在“宏—微—符”認(rèn)識模型建構(gòu)中彰顯實(shí)驗(yàn)的素養(yǎng)發(fā)展功能

摘要：化學(xué)實(shí)驗(yàn)的鮮明特點(diǎn)是通過物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象來揭示其組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及反應(yīng)的本質(zhì)，并能起到支持理解微觀表征的作用。“化學(xué)平衡的移動(dòng)”教學(xué)中設(shè)計(jì)了三次實(shí)驗(yàn)，在不同教學(xué)片段中分別發(fā)揮了探究實(shí)驗(yàn)事實(shí)、引發(fā)認(rèn)知沖突、驗(yàn)證預(yù)測的功能，既生動(dòng)形象地揭示了本質(zhì)規(guī)律，也做到由表及里、由此及彼，促進(jìn)學(xué)生完成了化學(xué)平衡意義的認(rèn)識建構(gòu)，形成了化學(xué)平衡的“宏—微—符，，三重表征。

關(guān)鍵詞：平衡移動(dòng);實(shí)驗(yàn)探究;核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2019）02-0083-02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

一、問題提出背景

化學(xué)學(xué)習(xí)需要將宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)聯(lián)系起來，并能用符號進(jìn)行表征。而化學(xué)實(shí)驗(yàn)的鮮明特點(diǎn)就是通過物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象來揭示其組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及反應(yīng)的本質(zhì)，并能起到支持理解微觀表征的作用。

在“化學(xué)平衡的移動(dòng)”教學(xué)中，新課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生能通過實(shí)驗(yàn)探究，了解濃度、溫度、壓強(qiáng)對化學(xué)平衡狀態(tài)的影響，通過探究促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)平衡概念的理解，自主建構(gòu)平衡移動(dòng)原理的解釋模型，教師要在實(shí)驗(yàn)探究中將宏觀現(xiàn)象與微觀粒子運(yùn)動(dòng)有意識地聯(lián)系起來;引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷化學(xué)平衡常數(shù)模型建構(gòu)的過程，結(jié)合具體實(shí)例，促使學(xué)生體會(huì)化學(xué)平衡常數(shù)在判斷平衡狀態(tài)、反應(yīng)方向、分析預(yù)測平衡移動(dòng)方向等方面的價(jià)值功能;運(yùn)用平衡原理解釋生產(chǎn)、生活、實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)際問題，能討論化工生產(chǎn)條件的選擇或優(yōu)化，在應(yīng)用中鞏固變化觀念和平衡思想，發(fā)展學(xué)生演繹推理、系統(tǒng)假設(shè)等思維能力[1]，這也是本節(jié)課發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)和價(jià)值所在。

本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)對象是高二化學(xué)班學(xué)生，他們已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)速率、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素、化學(xué)平衡等理論知識，一方面對化學(xué)平衡狀態(tài)的靜態(tài)屬性和影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件有所了解;另一方面，本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)讓學(xué)生能深層理解化學(xué)平衡的動(dòng)態(tài)屬性，并能應(yīng)用平衡移動(dòng)原理，這將為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)弱電解質(zhì)的電離平衡、鹽的水解平衡和沉淀的溶解平衡奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合學(xué)情，確定本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)如下：

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

1.通過分組實(shí)驗(yàn)探究濃度對平衡的影響，從微觀視角將化學(xué)平衡的靜態(tài)屬性遷移到動(dòng)態(tài)特征，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)化學(xué)知識“認(rèn)識發(fā)展的意義”。

2.利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究壓強(qiáng)對平衡的影響，在教學(xué)中增強(qiáng)學(xué)生對化學(xué)平衡多維表征功能的理解，引導(dǎo)學(xué)生建立證據(jù)推理意識。

3.通過初步建立平衡移動(dòng)原理的模型，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用模型進(jìn)行預(yù)測并進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想，鞏固模型認(rèn)知并形成新觀點(diǎn)[2]。

本節(jié)課設(shè)計(jì)了三次問題和實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合的教學(xué)過程，核心探究通過“提出問題、設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)操作、得出結(jié)論”這樣四個(gè)活動(dòng)要素，在探究過程中突出對學(xué)生的學(xué)法指導(dǎo)、思維品質(zhì)的培養(yǎng)和科學(xué)精神的滲透，真正發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方法

1.實(shí)驗(yàn)探究一：濃度對平衡的影響

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：

（1）在點(diǎn)滴板兩圓孔內(nèi)各滴加K₂Cr₂O₇，溶液樣品2-3滴;

（2）在其中一樣品內(nèi)滴加NaOH溶液2-3滴;

（3）觀察并對比兩圓孔內(nèi)溶液顏色的差異;

（4）繼續(xù)在黃色溶液中滴加2-3滴H₂SO₄溶液。

設(shè)計(jì)意圖：通過在K₂Cr₂O₇溶液中加堿的分組實(shí)驗(yàn)，結(jié)合微視頻動(dòng)畫展示，學(xué)生能理解化學(xué)平衡是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡過程，而不是永恒不變的靜態(tài)過程，由此引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)平衡移動(dòng)的概念，發(fā)展了學(xué)生的微粒觀。繼續(xù)讓學(xué)生預(yù)測加酸后的現(xiàn)象，并進(jìn)行探究驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上自主歸納濃度對化學(xué)平衡的影響規(guī)律，初步建構(gòu)“平衡移動(dòng)會(huì)削弱條件的改變”這一模型。本組實(shí)驗(yàn)均在點(diǎn)滴板上完成，環(huán)保節(jié)約，培養(yǎng)了學(xué)生綠色化學(xué)的意識。

2.實(shí)驗(yàn)探究二：壓強(qiáng)對平衡的影響

教師演示實(shí)驗(yàn)：使用壓強(qiáng)傳感器，在t₁時(shí)刻，將充滿20mL紅棕色NO₂氣體的針筒迅速壓縮至10mL處并保持靜止，捕捉并觀察壓強(qiáng)一時(shí)間數(shù)據(jù)圖。

教師可以先組織學(xué)生按照要求板畫出上述壓強(qiáng)一時(shí)間圖像，進(jìn)而通過DIS演示實(shí)驗(yàn)繪制出的時(shí)間一壓強(qiáng)曲線圖，對比兩張圖的異同，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，從實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明壓強(qiáng)變化對平衡移動(dòng)有影響;繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題探究，從平衡常數(shù)的角度分析壓強(qiáng)對平衡移動(dòng)的影響規(guī)律。

設(shè)計(jì)意圖：此環(huán)節(jié)從引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷化學(xué)平衡常數(shù)模型建構(gòu)的過程，促進(jìn)學(xué)生體會(huì)化學(xué)平衡常數(shù)在預(yù)測平衡移動(dòng)方向方面的功能價(jià)值，通過交流討論活動(dòng)，幫助學(xué)生形成基于濃度商和化學(xué)平衡常數(shù)的比較分析等溫條件下平衡移動(dòng)問題的基本思路，進(jìn)一步建立“平衡移動(dòng)也會(huì)削弱壓強(qiáng)的改變”的變化規(guī)律，同時(shí)以“小尖角蘊(yùn)含大文章”的道理培養(yǎng)了學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行分析推理的能力和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)探究精神。由于改變壓強(qiáng)氣體顏色變化的宏觀現(xiàn)象不夠明顯，所以輔之以數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，讓學(xué)生增強(qiáng)感性認(rèn)識，增強(qiáng)對化學(xué)平衡多維表征功能的理解，效果顯著。

3.實(shí)驗(yàn)探究三：溫度對平衡的影響

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：

（1）在三支試管中各取1滴管紫色的氯化鉆溶液;

（2）將上述三支試管分別置于室溫、熱水和冰水中;

（3）觀察并對比三支試管中溶液顏色的差異。

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用濃度和壓強(qiáng)對化學(xué)平衡的影響規(guī)律，學(xué)生能推測溫度對化學(xué)平衡的影響，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證，得出結(jié)論，鞏固勒夏特列原理的模型認(rèn)知。也通過分組實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)從特殊到一般，再由一般到特殊的科學(xué)研究方法。

在學(xué)生順利建構(gòu)化學(xué)平衡移動(dòng)原理的模型基礎(chǔ)上，教師繼續(xù)加強(qiáng)學(xué)以致用，可以通過組織學(xué)生討論探究生活中的一些現(xiàn)象，如為什么啤酒倒入杯中會(huì)冒出大量氣泡、煤氣中毒病人為什么要送入高壓氧艙進(jìn)行搶救等，通過討論使學(xué)生全面認(rèn)識該原理對自然界可能帶來的各種影響。最后，組織學(xué)生運(yùn)用濃度、溫度、壓強(qiáng)對化學(xué)平衡的影響規(guī)律，討論工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的選擇和優(yōu)化，對化學(xué)平衡移動(dòng)原理加以應(yīng)用。由實(shí)踐到理論，再由理論指導(dǎo)實(shí)踐，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)，也充分彰顯了實(shí)驗(yàn)的素養(yǎng)發(fā)展功能。

五、教學(xué)反思評價(jià)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，其形成和發(fā)展起源于實(shí)驗(yàn)又依賴于實(shí)驗(yàn)，所有物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)原理等知識均是從實(shí)驗(yàn)中得來的，所以，實(shí)驗(yàn)探究應(yīng)該成為化學(xué)學(xué)習(xí)的重要方式。

本節(jié)課的三次實(shí)驗(yàn)在不同教學(xué)片段中分別發(fā)揮了探究實(shí)驗(yàn)事實(shí)、引發(fā)認(rèn)知沖突、驗(yàn)證預(yù)測的功能，既生動(dòng)形象地揭示了本質(zhì)規(guī)律，也做到由表及里、由此及彼，促進(jìn)學(xué)生完成了化學(xué)平衡意義的認(rèn)識建構(gòu)，形成了化學(xué)平衡的“宏一微一符”三重表征。因此，后續(xù)學(xué)習(xí)中，學(xué)生只要遇見可逆反應(yīng)中的宏觀物質(zhì)及其變化，就會(huì)試著用頭腦中的平衡觀念和微觀本質(zhì)去解釋、理解它，用符號表征來表示它。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]錢華，姜國鋒.發(fā)展學(xué)生素養(yǎng)構(gòu)建高效課堂——蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》專題2第三單元化學(xué)平衡的移動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].北學(xué)教與學(xué)，2017（3）：63-65