化學深度學習的問題驅動創設與實施

【摘 要】通過實驗探究濃度、溫度、壓強對平衡移動的影響，利用層層遞進的十二個問題，引導學生進行思考和自主學習，探索指向化學學科核心素養的培養。具有探究、體驗的深度學習課堂，構建了宏—微—符—曲線的四重表征，較好地解決了它們之間的自由轉換。

【關鍵詞】問題情境;深度學習;手持技術;問題驅動

深度學習就是指在教師引領下，學生圍繞著具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。深度學習教學研究項目以及深度學習教學實踐的理論價值，不僅在于克服機械學習、淺層學習的弊端，讓學生學得主動、積極;更重要的是，要克服長期以來的種種二元對立， 使教師、學生、教學內容 （知識） 獲得高度的統一， 使教學內容實現其本應有的價值，使教師、學生在教學中獲得最大發展，使學生能夠形成有助于未來可持續發展的核心素養。新教材正式啟用后，各地的教材培訓中，都明確強調在深化課堂教學改革過程中要積極探索基于情境、問題導向的互動式、啟發式、探究式、體驗式等課堂教學。因此筆者在“化學平衡移動”的教學中借助真實的生活情境素材來豐富學生的認知體驗，通過設計有梯度的問題來啟發學生的自主探究，利用手持技術促進學生的核心素養發展，對深度學習進行有益探索和嘗試。

一、教學背景分析

1.教材分析

“化學平衡移動”是人教版選修4《化學反應原理》第二章第三節的內容，本節課為第一課時，《普通高中化學課程標準（2017年版）》對本部分教學內容要求：通過試驗探究，了解濃度、壓強、溫度對平衡狀態的影響;認識化學平衡綜合調控在生產、生活和科學研究領域中的重要作用。新教材將“化學反應速率”和“影響化學反應速率的因素”合并為一節，整體性更強，教學更連貫;新加入“化學反應的調控”運用勒夏特列原理指導“工業合成氨”生產。內容的呈現發生了變化，“影響化學平衡的因素”和“化學平衡常數”的互換了順序，以“濃度對化學平衡的影響”引出“化學平衡移動”，形成了“化學平衡狀態→化學平衡常數→影響化學平衡的因素→化學平衡移動→勒夏特列原理”的新順序。以科學認識論為理論基礎，抽提出靜態本質、動態規律、價值為進階維度，結合學科本體研究，抽提出限度的表征、限度的改變、限度改變的價值為進階維度。在濃度對化學平衡移動的影響中增加了控制變量思想，增加了用手持技術驗證了壓強對化學平衡移動的實驗，增加了合成氨工藝流程圖等教學資料。

2.學情分析

學生在初中已經學過化學能與能源的關系，在高中化學人教版必修二學習了化學反應速率及其影響因素、化學反應限度，在人教版選修四《化學反應原理》中化學平衡的學習主要是對化學平衡狀態的影響因素的探討。隨著化學知識的不斷積累和對實驗現象的深入觀察，學生可能會產生是不是所有的化學反應都能進行完全這樣的疑問;學生很多情況下對“化學平衡移動”內容的理解水平處于淺層學習層面，機械地背誦記憶有關的概念和規律，無法建立化學平衡觀，不能將化學平衡的相關知識遷移應用到其他的平衡體系，不利于發展學生的“變化觀念與平衡思想”的化學核心素養。

二、教學目標

（1）通過觀察K2Cr2O7溶液，建構平衡狀態的特征;培養宏觀辨析和微觀探析、變化觀念和平衡思想的能力。

（2）通過實驗探究，理解濃度、溫度、壓強對平衡移動的影響規律;增強實驗探究水平和證據推理能力（視角水平）。

（3）通過討論歸納出平衡移動的原理;建立模型認知水平（內涵水平）。

（4）通過平衡移動原理指導工業生產實踐;培養問題解決能力（簡單化學問題、簡單實際問題）和形成正確的化學價值認識水平（學科價值、社會價值、學科和社會價值）。

三、教學重難點

影響化學平衡移動的條件。

四、教學流程設計

五、教學過程

【情境激學】展示K2Cr2O7溶液

【問題1】 如何判斷反應Cr2O72- + H2O?2CrO42-+2H+發生了？

【問題2】如何判斷該可逆反應達到化學平衡狀態？

【學生】積極思考并回答

【過渡】平衡狀態是不是永

恒不變的？假如可以改變，哪些因素可以影響化學平衡移動？今天，我們一起探究影響化學平衡移動的因素。

【學習任務一】探究濃度、溫度對平衡移動的影響

1.濃度對平衡移動的影響

【自主探究】已知在K2Cr2O7的溶液中存在著如下平衡：Cr2O72- + H2O?2CrO42- + 2H+ ， K2Cr2O7溶液為橙色，K2CrO4溶液為黃色。取三支試管各加入2.5mL（2滴管）0.1 mol/L K2Cr2O7溶液，然后按下表步驟操作，觀察并記錄。

【學生活動】學生按小組自主實驗，記錄實驗現象。

【問題3】：實驗中的現象說明了什么？

【總結】平衡移動的概念

【問題4】可以從哪些角度解釋實驗現象？

【問題5】實驗有沒有什么地方有疑問需要改進？

【實驗探究】認真閱讀以下實驗步驟，預測實驗現象，預測完后按下列實驗操作進行驗證。向盛有5mL0.005mol/L FeCl3溶液的試管中加入5mL0.01mol/L KSCN溶液，溶液呈紅色，將上述溶液分置二支試管中，然后按下表步驟操作。FeCl3+3KSCN?Fe（SCN）3+3KCl

【問題6】往溶液中加入少量氯化鉀固態，平衡會移動嗎？

【學生活動】請分析，達到平衡的反應體系在t1時刻增大反應物濃度和減小反應物濃度對正、逆反應速率的影響，請用速率—時間圖像表示其變化。

【歸納】通過動畫解析速率改變移動規律——誰大向誰移。

2.溫度對平衡移動的影響

【問題7】溫度升高，正逆反應速率都增加，平衡會移動嗎？請同學們大膽提出自己的猜想，并設計實驗驗證。

【探究實驗2】已知2NO2（紅棕色氣體）?N2O4（無色氣體）△H<0 ，分別將NO2球浸泡在冰水、熱水中，觀察其變化。

【學生活動】請分析，達到平衡的反應體系在t1時刻升高溫度和降低溫度對正、逆反應速率的影響，請用速率—時間圖像表示其變化。

【學習任務二】建立平衡移動模型——勒夏特列原理

【問題8】回顧以上實驗，你能發現什么規律？

【歸納】濃度、溫度對平衡移動的影響

【講授】1984年，法國科學家勒夏特列也對上述問題進行了研究，他發現如果一個體系達到平衡狀態時，改變反應條件，化學平衡被破壞，并向減弱改變的方向移動。為了紀念勒夏特列的這個發現，我們將這個有關平衡改變的規律稱為勒夏特列原理。回顧、討論，總結規律在老師的引導下，歸納勒夏特列原理——減弱改變。

【學習任務三】平衡移動模型的完善——利用手持技術探究壓強對平衡移動的影響

3.壓強對化學平衡移動的影響

【學生活動】利用勒夏特列原理，分析2NO2?N2O4反應體系中增大壓強和減少壓強。平衡向哪個方向移動？在v-t坐標中畫出v（正）與v（逆）的相對變化。

【引導】壓強增大，平衡向壓強減小的方向移動，即向氣體計量數減小的方向移動。增大壓強，NO2和N2O4 濃度均增大，反應系數大的NO2濃度增大的倍數更大，平衡向減少NO2濃度的方向移動;減小壓強，NO2和N2O4濃度均減小，反應系數大的NO2的濃度減小更多，平衡向著增加 NO2濃度的方向移動。

【學生活動】利用勒夏特列原理，分析H2（g）+I2（g）?2HI（g）反應體系中增大壓強和減少壓強。平衡向哪個方向移動？在v-t坐標中畫出v（正）與v（逆）的相對變化。

【圖像表征】利用壓強傳感器表征壓強對平衡移動的影響。

4.催化劑對平衡移動的影響

【問題9】催化劑如何影響化學平衡移動？

【引導】催化劑降低反應活化能，有效碰撞增加，化學反應速率提高。對于同一個混合體系中，加入催化劑，v（正）與v（逆）的改變是同等程度的，因此平衡不移動。

【學習任務四】學以致用——討論優化合成氨反應條件方案

【問題10】為什么合成氨要選擇300—700個大氣壓？

【問題11】為什么要不斷地移去液態氨？

【問題12】為什么反應溫度要控制在400—450℃？

【引導】選擇和調控反應條件時，我們不能單一角度地考慮反應的限度，或反應的速率，而是需要綜合考慮諸多因素的影響。既要考慮保障生產的經濟效益，也不可忽視了生產對環境資源的影響。

【課堂小結與作業】請一位同學談談自己本節課的收獲，并要求同學們課后以小組的形式查閱資料和調查了解更多生活、生產中化學平衡的應用。

六、教學思考

1.開發學生學習化學的潛能，激發他們學習化學的興趣，引導學生自主學習，學會學習，在學習中學會發現問題、提出問題、分析問題、解決問題，從而達到培養學生化學核心素養的目的。

2.用深度學習的課堂教學，到學習中，引導學生深入理解化學平衡的概念，教學設計中采用自主探究實驗、問題驅動、遷移應用、四重表征等教學策略使學生能夠達到深度學習水平，構建了宏—微—符—曲線的四重表征，較好的解決了它們之間的自由轉換，讓學生很好的踐行了先從特殊到一般，再由一般到特殊的科學研究方法。

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