基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的單元整體教學(xué)設(shè)計

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提到，要整體規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容的深廣度和合理組織化學(xué)教學(xué)內(nèi)容。化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的組織，應(yīng)有利于促進(jìn)學(xué)生從化學(xué)學(xué)科知識向化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化，而內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化是實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的有效途徑。下面，筆者以必修二《化學(xué)反應(yīng)的速率與限度》為例，結(jié)合教材中的“化學(xué)與職業(yè)”欄目，讓學(xué)生以一個煉鐵廠工程師的身份，在工作中面臨的實際問題為情境，結(jié)合本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)和評價目標(biāo)，進(jìn)行單元整體教學(xué)設(shè)計。

一、教材分析

《化學(xué)反應(yīng)的速率與限度》是人教版（2019）化學(xué)教材必修第二冊第六章第二節(jié)內(nèi)容，是學(xué)生在認(rèn)識了化學(xué)反應(yīng)有物質(zhì)變化和能量變化的基礎(chǔ)上，再次從動力學(xué)和熱力學(xué)角度更加深入認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)。通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，要讓學(xué)生體會到化學(xué)反應(yīng)是有條件的，條件是可以控制的，在實際生產(chǎn)生活中我們能夠依據(jù)調(diào)控反應(yīng)的速率和限度，從而更深層次體會化學(xué)反應(yīng)原理的價值和應(yīng)用。同時，本節(jié)的內(nèi)容更加深入系統(tǒng)地研究化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律，真正使學(xué)生從研究者的角度認(rèn)識反應(yīng)，可讓學(xué)生初步建立基于條件改變來控制化學(xué)反應(yīng)的觀念，發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”等學(xué)科核心素養(yǎng)，也將為選擇性必修一《化學(xué)反應(yīng)原理》中進(jìn)一步研究化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和速率奠定基礎(chǔ)。

二、學(xué)情分析

學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過MnO2催化分解H2O2制O2，知道化學(xué)反應(yīng)有快慢、知道可逆反應(yīng)的存在，在技能上具備了簡單化學(xué)實驗方案設(shè)計和評價能力，學(xué)生之間能夠合作完成實驗探究。

三、單元整體教學(xué)設(shè)計

（一）第一課時

【情境】假設(shè)你是某鋼鐵廠的工程師，公司要求一個煉鐵高爐的日產(chǎn)鐵量不低于134.4噸，相當(dāng)于每小時產(chǎn)鐵量約5.6噸，在煉鐵時需鼓入熱空氣與焦炭反應(yīng)產(chǎn)生一氧化碳，若現(xiàn)有的設(shè)備的鼓風(fēng)口鼓入壓縮熱空氣后，與爐中的足量焦炭每小時產(chǎn)生4×106mol一氧化碳，理論上這個鼓風(fēng)速率能否滿足生產(chǎn)需求？

【問題】1.煉鐵高爐中涉及的化學(xué)反應(yīng)有哪些？2.若按5.6噸/小時的產(chǎn)鐵量，煉鐵主反應(yīng)的速率是多少？3.現(xiàn)有設(shè)備的鼓風(fēng)速率能否滿足需求？若不能，可以怎樣改進(jìn)？

【活動】觀看鋼鐵廠高爐煉鐵的視頻

【設(shè)計意圖】第一課時主要學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)快慢的定量描述——化學(xué)反應(yīng)速率。在本課時，從一個鋼鐵廠高爐煉鐵的視頻開始，通過了解煉鐵的流程，煉鐵過程中需要的原料、發(fā)生的反應(yīng)，思考各反應(yīng)間的關(guān)系，了解計算反應(yīng)速率的必要性。引入新課教學(xué)，化學(xué)反應(yīng)速率的定義、計算方法，再讓學(xué)生根據(jù)新知，應(yīng)用到情境討論中，理論計算煉鐵主反應(yīng)的速率，通過數(shù)據(jù)判斷設(shè)備的鼓風(fēng)口能否滿足需求。在這個真實情境中，通過解決問題的需求，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，讓學(xué)生感受到定量描述化學(xué)反應(yīng)快慢的重要意義，領(lǐng)悟化學(xué)反應(yīng)速率的表示和計算的方法，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

（二）第二課時

【情境】假設(shè)你是某鋼鐵廠的工程師，在實際生產(chǎn)過程中，你發(fā)現(xiàn)煉制1噸生鐵所需原料焦炭的實際用量遠(yuǎn)超出按照化學(xué)方程式計算所需的量，而且從高爐頂部出來的尾氣中總是含有許多未被利用的一氧化碳。

【問題】1.是否所有的化學(xué)反應(yīng)都能進(jìn)行到底，即反應(yīng)物完全轉(zhuǎn)化？2.一個化學(xué)達(dá)到反應(yīng)限度有哪些特征？3.增加煉鐵爐的高度能提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率嗎？

【活動】1.教師演示實驗：向2mL 0.01mol·L-1 KI溶液中加入5滴 0.01mol·L-1 FeCl3溶液，充分反應(yīng)后，再加入2mL的CCl4，取上層溶液于另一支試管中，加入幾滴 0.1mol·L-1 KSCN 溶液。學(xué)生觀察現(xiàn)象并分析原因。

2.學(xué)生觀察2SO2+O22SO3，反應(yīng)過程中SO2、O2、SO3的濃度變化，畫出濃度-時間圖像。

3.總結(jié)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的特征，思考“增加煉鐵爐的高度能否提高一氧化碳的利用率？”

【設(shè)計意圖】第二課時通過煉鐵高爐尾氣中始終有未反應(yīng)完的一氧化碳這個事實，結(jié)合課堂上的演示實驗，讓學(xué)生知道并不是所有的化學(xué)反應(yīng)都可以進(jìn)行完全的，即使其中一種反應(yīng)物足量，另一種反應(yīng)物也不能完全轉(zhuǎn)化，這種反應(yīng)進(jìn)行不徹底，是進(jìn)行到一定程度停止了嗎？反應(yīng)不徹底的原因是什么？教師引導(dǎo)學(xué)生提出猜想→尋找證據(jù)→驗證猜想→解釋論證→得出結(jié)論，總結(jié)可逆反應(yīng)的特征，發(fā)展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的學(xué)科核心素養(yǎng)。教師給出反應(yīng)過程中SO2、O2、SO3的濃度數(shù)據(jù)，讓學(xué)生畫出濃度-時間圖和速率-時間圖。學(xué)生可直觀看到對于一個可逆反應(yīng)，在一定時間后，反應(yīng)物和生成物濃度保持不變，v正=v逆，此時可逆反應(yīng)達(dá)到限度，這種狀態(tài)稱之為平衡狀態(tài)。教師再與學(xué)生總平衡狀態(tài)的建立、本質(zhì)與特征，讓學(xué)生掌握如何判斷一個可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)。本課時的結(jié)尾，回到“增加煉鐵爐的高度能否提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率”問題，科學(xué)研究表明 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2是一個可逆反應(yīng)，因此，反應(yīng)進(jìn)行不完全，在一定條件下達(dá)到反應(yīng)限度后，即使延長反應(yīng)時間，也無法提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。

（三）第三課時

【情境】假設(shè)你是某鋼鐵廠的工程師，你將如何調(diào)控反應(yīng)條件來為工廠創(chuàng)造最大的效益？

【問題】1.工廠的效益需要考慮哪些方面的問題？2.如何提高煉鐵反應(yīng)的速率？這些舉措都切實可行嗎？3.化學(xué)反應(yīng)的限度可以改變嗎？

【活動】探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素實驗

實驗試劑提供：5%H2O2溶液、1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/L鹽酸、1mol/L鹽酸、蒸餾水、塊狀碳酸鈣

【設(shè)計意圖】本課時的教學(xué)重點是讓學(xué)生運用變量控制的方法探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，并能初步運用到解決生產(chǎn)中反應(yīng)條件的選擇中。在化學(xué)反應(yīng)速率影響因素的探究實驗中，催化劑對反應(yīng)速率的影響在初中已經(jīng)學(xué)過，因此主要探究溫度、濃度這兩種因素，逐步幫助學(xué)生建立變量控制的思維模型：確定研究對象→確定自變量和因變量→確定實驗操作→確定因變量觀測指標(biāo)→得出結(jié)論。在對濃度的影響探究時，緊密聯(lián)系高考，從易到難，遞進(jìn)設(shè)計，由給出的不同濃度試劑到只給出一種濃度的試劑，通過調(diào)節(jié)蒸餾水的量來控制單一變量，可以拓寬學(xué)生的思路，更加深刻地理解變量控制法，發(fā)展學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新精神”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

四、總結(jié)與反思

綜上，本節(jié)內(nèi)容的單元整體設(shè)計不僅涵蓋了教材的核心知識點，還將宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新精神、變化觀念與平衡思想、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)滲透于教學(xué)過程中，并且充分運用真實情境串聯(lián)，用問題牽引學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了快慢和限度兩方面的理解和科學(xué)實驗探究，并最終回歸到解決生產(chǎn)過程中面臨的實際問題，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合運用化學(xué)的能力，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

責(zé)任編輯 邱 麗