基于化學核心素養培養的“化學反應速率”教學實錄與反思

楊香濤

摘要：以化學核心素養的培養為出發點，在“化學反應速率”教學中，通過化學反應速率的概念引入、實驗探究化學反應速率的影響因素及化學反應速率的應用等方面來培養學生的化學核心素養，包括化學學科知識素養、化學信息素養、化學能力素養、化學思維素養及人文素養等。

關鍵詞：化學核心素養；化學反應速率；類比思維；變量控制

文章編號：1008-0546（2017）01-0046-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.015

2014年3月30日，教育部印發的《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》，明確界定學生發展核心素養是學生應具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，綜合表現為9大素養——社會責任、國家認同、國際理解、人文底蘊、科學精神、審美情趣、身心健康、學會學習、實踐創新。[1]就化學學科而言，學生應該具備哪些核心素養呢？2016年江蘇省普通高中化學學業水平測試（選修科目）說明明確指出——化學科江蘇卷以考查學生的化學科學素養和學科能力為主旨，以《普通高中化學課程標準（實驗）》所要求的基本思想、基本方法、基礎知識和基本技能等為主要考查內容，重點考查考生的信息獲取與加工、化學實驗探究、從化學視角分析解決問題和化學思維等能力，引導學生認識科學及其發展過程，認識科學、技術、社會和環境之間的相互關系，初步形成正確的世界觀、人生觀、價值觀，初步樹立和諧、可持續發展的科學發展觀，以促進學生在知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀等方面的全面發展。[2]綜上所述，我們認為學生的化學核心素養主要有——化學學科知識素養、化學信息素養、化學能力素養、化學思維素養及人文素養等。

一、教學內容分析和設計思路

關于《化學2》（蘇教版）中的“化學反應速率”，《普通高中化學課程標準》（實驗）的要求是“通過實驗認識化學反應的速率，了解控制反應條件在生產和科學研究中的作用” 。[3]而《化學反應原理》（蘇教版）中的“化學反應速率”，《普通高中化學課程標準》的要求是“知道化學反應速率的定量表示方法，通過實驗測定某些化學反應的速率。認識化學反應速率的調控在生活、生產和科學研究領域中的重要作用” 。[4]綜上所知，在不同的學習階段對同一知識內容的學習要求是不相同的，這完全符合學生認知發展的一般規律。

本節課為《化學2》中的學習內容，教學中不能突破“通過實驗認識化學反應的速率，了解控制反應條件在生產和科學研究中的作用”這一基本要求。基于這一要求，本節課從物理上宏觀物體的運動入手引入化學反應速率概念，通過情境創設、小組討論，將知識融入類比、猜想、歸納的過程中，通過化學反應速率影響因素的方案設計、實驗探究，讓學生了解變量控制的科學思維，認識質變量變的哲學思想，掌握化學實驗的基本操作，提髙分析與解決實際問題的能力。

二、教學目標

通過與物理上速率概念的類比以及對化學有關的社會、生活現象分析，能描述化學反應速率的概念，知道化學反應速率的表示方法和單位，并能進行化學反應速率的簡單計算。

通過設計實驗方案和實驗探究化學反應速率的影響因素，知道控制變量對實驗結果的影響。

通過工業上接觸法制備硫酸及合成氨的反應過程和條件分析，認識調控化學反應速率在科研、生產生活中的作用，領會實際工業中的多變量控制法。

三、教學實錄

1. 情境導入

[圖片展示]蝸牛爬行與動車的運行。

[師]通過蝸牛爬行與動車運行的對比，你能感受到什么？

[生]宏觀物體的運動有快有慢。

[圖片展示]自然界中煤的形成，爆炸反應。

[視頻播放]生活中的定向爆破。

[師]從圖片和視頻中你能感受到什么？

[生]化學反應同樣有快有慢。

[實驗演示]分別將等量的塊狀和粉末狀大理石同時加入到等體積、等濃度的稀鹽酸中。

[生]塊狀大理石與鹽酸的反應慢，粉末狀大理石與鹽酸的反應快。

設計意圖：借助蝸牛爬行與動車運行的對比，讓學生體會宏觀物體運動的快慢，同時通過圖片的展示、視頻的播放及實驗演示讓學生切身體驗化學反應同樣有快有慢，這樣由熟悉的知識引向未知的知識，使學生在心理上自然而然地產生了學習化學反應速率這一新知的欲望。

2. “化學反應速率”的概念教學

[圖片展示]中國飛人劉翔曾以12.88秒打破110米欄的世界紀錄。

[師]請計算一下劉翔跨欄的速率？

[生1]用單位時間內反應能量的變化量來表示。

[生2]用單位時間內CaCO3固體質量的減少來表示。

[生3]用單位時間內CO2氣體體積的增加來表示。

[生4]用單位時間內CaCO3固體物質的量減少或CO2氣體物質的量增加來表示。

[追問]有沒有其他補充？

[生5]用單位時間內鹽酸物質的量濃度減少或CaCl2物質的量濃度增加來表示。

[過渡]上面我們僅僅定性地描述了化學反應速率的概念，下面我們從定量計算的角度來領會一下化學反應速率。

[生]v（HCl）=0.5 mol·（L·min）-1。

[師]如果用CaCl2來表示該反應的速率，其數值是多少呢？是0.5 mol·（L·min）-1，還是0.25 mol·（L·min）-1，或是1 mol·（L·min）-1？下面還是請同學們自己來算一算。

[PPT投影]當CaCl2的濃度由0增加到0.25mol·L-1時，若用CaCl2的濃度變化來表示此反應的速率是多少？

[生]v（CaCl2）=0.25 mol·（L·min）-1。

[小結]從上面的計算我們可以看出，用不同物質表示同一個化學反應，其數值不同，但意義相同，在運用化學反應速率進行計算時，我們應注意以下幾點：（1） 必須指明表示化學反應速率的具體物質。（2）化學反應速率是單位時間內物質的量濃度變化量，取正值。（3）對固體或純液體來說，其濃度可視為常數，因此不用固體或純液體表示化學反應速率。

設計意圖：由我國飛人劉翔的110米跨欄引入物理上速率的概念，采用類比的思維方法，與物理上的速率概念進行對比，讓學生自我描述化學反應速率的概念，在不斷地思辨中領會化學反應速率的內涵，這樣的處理不但開拓了學生的視野，而且也加深了學生對化學反應速率的理解。同時將定性分析和定量計算相結合，讓學生能具體體會化學反應速率的大小，以促進學生對化學反應速率的理解和運用。

3. “化學反應速率影響因素的探究”教學

[圖片展示]鐵橋的生銹、工業合成氨和食物的腐敗。

[師]上述哪些反應需要加快，哪些反應需要減慢？

[生]鐵橋的生銹和食物的腐敗需要減慢，工業合成氨需要加快。

[師]在實際生產生活中我們要加快或減慢有關化學反應速率，就要了解控制化學反應速率的方法，知道影響化學反應速率的因素。

[實驗演示]將一小塊鈉塊和一小片鎂條分別投入到盛有水并滴加了酚酞溶液的燒杯中。

[師]請同學仔細觀察實驗現象，并做出解釋。

[生]鈉與水劇烈反應，溶液很快變成紅色，而投入鎂條的燒杯中溶液無明顯變化。因為鈉的金屬活動性比鎂強。

[師]是的，在化學上影響化學反應速率的主要因素是物質自身的性質——內因，而當參與反應的物質確定后，外界條件——外因就成了影響化學反應速率的重要因素。

[實驗設計與探究]現有5%、12%的過氧化氫溶液、MnO2粉末、熱水浴、燒杯、試管、藥匙等用品，請設計實驗方案探究影響化學反應速率的外部因素。

[學生活動]小組討論實驗方案的設計并依據方案完成實驗。

[生1]將分別盛有少量5%、12%過氧化氫溶液的二支試管同時放入到熱水浴中，探究濃度對化學反應速率的影響，濃度大反應速率快。

[生2]將分別盛有12%過氧化氫溶液的二支試管中的一支放入到熱水浴中，探究溫度對化學反應速率的影響，溫度高反應速率快。

[生3]向分別盛有少量5%過氧化氫溶液的二支試管中的一支中加入少量的MnO2粉末，探究催化劑對化學反應速率的影響，催化劑能明顯加快反應速率。

[追問]有沒有其他補充？

[生4]上課一開始老師的演示實驗說明反應物顆粒的大小會影響化學反應速率，反應物的顆粒越小，反應物接觸面越大，反應速率越快。

[生5]有氣體參與的化學反應，反應體系的壓強越大反應速率越快。

[師]另外光、電、波、溶劑的性質等都會對化學反應速率產生影響。實際上，上面我們在探究化學反應速率的外部影響因素時，一定要強調在其他條件不變的情況下濃度、溫度、催化劑、壓強等對化學反應速率的影響，也就是我們化學上常用單變量控制法。

[PPT投影]化學反應速率的影響因素小結。

設計意圖：通過鈉塊和鎂條分別與水反應的對比實驗，幫助學生理解物質自身的性質才是影響化學反應速率的主要因素，通過影響化學反應速率外部因素的實驗方案設計和實驗探究，培養學生實驗設計能力、實驗觀察能力及實驗探究能力，使學生了解變量控制法在化學科學研究中的意義，體驗科學探究的有關思路和一般方法，培養學生科學探究的精神。同時，注意到了教學環節上的前后呼應，進一步強化了學生對影響化學反應速率因素的認識。

4. “化學反應速率在科學研究和生產生活中的應用”教學

[過渡]化學反應速率在科學研究和生產生活中的應用非常廣泛，下面我們就一起來領略一下。

[PPT投影]1.在研究化學反應速率的影響因素時，若要加快鎂條與稀硫酸反應制備氫氣的反應速率，你可以有哪些方法？

[生1]加熱以加快反應速率。

[生2]將鎂條換成鎂粉以加快反應速率。

[生3]適當增大硫酸的濃度以加快反應速率。

[追問]能否將稀硫酸直接替換為濃硫酸？

[生]不能。因為濃硫酸與鎂反應生成了SO2而不是H2，不符合題意。

[師]很好，實際上本題體現了哲學上量變會引起質變的思想。

[PPT投影]2.下列在生活中與化學反應速率相關的問題與哪些因素有關？

（1）將食品置于低溫條件下，常常可以保存更長的時間。

（2）加酶洗衣粉的去污能力比普通洗衣粉要強得多。

（3）向爐膛鼓風，爐子中火就會越燒越旺。

[生]分別是溫度、催化劑和濃度對化學反應速率的影響。

[PPT投影]3.工業制備硫酸生產過程中哪些措施可以加快反應速率？

[生1]沸騰爐中對硫鐵礦進行粉碎及硫鐵礦與空氣的對流操作是加快反應速率的措施。接觸室中催化劑及熱交換器的使用是加快反應速率的措施。吸收塔中的濃硫酸與氣體之間的逆流操作是加快反應速率的措施。

[PPT投影]工業上一般采取哪些措施加快合成氨的化學反應速率？

[生2]高溫、高壓、催化劑。

[小結]在實際工業生產中對化學反應速率的影響一般并不是單一變量因素控制，而是進行多變量因素同時控制，以達到生產效益的最大化。

設計意圖：通過相關習題的設置讓學生了解化學反應速率在科學研究、生活生產中的具體運用，加深對化學反應速率的理解，充分認識變量控制法在化學研究中的作用，知道在實際工業生產中一般不是采用單一變量控制，而是多變量控制，以培養學生的辯證思維。

5. “研究化學反應速率的科學家簡介”教學

[設問]同學們說今天我們學習的知識是不是很簡單？

[生]的確很簡單。

[師]這簡單背后實際上隱含了不簡單。之所以我們今天覺得學習這部分內容很簡單，是因為我們站在巨人們肩膀上的緣故，很多科學巨匠為此付出了艱苦的努力。下面我們來介紹兩位對化學反應速率的研究有突出貢獻的科學家。

[PPT投影]奧斯特瓦爾德出生于拉脫維亞的德國籍物理化學家。1909年因其在催化劑的作用、化學平衡、化學反應速率方面的研究的突出貢獻，被授予諾貝爾化學獎。

弗里茨·哈伯為德國化學家，1909年成為第一個制造出氨氣的科學家，并獲得1918年諾貝爾化學獎。但一戰中，哈伯負責研制、生產氯氣等毒氣，并使用于戰爭之中，造成近百萬人傷亡，遭到了美、英、法、中等國科學家們的譴責。

[師]同學們，學習化學的關鍵不在于你今天學到了多少知識，會做多少道題目，而在于你在學習中領悟到多少化學原理和思想，你的化學素養有多大的提升。同時老師建議你們將來走上社會，不管從事什么行業，都要有一顆善良的心，多做一些有益于社會的事，而不能像哈伯那樣被人們所唾棄和譴責。

設計意圖：通過簡短的展示與介紹，讓學生在觀看和傾聽中感受科學家研究成果的偉大，體會科學家對社會發展的貢獻，同時也讓學生認識到，只有有益于社會、為人類進步做出貢獻的科學家才更值得人們尊重，以幫助學生樹立正確的人生觀、世界觀和價值觀。

四、教學反思

（1）本節課運用類比思維進行化學反應速率的教學，收到了很好的效果。化學反應速率作為一個重要的理論知識，是一個難以理解的概念，本節課巧用類比的思維方法，與物理上的速率概念進行對比，從而引入化學上反應速率的概念，由能量、質量、體積、物質的量和物質的量濃度等變化量的層層推進，最后歸結到物質的量濃度這一宏觀與微觀相結合的橋梁上來，使學生在類比和演繹中理解了化學反應速率。

（2）本節課運用控制變量法進行實驗設計和探究，培養了學生的化學科學思維。對于化學科學研究來說，變量控制法是常用的研究方法，本節課運用變量控制法探究化學反應速率的影響因素，使學生不僅學會了實驗設計的方法、實驗操作的程序，還學會了變量控制法這一化學科學研究方法，對今后的學習大有禆益。

（3）本節課習題的設置遵循了科研—生活—生產這一主線，層次分明，更為重要的是在分析化學反應速率在工業生產中的應用時，既凸顯了控制變量的思想，又由單一變量控制引向多變量控制，使學生的發散性思維得到了進一步提升，真正培養了學生的化學核心素養。

（4）本節課對學生情感態度與價值觀的教育隱含到教學的諸多環節中。 如在化學反應速率概念教學中運用的類比思維， 在濃硫酸與鎂反應的問題解決中體現的量變引起質變的思想， 在化學科學研究及生產生活的問題解決中體現的變量控制思想， 在介紹化學家時體現的人文思想等， 讓學生在不知不覺中樹立了正確的人生觀、 世界觀和價值觀及對待科學的正確態度。

參考文獻

[1] 全面深化課程改革 促進學生全面發展健康成長——教育部印發《關于全面深化課程改革 落實立德樹人根本任務的意見[EB/OL].[ 2014-04-25].http：//www.sinoss.net/2014/0425/49973.html

[2] 2016年江蘇省普通高中學業水平測試（選修科目）說明——物理 化學 生物[M].南京：江蘇鳳凰教育出版社，2015：32

[3] 中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2003：13

[4] 中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2003：24-25