數據驅動的高中化學教學案例*
——以“反應條件對化學平衡的影響”為例

王 越 劉 佳 高建偉

（安徽蚌埠第二中學 安徽 蚌埠 233000）

隨著信息技術的快速發展，由數據驅動的智慧課堂已深入了化學教學，給課堂教學帶來了深刻的變革［1-3］。數據驅動下的高中化學課堂改變了以往課堂“教師先教、學生后學、練習鞏固、反饋提升”的模式，采用了“先學后教、以學定教”的全新教學模式，可以較好地促進化學教學方法的變革，幫助學生理解化學實驗現象，強化科學研究思維［4-8］。高中化學智慧課堂教學模式如圖1所示。

圖1 智慧課堂教學模式

依托大數據驅動、借助智慧課堂教學平臺的高中化學智慧課堂教學，形成了課前（獲取學情數據）、課中（評價課堂教學）、課后（指導個性自習）的一套完整、成熟的教學模式。以魯科版高中化學（2019年版）選擇性必修1第二章第二節第三課時“反應條件對化學平衡的影響”為例具體闡述教學模式的應用。

一、教學設計思路

1.先學后教，以學定教

課前，提前一天布置預習任務，其中包括10 道試題，學生課前在智慧教學平臺上觀看微課并完成課前預習作業，線上提交，基于作業平臺的數據反饋從作業的難度、信度和區分度、試題正確率、每小題正確率、知識點雷達圖這四個角度全面分析學生課前預習效果，對于本次預習作業評價如下：

從作業整體來看，作為課前預習作業，其在難度、信度、區分度和難度比例上都是比較合理的（見圖2）。班級總體正確率較高，說明班級整體對微課涉及的知識點掌握情況很好。學生已經初步掌握了反應條件是如何影響化學平衡移動的（見圖3）。具體到每一小題來看，第3、8、10三題的錯誤率較高，學生掌握情況不好，需要在課堂上再次分析鞏固（見圖4）。學生對于“K與Q的關系如何影響平衡”和“定量分析溫度、濃度、壓強對平衡的影響”的掌握還有一定程度的欠缺，需要在新授課中著重強調。

圖2 作業難度、信度和區分度分析

圖3 試題正確率分析

圖4 每小題正確率分析

綜上所述：學生在此之前已經學習了反應條件對化學平衡影響的定性判斷，初步掌握了反應條件對化學平衡影響的方向，但從數據分析上看其掌握程度不夠深入。說明學生已經具備了一定的“先備知識”，在教學過程中應引導學生回顧必修二已學習過的化學平衡移動的相關知識和原理，深入拓展到“K與Q之間的關系”，發展學生由定性到定量的思維。

2.把握學情，制定目標

（1）教學目標

通過系統推理溫度T、濃度c、壓強p等條件改變對化學平衡的影響學習活動，幫助學生形成基于平衡常數K和濃度商Q的比較分析化學平衡移動問題的分析思路，發展“變化觀念與平衡思想”核心素養；通過設計溫度T對化學平衡移動影響的實驗方案學習活動，鞏固“變量控制”的科學思維方法，再通過實驗論證，發展科學探究“提出問題—作出假設—設計方案—實施實驗—分析論證”的思維過程；通過實驗測定出的壓強變化曲線發展學生“宏觀、微觀、符號、圖像”的四重表征能力。

（2）評價目標

通過對小組推理外界條件對化學平衡影響的討論和點評，診斷并發展學生演繹推理、系統假設的思維水平；通過對“溫度對化學平衡移動的影響”的判斷分析，診斷并發展學生的實驗探究水平。

3.精準分析，突破難點

通過作業平臺數據分析學生的認知水平，課程重難點：運用Q與K的關系定量分析反應條件對化學平衡的影響；“控制變量”思想在實驗探究中的應用。

突破方法：課前微課學習和課前練習，初步了解如何運用Q與K的關系判定平衡移動的方向，把握課堂重點；課中運用POE 教學法，學生實驗探究分析、預測、實施實驗方案驗證理論推導，突破“反應條件對平衡移動影響”這一知識難點；運用數字化實驗將宏觀看不見的壓強變化數據化，突破“由定性到定量”的思維進階。

4.系統整合，教學思路

通過大數據分析，精準把握學生學情，基于學生已有的知識儲備，課堂上通過展示學生作業情況指出學生的薄弱知識點，引出本節課教學內容。通過展示各種酸堿指示劑的變色引出本節課課題——“反應條件對化學平衡的影響”。學生通過對必修二知識的回顧，指出溫度影響化學平衡，由此學生自主設計實驗方案驗證預測，并基于K和Q的關系推導并解釋溫度對化學平衡的影響規律。教師展示“變色花”魔術，學生揭秘魔術，總結濃度對化學平衡的影響，學生解釋原因。最后由數字化實驗探究壓強對平衡的影響。本節課教學思維分為五步驟四環節，具體內容如圖5所示。

圖5 五步驟四環節教學法

二、教學設計展示

［課前］學生通過觀看教師發布的微課視頻，預習本節課的知識內容。教師瀏覽智慧教學平臺“資源庫”，將其中的優質資源提煉整合，推送給學生，幫助學生課前預習。教師通過作業平臺發布預習作業，學生完成練習，教師批改，通過數據分析把握學生學情。

（1）教師推送微課知識內容

鞏固平衡常數K和濃度商Q的表達式；明確平衡移動的定量判據——K與Q的相對大小關系；分析溫度、濃度和壓強是如何定量影響K和Q之間的關系而使化學平衡移動的；總結平衡移動的原理——勒夏特列原理。

（2）學生學習任務單

《化學平衡移動的定量判據》；通過觀看微課視頻，理解如何通過平衡常數K和濃度商Q的關系來定量解釋反應條件對化學平衡的影響；完成學習任務單中的任務，如果遇到困難可以暫停或回放，直到完成為止。閱讀教材，預習反應條件對化學平衡的影響；展示學生自主學習成果，學生小組協作，實驗探究，學生自我檢測和小組互評。

復習必修第二冊中已學習過的反應條件對平衡影響的定性判據；通過微課視頻掌握如何通過平衡常數K和濃度商Q的關系來定量解釋反應條件對化學平衡的影響；通過教師推送的資源，概括整合反應條件對化學平衡影響的定量判據；完成作業平臺中的練習（10題）。

［課中］環節一：數據分析，錯題反思，引出課題。

［教師］對學生數據做詳盡的分析、解讀。通過智學網大數據分析預習作業中的高頻錯題和薄弱知識點。

［所用信息技術和意圖］用“智學網”大數據精準教學以柱狀圖的形式分析學生的高頻錯題，以雷達圖的形式分析學生的薄弱知識點。由薄弱知識點引出本節課教學內容。

［導入］觀看《孔雀石綠的變色》視頻。

［教師］播放《孔雀石綠的變色》視頻。引出本節課課題——“反應條件對化學平衡的影響”。

環節二：探究溫度對化學平衡的影響。

［教師］復習鞏固影響平衡移動的定量判據：

［學生實驗］探究溫度對化學平衡的影響

［實驗藥品］CoCl2溶液（紫色）、熱水、冰水

學生運用以上條件小組討論設計實驗方案，小組互評、教師點評，實施實驗。

［所用信息技術和意圖］通過“分組作答”將學生設計的實驗方案和預測的現象提交至教師端，便于點評。

［實驗操作］取三支試管編號a、b、c，向其中加入等量的CoCl2溶液（紫色），將a試管置于熱水中、c試管置于冰水中、b試管不做任何處理。

［實驗結論］溫度升高體系變為藍色，平衡向吸熱方向移動；溫度降低體系變為粉紅色，平衡向放熱方向移動。

［所用信息技術和意圖］通過“學生講”功能，將每組實驗現象投屏到大屏幕上，便于小組合作、交流。

［教師］提供教材中的“資料在線”——溫度與化學平衡常數之間的關系。

［學生總結］

溫度升高→吸熱反應K增大→Q＜K→平衡正向移動即向吸熱方向移動

溫度降低→吸熱反應K減小→Q＞K→平衡逆向移動即向放熱方向移動

［教師］發布課前預習作業中“溫度對化學平衡影響”的高頻錯題，用以鞏固本知識點并檢測教學目標達成情況。

環節三：探究濃度對化學平衡的影響。

［學生］基于K與Q的關系預測濃度對化學平衡的影響。增大反應物濃度或減小生成物濃度使改變條件的瞬間Q＜K，平衡正向移動；減小反應物濃度或增大生成物濃度使改變條件的瞬間Q＞K，平衡逆向移動。

［教師］展示“變色花”魔術。在粉色的紙花上噴灑某液體A，花變成了藍色；再向已變藍色的花上噴灑某液體B，花又恢復成了粉色。分析A、B兩種液體分別是什么。“變色花”的變色原理是什么。

［學生］小組討論，揭秘魔術。液體A 為濃鹽酸，增大Cl-濃度，平衡正向移動，粉色花變成了藍色；液體B 為蒸餾水，體系中H2O 的含量增加，使Cl-濃度減小，平衡逆向移動，藍色花變成了粉色。

［所用信息技術和意圖］通過“討論”功能發布討論“變色花的變色原理”。學生在“討論區”中各抒己見，揭秘魔術。

環節四：探究壓強對化學平衡的影響。

［結論］增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動（正向移動）；減小壓強，平衡向氣體體積增大的方向移動（逆向移動）。

圖6 注射器內壓力與時間的關系

［學生］解釋圖像變化原因

［結論］因為增大壓強平衡向氣體體積減小的方向移動，故在增大壓強一段時間后，平衡向生成N2O4方向移動，體系壓強減小。減小壓強，平衡向氣體體積增大的方向移動，故在減小壓強的一段時間后，平衡向生成NO2方向移動，體系壓強增大。

［意圖］運用數字化實驗儀器將看不見的壓強變化數據化，發展學生“宏觀、微觀、符號、圖像”的四重表征能力。

［教師］發布課前預習作業中“反應條件對化學平衡影響”的高頻錯題，用以鞏固本知識點并檢測教學目標達成情況，師生合作總結思維導圖如圖7所示：

圖7 師生合作總結思維導圖

［教師］指示劑為什么會變色？

［知識支持］指示劑是一種有機弱酸（HIn），體系中存在如下平衡：

［學生］在酸性條件下H+濃度增大平衡逆向移動，指示劑顯示酸式色；堿性條件下OH-濃度增大中和H+，H+濃度降低，使平衡正向移動，指示劑顯示堿式色。故指示劑能指示體系的酸堿性。

［課后］完成“反應條件對化學平衡影響”課后作業，完成針對于課前預習作業的“AI課后練習”。

［所用信息技術和意圖］

發布“課后作業”鞏固本節課所學，通過批改得到的數據可以把握學生本節課的知識掌握情況。

智學網通過大數據分析每一位學生的錯題，并按照錯題相對應的知識點進行習題推送，制作每位學生的個性化學習手冊，可以讓學生更有針對性地梳理錯題，進行知識的糾錯和提高。

三、教學反思

本節課是2020 年蚌埠市首屆“建功珠城”青年教師教學技能比賽一等獎第一名的課例，整節課全面貫徹智慧課堂教學理念，“先學后教、以學定教”突出教學重難點，實現基于學生的教學和個性化指導，利于學生化學學科核心素養的培養。課后教學反思如下：

（1）錯題導入，開門見山

通過作業平臺中的高頻錯題導入，直擊本節課教學重難點，開門見山點出影響平衡移動的判據——“K與Q的大小關系”。并將這一關系判據始終貫穿于整節課的教學，是本節課的思維主線。

（2）數據驅動，因材施教

本節課的備課是基于數據統計學生本節課的薄弱知識點和易錯知識點，針對于這些知識點教學真正實現了精準備課、因材施教。學生通過本節課的教學能自主糾正預習作業中的錯題，達成了本節課的預期效果。

（3）多重表征，聚焦能力

本節課使用數字化實驗探究反應條件對化學平衡的影響，學生依據壓強對化學平衡的影響解釋圖像，將本節課所學知識加以應用，發展了學生由數據到圖像的多重表征能力。

（4）開拓思維，落實素養

課程采用POE教學模式，預測反應條件對化學平衡的影響并設計實驗，觀察實驗現象并解釋以得出結論。這樣的教學方式有利于激發學生自主思考，身臨其境地體驗科學探究過程，發展學生科學探究與創新意識的學科核心素養。