基于學(xué)科價(jià)值的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施——“化學(xué)反應(yīng)速率影響因素”教學(xué)案例研究

賴增榮

（福建省上杭縣第一中學(xué) 福建 上杭 364200）

一、問題的提出

現(xiàn)行高中中學(xué)化學(xué)教材中，關(guān)于“化學(xué)反應(yīng)速率影響因素”的內(nèi)容，主要從兩個(gè)階段進(jìn)行學(xué)習(xí)：

第一階段：《化學(xué)2》（以魯科版為例，下同）第2 章第2 節(jié)《化學(xué)反應(yīng)的快慢和限度》。

教材主要通過“活動(dòng)與探究”（給定試劑、儀器以及方法導(dǎo)引）， 要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象歸納總結(jié)出影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素 （反應(yīng)物的性質(zhì)、外界條件如反應(yīng)物濃度、固體顆粒大小、溫度、催化劑等）， 以及從定性角度了解這些因素對反應(yīng)速率將產(chǎn)生怎樣的影響。

第二階段：《化學(xué)反應(yīng)原理》第2 章第3 節(jié)《化學(xué)反應(yīng)速率》。

教材通過3 個(gè)“交流·研討”欄目，分別給出三組數(shù)據(jù)，要求學(xué)生通過分析這些數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：

反應(yīng)物濃度與反應(yīng)速率之間的定量關(guān)系；

反應(yīng)溫度與反應(yīng)速率之間的定量關(guān)系；

催化劑使用前后對反應(yīng)速率影響的定量關(guān)系；

再通過反應(yīng)碰撞理論和過渡狀態(tài)理論解釋為什么濃度變化、溫度改變、使用催化劑能影響反應(yīng)速率。

2013年全國高考化學(xué)考試大綱對于“反應(yīng)速率影響因素”的要求是：“了解化學(xué)反應(yīng)速率的概念，反應(yīng)速率的表示方法，理解外界條件（濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等）對反應(yīng)速率的影響。以合成氨工業(yè)生產(chǎn)為例，用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的觀點(diǎn)理解工業(yè)生產(chǎn)的條件?！?/p>

從考綱要求看， 化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度、催化劑之間的定量關(guān)系似乎不作要求，因而不少教師認(rèn)為，既然高考不考反應(yīng)速率與外界因素的定量關(guān)系，那么就沒有必要或者可以簡單教授這些內(nèi)容，以免加重學(xué)生負(fù)擔(dān)。究竟這些內(nèi)容是否要教？如果要教，應(yīng)該怎樣教？ 教到何種程度？

二、化學(xué)反應(yīng)速率的教育價(jià)值

要回答上述問題， 我們應(yīng)該先捋順幾個(gè)問題：為什么要教化學(xué)（即我們教化學(xué)的目的到底是什么）？ 學(xué)生通過相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)應(yīng)該獲得哪些方面的發(fā)展？ 高考真的不考這些內(nèi)容嗎？ 這些都涉及到《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊的學(xué)科價(jià)值問題。

何為價(jià)值？ 哲學(xué)范疇的價(jià)值泛指客體對于主體表現(xiàn)出來的積極意義和有用性，它表示物（未必是商品）對人有用或使人愉快的特殊屬性。從教育學(xué)范疇看，關(guān)于教育價(jià)值的觀點(diǎn)很多，其中杜威的教育價(jià)值觀點(diǎn)具有一定代表性。他認(rèn)為教育價(jià)值可以分為兩種——內(nèi)在的價(jià)值 （Intrinsic Values）（教育內(nèi)容或者要素成為教育的直接目的，它具有內(nèi)在價(jià)值屬性，為了知識而教育、為了能力而學(xué)習(xí)、為了真理而學(xué)習(xí)和教育）和工具的價(jià)值（Instrumental Values），又稱為“外在的價(jià)值”（External Values）（當(dāng)它成為實(shí)現(xiàn)別的目的的手段、方法或途徑時(shí)，具有外在價(jià)值屬性）。

學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)則從三個(gè)維度（知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀）對學(xué)科教育價(jià)值進(jìn)行了闡述。

綜合以上分析，對于“反應(yīng)速率影響因素”教育價(jià)值，也可以從認(rèn)知價(jià)值、遷移價(jià)值、情意價(jià)值三個(gè)方面進(jìn)行概括。

1．完善和升級認(rèn)知結(jié)構(gòu)

通過“化學(xué)反應(yīng)速率影響因素”的學(xué)習(xí)，學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素的認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到完善和提升，具體見表1。

表1 《化學(xué)反應(yīng)速率》在必修1、選修4 中認(rèn)知要求比較

2．遷移價(jià)值

通過本節(jié)學(xué)習(xí)，學(xué)生至少應(yīng)該獲得以下方面遷移與應(yīng)用：

①學(xué)會利用化學(xué)反應(yīng)速率相關(guān)理論，在實(shí)際情景中分析調(diào)控反應(yīng)速率的方法，并且進(jìn)行對比，找出最有效的方案；還能利用相關(guān)理論找到最適合的反應(yīng)條件。

②將反應(yīng)速率相關(guān)知識遷移到后續(xù)學(xué)習(xí)中，如水的電離平衡、弱酸弱堿電離平衡、鹽類水解平衡、沉淀溶解平衡的建立。

③學(xué)習(xí)或進(jìn)一步鞏固從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論的科學(xué)研究方法； 培養(yǎng)透過數(shù)據(jù)看到本質(zhì)規(guī)律的能力；學(xué)習(xí)將具體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較、歸納，抽象成數(shù)學(xué)模型的定量科學(xué)思維方法等。

④通過控制變量實(shí)驗(yàn)原理的理解、設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)，體會其應(yīng)用價(jià)值，并能將該原理應(yīng)用于其他探究課題中。

⑤給學(xué)生認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)規(guī)律又增加了新視角。

3．情意價(jià)值實(shí)現(xiàn)

本部分內(nèi)容提供了大量的科學(xué)史實(shí)、數(shù)據(jù)，綜合體現(xiàn)了化學(xué)家的觀察能力、歸納概括能力、推理能力；學(xué)生通過這些素材的學(xué)習(xí)和領(lǐng)悟，可以體驗(yàn)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)知識的過程；體驗(yàn)“實(shí)驗(yàn)→假設(shè)→再實(shí)驗(yàn)→修正理論→應(yīng)用”科學(xué)發(fā)展歷程，對幫助學(xué)生形成實(shí)事求是、刻苦鉆研的科學(xué)態(tài)度也有重要的作用。例如，筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)學(xué)生在教材中看到反應(yīng)CO2＋NO 的速率方程為v＝kc（NO2）時(shí)，不少同學(xué)會產(chǎn)生好奇心和質(zhì)疑，因?yàn)樵摲匠瘫砻鞣磻?yīng)速率與另一種反應(yīng)物CO 濃度無關(guān)，這和以前學(xué)習(xí)的知識（增大反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率加快）會產(chǎn)生思維沖突，因而能很好激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究欲望、求知欲望，從而又增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。

綜上所述， 本部分教材承載了大量的教學(xué)信息，對化學(xué)學(xué)科價(jià)值的實(shí)現(xiàn)具有十分重要的意義。高考中雖然“不要求反應(yīng)速率與濃度、溫度、催化劑的定量關(guān)系”，但是對于相關(guān)定量關(guān)系的獲得方法、將相關(guān)方法遷移到實(shí)際情景中解決問題是必須學(xué)會的； 況且，從定量視角審視化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素，牢固樹立定量思維的思想正是課程標(biāo)準(zhǔn)對《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊所要求的重要目標(biāo)。高考不是化學(xué)教學(xué)的唯一目的，化學(xué)教學(xué)更重要的是促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，展現(xiàn)學(xué)科教育價(jià)值。所以該部分內(nèi)容不但要教，而且要教學(xué)到位。

三、實(shí)現(xiàn)學(xué)科價(jià)值的教學(xué)策略

1．挖掘知識的教育價(jià)值

要實(shí)現(xiàn)教育的學(xué)科價(jià)值，首先要善于發(fā)現(xiàn)和挖掘?qū)W科知識的教育價(jià)值。筆者認(rèn)為，可以從以下幾個(gè)方面來發(fā)掘：

（1）研讀課程標(biāo)準(zhǔn)

課程標(biāo)準(zhǔn)對中學(xué)化學(xué)學(xué)科教育價(jià)值做了比較全面的闡述。包括整個(gè)高中階段、模塊、主題、乃至章節(jié)都有具體目標(biāo)要求。例如課標(biāo)中“化學(xué)反應(yīng)速率影響因素”的目標(biāo)是：

①知道活化能的涵義及其對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

②通過實(shí)驗(yàn)探究溫度、濃度、壓強(qiáng)和催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，認(rèn)識其一般規(guī)律。

③通過催化劑實(shí)際應(yīng)用的事例， 認(rèn)識其在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重大作用。

④認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。

（2）研讀教材首頁、章節(jié)首頁

在教材首頁、每一章的首頁都對相關(guān)知識的學(xué)習(xí)目標(biāo)和方法作了闡述，要善于利用上述素材來挖掘知識教育價(jià)值。例如，《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊在教材首頁有如下一段描述：“第2 章在同學(xué)們已經(jīng)具有化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率的初步概念并已經(jīng)能夠定量描述化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)大家在更高層面上比較全面地認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的方向、限度、速率的有關(guān)規(guī)律，了解相應(yīng)的理論及實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)會定量描述反應(yīng)限度和速率，能夠綜合分析各方面因素對實(shí)際化工生產(chǎn)的影響。具體內(nèi)容包括如何從理論上分析化學(xué)反應(yīng)的可能性、計(jì)算反應(yīng)的最大限度和使平衡向需要的方向移動(dòng)，如何通過實(shí)驗(yàn)獲知化學(xué)反應(yīng)速率并改變反應(yīng)速率，如何優(yōu)化反應(yīng)條件等”。

（3）深入研究教材內(nèi)容和編寫者意圖

教材內(nèi)容是學(xué)習(xí)和教學(xué)的主要載體，教師應(yīng)該花時(shí)間和精力， 深入研究教材內(nèi)容所承載的有效信息，挖掘?qū)W科教育價(jià)值。盡可能從認(rèn)知價(jià)值、遷移價(jià)值、情意價(jià)值等方面深入分析， 認(rèn)真體會教材編寫者的意圖，發(fā)揮教材的最大教育價(jià)值功能，從而使學(xué)生得到應(yīng)有的發(fā)展。如“催化劑對反應(yīng)速率的影響”所隱含的學(xué)科價(jià)值主要有以下幾個(gè)方面：

①催化劑能改變反應(yīng)速率，是通過怎樣的途徑實(shí)現(xiàn)的？

②催化劑改變反應(yīng)速率的程度遠(yuǎn)比其他因素對反應(yīng)速率的影響程度大。

③催化劑具有選擇性，在實(shí)際生產(chǎn)中利用催化劑來增大反應(yīng)速率有何優(yōu)勢？

④該部分內(nèi)容所隱含的科學(xué)方法、情意價(jià)值。

2．從全局視野進(jìn)行備課

這里所說全局視野，是指備課時(shí)應(yīng)先從整個(gè)中學(xué)化學(xué)教學(xué)課程體系的角度做總體分析， 理解各階段、各模塊編寫意圖和承載的學(xué)科教育價(jià)值，再進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，將學(xué)科價(jià)值教育落實(shí)到各模塊、各章節(jié)、各課時(shí)中。由高到低的視角簡單表示如下：

3．落實(shí)欄目功能

魯科版《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊教材，選編了大量的各種欄目，而且功能側(cè)重點(diǎn)不同，為化學(xué)學(xué)科價(jià)值的實(shí)現(xiàn)提供了很好平臺， 教學(xué)中應(yīng)該充分利用欄目，認(rèn)真分析欄目信息，開發(fā)各種教育功能，為落實(shí)教學(xué)目標(biāo)提供手段和保證。

例如濃度對反應(yīng)速率影響因素中的 “交流與研討”欄目（見表2）。

編寫者給出該欄目的用意就是 “人人參與討論，分析歸納總結(jié)”。通過該欄目討論、分析、歸納、總結(jié)，

表2 在298K 時(shí)，反應(yīng)在不同濃度時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率

表2 在298K 時(shí)，反應(yīng)在不同濃度時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率

實(shí)驗(yàn)編號 1 2 3 4 5 c（HI）／mol·L－1 0．100 0．200 0．300 0．100 0．100 c（H2O2）／mol·L－1 0．100 0．100 0．100 0．200 0．300 v／mol·L－1·s－1 0．007 60 0．015 3 0．022 7 0．015 1 0．022 8

1．請找出化學(xué)反應(yīng)速率與H2O2濃度及HI 濃度之間的關(guān)系，并嘗試寫出相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

2．請針對“化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系”談?wù)勛约旱目捶ā？梢蕴岣邔W(xué)生的分析、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的能力；學(xué)會將變量控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)抽象為數(shù)學(xué)模型的方法；根據(jù)所得到的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步理解反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度之間的定量關(guān)系。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生還會進(jìn)一步追問為什么會有這樣的定量關(guān)系？ 所有反應(yīng)都這樣嗎？ 因而又激發(fā)學(xué)生探究欲望。

4．“不考”的內(nèi)容也要教

這里所說“不考”的內(nèi)容，就是指在各種考試中，該部分內(nèi)容本身不作要求。但是筆者在“不考”兩個(gè)字加上引號，這是因?yàn)殡m然該部分的內(nèi)容本身（如反應(yīng)速率方程、阿倫尼烏斯公式等）不作要求，但是該部分內(nèi)容承載的科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)思維等學(xué)科價(jià)值是學(xué)生必不可少的， 能力考試也是重點(diǎn)考查的方面，教學(xué)中應(yīng)該給予足夠的重視。例如前述反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度之間定量關(guān)系的建立，在建立過程中涉及定量思維方法、思維方式的學(xué)習(xí)是必不可少的，考試也是有要求的；又如“拓展視野”、“追根尋源”、“歷史回眸” 欄目中內(nèi)容雖然在各種考試中不作要求，但是化學(xué)教學(xué)的目標(biāo)不只是考試，更多的是要實(shí)現(xiàn)化學(xué)教育的價(jià)值。通過這些欄目的內(nèi)容學(xué)習(xí)，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)興趣，體驗(yàn)科學(xué)家探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)家探究的方法，陶冶科學(xué)精神、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度。教師要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，以實(shí)現(xiàn)教育價(jià)值為宗旨，為了學(xué)生發(fā)展的需要，不考的內(nèi)容也要教而且要教到位。顯然，該部分內(nèi)容的教學(xué)，不但不會增加負(fù)擔(dān)，還對學(xué)生的發(fā)展大有益處。

高考以能力測試為主， 思維能力的形成需要載體， 如果教師對這部分內(nèi)容沒有正確處理或干脆不教，那么學(xué)生思維方法習(xí)得、科學(xué)精神的培養(yǎng)就會成為無水之源，就可能導(dǎo)致教育價(jià)值缺失。

5．盡可能在實(shí)際情境中教學(xué)

化學(xué)知識、技能、方法來源于實(shí)際，又應(yīng)用于實(shí)際。讓學(xué)生在實(shí)際情景中學(xué)習(xí)，在情景中發(fā)現(xiàn)化學(xué)知識，獲得化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，可以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，理解知識產(chǎn)生過程，了解知識的價(jià)值，因而使得學(xué)生在各方面得到較好發(fā)展， 也能更好地將所學(xué)遷移到其他情境中，從化學(xué)視角分析問題、解決問題。例如濃度與化學(xué)反應(yīng)速率定量關(guān)系的獲得，教材提供了真實(shí)的實(shí)驗(yàn)素材，教師應(yīng)該充分利用欄目內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，讓每個(gè)學(xué)生主動(dòng)參與，感受反應(yīng)速率方程的獲得過程與方法，體驗(yàn)控制變量實(shí)驗(yàn)的作用。教學(xué)中絕不能以講代學(xué)，或直接告訴學(xué)生結(jié)論或干脆不教。只有這樣，學(xué)生在以后碰到類似問題才會順利遷移，解決相關(guān)問題就會有水到渠成的功效。

6．實(shí)際應(yīng)用中感悟化學(xué)學(xué)科價(jià)值

知識與能力的遷移需要較好的情景，尤其是比較陌生但又是真實(shí)的情景更佳。因此，在課后，應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生嘗試了解或分析或解決沒有學(xué)習(xí)過的有關(guān)生產(chǎn)、生活中化學(xué)問題。例如，反應(yīng)速率影響因素學(xué)習(xí)后，可以讓學(xué)生思考以下問題：

工業(yè)制硝酸時(shí)，氨和氧可以進(jìn)行下列三個(gè)反應(yīng)：

除此以外，還可能發(fā)生下列反應(yīng)：

不同溫度下，上述式（1）～式（4）的平衡常數(shù)見表3。

表3 不同溫度下氨氧化或氨分解反應(yīng)的平衡常數(shù)（p＝0．1013MPa）

［問題］如果對反應(yīng)不加任何控制而任其自然進(jìn)行，氨和氧的最終反應(yīng)產(chǎn)物必然是氮?dú)?。欲獲得所要求的產(chǎn)物NO，應(yīng)該采取何種措施最佳？

要回答上述問題，學(xué)生必須要從反應(yīng)速率和反應(yīng)限度進(jìn)行分析。從表1 可知，在一定溫度下，幾個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)都很大，實(shí)際上可視為不可逆反應(yīng)，比較各反應(yīng)的平衡常數(shù)，以式（3）為最大。顯然不可能從反應(yīng)限度視角去改變化學(xué)平衡來達(dá)到目的，而只可能從反應(yīng)速率方面去思考。如果欲加速反應(yīng)式（1），同時(shí)抑制其他反應(yīng)進(jìn)行，從溫度、濃度角度來改變條件，無法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，因?yàn)檫@兩種因素對每個(gè)反應(yīng)的影響具有一致性。要達(dá)到這種目標(biāo)，必須尋找一種催化劑，利用催化劑的選擇性，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目的。

通過上述案例分析，學(xué)生可以深深感受到所學(xué)知識的價(jià)值所在，體現(xiàn)其在工業(yè)生產(chǎn)上解決問題的巨大作用，體現(xiàn)化學(xué)與生產(chǎn)生活的緊密關(guān)系，更進(jìn)一步激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。

四、結(jié)論

化學(xué)學(xué)科價(jià)值的實(shí)現(xiàn)，是化學(xué)教育者執(zhí)行化學(xué)教學(xué)的基本要求。不能“不考不教”，“以考定教”；不能只看到知識內(nèi)容的表面，更應(yīng)該透過知識內(nèi)容，審視教學(xué)內(nèi)容隱含的深層次教育價(jià)值，充分發(fā)揮教育載體的各種功能，以化學(xué)教育價(jià)值的實(shí)現(xiàn)為教育宗旨，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

選修中的“化學(xué)反應(yīng)速率影響因素”內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)化學(xué)教育價(jià)值的一種很好載體，教育者應(yīng)該善于挖掘該內(nèi)容的教育價(jià)值，在教學(xué)設(shè)計(jì)、執(zhí)行教學(xué)中確實(shí)落實(shí)到位，為學(xué)生發(fā)展打好基礎(chǔ)；

“不考”內(nèi)容也要教。但教學(xué)的目的不是讓學(xué)生掌握該部分的具體知識內(nèi)容，而應(yīng)該注重該部分內(nèi)容所具有的教育價(jià)值功能。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生在科學(xué)方法、定量思維方法上獲得發(fā)展，體驗(yàn)科學(xué)知識的產(chǎn)生、發(fā)現(xiàn)過程，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，感悟化學(xué)與生產(chǎn)生活的緊密聯(lián)系，感悟化學(xué)在解決生產(chǎn)生活問題的巨大作用。

［1］王磊．化學(xué)2（必修）［M］．濟(jì)南：山東科技出版社，2007

［2］王明召，高盤良，王磊．化學(xué)反應(yīng)原理（選修）［M］．濟(jì)南：山東科技出版社，2011

［3］福建省教育考試院．2013年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試福建省理科綜合考試說明．福州： 福建教育出版社，2013

［4］百 度 百 科．教 育 價(jià) 值．http：／ ／baike．baidu．com／link？ url＝8aOvCXQ13Z9SszrH88cLDL069IaTwAbl496iCNKI91PLkM LWdlkOe－ZpKJ1V1V8h2013．12．18

［5］中華人民共和國教育部．高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京：人民教育出版社，2003