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

摘 要：《普通高中化學(xué)課程標準（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準從學(xué)生認知水平和學(xué)科水平的角度對變化觀念與平衡思想進行進一步劃分，以形成系統(tǒng)思維的教學(xué)流程為切入點進行化學(xué)反應(yīng)限度的教學(xué)設(shè)計，旨在使學(xué)生通過理解變化與平衡間對立統(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

中圖分類號：G633.8?文獻標識碼：A?文章編號：2095-624X（2021）11-0067-02

一、問題的提出

2013年“我國基礎(chǔ)教育和高等教育階段學(xué)生核心素養(yǎng)總體框架研究”項目正式啟動，從此我國也進入對核心素養(yǎng)的研究階段[1]?；瘜W(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)，是人們認識世界、改變世界的重要工具。化學(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)生通過學(xué)習化學(xué)的過程所形成的解決實際生活問題必備的化學(xué)知識、能力以及滿足終身發(fā)展的化學(xué)思維[2]。重視開展素養(yǎng)為本的教學(xué)也成為近幾年化學(xué)教育領(lǐng)域的熱點話題，但和變化觀念與平衡思想相關(guān)的研究不多，因此對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)課程標準（2017年版）》中將核心素養(yǎng)進行了4級水平的劃分。筆者進一步從學(xué)生認知水平與學(xué)科水平兩個維度對4級水平進行劃分。學(xué)科水平是要求學(xué)生從認識化學(xué)、分析化學(xué)、研究化學(xué)到運用化學(xué)。認知水平則是宏觀、現(xiàn)象、孤立、靜態(tài)到微觀、本質(zhì)、系統(tǒng)、動態(tài)的過度。變化觀念與平衡思想4級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際教學(xué)中落實的關(guān)鍵在于使學(xué)生對化學(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)實施

化學(xué)思維是理解化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的途徑之一，實驗與思維作為證據(jù)共同推動化學(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題，分清系統(tǒng)的組成要素，再利用有意義學(xué)習理論的本質(zhì)，進行知識點之間的建構(gòu)。在化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維，能促進學(xué)生在分析和處理問題的過程中，采用整體的、動態(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)為研究對象。

（三）“化學(xué)反應(yīng)限度”

根據(jù)課程標準中學(xué)科核心素養(yǎng)水平的劃分，化學(xué)平衡狀態(tài)、平衡移動和反應(yīng)進行的方向等內(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踐價值。在開始本課教學(xué)前，學(xué)生已經(jīng)知道化學(xué)反應(yīng)速率的相關(guān)知識和可逆反應(yīng)的概念，對化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)有基本了解。在“化學(xué)反應(yīng)限度”的學(xué)習中，學(xué)生通過實驗探究，認識了化學(xué)反應(yīng)的可逆性;通過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;通過感知真實情境，學(xué)生知道可逆反應(yīng)改變條件平衡會發(fā)生移動，這可以提高學(xué)生社會責任感。通過小組合作探究與一系列實驗操作，學(xué)生初步理解了變化與平衡間對立統(tǒng)一的關(guān)系，形成變化觀念與平衡思想。通過化學(xué)事實與相關(guān)理論的結(jié)合，引發(fā)認知沖突，學(xué)生可以從感性認知上升到理性認知，完成本課時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

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

針對以上四個流程，以化學(xué)反應(yīng)速率為例進行教學(xué)設(shè)計。

（一）學(xué)習任務(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)動性問題（正反應(yīng)、逆反應(yīng)）→探究真實情境：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)習任務(wù)二 化學(xué)平衡狀態(tài)：可逆反應(yīng)能達到平衡狀態(tài)

明確整體系統(tǒng)：強調(diào)研究對象是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)習任務(wù)三 化學(xué)平衡移動：改變條件，平衡會發(fā)生移動

明確整體系統(tǒng)：創(chuàng)設(shè)工業(yè)合成氨的真實情境（可逆反應(yīng)）→厘清系統(tǒng)要素：播放工業(yè)合成氨原理動畫（正反應(yīng)、逆反應(yīng)）→探究真實情境：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)過程

（一）學(xué)習任務(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】小組討論回答。

【教師活動】提出可逆反應(yīng)概念。

設(shè)計意圖：教師根據(jù)真實情境導(dǎo)入。學(xué)生討論高爐煉鐵之謎，明確整體學(xué)習系統(tǒng)，結(jié)合我國實際認識到化學(xué)在創(chuàng)造物質(zhì)財富方面的巨大作用，增強社會責任感。

【驅(qū)動性問題】把可逆反應(yīng)看作整體系統(tǒng)是由哪幾個要素組成的？

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

設(shè)計意圖：學(xué)生已經(jīng)知道可逆反應(yīng)概念。以原有知識作為認知起點進行建構(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)兩個要素構(gòu)成。

【實驗驗證】引導(dǎo)學(xué)生分組進行氯化鐵與碘化鉀反應(yīng)實驗。

【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，不能進行到底，即有些反應(yīng)是可逆的。

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

設(shè)計意圖：學(xué)生動手操作實驗可以更有效地激發(fā)認知沖突，形成認知模型，從正反應(yīng)、逆反應(yīng)兩個要素認識可逆反應(yīng)這一整體，還可以提高科學(xué)探究能力與創(chuàng)新意識。

（二）學(xué)習任務(wù)二 化學(xué)平衡狀態(tài)：可逆反應(yīng)能達到平衡狀態(tài)

【教師活動】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)計意圖：再次強調(diào)整體學(xué)習系統(tǒng)是可逆反應(yīng)，加深學(xué)生對化學(xué)核心概念的理解。

【實驗事實】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)剛開始濃度最大的物質(zhì)是什么，反應(yīng)結(jié)束時濃度最大的物質(zhì)是什么？

第二，隨著反應(yīng)進行，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)計意圖：小組合作分析Kl和FeCl3反應(yīng)濃度變化，認識到在研究速率變化時可以分別研究整體系統(tǒng)中正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率兩個要素，診斷并發(fā)展學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和合作學(xué)習的能力。

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

【師生互動】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)速率兩個層次組成。隨著反應(yīng)的進行，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)計意圖：學(xué)生通過實驗數(shù)據(jù)分析，從正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率兩個要素對可逆反應(yīng)整體進行研究，激發(fā)認知沖突，突破表象，提高分析、解決問題的能力。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，符合認知發(fā)展規(guī)律。

（三）學(xué)習任務(wù)三 化學(xué)平衡移動：改變條件，平衡會發(fā)生移動

【教師活動】播放視頻合成氨工業(yè)，提出問題如何使氮氣和氫氣盡可能多地轉(zhuǎn)化為氨氣？

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)真實情境使學(xué)生體驗到可逆反應(yīng)是生活中的實際應(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】播放微觀動畫，合成氨中增大反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動。

【實驗探究】向Kl和FeCl3的可逆反應(yīng)中添加I2，增加濃度，觀察實驗現(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)會發(fā)生改變，導(dǎo)致平衡發(fā)生移動，直至達成新的平衡狀態(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”：化學(xué)平衡是動態(tài)平衡，正反應(yīng)和逆反應(yīng)同時進行。

“定”：平衡時，混合物中各組分的質(zhì)量、濃度、百分含量（或質(zhì)量分數(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，直至建立新平衡。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過小組討論和實驗操作對問題進行探究，感受到可逆反應(yīng)整體系統(tǒng)達到平衡后，改變條件，平衡會發(fā)生移動。師生共同總結(jié)規(guī)律，使學(xué)生明確變化與平衡間對立統(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)過程中重視從實驗事實中揭示理論，學(xué)生在提高實驗操作能力的同時形成變化觀念與平衡思想。在實際教學(xué)中，因為教學(xué)時長有限，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，合理運用。

[參考文獻]

[1]施 琦.高中生“變化觀念與平衡思想”維度核心素養(yǎng)的培養(yǎng)[D].哈爾濱：哈爾濱師范大學(xué)，2018.

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