基于變化觀念與平衡思想的“化學(xué)反應(yīng)限度”教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確了化學(xué)核心素養(yǎng)的概念。文章作者基于課程標(biāo)準(zhǔn)從學(xué)生認(rèn)知水平和學(xué)科水平的角度對(duì)變化觀念與平衡思想進(jìn)行進(jìn)一步劃分，以形成系統(tǒng)思維的教學(xué)流程為切入點(diǎn)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)限度的教學(xué)設(shè)計(jì)，旨在使學(xué)生通過(guò)理解變化與平衡間對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，形成變化觀念與平衡思想。

關(guān)鍵詞：變化觀念與平衡思想;系統(tǒng)思維;“化學(xué)反應(yīng)限度”;教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.8?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：2095-624X（2021）11-0067-02

一、問(wèn)題的提出

2013年“我國(guó)基礎(chǔ)教育和高等教育階段學(xué)生核心素養(yǎng)總體框架研究”項(xiàng)目正式啟動(dòng)，從此我國(guó)也進(jìn)入對(duì)核心素養(yǎng)的研究階段[1]。化學(xué)作為在分子、原子層面研究物質(zhì)性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律的一門基礎(chǔ)自然科學(xué)，是人們認(rèn)識(shí)世界、改變世界的重要工具?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是最具化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的素養(yǎng)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)化學(xué)的過(guò)程所形成的解決實(shí)際生活問(wèn)題必備的化學(xué)知識(shí)、能力以及滿足終身發(fā)展的化學(xué)思維[2]。重視開(kāi)展素養(yǎng)為本的教學(xué)也成為近幾年化學(xué)教育領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，但和變化觀念與平衡思想相關(guān)的研究不多，因此對(duì)變化觀念與平衡思想做具體研究存在重大意義。

二、基于變化觀念與平衡思想的“化學(xué)反應(yīng)限度”教學(xué)

（一） 變化觀念與平衡思想

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中將核心素養(yǎng)進(jìn)行了4級(jí)水平的劃分。筆者進(jìn)一步從學(xué)生認(rèn)知水平與學(xué)科水平兩個(gè)維度對(duì)4級(jí)水平進(jìn)行劃分。學(xué)科水平是要求學(xué)生從認(rèn)識(shí)化學(xué)、分析化學(xué)、研究化學(xué)到運(yùn)用化學(xué)。認(rèn)知水平則是宏觀、現(xiàn)象、孤立、靜態(tài)到微觀、本質(zhì)、系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)的過(guò)度。變化觀念與平衡思想4級(jí)水平深廣度逐漸增加，因此，高中課程體系中變化觀念與平衡思想在實(shí)際教學(xué)中落實(shí)的關(guān)鍵在于使學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)整體系統(tǒng)的思考逐漸深入。

（二）系統(tǒng)思維下變化觀念與平衡思想的教學(xué)實(shí)施

化學(xué)思維是理解化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的途徑之一，實(shí)驗(yàn)與思維作為證據(jù)共同推動(dòng)化學(xué)研究。馮·貝塔朗菲指出形成系統(tǒng)思維的關(guān)鍵在于從整體上分析和解決問(wèn)題，分清系統(tǒng)的組成要素，再利用有意義學(xué)習(xí)理論的本質(zhì)，進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)之間的建構(gòu)。在化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維，能促進(jìn)學(xué)生在分析和處理問(wèn)題的過(guò)程中，采用整體的、動(dòng)態(tài)的、有序的系統(tǒng)思維。變化觀念與平衡思想的核心則是以化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)為研究對(duì)象。

（三）“化學(xué)反應(yīng)限度”

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)中學(xué)科核心素養(yǎng)水平的劃分，化學(xué)平衡狀態(tài)、平衡移動(dòng)和反應(yīng)進(jìn)行的方向等內(nèi)容均體現(xiàn)變化觀念與平衡思想。其中必修二“化學(xué)反應(yīng)限度”是教學(xué)中落實(shí)該思想的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，起到承上啟下的作用，既可以幫助學(xué)生理解其他的概念，又具有非常重要的實(shí)踐價(jià)值。在開(kāi)始本課教學(xué)前，學(xué)生已經(jīng)知道化學(xué)反應(yīng)速率的相關(guān)知識(shí)和可逆反應(yīng)的概念，對(duì)化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)有基本了解。在“化學(xué)反應(yīng)限度”的學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，認(rèn)識(shí)了化學(xué)反應(yīng)的可逆性;通過(guò)小組合作探究的方式，學(xué)生知道了可逆反應(yīng)在一定條件下能達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，這可以提高學(xué)生的科學(xué)探究能力與創(chuàng)新意識(shí);通過(guò)感知真實(shí)情境，學(xué)生知道可逆反應(yīng)改變條件平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)，這可以提高學(xué)生社會(huì)責(zé)任感。通過(guò)小組合作探究與一系列實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生初步理解了變化與平衡間對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，形成變化觀念與平衡思想。通過(guò)化學(xué)事實(shí)與相關(guān)理論的結(jié)合，引發(fā)認(rèn)知沖突，學(xué)生可以從感性認(rèn)知上升到理性認(rèn)知，完成本課時(shí)變化觀念與平衡思想系統(tǒng)化學(xué)思維的構(gòu)建。

三、教學(xué)流程

通過(guò)前文的分析，筆者結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程以四個(gè)流程進(jìn)行教學(xué)模型建構(gòu)，主要包括明確整體系統(tǒng)、厘清系統(tǒng)要素、探究真實(shí)情境和建立系統(tǒng)思維。

針對(duì)以上四個(gè)流程，以化學(xué)反應(yīng)速率為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

（一）學(xué)習(xí)任務(wù)一 反應(yīng)的限度：有些反應(yīng)是可逆的

明確整體系統(tǒng)：揭開(kāi)高爐煉鐵尾氣之謎（可逆反應(yīng)）→厘清系統(tǒng)要素：提出驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題（正反應(yīng)、逆反應(yīng)）→探究真實(shí)情境：引導(dǎo)探究Kl和FeCl3反應(yīng)現(xiàn)象→建立系統(tǒng)思維：初步建立可逆反應(yīng)思維。

（二）學(xué)習(xí)任務(wù)二 化學(xué)平衡狀態(tài)：可逆反應(yīng)能達(dá)到平衡狀態(tài)

明確整體系統(tǒng)：強(qiáng)調(diào)研究對(duì)象是Kl和FeCl3的反應(yīng)（可逆反應(yīng)）→厘清系統(tǒng)要素：給反應(yīng)濃度變化表，引導(dǎo)分析變化規(guī)律（正反應(yīng)、逆反應(yīng)）→探究真實(shí)情境：引導(dǎo)繪制KI和FeCl3變化速率圖像，分析圖像變化規(guī)律→建立系統(tǒng)思維：逐步建立平衡反應(yīng)思維。

（三）學(xué)習(xí)任務(wù)三 化學(xué)平衡移動(dòng)：改變條件，平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)

明確整體系統(tǒng)：創(chuàng)設(shè)工業(yè)合成氨的真實(shí)情境（可逆反應(yīng)）→厘清系統(tǒng)要素：播放工業(yè)合成氨原理動(dòng)畫(huà)（正反應(yīng)、逆反應(yīng)）→探究真實(shí)情境：引導(dǎo)改變Kl和FeCl3反應(yīng)濃度，建立系統(tǒng)思維：分析現(xiàn)象結(jié)果→完全建立變化觀念與平衡思維。

四、教學(xué)過(guò)程

（一）學(xué)習(xí)任務(wù)一 反應(yīng)的限度：有些反應(yīng)是可逆的

【化學(xué)史導(dǎo)入】觀看投影，展示我國(guó)首鋼煉鐵的高爐，啟發(fā)學(xué)生思考煉鐵高爐尾氣之謎。

【學(xué)生活動(dòng)】小組討論回答。

【教師活動(dòng)】提出可逆反應(yīng)概念。

設(shè)計(jì)意圖：教師根據(jù)真實(shí)情境導(dǎo)入。學(xué)生討論高爐煉鐵之謎，明確整體學(xué)習(xí)系統(tǒng)，結(jié)合我國(guó)實(shí)際認(rèn)識(shí)到化學(xué)在創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富方面的巨大作用，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

【驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題】把可逆反應(yīng)看作整體系統(tǒng)是由哪幾個(gè)要素組成的？

【學(xué)生活動(dòng)】可逆反應(yīng)由正反應(yīng)和逆反應(yīng)兩個(gè)要素組成。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生已經(jīng)知道可逆反應(yīng)概念。以原有知識(shí)作為認(rèn)知起點(diǎn)進(jìn)行建構(gòu)，引發(fā)學(xué)生思考，明確可逆反應(yīng)整體系統(tǒng)是由正反應(yīng)和逆反應(yīng)兩個(gè)要素構(gòu)成。

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】引導(dǎo)學(xué)生分組進(jìn)行氯化鐵與碘化鉀反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

【學(xué)生討論】得出2Fe3++2I-=2Fe2++I2反應(yīng)也是可逆反應(yīng)。

【教師總結(jié)】化學(xué)反應(yīng)存在限度，不能進(jìn)行到底，即有些反應(yīng)是可逆的。

【評(píng)價(jià)】根據(jù)學(xué)生在小組中的表現(xiàn)，進(jìn)行組內(nèi)互評(píng);再進(jìn)行小組互評(píng)，最后教師進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)可以更有效地激發(fā)認(rèn)知沖突，形成認(rèn)知模型，從正反應(yīng)、逆反應(yīng)兩個(gè)要素認(rèn)識(shí)可逆反應(yīng)這一整體，還可以提高科學(xué)探究能力與創(chuàng)新意識(shí)。

（二）學(xué)習(xí)任務(wù)二 化學(xué)平衡狀態(tài)：可逆反應(yīng)能達(dá)到平衡狀態(tài)

【教師活動(dòng)】再次指出Kl和FeCl3的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，存在反應(yīng)限度。

設(shè)計(jì)意圖：再次強(qiáng)調(diào)整體學(xué)習(xí)系統(tǒng)是可逆反應(yīng)，加深學(xué)生對(duì)化學(xué)核心概念的理解。

【實(shí)驗(yàn)事實(shí)】給出一組Kl和FeCl3反應(yīng)濃度變化表。

【引發(fā)討論】分析在不同時(shí)間各物質(zhì)濃度的數(shù)據(jù)，引發(fā)學(xué)生思考。

第一，反應(yīng)剛開(kāi)始濃度最大的物質(zhì)是什么，反應(yīng)結(jié)束時(shí)濃度最大的物質(zhì)是什么？

第二，隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物與生成物濃度如何變化？v（正）與v（逆）怎樣變化？

設(shè)計(jì)意圖：小組合作分析Kl和FeCl3反應(yīng)濃度變化，認(rèn)識(shí)到在研究速率變化時(shí)可以分別研究整體系統(tǒng)中正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率兩個(gè)要素，診斷并發(fā)展學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和合作學(xué)習(xí)的能力。

【教師活動(dòng)】引導(dǎo)小組討論并粗略繪制出FeCl3正逆反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的圖像。

【師生互動(dòng)】分析圖像。明確可逆反應(yīng)整體系統(tǒng)由正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率兩個(gè)層次組成。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度逐漸減小，正反應(yīng)速率不斷減慢;生成物的濃度增大，逆反應(yīng)速率不斷加快。反應(yīng)一段時(shí)間之后，反應(yīng)物和生成物的濃度不再改變，正逆反應(yīng)速率相等，這一狀態(tài)稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，從正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率兩個(gè)要素對(duì)可逆反應(yīng)整體進(jìn)行研究，激發(fā)認(rèn)知沖突，突破表象，提高分析、解決問(wèn)題的能力。最后，學(xué)生歸納出可逆反應(yīng)存在平衡狀態(tài)這一思想，是從感性思維到理性思維的轉(zhuǎn)變，符合認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。

（三）學(xué)習(xí)任務(wù)三 化學(xué)平衡移動(dòng)：改變條件，平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)

【教師活動(dòng)】播放視頻合成氨工業(yè)，提出問(wèn)題如何使氮?dú)夂蜌錃獗M可能多地轉(zhuǎn)化為氨氣？

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境使學(xué)生體驗(yàn)到可逆反應(yīng)是生活中的實(shí)際應(yīng)用，明確工業(yè)合成氨是以可逆反應(yīng)作為整體系統(tǒng)。

【教師活動(dòng)】播放微觀動(dòng)畫(huà)，合成氨中增大反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。

【實(shí)驗(yàn)探究】向Kl和FeCl3的可逆反應(yīng)中添加I2，增加濃度，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【學(xué)生討論】加入KSCN之后，血紅色加深，證明Fe3+的濃度增加了。

【教師總結(jié)】條件不變，平衡狀態(tài)不變。改變外界條件，原平衡狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致平衡發(fā)生移動(dòng)，直至達(dá)成新的平衡狀態(tài)。

【師生總結(jié)】總結(jié)化學(xué)平衡的特征。

“逆”：化學(xué)平衡研究的對(duì)象是可逆反應(yīng)。

“等”：同一物質(zhì)正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率。

“動(dòng)”：化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡，正反應(yīng)和逆反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。

“定”：平衡時(shí)，混合物中各組分的質(zhì)量、濃度、百分含量（或質(zhì)量分?jǐn)?shù)）一定。

“變”：外界條件改變，正逆反應(yīng)速率改變，原化學(xué)平衡被破壞，發(fā)生平衡移動(dòng)，直至建立新平衡。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)小組討論和實(shí)驗(yàn)操作對(duì)問(wèn)題進(jìn)行探究，感受到可逆反應(yīng)整體系統(tǒng)達(dá)到平衡后，改變條件，平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)。師生共同總結(jié)規(guī)律，使學(xué)生明確變化與平衡間對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，形成變化觀念與平衡思想的系統(tǒng)化學(xué)思維。

五、教學(xué)反思

本節(jié)課通過(guò)建立系統(tǒng)化學(xué)思維的方式幫助學(xué)生形成變化觀念與平衡思想。教師在教學(xué)過(guò)程中重視從實(shí)驗(yàn)事實(shí)中揭示理論，學(xué)生在提高實(shí)驗(yàn)操作能力的同時(shí)形成變化觀念與平衡思想。在實(shí)際教學(xué)中，因?yàn)榻虒W(xué)時(shí)長(zhǎng)有限，學(xué)生的思維水平也往往不一致，所以此方法應(yīng)注意因材施教，合理運(yùn)用。

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作者簡(jiǎn)介：韓琳慧（1997— ），女，遼寧沈陽(yáng)人，碩士在讀，研究方向：化學(xué)教學(xué)。