基于“問題—探究”模式的教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐
——以“化學(xué)平衡”教學(xué)為例*

王美芹，王 頌

(菏澤家政職業(yè)學(xué)院,山東 菏澤274300)

美國教育家布魯納認(rèn)為“學(xué)生不是被動的知識接受者，而是積極的信息加工者”，學(xué)習(xí)應(yīng)是主動發(fā)現(xiàn)的過程.布魯納的認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體作用，但從我國的國情和教育環(huán)境來看，教師的主導(dǎo)作用不能忽視.這就要求教師由知識的講授者、灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生加工信息的幫助者和促進(jìn)者，通過對新知識問題的交流、討論和探究，鍛煉學(xué)生的思維.“問題—探究”教學(xué)模式是借鑒“發(fā)現(xiàn)探究”教學(xué)模式，將“傳統(tǒng)的講授事實(shí)性知識”的教學(xué)與“以學(xué)生為中心”的教學(xué)有機(jī)結(jié)合，運(yùn)用布魯納的認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論，使學(xué)生在問題引導(dǎo)下，通過獨(dú)立或小組討論、合作實(shí)驗探究活動，發(fā)現(xiàn)獲取新知識信息、發(fā)展智慧技能的教學(xué)模式[1].該教學(xué)模式中，學(xué)生的主要學(xué)習(xí)方式是理解與應(yīng)用，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式中以記憶為主的學(xué)習(xí)方式.

“化學(xué)平衡”是高職醫(yī)用化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，這是因為“動態(tài)平衡觀念”是化學(xué)課程的核心素養(yǎng)之一，又由于其移動原理條件多變，導(dǎo)致化學(xué)平衡移動方向的判斷難度較大，又使其成為教學(xué)的難點(diǎn).本文“化學(xué)平衡”的課堂教學(xué)設(shè)計為當(dāng)前高職化學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)的解決和學(xué)生能力的提升提供參考.

1 教學(xué)設(shè)計理念

教學(xué)價值取向由 “學(xué)科知識為本”轉(zhuǎn)變?yōu)?“學(xué)科核心素養(yǎng)為本”[2].以“化學(xué)平衡”為代表的化學(xué)原理模塊一般比較抽象，而高職學(xué)生絕大多數(shù)化學(xué)基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)主動性和自學(xué)能力均有所缺失.在“問題—探究”教學(xué)模式下，要求教師扮演好指導(dǎo)促進(jìn)者，改變以往“講授灌輸為主”的觀念，結(jié)合課程知識特點(diǎn)，精心設(shè)計引導(dǎo)問題和知識的呈現(xiàn)、探究方式，“授人以漁”，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮其主體作用，調(diào)動其學(xué)習(xí)的主動性和積極性，提高自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力，訓(xùn)練學(xué)生將化學(xué)知識融入生活，服務(wù)生活的能力[3].

1.1 挖掘生活知識內(nèi)涵，精心設(shè)計問題

化學(xué)既是一門實(shí)驗科學(xué)，也是一門應(yīng)用科學(xué).生活與化學(xué)雖屬不同的體系,卻在內(nèi)涵上融會貫通.利用這種相似性展開課堂教學(xué),創(chuàng)設(shè)情境真實(shí)化，有利于活躍課堂氣氛，亦有利于學(xué)生對化學(xué)知識的正確理解與掌握.

本教學(xué)設(shè)計在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際生活事例中“發(fā)現(xiàn)”化學(xué)平衡移動規(guī)律—通過分析生活中“冰水混合物”的現(xiàn)象，了解平衡體系中冰與水相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，引出化學(xué)平衡移動原理，簡化了原理推導(dǎo)程序，把更多課堂時間給學(xué)生討論探究，訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生思維能力.

1.2 借助實(shí)踐呈現(xiàn)知識，強(qiáng)化原理應(yīng)用

從“下雪不冷化雪冷”這樣一生活話題為切入點(diǎn)，引發(fā)出“化學(xué)平衡移動規(guī)律”的問題，再用這個規(guī)律去啟發(fā)學(xué)生智慧思維，解釋一些化學(xué)問題(如：飽和溶液、沉淀溶解平衡、弱電解質(zhì)電離平衡、緩沖作用機(jī)制、氧化還原反應(yīng)中電子得失平衡等)，以及借助化學(xué)平衡原理教育學(xué)生正確看待生活中的得與失，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的價值感，提升其道德水平.

1.3 注重知識縱向與橫向間的聯(lián)系,降低學(xué)習(xí)難度

把化學(xué)抽象的知識用數(shù)學(xué)知識建立模型來解決，有利于降低學(xué)習(xí)難度[4].通過化學(xué)平衡常數(shù)與濃度商的數(shù)學(xué)表達(dá)式和二者之間的相對大小，對化學(xué)平衡的移動方向進(jìn)行推理和解釋，加深了對平衡移動原理和平衡常數(shù)的理解，同時通過數(shù)學(xué)公式和符號表征也使抽象的原理更加簡單明了.

2 教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐

本文討論“問題—探究”教學(xué)模式在基礎(chǔ)化學(xué)課程“化學(xué)平衡的移動”一節(jié)教學(xué)中的應(yīng)用.教材涉及的教學(xué)內(nèi)容包括： 1)濃度、壓強(qiáng)、溫度對化學(xué)平衡移動的影響； 2)化學(xué)平衡移動原理； 3)化學(xué)平衡移動原理的應(yīng)用(如：利用原理判斷平衡移動的方向等).

“化學(xué)平衡移動原理”目前各版本的教材基本都采用從濃度、壓強(qiáng)、溫度三個維度上，通過對實(shí)驗現(xiàn)象的分析，分別展開來闡述，最終歸納得出化學(xué)平衡移動原理[5～7].本節(jié)教學(xué)設(shè)計改傳統(tǒng)繁瑣的原理推導(dǎo)過程為通過生活實(shí)例直接引出原理、驗證原理、應(yīng)用原理的過程，最終達(dá)到“以理解與應(yīng)用為主”的問題—探究學(xué)習(xí)方式替代“以記憶為主”的傳統(tǒng)講授學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中主動、積極加工信息.具體教學(xué)設(shè)計和實(shí)踐如下：

2.1 化學(xué)平衡移動原理

設(shè)計1：提出問題“為什么下雪后化雪時比下雪時還要冷？”

目的：創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生思考現(xiàn)實(shí)生活中蘊(yùn)含的知識，為分析“冰水混合物平衡體系的移動規(guī)律”和引出化學(xué)平衡移動原理埋下伏筆.

實(shí)踐1：引導(dǎo)學(xué)生分析

1)下雪是空氣中的水凝結(jié)為雪花(冰)，過程放熱；雪融化是雪花(冰)變成水，過程吸熱.

實(shí)踐2：師生共同總結(jié)化學(xué)平衡移動原理

如果改變影響體系平衡的條件之一(如：濃度、壓強(qiáng)或溫度等)，那么平衡就會向能夠削弱這種改變的方向移動.這個規(guī)律就是化學(xué)平衡移動原理，也叫呂·查德里原理.

2.2 濃度對化學(xué)平衡的影響

設(shè)計2：提出問題“當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡后，在其他條件不變時，若增加反應(yīng)物的濃度，正反應(yīng)速率V正和逆反應(yīng)速率V逆如何改變？平衡是否移動？如何移動？為什么？”

目的：注重新舊知識的聯(lián)系，訓(xùn)練學(xué)生分析問題解決問題的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識.通過引導(dǎo)學(xué)生回顧“正、逆反應(yīng)速率相等是可逆反應(yīng)達(dá)平衡的根本原因”，分析增加反應(yīng)物的濃度時，V正>V逆……發(fā)現(xiàn)、解釋新知識.

實(shí)踐3：利用化學(xué)平衡移動原理，鼓勵學(xué)生思考討論，自主推導(dǎo)出結(jié)論.

濃度對化學(xué)平衡的影響規(guī)律：在其他條件不變時，增大反應(yīng)物的濃度或減小生成物的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(即平衡向右移動)；增大生成物的濃度或減小反應(yīng)物的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(即平衡向左移動).

實(shí)踐4：(討論重點(diǎn))提示學(xué)生從濃度改變對正、逆反應(yīng)速率影響的角度分析解釋濃度對化學(xué)平衡的影響規(guī)律.

教師強(qiáng)調(diào)：濃度的改變使正逆、反應(yīng)速率發(fā)生改變且不再相等，因此化學(xué)平衡才發(fā)生移動(見圖1).

圖1 增大反應(yīng)物濃度對化學(xué)平衡的影響

實(shí)踐5：設(shè)計實(shí)驗，利用原理預(yù)測實(shí)驗結(jié)果并實(shí)驗驗證之(學(xué)生自主完成).

提示：在做探究實(shí)驗時，教師應(yīng)給學(xué)生盡可能多的選擇余地，試驗臺上除放置有符合老師設(shè)計方案的實(shí)驗藥品，也要有可供學(xué)生選擇的藥品.如：

設(shè)計3：提出問題“可逆反應(yīng)達(dá)到平衡后，其他條件不變，當(dāng)濃度改變時，平衡常數(shù)K是否改變？K與濃度商Qc的關(guān)系，如何影響平衡移動的方向？”

目的：強(qiáng)化與舊知識化學(xué)平衡常數(shù)的聯(lián)系，同時通過理論數(shù)學(xué)計算，深化理解化學(xué)平衡移動原理，體會不同學(xué)科間知識的聯(lián)系，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng).

實(shí)踐6：教師講解

實(shí)踐7：(討論重點(diǎn))首先引導(dǎo)學(xué)生自主分析，然后師生共同總結(jié)得出結(jié)論.

在其他條件不變時，增大反應(yīng)物的濃度或減小生成物的濃度，Qc均小于K；增大生成物的濃度或減小反應(yīng)物的濃度，Qc均大于K.由此可得出：

Qc=K，反應(yīng)體系處于平衡狀態(tài)，平衡不移動；

Qc

Qc>K，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行.

說明：平衡常數(shù)K與反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度、體系的壓強(qiáng)均無關(guān)，其大小與物質(zhì)的性質(zhì)和溫度有關(guān).溫度不變時，改變濃度或分壓，此時K不變，變化的是Qc；濃度或分壓不變，改變溫度，此時Qc不變，變化的是K.

根據(jù)K、Qc二者的相對大小對化學(xué)平衡的移動方向進(jìn)行推理和解釋，是對宏觀現(xiàn)象的微觀解釋和符號表征，化學(xué)學(xué)科獨(dú)特的這種思維方式，可較好地強(qiáng)化學(xué)生宏觀辨識和微觀探析能力.

實(shí)踐8：鞏固知識，解決問題

練習(xí)1：根據(jù)K與Qc的關(guān)系，解釋向平衡體系溶液中加水稀釋時平衡的移動情況.

提示學(xué)生思考方向：各物質(zhì)的濃度都將發(fā)生倍數(shù)n變化，此時濃度商為Qc=n(e+f-a-b)·K，

若(e+f)>(a+b)，則Qc>K，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；

若(e+f)<(a+b)，則Qc

若(e+f)=(a+b)，則Qc=K，平衡不移動.

練習(xí)2：試判斷“對平衡體系：

加水稀釋后，溶液顏色會如何變化？”

2.3 壓強(qiáng)對化學(xué)平衡的影響

設(shè)計4：提出問題“打開啤酒瓶蓋后為什么會有大量氣泡？”

目的：培養(yǎng)學(xué)生知識遷移、應(yīng)用能力，以及將化學(xué)知識融入生活，服務(wù)生活的能力.

對學(xué)困生提示：

在其他條件不變時，當(dāng)體系體積縮小，壓強(qiáng)增大時，各反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度均增大為原來的n倍，此時濃度商Qc=n(e+f-a-b)·K.

若(e+f)>(a+b)，則Qc>K，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；

若(e+f)<(a+b)，則Qc

若(e+f)=(a+b)，則Qc=K，平衡不移動.

實(shí)踐9：激勵學(xué)生自己歸納總結(jié)得出壓強(qiáng)對化學(xué)平衡移動的影響規(guī)律：

在其他條件不變時，若增大壓強(qiáng)(體系體積縮小)，則平衡向減小壓強(qiáng)(減少氣體物質(zhì)的量)的方向移動；若減小壓強(qiáng)(體系體積增大)，則平衡向增大壓強(qiáng)(增加氣體物質(zhì)的量)的方向移動.

實(shí)踐10：強(qiáng)化認(rèn)識

練習(xí)3：對反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量相等的可逆反應(yīng)和無氣體參加的可逆反應(yīng)，改變壓強(qiáng)，其平衡是否移動？為什么？

練習(xí)4：觀察450℃時，N2與H2反應(yīng)生成NH3的實(shí)驗數(shù)據(jù)見表1，讓學(xué)生說出：在一定溫度下，增大壓強(qiáng)，合成氨平衡移動如何移動？為什么？

表1[9] 合成氨反應(yīng)在不同壓強(qiáng)下的平衡體系中NH3的含量

設(shè)計6：可否用實(shí)驗驗證壓強(qiáng)對化學(xué)平衡移動的影響規(guī)律？

目的：體驗成功的快樂，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力.

實(shí)踐11：自己設(shè)計實(shí)驗，驗證壓強(qiáng)對化學(xué)平衡移動的影響規(guī)律.

實(shí)踐12：鞏固新知識

練習(xí):5：當(dāng)其它條件不變時，增大壓強(qiáng)縮小容器體積，試判斷下列平衡的變化情況.

設(shè)計7：提出問題：合成氨反應(yīng)[11]：

1)充入一定量的惰性氣體，Qc是否改變？平衡是否發(fā)生移動？

2)充入一定量的氮?dú)狻錃饣虬睔猓胶庖苿臃较蛉绾危?/p>

目的：強(qiáng)化正確靈活應(yīng)用知識的能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維.

提示學(xué)生：分析思路需清晰.體系壓強(qiáng)改變對化學(xué)平衡的影響，是通過影響反應(yīng)物和生成物濃度的變化而實(shí)現(xiàn)的.通過教師講解指導(dǎo)，讓學(xué)生認(rèn)識壓強(qiáng)影響平衡移動的實(shí)質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生把壓強(qiáng)問題點(diǎn)轉(zhuǎn)到濃度變化對平衡的影響.

實(shí)踐13：師生共同總結(jié)分析

分析一：充入惰性氣體，可增大體系總壓，但體系的體積沒有變化，故各個組分的濃度不變，所以Qc不改變，平衡也就不會移動.

分析二：由于反應(yīng)容器恒溫恒容，充入氨氣使[NH3]增大，[N2]和[H2]均不變，Qc大于K，平衡向逆反應(yīng)方向移動.

發(fā)現(xiàn)問題：多數(shù)學(xué)生對此題分析時，常常只會考慮到充入氨氣使容器壓強(qiáng)增大，不會考慮到容器體積不變，其他成份分壓(濃度)不變這一因素，因而出現(xiàn)“平衡會向正反應(yīng)方向移動”的錯誤結(jié)論.

2.4 溫度對化學(xué)平衡的影響規(guī)律

目的：通過師生共同分析、討論、探究問題，強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng).

實(shí)踐13：

1)師講

化學(xué)反應(yīng)常伴隨著放熱或吸熱現(xiàn)象的發(fā)生.放出熱量的反應(yīng)稱為放熱反應(yīng)，吸收熱量的反應(yīng)稱為吸熱反應(yīng).一般在化學(xué)方程式右端寫出熱量變化，用符號“△H”表示，放熱反應(yīng)的△H為負(fù)值，用“—△H”表示，吸熱反應(yīng)的△H為正值，用“+△H”表示，例如：NO2生成N2O4的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，可表示為：

對于可逆反應(yīng)，如果正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，那么逆反應(yīng)就一定是放熱反應(yīng)；如果正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，那么逆反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)，且正反應(yīng)吸收(或放出)的熱量與其逆反應(yīng)放出(或吸收)的熱量相等.

2)引導(dǎo)學(xué)生分析溫度對化學(xué)平衡的影響規(guī)律

實(shí)踐14：教師演示實(shí)驗，驗證溫度對化學(xué)平衡的影響規(guī)律

將裝有 NO2和 N2O4混合氣體的平衡儀的一端放入盛有熱水的燒杯中，另一端放入盛有冰水的燒杯中，試觀察平衡儀兩端玻璃球內(nèi)混合氣體顏色的變化.

實(shí)驗前，先讓學(xué)生預(yù)測實(shí)驗結(jié)果，兩個燒杯中玻璃球氣體顏色的如何變化？然后再進(jìn)行演示實(shí)驗，并讓學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗現(xiàn)象，檢驗自己的判斷是否正確.從中體會到成功(判斷正確)的快樂.

設(shè)計9：提出問題 為什么北大2017畢業(yè)典禮校長致辭說“吃虧就是占便宜”？

目的：通過師生共同討論，借用“氧化還原反應(yīng)中的電子得失平衡，氧化劑得到電子所成物質(zhì)未必比還原劑失去電子所成物質(zhì)更有價值”等，啟發(fā)學(xué)生智慧思維，感悟生活中蘊(yùn)含的“平衡”哲理，加深對“平衡觀念”的認(rèn)同感，實(shí)現(xiàn)思政與課程的融合.

實(shí)踐15：學(xué)以致用

練習(xí)1：人吸入CO后，CO會與人體中的血紅蛋白結(jié)合建立如下平衡：

當(dāng)HemCO濃度為HemO2濃度的2%時，人的智力就會受到嚴(yán)重?fù)p傷.如果有人發(fā)生了CO中毒，根據(jù)化學(xué)平衡移動原理，請你說說應(yīng)該如何救治？

練習(xí)2：已知反應(yīng)：

請學(xué)生查閱文獻(xiàn)、網(wǎng)上搜索科學(xué)家哈珀對“合成氨反應(yīng)”進(jìn)行的實(shí)驗，了解哈伯合成氨應(yīng)用于軍事的史實(shí).進(jìn)一步提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和分析解決實(shí)際問題的能力，同時培養(yǎng)其科學(xué)精神和勇于承擔(dān)社會責(zé)任的意識.

3 結(jié)語

人生哲理博大精深，化學(xué)世界亦是如此，化學(xué)與人生可以交互詮釋[12].在教學(xué)過程中，教師要進(jìn)一步挖掘化學(xué)平衡移動原理的價值和功能，精心創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，實(shí)現(xiàn)情境與知識的交融，從“學(xué)科知識本位”轉(zhuǎn)向“學(xué)科核心素養(yǎng)本位”，通過問題討論探究，幫助學(xué)生透徹理解、正確掌握化學(xué)知識原理，讓化學(xué)知識融入生活、服務(wù)生活，有效提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、思政素養(yǎng)等，使學(xué)生適應(yīng)社會市場人才的發(fā)展變化.化學(xué)平衡移動原理不僅是基礎(chǔ)化學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是生活的重要哲理，其部分實(shí)驗期待進(jìn)一步改進(jìn).