基于化学核心素养培养的“化学反应速率”教学实录与反思

杨香涛

摘要：以化学核心素养的培养为出发点，在“化学反应速率”教学中，通过化学反应速率的概念引入、实验探究化学反应速率的影响因素及化学反应速率的应用等方面来培养学生的化学核心素养，包括化学学科知识素养、化学信息素养、化学能力素养、化学思维素养及人文素养等。

关键词：化学核心素养；化学反应速率；类比思维；变量控制

文章编号：1008-0546（2017）01-0046-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.015

2014年3月30日，教育部印发的《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》，明确界定学生发展核心素养是学生应具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，综合表现为9大素养——社会责任、国家认同、国际理解、人文底蕴、科学精神、审美情趣、身心健康、学会学习、实践创新。[1]就化学学科而言，学生应该具备哪些核心素养呢？2016年江苏省普通高中化学学业水平测试（选修科目）说明明确指出——化学科江苏卷以考查学生的化学科学素养和学科能力为主旨，以《普通高中化学课程标准（实验）》所要求的基本思想、基本方法、基础知识和基本技能等为主要考查内容，重点考查考生的信息获取与加工、化学实验探究、从化学视角分析解决问题和化学思维等能力，引导学生认识科学及其发展过程，认识科学、技术、社会和环境之间的相互关系，初步形成正确的世界观、人生观、价值观，初步树立和谐、可持续发展的科学发展观，以促进学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的全面发展。[2]综上所述，我们认为学生的化学核心素养主要有——化学学科知识素养、化学信息素养、化学能力素养、化学思维素养及人文素养等。

一、教学内容分析和设计思路

关于《化学2》（苏教版）中的“化学反应速率”，《普通高中化学课程标准》（实验）的要求是“通过实验认识化学反应的速率，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用” 。[3]而《化学反应原理》（苏教版）中的“化学反应速率”，《普通高中化学课程标准》的要求是“知道化学反应速率的定量表示方法，通过实验测定某些化学反应的速率。认识化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用” 。[4]综上所知，在不同的学习阶段对同一知识内容的学习要求是不相同的，这完全符合学生认知发展的一般规律。

本节课为《化学2》中的学习内容，教学中不能突破“通过实验认识化学反应的速率，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用”这一基本要求。基于这一要求，本节课从物理上宏观物体的运动入手引入化学反应速率概念，通过情境创设、小组讨论，将知识融入类比、猜想、归纳的过程中，通过化学反应速率影響因素的方案设计、实验探究，让学生了解变量控制的科学思维，认识质变量变的哲学思想，掌握化学实验的基本操作，提髙分析与解决实际问题的能力。

二、教学目标

通过与物理上速率概念的类比以及对化学有关的社会、生活现象分析，能描述化学反应速率的概念，知道化学反应速率的表示方法和单位，并能进行化学反应速率的简单计算。

通过设计实验方案和实验探究化学反应速率的影响因素，知道控制变量对实验结果的影响。

通过工业上接触法制备硫酸及合成氨的反应过程和条件分析，认识调控化学反应速率在科研、生产生活中的作用，领会实际工业中的多变量控制法。

三、教学实录

1. 情境导入

[图片展示]蜗牛爬行与动车的运行。

[师]通过蜗牛爬行与动车运行的对比，你能感受到什么？

[生]宏观物体的运动有快有慢。

[图片展示]自然界中煤的形成，爆炸反应。

[视频播放]生活中的定向爆破。

[师]从图片和视频中你能感受到什么？

[生]化学反应同样有快有慢。

[实验演示]分别将等量的块状和粉末状大理石同时加入到等体积、等浓度的稀盐酸中。

[生]块状大理石与盐酸的反应慢，粉末状大理石与盐酸的反应快。

设计意图：借助蜗牛爬行与动车运行的对比，让学生体会宏观物体运动的快慢，同时通过图片的展示、视频的播放及实验演示让学生切身体验化学反应同样有快有慢，这样由熟悉的知识引向未知的知识，使学生在心理上自然而然地产生了学习化学反应速率这一新知的欲望。

2. “化学反应速率”的概念教学

[图片展示]中国飞人刘翔曾以12.88秒打破110米栏的世界纪录。

[师]请计算一下刘翔跨栏的速率？

[生1]用单位时间内反应能量的变化量来表示。

[生2]用单位时间内CaCO3固体质量的减少来表示。

[生3]用单位时间内CO2气体体积的增加来表示。

[生4]用单位时间内CaCO3固体物质的量减少或CO2气体物质的量增加来表示。

[追问]有没有其他补充？

[生5]用单位时间内盐酸物质的量浓度减少或CaCl2物质的量浓度增加来表示。

[过渡]上面我们仅仅定性地描述了化学反应速率的概念，下面我们从定量计算的角度来领会一下化学反应速率。

[生]v（HCl）=0.5 mol·（L·min）-1。

[师]如果用CaCl2来表示该反应的速率，其数值是多少呢？是0.5 mol·（L·min）-1，还是0.25 mol·（L·min）-1，或是1 mol·（L·min）-1？下面还是请同学们自己来算一算。

[PPT投影]当CaCl2的浓度由0增加到0.25mol·L-1时，若用CaCl2的浓度变化来表示此反应的速率是多少？

[生]v（CaCl2）=0.25 mol·（L·min）-1。

[小结]从上面的计算我们可以看出，用不同物质表示同一个化学反应，其数值不同，但意义相同，在运用化学反应速率进行计算时，我们应注意以下几点：（1） 必须指明表示化学反应速率的具体物质。（2）化学反应速率是单位时间内物质的量浓度变化量，取正值。（3）对固体或纯液体来说，其浓度可视为常数，因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。

设计意图：由我国飞人刘翔的110米跨栏引入物理上速率的概念，采用类比的思维方法，与物理上的速率概念进行对比，让学生自我描述化学反应速率的概念，在不断地思辨中领会化学反应速率的内涵，这样的处理不但开拓了学生的视野，而且也加深了学生对化学反应速率的理解。同时将定性分析和定量计算相结合，让学生能具体体会化学反应速率的大小，以促进学生对化学反应速率的理解和运用。

3. “化学反应速率影响因素的探究”教学

[图片展示]铁桥的生锈、工业合成氨和食物的腐败。

[师]上述哪些反应需要加快，哪些反应需要减慢？

[生]铁桥的生锈和食物的腐败需要减慢，工业合成氨需要加快。

[师]在实际生产生活中我们要加快或减慢有关化学反应速率，就要了解控制化学反应速率的方法，知道影响化学反应速率的因素。

[实验演示]将一小块钠块和一小片镁条分别投入到盛有水并滴加了酚酞溶液的烧杯中。

[师]请同学仔细观察实验现象，并做出解释。

[生]钠与水剧烈反应，溶液很快变成红色，而投入镁条的烧杯中溶液无明显变化。因为钠的金属活动性比镁强。

[师]是的，在化学上影响化学反应速率的主要因素是物质自身的性质——内因，而当参与反应的物质确定后，外界条件——外因就成了影响化学反应速率的重要因素。

[实验设计与探究]现有5%、12%的过氧化氢溶液、MnO2粉末、热水浴、烧杯、试管、药匙等用品，请设计实验方案探究影响化学反应速率的外部因素。

[学生活动]小组讨论实验方案的设计并依据方案完成实验。

[生1]将分别盛有少量5%、12%过氧化氢溶液的二支试管同时放入到热水浴中，探究浓度对化学反应速率的影响，浓度大反应速率快。

[生2]将分别盛有12%过氧化氢溶液的二支试管中的一支放入到热水浴中，探究温度对化学反应速率的影响，温度高反应速率快。

[生3]向分别盛有少量5%过氧化氢溶液的二支试管中的一支中加入少量的MnO2粉末，探究催化剂对化学反应速率的影响，催化剂能明显加快反应速率。

[追问]有没有其他补充？

[生4]上课一开始老师的演示实验说明反应物颗粒的大小会影响化学反应速率，反应物的颗粒越小，反應物接触面越大，反应速率越快。

[生5]有气体参与的化学反应，反应体系的压强越大反应速率越快。

[师]另外光、电、波、溶剂的性质等都会对化学反应速率产生影响。实际上，上面我们在探究化学反应速率的外部影响因素时，一定要强调在其他条件不变的情况下浓度、温度、催化剂、压强等对化学反应速率的影响，也就是我们化学上常用单变量控制法。

[PPT投影]化学反应速率的影响因素小结。

设计意图：通过钠块和镁条分别与水反应的对比实验，帮助学生理解物质自身的性质才是影响化学反应速率的主要因素，通过影响化学反应速率外部因素的实验方案设计和实验探究，培养学生实验设计能力、实验观察能力及实验探究能力，使学生了解变量控制法在化学科学研究中的意义，体验科学探究的有关思路和一般方法，培养学生科学探究的精神。同时，注意到了教学环节上的前后呼应，进一步强化了学生对影响化学反应速率因素的认识。

4. “化学反应速率在科学研究和生产生活中的应用”教学

[过渡]化学反应速率在科学研究和生产生活中的应用非常广泛，下面我们就一起来领略一下。

[PPT投影]1.在研究化学反应速率的影响因素时，若要加快镁条与稀硫酸反应制备氢气的反应速率，你可以有哪些方法？

[生1]加热以加快反应速率。

[生2]将镁条换成镁粉以加快反应速率。

[生3]适当增大硫酸的浓度以加快反应速率。

[追问]能否将稀硫酸直接替换为浓硫酸？

[生]不能。因为浓硫酸与镁反应生成了SO2而不是H2，不符合题意。

[师]很好，实际上本题体现了哲学上量变会引起质变的思想。

[PPT投影]2.下列在生活中与化学反应速率相关的问题与哪些因素有关？

（1）将食品置于低温条件下，常常可以保存更长的时间。

（2）加酶洗衣粉的去污能力比普通洗衣粉要强得多。

（3）向炉膛鼓风，炉子中火就会越烧越旺。

[生]分别是温度、催化剂和浓度对化学反应速率的影响。

[PPT投影]3.工业制备硫酸生产过程中哪些措施可以加快反应速率？

[生1]沸腾炉中对硫铁矿进行粉碎及硫铁矿与空气的对流操作是加快反应速率的措施。接触室中催化剂及热交换器的使用是加快反应速率的措施。吸收塔中的浓硫酸与气体之间的逆流操作是加快反应速率的措施。

[PPT投影]工业上一般采取哪些措施加快合成氨的化学反应速率？

[生2]高温、高压、催化剂。

[小结]在实际工业生产中对化学反应速率的影响一般并不是单一变量因素控制，而是进行多变量因素同时控制，以达到生产效益的最大化。

设计意图：通过相关习题的设置让学生了解化学反应速率在科学研究、生活生产中的具体运用，加深对化学反应速率的理解，充分认识变量控制法在化学研究中的作用，知道在实际工业生产中一般不是采用单一变量控制，而是多变量控制，以培养学生的辩证思维。

5. “研究化学反应速率的科学家简介”教学

[设问]同学们说今天我们学习的知识是不是很简单？

[生]的确很简单。

[师]这简单背后实际上隐含了不简单。之所以我们今天觉得学习这部分内容很简单，是因为我们站在巨人们肩膀上的缘故，很多科学巨匠为此付出了艰苦的努力。下面我们来介绍两位对化学反应速率的研究有突出贡献的科学家。

[PPT投影]奥斯特瓦尔德出生于拉脱维亚的德国籍物理化学家。1909年因其在催化剂的作用、化学平衡、化学反应速率方面的研究的突出贡献，被授予诺贝尔化学奖。

弗里茨·哈伯为德国化学家，1909年成为第一个制造出氨气的科学家，并获得1918年诺贝尔化学奖。但一战中，哈伯负责研制、生产氯气等毒气，并使用于战争之中，造成近百万人伤亡，遭到了美、英、法、中等国科学家们的谴责。

[师]同学们，学习化学的关键不在于你今天学到了多少知识，会做多少道题目，而在于你在学习中领悟到多少化学原理和思想，你的化学素养有多大的提升。同时老师建议你们将来走上社会，不管从事什么行业，都要有一颗善良的心，多做一些有益于社会的事，而不能像哈伯那样被人们所唾弃和谴责。

设计意图：通过简短的展示与介绍，让学生在观看和倾听中感受科学家研究成果的伟大，体会科学家对社会发展的贡献，同时也让学生认识到，只有有益于社会、为人类进步做出贡献的科学家才更值得人们尊重，以帮助学生树立正确的人生观、世界观和价值观。

四、教学反思

（1）本节课运用类比思维进行化学反应速率的教学，收到了很好的效果。化学反应速率作为一个重要的理论知识，是一个难以理解的概念，本节课巧用类比的思维方法，与物理上的速率概念进行对比，从而引入化学上反应速率的概念，由能量、质量、体积、物質的量和物质的量浓度等变化量的层层推进，最后归结到物质的量浓度这一宏观与微观相结合的桥梁上来，使学生在类比和演绎中理解了化学反应速率。

（2）本节课运用控制变量法进行实验设计和探究，培养了学生的化学科学思维。对于化学科学研究来说，变量控制法是常用的研究方法，本节课运用变量控制法探究化学反应速率的影响因素，使学生不仅学会了实验设计的方法、实验操作的程序，还学会了变量控制法这一化学科学研究方法，对今后的学习大有禆益。

（3）本节课习题的设置遵循了科研—生活—生产这一主线，层次分明，更为重要的是在分析化学反应速率在工业生产中的应用时，既凸显了控制变量的思想，又由单一变量控制引向多变量控制，使学生的发散性思维得到了进一步提升，真正培养了学生的化学核心素养。

（4）本节课对学生情感态度与价值观的教育隐含到教学的诸多环节中。 如在化学反应速率概念教学中运用的类比思维， 在浓硫酸与镁反应的问题解决中体现的量变引起质变的思想， 在化学科学研究及生产生活的问题解决中体现的变量控制思想， 在介绍化学家时体现的人文思想等， 让学生在不知不觉中树立了正确的人生观、 世界观和价值观及对待科学的正确态度。

参考文献

[1] 全面深化课程改革 促进学生全面发展健康成长——教育部印发《关于全面深化课程改革 落实立德树人根本任务的意见[EB/OL].[ 2014-04-25].http：//www.sinoss.net/2014/0425/49973.html

[2] 2016年江苏省普通高中学业水平测试（选修科目）说明——物理 化学 生物[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2015：32

[3] 中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003：13

[4] 中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003：24-25