走在课改的路上，不时采撷一枝花

摘要：在课改理念指导下设计“化学反应的方向”一课，注重学生的自主求知过程、能力与情感的发展体验过程体验和实践课改对课堂结构和人才结构的优化调整。

关键词：课改；自发；方向性；熵；能量

文章编号：1008-0546（2017）04-0008-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：

都说：“浴火凤凰，涅槃重生。”课改亦是如此。一路走来，其间饱尝了艰难与苦涩、迷惘与沮丧、激动与欣慰等各种错综复杂的滋味，相信也只有身在课改阵地的老师才能体会得到。因为坚信，所以坚持，于是思考，因此收获。

在体验了课改的点点滴滴之后，笔者领悟到了课改的真谛：课改并不一定需要“交流展示”“合作学习”或“导学案”等“指令性动作”，也未必是“将教师的讲解精确地限制在多少分钟之内”“学生要在周围四面黑板上都写满答案”或“各种五花八门的课堂模式”等成文或不成文的“硬性规定”。课改的首要条件是教师理念到位了没有？教师是否真的开始关注学生学习方式的转变？是否真的关注他们能否实质性地经历情感体验的过程？为了达到这些变化，教师是否深入地去思考如何设计学生学的内容、怎样从学的角度去评价课堂效果？如果教师的认识能有这样的转变，我相信任何“招数”都是细枝末节，任何教学方法也都可能是有效的，因为教育界里一直都是“合适的就是最好的”。

在经历了一年多的课改后，现在每逢备课，笔者的焦点已经不自觉地落在“设计学习活动”上；课堂上，总会习惯性地留出空白让学生内化整理知识；习题分析时，总会先让学生小组解决一些问题，倾听学生的想法，然后集中解决核心问题；听课时总在思考如何将教师喋喋不休的讲解转变成学生自主建构的素材……这些也许都是课改留下的“印记”吧！

“化学反应的方向性”是笔者在课改过程中收获的一堂课。笔者将之作为课改的成果与同行们一起分享，也希望自己能够在课改的道路上继续采撷更多枝“花”。

一、 传统教学的研究分析

在同组老师执教了本节课后，我们进行了研讨，发现存在以下几个问题：

问题1：部分认知存在混乱。如，学生对“自发反应”和“自发进行”兩个概念有所混淆，潜意识里认为“自发反应就一定能自发进行”；对“需要加热的反应是自发反应”和“催化剂不能改变反应的方向性”存在惯性障碍，对“两种判据出现矛盾时，反应的方向性取决于温度”，缺乏思维的深加工过程，印象不深刻，造成应用时比较机械、生硬。

问题2：学科知识价值不明确。学生对判断“反应方向性”的实际意义不明确，未认识到“方向性”是研究一个化学反应的首要环节，未建立起“方向”与“速率”和“限度”的关系；教师对“熵”概念的教学停留在文字本身，没有揭示出“熵原理”的普适性与精辟性，学生难以从课堂中的例子延伸到生活中，难以对自然界中的其他现象作出方向性的判断，也就没有领悟到本节课的社会价值，因此也没能适时激发出学生的学习动机。

问题3：学科思想观念与方法渗透不够。本节课需要从变化观、能量观和微粒观入手探寻化学反应的原理。从能量观角度研究物质的转化收获能量判据，从微粒观角度研究物质的转化收获熵变判据，结合这两种视角就能体会到吉布斯自由能公式的科学性。而在分析得到这些判据的过程中是引导学生从现象深入本质、从宏观步入微观，使用类比迁移、归纳演绎、实证分析等思想方法的良好契机，也增强了学生对学科思想观念的认同感，但从整节课的教学过程看，这方面的教学功能显然是比较缺失的。教师最后也没有检测评价学生观念形成情况，也就未能帮助学生形成“活”的“真知”，发展出应有的逻辑思维能力。

问题4：学生的学习方式仍旧传统单一。这节课教师主要采用讲授法，学生单方面倾听教师建构新知，整个学习过程处于比较被动的状态，学生自主发现现象、探寻规律、查阅资料、建构新知的过程没有展开。在这样的教学体系下，容易造成只有记忆，没有思想。

在梳理了教与学的研究基础上，笔者对教学设计作出以下调整：

第一，对学生有疑问的知识点在课堂上有意着墨，通过设置情境有效对比、典型案例分析、实验或模型演示等方法为学生搭建脚手架，试图解决困惑。第二，对教学内容的顺序进行适当调整。虽然在教学时一般会遵循由浅入深的方式，从能量再到熵变，比较符合学生的心理接受规律，但是这样安排会存在一个问题：这节课本身比较抽象，学生一直处于推理分析过程，熵概念作为一个重难点，安排在后面才登场，可能不利于概念的突破。教学中尝试改下剧本，一开始就把“熵”揪出来好好认识一下；之后让“能量”和“熵变”并驾齐驱；再到二者作用效果不一致时，让学生通过实际例子来权衡“能量”与“熵变”势力的高下，从而感悟“吉布斯自由能”判据的合理性；最后，再回归到“熵原理”，欣赏“熵”在生活中和自然界中的“王者”角色。第三，对学生的学习任务重点设计，突破教师讲解代替学生自主学习的窠臼，力求实质性地促进课堂教学改革。整个教学过程以学生的自主认知体验为主轴，沿着生活经验和科学原理伸展开来，使生活现象成为抽炼出科学概念的辽阔背景，让学生的个人情感伴随知识与能力一路生成。第四，对抽象的概念新课，教师的示范性演绎分析不可或缺，课堂要突出教师关键性的引导，特别在“熵”的部分，由于教材资源和学生的知识储备有限，教师的介绍点播和资料呈现是非常必要的，不仅有利于知识的加深理解，还能帮助学生拓展视野，提升能力，丰富情感。

二、重“学”和“导”相结合的教学设计

环节1 洞察生活，发现“方向”

观察以下两组图片，思考有什么区别？

第一组：水从高往低处流；试纸检测到浓氨水中有氨气挥发。

第二组：将水从低处抽往高处；在偌大空间里的所有气体突然浓聚至一处。

学习任务1——自主归纳，交流互助

（1）自发变化的特点是什么？

（2）自发变化需要条件吗？

（3）自发变化的可能原因是什么？

内化整理：自发变化是无需外界做功，自动进行的过程，但这个过程并不是无条件发生的，比如，在很低的温度下水结成冰就无法自行地流动了。自发变化的原因是“势能降低”或“分子扩散”。

环节2 从“生活现象”到“化学反应”

教师引导将上述现象转化成“化学语言”：

（自发现象）→（自发反应）；（势能）→（能量）；（扩散）→（混乱度增加，又称“熵增”）

教师借助模型和实验，解析“熵”概念。

演示模型：借助“黄豆变乱”，演绎“熵”概念和“熵增”的自发过程，从黄豆数目越多或者空间越大导致混乱程度随之增加，帮助学生了解“熵变”规律，从中感知“熵”是一枚透视微观世界的“放大镜”[1]。

演示实验：将品红溶液滴入两杯冷热水中，发现扩散速度不同，再通过视频观看不同温度下微粒运动的剧烈程度，认识到温度会影响“熵”，进而启发当温度改变引起状态变化时，如，固体变成气体时，熵值亦增加，为后面说明“人类在不断使用能量造成环境温度升高而产生熵增作铺垫。

概念应用：判断下列过程的熵变。

2N2O5（g）[=]4NO2（g）+O2（g）

NH4NO3（s）[=]NH4+（aq）+NO3-（aq）

CO2（s）[=]CO2（g）

内化整理：引起熵变的现象有：①物质的状态变化（包括物质的结构）；②气体数目的增加；③外界温度等因素的变化。

环节3 寻找证据，建构原理

自主思考：根据“自发现象”的特点，“自发反应”又是怎样的？“自发反应”是否在任意条件都能自发进行？“自发反应”的可能原因是什么？

类比猜想：自发反应发生的原因可能是“能量降低”或“熵增”。

动手实验，验证猜想：

NaOH溶液滴入到含酚酞的水中变红，再逐滴加入盐酸，红色褪去的同时溶液温度明显升高；在烧杯中简单混合氢氧化钡晶体与氯化铵后，用湿润的红色石蕊试纸检验到有氨气生成。

结论：放热的或熵增的化学反应能自发进行。

学习任务2——阅读教材，自主建构

（1）“自发反应”的定义是什么？

（2）总结判断反应方向性的两个判据。

（3）判断下列是否为自发反应？室温下能否自动进行？

水分解成氢气和氧气的反应；氯离子与银离子的反应；酸性高锰酸钾溶液氧化草酸生成二氧化碳（已知该反应没有明显热效应，且反应发生需要一段时间）；铁片放入稀硫酸中生成硫酸亚铁和氢气。

设计意图：在完成“自发现象”到“自发反应”的顺利迁移后，让学生借助教材进一步形成理论依据，并认识“自发反应与自发进行的关系”；之后，利用得出的“判据”分析五个典型反应的方向性，同时揭示反应的方向性与速率并无一定关系。

环节4 认知冲突，定量为准

学习任务3——联系旧知，整体认识

（1）在设计原电池时，选择自发的氧化还原反应是首要条件，这说明了什么？（方向性与速率、限度的关系）

（2）从“能量判据”和“熵变判据”说明：为什么“铁与稀硫酸”这个反应一定是自发的。

（3）以“碳酸钙分解”为例，从能量角度看，这个反应是吸热的，有没有可能使这个反应成为自发反应？

（4）以“铁生锈”为例，这个反应是熵减的，是什么原因造成该反应在常温下是自发的？

（5）在（3）（4）的两个例子中说明了什么问题？请提出你的猜想。

（6）人类总是从自然界中寻找答案。结合下面现象，分析说明上述问题。

低温时，水会结冰；温度升高时，冰熔化成水。

（7）用上述规律分析下面两条反应自发的温度：

①NH3（g）+ HCl（g）[=]NH4Cl（s）；

②NH4Cl（s）[=]NH3（g）+ HCl（g）

（8）阅读教材，认识“△G”，从“定性”上升到“定量”。

（从公式得：温度能够改变反应能否自发进行，催化剂并不影响反应的方向性。）

（9）根據公式转化，△H = △G+T△S，T△S=Q，从上述式子看出，△H包括哪些成分？并解释下列现象：

原电池在放电时，总会有发热现象；人在进行运动时，身体总是要发热、出汗。

（焓变包括自由能和热量。物质在发生化学变化时总有一部分用于改变体系组织状态（如，人在运动时，肌肉变得结实了），形成以热为形式的能量耗散现象，导致化学能与自由能不相等[2]。）

环节5 品析“熵”的“王者角色”

交流思考：如何让散乱的黄豆变得整齐？（需要消耗时间和精力。）

演示：压缩针筒，使扩散的气体浓缩（做功可以克服熵增）。

学习任务4——应用“熵原理”

阅读材料：“任何隔离系统的自发程序都是熵增的”，这便是著名的热力学第二定律。“熵增原理”的普适性使它成为世间的真相，名正言顺地黄袍加身，扮演着“王者角色”。“熵增”甚至束缚着时间方向，因此“熵”曾经被称为“时间之箭”[3]。且看“熵原理”降临到我们身边，请从能量和熵变角度分析下列现象：

（1）生活中的“熵增”：你看到哪些“熵增”现象？我们是如何克服的？

（周一正常上班，越到周末就越乱；收到放假通知，同学们沸腾了，熵增加了；任何浓度差、温度差、压力差的均匀化都是熵增的过程。）

（2）生命中的“熵增”：我们人体是如何克服熵增的？

（人的衰老是熵增的过程，生命系统死亡后，熵达到最大值。人体通过不断地进行能量和物质交换才能维持高度有序的新陈代谢。）

（3）自然界中的“熵增”：根据熵增原理，为什么地球能从低级向高级更有序的方向发展？

（大千世界的种种自然过程总是生出“熵”来，地球进化是从低级向高级发展的非自发过程，靠的是太阳光能，以此克服熵减。生物圈正是通过植物吸收光能和光中的“负熵”来维持有序发展[4]，由此可见光合作用的意义。）

（4）能量与“熵增”：既然能量守恒，为什么我们要节约能源？能量与熵有什么联系呢？

（能量的通俗定义是“做功的本领”，熵却是无法做功的能量，熵所度量的是能量的退化、耗散或稀释的程度，使得做功的能耐变得更小。当我们使用各种能源时，总会释放出热能，造成了环境的熵增。世界能量的可用度便随着世界熵值增加而愈来愈小。所以，熵之于能量，就好比通货膨胀对货币一样，钞票总是愈来愈不值钱，这正是“能量守恒能源却不守恒”的原因。故克劳休斯有一名言：“世界的能量是固定不变的，而世界的熵则趋向最大值。”[3]

（5）“熵增”原理看我们学习：如何让我们每天在接受新知时，克服原有认知平衡的“熵增”呢？

（要学会坚持不懈地做功克服熵增以保持知识的系统性和有序性。）

三、教学反思

课后，组内老师一致认为本节课在关注学生学的需求、引导学生学的方向、提升学生学的能力，培养学生学的情感，都拿捏得都比较到位，对课改思想的领悟有很大的进步，做到真正从实践操作层面促进课堂教学改革。笔者认为自己终于迎来了课改的春风，这丝丝暖意将化作点点爱意，激励着我继续坚持走课改的路。

回首自己走过的课改之路，笔者突然发现：从“方向性”看，课改原来也是遵循自然法则，属于自发变化。课改理念冲击着教师原有的认知平衡，这是“熵增”过程，教师需要从中理出头绪，花时间和精力重新建立起新的平衡，用于克服熵增，经历一次从旧平衡上升到新平衡的过程。“认知变乱”的“熵增”过程自然是纠结的，因此，大家都不愿意问津，更痛苦的是还要做功去克服“熵增”，那就会有更大的阻力，坚持的人也就更少了，于是，成功的路上常常是不擁挤的。但是，课改依旧是必然趋势，因为课改最终使得课堂结构和社会人才结构得到优化调整，这从能量角度看，是有利于自发的。如果能够看清这一点，每位教师也许能够找到一些慰藉，更坦然地面对和迎接课改吧。

参考文献

[1] 褚幼萍.从“黄豆变乱”探视“熵增”现象[J].中学化学教学参考，2013（12）：1-7

[2] 吴俊明，吴敏.化学课程中的能量与化学能量观[J].化学教学，2015（1）：7-11

[3] 姜范恩.热的简史[M].北京：东方出版社，2009：276，283

[4] G·伽莫夫.从一到无穷大[M].北京：科学出版社，2015：193