以創(chuàng)新圖示法剖析重難點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”為例

陳曦明

(廣東省深圳市南山區(qū)華僑城中學(xué) 518053)

圖示法是化學(xué)學(xué)科思維的重要類型，是中學(xué)化學(xué)核心素養(yǎng)的組成要素.它是一種以圖形為主要方式，揭示事物現(xiàn)象或本質(zhì)特征，激發(fā)學(xué)生思維，使其更好地掌握知識(shí)，加快教學(xué)進(jìn)程的教學(xué)策略.其實(shí)質(zhì)是使科學(xué)知識(shí)形象化，抽象知識(shí)具體化，復(fù)雜問題簡(jiǎn)明化，便于學(xué)生接受、學(xué)習(xí).

模型法是指對(duì)問題進(jìn)行抽象、簡(jiǎn)化、類比、概括，抓住主要特征，以不同的表征形式來呈現(xiàn)現(xiàn)象、概念、過程等.有的借助于具體的事物來描述，有的則通過抽象的形式(如符號(hào)、文字、公式等)來描述.以達(dá)到形象、鮮明的功能及目的.

該文以創(chuàng)新圖示法剖析教學(xué)重難點(diǎn).為了達(dá)成學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)的理解，激發(fā)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展.歸納提煉了四步教學(xué)模型：(1)問題呈現(xiàn)：通過感知的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，歸納并呈現(xiàn)問題.(2)問題分析：根據(jù)已有的知識(shí)或?qū)嶒?yàn)結(jié)論，通過類推、類比等提煉需要分析的問題.(3)圖示模型：選擇恰當(dāng)簡(jiǎn)練的圖示.將要分析的問題實(shí)質(zhì)完全呈現(xiàn).(4)解決問題：通過圖示上呈現(xiàn)的問題實(shí)質(zhì)，深入理解并得出要分析的問題.

該文教學(xué)設(shè)計(jì)充分考慮學(xué)習(xí)過程的實(shí)際.利用四步教學(xué)模型，使學(xué)生在學(xué)習(xí)意識(shí)形成、學(xué)習(xí)方法選擇、學(xué)習(xí)進(jìn)程評(píng)估調(diào)控等綜合表現(xiàn)方面的核心素養(yǎng)得以充分發(fā)展，在理性思維方面，能邏輯清晰運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識(shí)事物、解決問題的核心素養(yǎng)得以充分培養(yǎng).

選修四影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素是化學(xué)反應(yīng)原理的重要內(nèi)容.在本節(jié)內(nèi)容教學(xué)中，從微觀上理解其實(shí)質(zhì)是教學(xué)的重難點(diǎn).根據(jù)緒言部分學(xué)習(xí)，我們掌握了活化分子濃度增加，化學(xué)反應(yīng)速率加快.本文通過四步教學(xué)模型，將外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，通過問題分析步驟設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)化成外界條件改變對(duì)微觀活化分子濃度的影響.再通過圖示設(shè)計(jì)，將外界條件改變引起的活化分子百分?jǐn)?shù)、活化分子濃度變化完全清晰的呈現(xiàn)出來，使學(xué)生輕松達(dá)到深刻理解、掌握的目的；使學(xué)生理性思維、意識(shí)形成、解決問題、求知欲等核心素養(yǎng)得以充分培養(yǎng)與發(fā)展.

一、教學(xué)過程

影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素：

1．內(nèi)因(主要因素)：化學(xué)反應(yīng)速率大小主要由參加反應(yīng)物本身的性質(zhì)決定.

2．外因：一個(gè)反應(yīng)物確定的化學(xué)反應(yīng)，內(nèi)因已確定了.外界條件改變成為影響化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素.

(1)濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響：

[實(shí)驗(yàn)2-2]：在溫度不變的情況下，取兩支試管，各加入4mL 0.01mol/L KMnO4酸性溶液，然后分別加入2mL 0.1mol/L H2C2O4、2mL 0.2mol/L H2C2O4，記錄褪色所需時(shí)間.對(duì)比實(shí)驗(yàn)見表1.

實(shí)驗(yàn)中發(fā)生了如下反應(yīng)：

K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O

通過實(shí)驗(yàn)可知，在其它條件相同時(shí)，增大反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率越大.反之，反應(yīng)速率越小.

[問題呈現(xiàn)]為何在其它條件相同時(shí)，增大反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率越大.反之，反應(yīng)速率越小，如何從微觀上理解？

學(xué)生小組討論1分鐘后.

教師引導(dǎo)：活化分子濃度越大，反應(yīng)速率越大，那么就轉(zhuǎn)化成了“在其它條件相同時(shí)，增大反應(yīng)物濃度，活化分子濃度增大”.

[問題分析]為何“在其它條件相同時(shí)，增大反應(yīng)物濃度，活化分子濃度增大”？

教師引導(dǎo)：假設(shè)將分子能量由小到大按由下向上的順序排列.活化能為E0(設(shè)濃度由c增大到2c，體積為1L)，如何通過圖示模型將其示意出來.

學(xué)生小組討論1分鐘后并在紙上畫出.

圖1

[圖示模型]設(shè)E0為活化能，能量大于E0的分子為活化分子.如圖1所示,通過圖示容易直觀理解.在其它條件相同時(shí)，增大反應(yīng)物濃度，反應(yīng)物中活化分子的百分?jǐn)?shù)是一定的；反應(yīng)物濃度越大，活化分子濃度越大(單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目與單位體積內(nèi)反應(yīng)物的總數(shù)成正比，即與反應(yīng)物濃度成正比).

[解決問題]結(jié)合“單位體積內(nèi)活化分子數(shù)(活化分子濃度)增加，化學(xué)反應(yīng)速率加快”.可知反應(yīng)物濃度越大，化學(xué)反應(yīng)速率越大.

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生通過圖示教學(xué)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、直觀的理解濃度改變活化分子百分?jǐn)?shù)不變；反應(yīng)物濃度越大，活化分子濃度越大.通過四步模型教學(xué)設(shè)計(jì)充分培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).

(2)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

對(duì)于氣體來說，在一定溫度下，一定質(zhì)量的氣體所占的體積與壓強(qiáng)成反比.所以有氣體參加的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，體積減小，物質(zhì)濃度增大，化學(xué)反應(yīng)速率增大.

所以分析壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的思想是：壓強(qiáng)變化→體積變化→濃度變化→速率變化.所以有氣體參加的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率增大；減小壓強(qiáng)，反應(yīng)速率增大.

[問題呈現(xiàn)]如何從微觀上理解“在其它條件相同時(shí)，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率增大；減小壓強(qiáng)，反應(yīng)速率增大”？

學(xué)生小組討論1分鐘后.

教師引導(dǎo)：活化分子濃度越大，反應(yīng)速率越大，那么就轉(zhuǎn)化成了“在其它條件相同時(shí)，增大壓強(qiáng)，活化分子濃度增大；減小壓強(qiáng)，活化分子濃度減小”.

[問題分析]為何“在其它條件相同時(shí)，增大壓強(qiáng)，活化分子濃度增大；減小壓強(qiáng)，活化分子濃度減小”？

教師引導(dǎo)：假設(shè)將分子能量由小到大按由下向上的順序排列.活化能為E0(設(shè)容器體積由VL壓縮至V/2L，壓強(qiáng)由p增大到2p，則濃度由c增大到2c)，如何通過圖示模型將其示意出來.

學(xué)生小組討論1分鐘后并在紙上畫出.

圖2

[圖示模型]設(shè)E0為活化能，能量大于E0的分子為活化分子.如圖2所示,通過圖示容易直觀理解.在其它條件相同時(shí)，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)物中活化分子的百分?jǐn)?shù)是一定的；活化分子濃度增大.

[解決問題]結(jié)合“單位體積內(nèi)活化分子數(shù)(活化分子濃度)增加，化學(xué)反應(yīng)速率加快”.可知壓強(qiáng)越大，化學(xué)反應(yīng)速率越大.

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生通過圖示教學(xué)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、直觀的理解壓強(qiáng)改變活化分子百分?jǐn)?shù)不變；壓強(qiáng)越大，活化分子濃度越大.通過四步模型教學(xué)設(shè)計(jì)充分培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).

(3)溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

[實(shí)驗(yàn)2-3]：往①②2支試管各加入5ml 0.1mol/L Na2S2O3溶液；將①試管置于T1℃的冷水中，②試管置于T2℃的熱水中，再往①試管中加入T1℃的5ml 0.1mol/L H2SO4溶液，往②試管中加入T2℃的5ml 0.1mol/L H2SO4溶液，并攪拌.記錄出現(xiàn)渾濁的時(shí)間(見表2).

反應(yīng)的化學(xué)方程式：

表2

通過實(shí)驗(yàn)可知，在其它條件不變時(shí)，升高溫度化學(xué)反應(yīng)速率增大，降低溫度化學(xué)反應(yīng)速率減小.

[問題呈現(xiàn)]如何理解“在其它條件不變時(shí)，升高溫度化學(xué)反應(yīng)速率增大，降低溫度化學(xué)反應(yīng)速率減小”？

學(xué)生小組討論1分鐘后.

教師引導(dǎo)：活化分子濃度越大，反應(yīng)速率越大，那么就轉(zhuǎn)化成了“在其它條件相同時(shí)，升高溫度，活化分子濃度增大”.

[問題分析]為何“在其它條件相同時(shí)，升高溫度，活化分子濃度增大”？

教師引導(dǎo)：假設(shè)將分子能量由小到大按由下向上的順序排列.活化能為E0.

教師提示：在其它條件相同時(shí)，升高溫度，使得分子均吸收能量.反應(yīng)物分子的能量均相應(yīng)的升高.但活化能E0不變.

如何通過圖示模型將其示意出來.

學(xué)生小組討論1分鐘后并在紙上畫出.

圖3

[圖示模型]設(shè)E0為活化能，能量大于E0的分子為活化分子.如圖3所示,通過圖示容易直觀理解.由于溫度升高，使得分子均吸收能量，使原來能量較低的分子部分變成活化分子，所以活化分子百分?jǐn)?shù)增大；使得活化分子濃度增大.

[解決問題]結(jié)合“單位體積內(nèi)活化分子數(shù)(活化分子濃度)增加，化學(xué)反應(yīng)速率加快”.可知升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率越大.同理，降低溫度，反應(yīng)速率減小.

設(shè)計(jì)意圖：通過圖示教學(xué)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、直觀的理解溫度升高活化分子百分?jǐn)?shù)增加；溫度升高，活化分子濃度越大.通過四步模型教學(xué)設(shè)計(jì)充分培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).

升高溫度化學(xué)反應(yīng)速率增大有兩個(gè)原因.主要原因是溫度升高使分子獲得更高的能量，活化分子百分?jǐn)?shù)增大，活化分子濃度增大.次要原因是分子運(yùn)動(dòng)加劇，使得分子間碰撞頻率加大，活化分子碰撞頻率也隨之加大.

(4)催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

[實(shí)驗(yàn)2-4]：按下列實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)：①向錐形瓶?jī)?nèi)加入10mL 10%的H2O2；②將插有短導(dǎo)管和漏斗的雙孔膠塞塞到錐形瓶上；③將帶余燼的木條通過短導(dǎo)管插入錐形瓶，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；④經(jīng)漏斗向錐形瓶?jī)?nèi)加入少量MnO2后，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

列表并記錄(見表3)：

表3

通過實(shí)驗(yàn)可知，上述實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)中MnO2是催化劑，起著加快化學(xué)反應(yīng)速率的作用.

[問題呈現(xiàn)]如何理解“在其它條件不變時(shí)，加入催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率增大”？

學(xué)生小組討論1分鐘后.

教師引導(dǎo)：活化分子濃度越大，反應(yīng)速率越大.那么就轉(zhuǎn)化成了“在其它條件相同時(shí)，加入催化劑，活化分子濃度增大”.

[問題分析]為何“在其它條件不變時(shí)，加入催化劑，活化分子濃度增大”？

教師引導(dǎo)：假設(shè)將分子能量由小到大，按由下向上的順序排列.活化能為E0.

圖4

教師提示：加入催化劑，改變了反應(yīng)過程，降低了反應(yīng)所需的活化能.在其它條件相同時(shí)，無催化劑時(shí)活化能為E0，加入催化劑，降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能.活化能由E0降低為E0′(E0′

學(xué)生小組討論1分鐘后并在紙上畫出.

[圖示模型]設(shè)E0為活化能，能量大于E0的分子為活化分子；加入催化劑，活化能降低為E0′(E0′

[解決問題]結(jié)合“單位體積內(nèi)活化分子數(shù)(活化分子濃度)增加，化學(xué)反應(yīng)速率加快”.可知加入催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率越大.

圖5

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生通過圖示教學(xué)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、直觀的理解加入催化劑活化分子百分?jǐn)?shù)增加；活化分子濃度越大.通過四步模型教學(xué)設(shè)計(jì)充分培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).

二、教學(xué)評(píng)價(jià)

筆者以四步教學(xué)模型展開“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”的教學(xué)設(shè)計(jì).充分考慮了學(xué)生已有知識(shí)儲(chǔ)備，結(jié)合學(xué)習(xí)過程實(shí)際.歸納提煉學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的重難點(diǎn)，以創(chuàng)新圖示法加以剖析.恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)使學(xué)生更深刻的理解問題呈現(xiàn)、問題分析、圖示模型、解決問題這四步教學(xué)模型的過程及對(duì)日后學(xué)習(xí)的意義.不僅將外界條件改變引起的活化分子百分?jǐn)?shù)、活化分子濃度變化完全清晰的呈現(xiàn)出來，使學(xué)生輕松達(dá)到深刻理解掌握的目的；還能使學(xué)生理性思維、意識(shí)形成等核心素養(yǎng)得以充分培養(yǎng)與發(fā)展.遇到理解困惑時(shí)能獨(dú)立應(yīng)用.并增強(qiáng)了學(xué)習(xí)自信心，學(xué)習(xí)欲望大大增強(qiáng).

筆者經(jīng)過多年實(shí)踐，在同教學(xué)年同層次不同班級(jí)采用對(duì)比教學(xué)，發(fā)現(xiàn)采用創(chuàng)新圖示法剖析教學(xué)重難點(diǎn).通過四步教學(xué)模型的教學(xué)設(shè)計(jì).不僅課堂進(jìn)展順利，學(xué)生理解到位且深刻，課后作業(yè)也完成的特別好，而且日久復(fù)習(xí)學(xué)生自主性更強(qiáng)，而且?guī)缀醪灰處熤v解引導(dǎo)，效果甚佳.以下是筆者三教學(xué)年同層次不同班級(jí)教學(xué)效果對(duì)比表格(見表4)：

表4

從表4中發(fā)現(xiàn)，采用四步模型教學(xué)設(shè)計(jì)的班級(jí)學(xué)生在課堂、課后及日久復(fù)習(xí)均掌握的更好，說明四步模型教學(xué)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在問題轉(zhuǎn)化、圖示呈現(xiàn)方面理解深刻、掌握牢固；并使學(xué)生理性思維、意識(shí)形成及自主學(xué)習(xí)等核心素養(yǎng)得以充分培養(yǎng)與發(fā)展.