在“宏—微—符”认识模型建构中彰显实验的素养发展功能

摘要：化学实验的鲜明特点是通过物质的宏观现象来揭示其组成、结构、性质以及反应的本质，并能起到支持理解微观表征的作用。“化学平衡的移动”教学中设计了三次实验，在不同教学片段中分别发挥了探究实验事实、引发认知冲突、验证预测的功能，既生动形象地揭示了本质规律，也做到由表及里、由此及彼，促进学生完成了化学平衡意义的认识建构，形成了化学平衡的“宏—微—符，，三重表征。

关键词：平衡移动;实验探究;核心素养

文章编号：1008-0546（2019）02-0083-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

一、问题提出背景

化学学习需要将宏观现象与微观本质联系起来，并能用符号进行表征。而化学实验的鲜明特点就是通过物质的宏观现象来揭示其组成、结构、性质以及反应的本质，并能起到支持理解微观表征的作用。

在“化学平衡的移动”教学中，新课程标准要求学生能通过实验探究，了解浓度、温度、压强对化学平衡状态的影响，通过探究促进学生对化学平衡概念的理解，自主建构平衡移动原理的解释模型，教师要在实验探究中将宏观现象与微观粒子运动有意识地联系起来;引导学生经历化学平衡常数模型建构的过程，结合具体实例，促使学生体会化学平衡常数在判断平衡状态、反应方向、分析预测平衡移动方向等方面的价值功能;运用平衡原理解释生产、生活、实验室中的实际问题，能讨论化工生产条件的选择或优化，在应用中巩固变化观念和平衡思想，发展学生演绎推理、系统假设等思维能力[1]，这也是本节课发展学生核心素养的目标和价值所在。

本节内容的教学对象是高二化学班学生，他們已经学习了化学反应速率、影响化学反应速率的因素、化学平衡等理论知识，一方面对化学平衡状态的静态属性和影响化学反应速率的条件有所了解;另一方面，本节内容的教学让学生能深层理解化学平衡的动态属性，并能应用平衡移动原理，这将为学生后续学习弱电解质的电离平衡、盐的水解平衡和沉淀的溶解平衡奠定扎实的基础。

根据新课程标准，结合学情，确定本节课的实验教学目标如下：

二、实验教学目标

1.通过分组实验探究浓度对平衡的影响，从微观视角将化学平衡的静态属性迁移到动态特征，引导学生体验化学知识“认识发展的意义”。

2.利用数字化实验探究压强对平衡的影响，在教学中增强学生对化学平衡多维表征功能的理解，引导学生建立证据推理意识。

3.通过初步建立平衡移动原理的模型，引导学生应用模型进行预测并进行分组实验，验证猜想，巩固模型认知并形成新观点[2]。

本节课设计了三次问题和实验探究相结合的教学过程，核心探究通过“提出问题、设计方案、实验操作、得出结论”这样四个活动要素，在探究过程中突出对学生的学法指导、思维品质的培养和科学精神的渗透，真正发展学生的核心素养。

四、实验内容方法

1.实验探究一：浓度对平衡的影响

学生分组实验：

（1）在点滴板两圆孔内各滴加K₂Cr₂O₇，溶液样品2-3滴;

（2）在其中一样品内滴加NaOH溶液2-3滴;

（3）观察并对比两圆孔内溶液颜色的差异;

（4）继续在黄色溶液中滴加2-3滴H₂SO₄溶液。

设计意图：通过在K₂Cr₂O₇溶液中加碱的分组实验，结合微视频动画展示，学生能理解化学平衡是一个动态的平衡过程，而不是永恒不变的静态过程，由此引导学生建构平衡移动的概念，发展了学生的微粒观。继续让学生预测加酸后的现象，并进行探究验证，在此基础上自主归纳浓度对化学平衡的影响规律，初步建构“平衡移动会削弱条件的改变”这一模型。本组实验均在点滴板上完成，环保节约，培养了学生绿色化学的意识。

2.实验探究二：压强对平衡的影响

教师演示实验：使用压强传感器，在t₁时刻，将充满20mL红棕色NO₂气体的针筒迅速压缩至10mL处并保持静止，捕捉并观察压强一时间数据图。

教师可以先组织学生按照要求板画出上述压强一时间图像，进而通过DIS演示实验绘制出的时间一压强曲线图，对比两张图的异同，引发学生的认知冲突，从实验事实证明压强变化对平衡移动有影响;继续引导学生进行问题探究，从平衡常数的角度分析压强对平衡移动的影响规律。

设计意图：此环节从引导学生经历化学平衡常数模型建构的过程，促进学生体会化学平衡常数在预测平衡移动方向方面的功能价值，通过交流讨论活动，帮助学生形成基于浓度商和化学平衡常数的比较分析等温条件下平衡移动问题的基本思路，进一步建立“平衡移动也会削弱压强的改变”的变化规律，同时以“小尖角蕴含大文章”的道理培养了学生基于证据进行分析推理的能力和严谨求实的科学探究精神。由于改变压强气体颜色变化的宏观现象不够明显，所以辅之以数字化实验进行探究，让学生增强感性认识，增强对化学平衡多维表征功能的理解，效果显著。

3.实验探究三：温度对平衡的影响

学生分组实验：

（1）在三支试管中各取1滴管紫色的氯化钻溶液;

（2）将上述三支试管分别置于室温、热水和冰水中;

（3）观察并对比三支试管中溶液颜色的差异。

设计意图：运用浓度和压强对化学平衡的影响规律，学生能推测温度对化学平衡的影响，在此基础上设计分组实验探究验证，得出结论，巩固勒夏特列原理的模型认知。也通过分组实验学会从特殊到一般，再由一般到特殊的科学研究方法。

在学生顺利建构化学平衡移动原理的模型基础上，教师继续加强学以致用，可以通过组织学生讨论探究生活中的一些现象，如为什么啤酒倒入杯中会冒出大量气泡、煤气中毒病人为什么要送入高压氧舱进行抢救等，通过讨论使学生全面认识该原理对自然界可能带来的各种影响。最后，组织学生运用浓度、温度、压强对化学平衡的影响规律，讨论工业合成氨反应条件的选择和优化，对化学平衡移动原理加以应用。由实践到理论，再由理论指导实践，进一步发展学生科学精神与社会责任素养，也充分彰显了实验的素养发展功能。

五、教学反思评价

化学是一门以实验为基础的学科，其形成和发展起源于实验又依赖于实验，所有物质的结构、性质和化学反应原理等知识均是从实验中得来的，所以，实验探究应该成为化学学习的重要方式。

本节课的三次实验在不同教学片段中分别发挥了探究实验事实、引发认知冲突、验证预测的功能，既生动形象地揭示了本质规律，也做到由表及里、由此及彼，促进学生完成了化学平衡意义的认识建构，形成了化学平衡的“宏一微一符”三重表征。因此，后续学习中，学生只要遇见可逆反应中的宏观物质及其变化，就会试着用头脑中的平衡观念和微观本质去解释、理解它，用符号表征来表示它。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]钱华，姜国锋.发展学生素养构建高效课堂——苏教版《化学反应原理》专题2第三单元化学平衡的移动教学设计[J].北学教与学，2017（3）：63-65