在“宏—微—符”認識模型建構(gòu)中彰顯實驗的素養(yǎng)發(fā)展功能

摘要：化學實驗的鮮明特點是通過物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象來揭示其組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及反應的本質(zhì)，并能起到支持理解微觀表征的作用。“化學平衡的移動”教學中設計了三次實驗，在不同教學片段中分別發(fā)揮了探究實驗事實、引發(fā)認知沖突、驗證預測的功能，既生動形象地揭示了本質(zhì)規(guī)律，也做到由表及里、由此及彼，促進學生完成了化學平衡意義的認識建構(gòu)，形成了化學平衡的“宏—微—符，，三重表征。

關(guān)鍵詞：平衡移動;實驗探究;核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2019）02-0083-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

一、問題提出背景

化學學習需要將宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)聯(lián)系起來，并能用符號進行表征。而化學實驗的鮮明特點就是通過物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象來揭示其組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及反應的本質(zhì)，并能起到支持理解微觀表征的作用。

在“化學平衡的移動”教學中，新課程標準要求學生能通過實驗探究，了解濃度、溫度、壓強對化學平衡狀態(tài)的影響，通過探究促進學生對化學平衡概念的理解，自主建構(gòu)平衡移動原理的解釋模型，教師要在實驗探究中將宏觀現(xiàn)象與微觀粒子運動有意識地聯(lián)系起來;引導學生經(jīng)歷化學平衡常數(shù)模型建構(gòu)的過程，結(jié)合具體實例，促使學生體會化學平衡常數(shù)在判斷平衡狀態(tài)、反應方向、分析預測平衡移動方向等方面的價值功能;運用平衡原理解釋生產(chǎn)、生活、實驗室中的實際問題，能討論化工生產(chǎn)條件的選擇或優(yōu)化，在應用中鞏固變化觀念和平衡思想，發(fā)展學生演繹推理、系統(tǒng)假設等思維能力[1]，這也是本節(jié)課發(fā)展學生核心素養(yǎng)的目標和價值所在。

本節(jié)內(nèi)容的教學對象是高二化學班學生，他們已經(jīng)學習了化學反應速率、影響化學反應速率的因素、化學平衡等理論知識，一方面對化學平衡狀態(tài)的靜態(tài)屬性和影響化學反應速率的條件有所了解;另一方面，本節(jié)內(nèi)容的教學讓學生能深層理解化學平衡的動態(tài)屬性，并能應用平衡移動原理，這將為學生后續(xù)學習弱電解質(zhì)的電離平衡、鹽的水解平衡和沉淀的溶解平衡奠定扎實的基礎(chǔ)。

根據(jù)新課程標準，結(jié)合學情，確定本節(jié)課的實驗教學目標如下：

二、實驗教學目標

1.通過分組實驗探究濃度對平衡的影響，從微觀視角將化學平衡的靜態(tài)屬性遷移到動態(tài)特征，引導學生體驗化學知識“認識發(fā)展的意義”。

2.利用數(shù)字化實驗探究壓強對平衡的影響，在教學中增強學生對化學平衡多維表征功能的理解，引導學生建立證據(jù)推理意識。

3.通過初步建立平衡移動原理的模型，引導學生應用模型進行預測并進行分組實驗，驗證猜想，鞏固模型認知并形成新觀點[2]。

本節(jié)課設計了三次問題和實驗探究相結(jié)合的教學過程，核心探究通過“提出問題、設計方案、實驗操作、得出結(jié)論”這樣四個活動要素，在探究過程中突出對學生的學法指導、思維品質(zhì)的培養(yǎng)和科學精神的滲透，真正發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

四、實驗內(nèi)容方法

1.實驗探究一：濃度對平衡的影響

學生分組實驗：

（1）在點滴板兩圓孔內(nèi)各滴加K₂Cr₂O₇，溶液樣品2-3滴;

（2）在其中一樣品內(nèi)滴加NaOH溶液2-3滴;

（3）觀察并對比兩圓孔內(nèi)溶液顏色的差異;

（4）繼續(xù)在黃色溶液中滴加2-3滴H₂SO₄溶液。

設計意圖：通過在K₂Cr₂O₇溶液中加堿的分組實驗，結(jié)合微視頻動畫展示，學生能理解化學平衡是一個動態(tài)的平衡過程，而不是永恒不變的靜態(tài)過程，由此引導學生建構(gòu)平衡移動的概念，發(fā)展了學生的微粒觀。繼續(xù)讓學生預測加酸后的現(xiàn)象，并進行探究驗證，在此基礎(chǔ)上自主歸納濃度對化學平衡的影響規(guī)律，初步建構(gòu)“平衡移動會削弱條件的改變”這一模型。本組實驗均在點滴板上完成，環(huán)保節(jié)約，培養(yǎng)了學生綠色化學的意識。

2.實驗探究二：壓強對平衡的影響

教師演示實驗：使用壓強傳感器，在t₁時刻，將充滿20mL紅棕色NO₂氣體的針筒迅速壓縮至10mL處并保持靜止，捕捉并觀察壓強一時間數(shù)據(jù)圖。

教師可以先組織學生按照要求板畫出上述壓強一時間圖像，進而通過DIS演示實驗繪制出的時間一壓強曲線圖，對比兩張圖的異同，引發(fā)學生的認知沖突，從實驗事實證明壓強變化對平衡移動有影響;繼續(xù)引導學生進行問題探究，從平衡常數(shù)的角度分析壓強對平衡移動的影響規(guī)律。

設計意圖：此環(huán)節(jié)從引導學生經(jīng)歷化學平衡常數(shù)模型建構(gòu)的過程，促進學生體會化學平衡常數(shù)在預測平衡移動方向方面的功能價值，通過交流討論活動，幫助學生形成基于濃度商和化學平衡常數(shù)的比較分析等溫條件下平衡移動問題的基本思路，進一步建立“平衡移動也會削弱壓強的改變”的變化規(guī)律，同時以“小尖角蘊含大文章”的道理培養(yǎng)了學生基于證據(jù)進行分析推理的能力和嚴謹求實的科學探究精神。由于改變壓強氣體顏色變化的宏觀現(xiàn)象不夠明顯，所以輔之以數(shù)字化實驗進行探究，讓學生增強感性認識，增強對化學平衡多維表征功能的理解，效果顯著。

3.實驗探究三：溫度對平衡的影響

學生分組實驗：

（1）在三支試管中各取1滴管紫色的氯化鉆溶液;

（2）將上述三支試管分別置于室溫、熱水和冰水中;

（3）觀察并對比三支試管中溶液顏色的差異。

設計意圖：運用濃度和壓強對化學平衡的影響規(guī)律，學生能推測溫度對化學平衡的影響，在此基礎(chǔ)上設計分組實驗探究驗證，得出結(jié)論，鞏固勒夏特列原理的模型認知。也通過分組實驗學會從特殊到一般，再由一般到特殊的科學研究方法。

在學生順利建構(gòu)化學平衡移動原理的模型基礎(chǔ)上，教師繼續(xù)加強學以致用，可以通過組織學生討論探究生活中的一些現(xiàn)象，如為什么啤酒倒入杯中會冒出大量氣泡、煤氣中毒病人為什么要送入高壓氧艙進行搶救等，通過討論使學生全面認識該原理對自然界可能帶來的各種影響。最后，組織學生運用濃度、溫度、壓強對化學平衡的影響規(guī)律，討論工業(yè)合成氨反應條件的選擇和優(yōu)化，對化學平衡移動原理加以應用。由實踐到理論，再由理論指導實踐，進一步發(fā)展學生科學精神與社會責任素養(yǎng)，也充分彰顯了實驗的素養(yǎng)發(fā)展功能。

五、教學反思評價

化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，其形成和發(fā)展起源于實驗又依賴于實驗，所有物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和化學反應原理等知識均是從實驗中得來的，所以，實驗探究應該成為化學學習的重要方式。

本節(jié)課的三次實驗在不同教學片段中分別發(fā)揮了探究實驗事實、引發(fā)認知沖突、驗證預測的功能，既生動形象地揭示了本質(zhì)規(guī)律，也做到由表及里、由此及彼，促進學生完成了化學平衡意義的認識建構(gòu)，形成了化學平衡的“宏一微一符”三重表征。因此，后續(xù)學習中，學生只要遇見可逆反應中的宏觀物質(zhì)及其變化，就會試著用頭腦中的平衡觀念和微觀本質(zhì)去解釋、理解它，用符號表征來表示它。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]錢華，姜國鋒.發(fā)展學生素養(yǎng)構(gòu)建高效課堂——蘇教版《化學反應原理》專題2第三單元化學平衡的移動教學設計[J].北學教與學，2017（3）：63-65