基于學科素養的高中化學復習課“模課”教學模式探究

黑龍江 畢占龍 劉蓉璞

高中化學復習課設計決定著學生對所學知識是否升華到更高層次，深研復習課教學模式是高中化學教師教研的重要內容。復習課的“模課”教學模式讓學生經歷頭腦風暴，做到把書本讀厚再讀薄、達到提升學科核心素養的目的。

一、問題提出

目前高中化學復習課教學情況是教師反映自己賣力講題而收效甚微，學生努力做題卻不見提升。這源自于化學學科特點：元素知識繁雜、微觀世界抽象、化工原理深奧、結構有機難懂等因素，更有教師對新課程改革執行不到位致使教法單一、學生對化學學科認識有偏差致使理科學科文科化等因素。這導致素質教育進展緩慢。2014年春天，教育部發布《教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》，此《意見》明確提出教育必須以“立德樹人”為根本教學任務。經過匯總專家組3年多的工作成果，在凝聚了社會各方面智慧和力量的基礎上，新課程標準于2017年正式面世。學習研究并落實學科核心素養，對于教師專業化和學生學科素養提高都有很重要的現實意義。

二、“模課”介紹

高中化學學科核心素養中將“證據推理與模型認知”作為一個維度進行描述，說明了其對培養學生關鍵能力的重要性。而模型認知是指對研究的物質及其變化方面的問題提出假設，根據觀察和實驗得到的信息，通過抽象的模型思維，用簡化、形象的模型，再現物質及其變化本質、內在特性及一般規律，并通過實驗驗證來完善模型。這足以說明學生不應只是簡單的知識搬運工，學習過程需避免復制粘貼等簡單粗暴的學習方式，學生應做知識學習的主人，主動的將所學知識進行整合與深加工，通過深入學習使學科升華。復習課的“模課”教學模式突出特點就是以學生為主體，圍繞復習內容，思考如何解決遇到的實際問題并針對問題提出相應合理假設，搜集儲備大量知識，建立解決問題模型，建立成功后用模型處理新問題并完善模型。建模的目的是為了對知識深加工，構建知識網絡，形成知識體系。各個環節可概括為遇到問題、提出假設、建立模型、檢驗模型、修訂模型、應用模型、再次修訂，使學生形成模型意識、掌握建模方法、感悟構建過程、享受應用快樂。通過模型認知思維培養，學生自主利用模型解決問題并親力親為建構模型。這樣，模型認知思維就逐漸形成了，學科素養的種子被種下并生根發芽。

三、教師儲備

教師應先對高中化學知識進行初級建模，即進行必要的知識儲備，先擁有自己的活水源，再與學生課上建立的模型進行接軌。主要包含以下四個模塊：

1.體會教材體系，增容知識庫存

高中化學課本分為必修內容和選修內容，必修內容重廣度，選修內容重深度。所以，模型建立要注重實用范圍，也可以進行必修內容復習課時先建立模型，選修內容復習課在原來基礎上進行延伸甚至重組。模型構建過程要定位精準、提取精華、高度概括、形成框架、具有體系、實用性強。此模塊可用概念圖、思維導圖、思維地圖等方式體現。

2.整合宏觀微觀，制作校本素材

此模塊的構建要充分利用信息技術，借助軟件進行素材制作。要關注細小知識點，如有機化學中的結構式、結構簡式、鍵線式、比例模型、球棍模型等；結構化學中包含的分子模型、晶體模型、雜化軌道模型等；物質制取裝置、電化學原理裝置等；碰撞原理、化學反應原理模型等。

3.解讀課程標準，構建母題模型

化學課程標準是高考化學試題命題依據，一套好的試題應追求在知識種類與知識分布、知識廣度與深度和課程標準高度一致，既考查了學生對基礎知識的掌握，又測試了學生解決問題的能力，達到學以致用的目的。所以研究課程標準是教師的重要課題，通過對課程標準的理解，找尋母題題源，對基礎知識進行平面考核，形成網絡。打造一題多問、一問多解的母題模型。針對一個知識點多維度、多層次設計問題體現其內在相關性。可包含平衡狀態判定、化學平衡移動引起各種量的變化、氧化性強弱應用、酸性強弱應用、工藝流程、實驗裝置流程、電化學原理等方面。

4.領悟命題意圖，研發解法模型

試題設問多種多樣，不同試題解題方式不同卻也存在相關性，試題解法模型可以通過判斷，讓學生快速找到方法進入狀態。比如針對化學計算試題，可用設計試題流程運用得失電子守恒或原子守恒處理；平衡問題可設計盒子模型處理；同分異構體問題可設計取代法插入等模型。

教師儲備的四個模塊間相互聯系，相互依存，由表及里，由淺入深，應包含學生復習課所能構建的大部分模型，并在實踐中不斷完善，為復習課“模課”教學設計做充分準備。

四、模型建構

在平衡移動章節中，經常考查改變條件、改變投料比達到平衡后各種量的比較。所以，平衡移動引起量的變化復習課中，通過分析建立思考問題的模型體現條件變化或投料變化的本質及內在規律，通過比較模型間的關系，深入理解平衡移動引起量的變化這一重難點知識的分析方法。

1.a組充入1 mol N2和3 mol H2保持恒溫恒容，達到平衡后反應物轉化率α1，放出熱量Q1，產物NH3物質的量的百分含量η1，氣體平均摩爾質量M1，氣體密度ρ1；b組充入2 mol NH3并保持恒溫恒容，平衡后NH3的轉化率α2，反應吸收熱量Q2，NH3物質的量百分含量η2。

【分析】b組投入初始量可以等效成a組投入量，a、b兩組達到化學平衡態后各組分物質的量完全相同，模型如圖1所示，可看成兩組分別從左右兩端出發，在某點恰好相遇，正逆反應方向進行之和恰好按照計量系數完成反應，即α1+α2=1；Q1+Q2=Q；η、M、ρ均相同。

圖1

2.c組充入0.5 mol N2和1.5 mol H2保持恒溫恒容，達到平衡后反應物轉化率α3，放出熱量Q3，產物NH3物質的量的百分含量η3，氣體平均摩爾質量M3，氣體密度ρ3。

【分析】c組加入各物質的量為a組一半，可建立圖2模型，容積共2 L，加入量共1 mol N2和3 mol H2，中間加隔膜，即等效成a組。1 L密閉容器中各組分物質的量是a組的一半，反應物轉化率、氣體平均摩爾質量、產物物質的量百分含量均與a組相同、放出熱量是a組的一半。c組相當于從a組中移出0.5 mol N2和1.5 mol H2并撤去隔膜保持容積2 L不變。質量為a組的一半，體積由1 L增大到2 L，相當于減小壓強，減壓平衡逆向移動，模型如圖3所示，可看成c組從左向右進行程度比a組的一半還少，即α3<α1；Q3<0.5Q1；η3<η1；M3

圖2

圖3

3.d組充入1 mol N2和3 mol H2保持恒溫恒壓，達到平衡后反應物轉化率α4，放出熱量Q4，產物NH3物質的量的百分含量η4，氣體平均摩爾質量M4，氣體密度ρ4。

【分析】如圖4建立分析模型，a組保持恒溫恒容,d組保持恒溫恒壓。已知工業合成氨正向進行氣體壓強減小，要想保持壓強不變需向里推無摩擦隔膜，相當于對恒溫恒容的a組繼續加壓，使平衡再正向移動，結果是壓強不變，體積減小，正向進行程度更大。模型如圖5，即α4>α1；Q4>Q1；η4>η1；M4>M1；ρ4>ρ1。

圖4

圖5

4.e組充入1 mol N2和3 mol H2保持恒容絕熱，達到平衡后反應物轉化率α5，放出熱量Q5，產物NH3物質的量的百分含量η5。

【分析】絕熱體系不與環境發生熱量交換，正向吸熱可使體系溫度降低，正向放熱可使體系溫度升高，即為“自作自受”。合成氨正向反應為放熱反應，平衡后絕熱體系能量變大，溫度升高，相對于恒溫恒容條件下的平衡再逆向移動，模型如圖6所示，即α5<α1；Q5

圖6

綜合以上五種情況，繪制統一圖示如圖7：

圖7

通過以上五種情況對比分析可知，針對在條件不同、初始投料不同且存在一定數量關系的同一可逆反應中，若以恒溫恒容為參照物，通過建立分析思維模型，更便于比較不同條件下平衡移動后各種量的變化情況。所以，通過領悟命題人的命題意圖，深入思考研發解法模型，可以感知命題方向、優化解題方式、領悟知識關聯、建立思維習慣、提高復習課實效、提升學生學科素養。

五、例題分析

【例1】(2019·浙江選考·17)下列說法正確的是

( )

D.1 mol N2和3 mol H2反應達到平衡時H2轉化率為10%，放出熱量Q1；在相同溫度和壓強下，當2 mol NH3分解為N2和H2的轉化率為10%時，吸收熱量Q2，Q2不等于Q1

【答案】B

【解析】縮小反應容器體積各種物質濃度增大，正逆反應速率均增大，A錯誤；變量不變說明反應已經達到平衡，B正確；若A、C均為氣體，反應前后氣體物質的量不相等，壓強不變說明反應達到平衡，C錯誤；2 mol NH3可以等效成1 mol N2和3 mol H2，模型如圖8，左右兩側擋板可自由移動，兩者轉化率相等，吸放熱相同，所以Q2=Q1，D錯誤。

圖8

表1

下列說法正確的是

( )

A.v1

B.K1>K3，p2>2p3

C.v1α3(SO2)

D.c2>2c3，α2(SO3)+α3(SO2)<1

【答案】CD

【解析】如圖9，容器1中充入2 mol SO2和1 mol O2于700 K時反應，容器2中左上等同于容器1，右側分別充入2 mol SO2和1 mol O2，容器2右側等效成2份容器1，達到平衡后撤去右側中間隔板，如圖9③，各種物質濃度不變，平衡不移動，此時v(SO2)、c(SO3)、平衡總壓強p與容器1相同，平衡轉化率α1+α2=1、K1=K2，將圖9④中平衡物質壓縮到左下方，虛擬平衡正向移動得到如圖9⑤，所以v1c3推出2c3<2c1α3推出α2+α3<1、K1>K3，所以正確的是CD。

圖9

( )

A.加入NaOH，可增大乙醇的物質的量

B.增大HBr濃度，有利于生成C2H5Br

C.若反應物物質的量均增大至2 mol，則兩種反應物平衡轉化率之比不變

D.若起始溫度提高至60℃，可縮短反應達到平衡的時間

( )

表2

A.該反應的正反應放熱

B.達到平衡時，容器Ⅰ中反應物轉化率比容器Ⅱ中的大

C.達到平衡時，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的兩倍

D.達到平衡時，容器Ⅲ中的正反應速率比容器Ⅰ中的大

【答案】1：D 2：AD