速率的主要因素：內因、外因；

2.了解定性或定量比較化學反應速率快慢的方法和實驗方案的設計；

3.能從微觀角度運用有效碰撞理論和過渡態理論模型解釋外界因素影響化學反應速率的實質。

（二）過程與方法

1.通過引導和啟發學生設計和改進實驗方案，探究不同外界因素對化學反應速率的影響結果。

2.通過投籃的例子啟發學生思考和討論，運用有效碰撞理論和過渡態理論從微觀解釋影響化學反應速率的實質。

（三）情感態度與價值觀

理論聯系生活實際，強化學生運用化學知識解決實際問題的意識；通過設計實驗方案并親自動手操作，培養學生的科學探究興趣和實事求是的科學態度。

三、教學難點重點

重點：影響化學反應速率的外因（濃度、壓強、溫度、催化劑等）。

難點：運用有效碰撞理論、過渡態理論解釋影響反應速率的實質。

四、教學過程

（一）回憶影響化學反應速率的因素

【引入】生活中為了防止食物腐敗變質，延長食品可供食用的期限，我們通常可以采取哪些措施？

【學生】放在冰箱里冷藏或凍藏，在食品包裝袋里放置除氧劑……

【追問】這樣做的依據是什么呢？

【學生】食品的腐敗變質實質上是食品中蛋白質、碳水化合物、脂肪等被微生物代謝分解作用或自身組織酶催化所發生的某些生物化學變化過程。采取以上措施主要是為了減緩反應速率。

【教師】對，同學們回答得非常準確。

【過渡】生活中有許多反應需要控制條件加快反應速率，也有許多反應需要控制條件減緩反應速率，大家一起回憶我們在必修2第二章第三節“化學反應的速率與限度”內容的學習過程中了解了哪些能夠影響化學反應速率的因素。

【學生】內因：物質本身的性質，外因：溫度、濃度、固體的表面積、催化劑……

設計意圖：這一環節筆者聯系生活實際，以生活中常見的食品保鮮問題引出教學任務（影響化學反應速率的因素），激發學生的興趣，將學生的注意力吸引到本節課的學習任務上來。緊接著通過引導學生對必修2相關章節知識的回顧，喚醒學生已有的知識儲備，激活學生的認知結構。

（二）設計實驗探究影響化學反應速率的因素

【過渡】實驗是檢驗真知的唯一標準，科學實驗為科學結論的得出提供了支持。下面就請大家一起來思考、設計實驗方案，并檢驗不同外界因素對化學反應速率的影響。

【問題1】如何設計實驗獲取數據，定性或定量地比較化學反應速率的快慢？

【學生】通過對比溶液顏色發生變化所需的時間，生成沉淀所需的時間，固體消失的時間，產生氣泡的快慢，單位時間內產生氣體的體積大小……

【過渡】大家回答得非常好。為了使實驗所用試劑種類較少且便于觀察，我們打算對教材上的實驗2-2、2-3和2-4加以改進，均以FeCl■催化過氧化氫分解反應（2H■O■=2H■O+O■↑）定量探究不同外界因素對化學反應速率的影響。請同學們根據實驗報告單中給大家的圖示、儀器和試劑，選擇一種自己感興趣的因素并設計方案探究其對化學反應速率的影響。

【學生】學生分組討論決定將檢驗的因素，設計實驗方案并進行實驗，最后匯報實驗結論。

【教師】在各小組中不斷巡回和觀察，指導和幫助學生完成實驗。

【總結】通過同學們剛才親自動手實驗，得出溫度、濃度和催化劑三種因素對化學反應速率的影響分別是：

1.溫度：其他條件相同時，升高溫度，化學反應速率加快；降低溫度，化學反應速率減小。

2.濃度：其他條件相同時，增大反應物濃度，則反應速率加快；減小反應物濃度，則反應速率減小。

3.催化劑：其他條件相同時，加入催化劑反應速率加快。

設計意圖：影響化學反應速率的因素是學生已經了解的知識，而且學生已具備根據所提供的儀器和試劑設計并進行實驗的技能。這一環節筆者根據學生的現有知識和技能，設置驅動性問題，創建互動交流環節，通過教師的激發和指引，使學生在問題的意境中發散思維，在原有認知結構的基礎上繼續豐富和發展新的認知。實驗探究環節采用引導啟發式教學模式，引導學生根據提供的藥品、儀器，自己選擇感興趣的因素加以探究，通過實驗親自觀察和分析實驗現象，從而發現“新知識”，得出“新規律”。最后，學生在教師的幫助下歸納總結，將實驗探究得出的陳述性知識轉變為有利于運用的程序性知識，加深學生對已有知識的理解。

3.用有效碰撞理論解釋影響化學反應速率的原因

【問題2】為什么以上幾個條件的變化會影響化學反應速率呢？如何運用化學原理解釋以上規律呢？

【學生】交流討論，展示討論結果。

【追問】同學們還能記起我們在緒言中所學的有效碰撞理論和過渡態理論嗎？請大家回憶什么是有效碰撞？什么是活化分子？什么是活化能？

【學生】能發生化學反應的碰撞叫做有效碰撞，把能夠發生有效碰撞的分子稱為活化分子，同時把活化分子所多出的那部分能量稱做活化能。

【過渡】發生化學反應就好比打籃球時的投籃，能得分的投籃才可以算是有效投籃。而要使籃球能夠準確落入筐中，不僅需要有足夠高的能量，而且需要有合適的取向。請同學們從活化分子的角度分析溫度影響化學反應速率的實質。

【學生】思考、討論。升高溫度，使反應物分子能量增加，一部分能量較低的分子吸收能量后也成為活化分子，活化分子的百分數增大，加之溫度升高，分子運動加快，使單位體積內有效碰撞的頻率增加，反應速率加快。

【追問】那么濃度影響化學反應速率的實質是什么呢？

【學生】思考、討論。濃度的改變相當于改變了單位體積內反應物分子的總數，當其他條件不變時，單位體積內的活化分子數與單位體積內反應物分子總數成正比，反應物濃度增大時，單位體積內活化分子數目增多，有效碰撞的頻率增加，反應速率加快。

【過渡】對于氣體來說，在一定的溫度下，一定質量的氣體所占的體積與壓強成反比，也就是說壓強的變化會影響體積的變化，而體積的變化會導致濃度的變化。請結合濃度影響化學反應速率的實質思考壓強影響化學反應速率的實質是什么？

【學生】對于氣體，其他條件相同時，壓強越大，一定質量的氣體的體積就越小，單位體積內的分子數目增多，單位體積內的活化分子數也相應增多，有效碰撞的頻率增加，反應速率加快。其實質相當于改變了濃度。

【過渡】我們在緒言里給大家介紹了化學反應的過渡態理論和活化能的概念，請大家閱讀教材22頁最下面的這一段內容，了解催化劑影響化學反應速率的實質。

【學生】催化劑能降低反應所需要的活化能，使單位體積內活化分子的百分數增大，有效碰撞的頻率增加，化學反應速率加快。

設計意圖：學生對實驗結論的了解和記憶應屬于對知識的感性認識階段，為了使學生建立更完整的知識體系，應在深度和廣度上繼續拓展，從而上升到理性認識階段。利用有效碰撞理論和過渡態理論從微觀角度解釋已經得出的實驗事實，會使學生獲得用所學知識解決實際問題的成就感，從對知識的感性認識上升到理性認識，從而避免了機械記憶，加深了對新知識的理解。

五、教學反思

《高中化學課程標準》指導下編寫的新人教版化學教材與《高中化學教學大綱》指導下編寫的舊人教版化學教材相比在本節內容的編排上變化較大。新人教版教材只結合基本知識，編排了更多豐富、新穎、現象明顯的探究實驗，易激發學生濃厚的學習興趣，但在從微觀角度闡釋各種外界因素影響化學反應速率的實質上相對簡單了一些，造成了學生理解上的困難。

本節課如果僅按教材中編排的內容和思路設計和組織教學，那么雖然有利于激發學生的興趣，也符合學生的認知規律，但忽略了學生已經掌握的現有知識和新授知識之間的聯系，造成學生對新知識理解的深度和廣度不夠，不能建立完整的學科知識體系。

本節課的成功得益于筆者在緒言的教學過程中，對解釋化學反應的概念模型——有效碰撞理論和過渡態理論做了更加形象細致的講解，拓展了學生的知識儲備，為幫助學生從微觀角度理解外界因素影響化學反應速率的實質做了鋪墊。另外，筆者在細致分析教材的編寫特點后對教材中的探究實驗做了改進，更加方便了學生在課堂上的操作與探究。在具體設計教學時，筆者從學生的認知規律為出發，首先引導調取學生已有的知識儲備，激活學生的原認知結構，并對教材內容和實驗加以改進和補充，啟發學生對原認知結構進行拓展，幫助學生建立完整的認知體系。

參考文獻：

[1]宋心琦.何少華.普通高中課程標準實驗教科書？化學選修4[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書？化學必修2[M].北京：人民教育出版社，2007.

[3]人民教育出版社化學室.全日制普通高級中學教科書（必修加選修）·第二冊.北京：人民教育出版社，2007.

[4]胡久華.促進學生認識發展的單元整體教學[J].中學化學教與學，2014（11）：3-4.

此文系甘肅省教育科學“十二五”規劃2015年度“隴原名師”工作室專項課題《基于認知規律的高中化學課堂設計策略研究》【編號】GSGB[2015]MSZX101階段性研究成果。