以化学核心素养为导向的教学设计与反思 ——以“探究影响化学反应速率的因素”为例

何亚萍，姚燕妮，韩 权，杨晓慧，朱 刚

(1.西安文理学院，化学工程学院， 陕西， 西安 710065； 2.陕西省商洛市中学， 陕西 商洛 726000)

1 引言

帮助学生形成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是2014年教育部《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中基础教育阶段提出的学生必须具备的科学素养[1]。显然，教育教学不再是单纯的育人，而是要科学育人，除了知识的掌握外，更加强调了能力的培养，特别是综合分析问题并解决实践问题的能力。核心素养是其在各学科中的具体体现。所谓核心素养就是学科在社会生活中所体现出来的价值或者价值观，它是一门学科的灵魂[2]。化学学科的真正价值就是服务于社会生活的，从知识和科学意识，科学精神和科学方法三个角度，提出了五大核心素养[3]：(1)宏观辨识与微观探析；(2)证据推理与模型认知；(3)变化观念与平衡思想；(4)科学探究与创新意识；(5)科学精神与社会责任。据此，在化学学科教学中，要求学生在探究微观本质的同时，学会科学探究的手段，以证据进行推理分析，透过宏观现象审视变化的微观本质；建立变化观念与平衡思想；理解化学、技术、环境之间的关联性；将已有知识和方法综合分析化学过程对社会带来的各种影响，进而参与有关化学问题的社会决策。

学科核心素养的培养不是一蹴而就的，而是在教育教学过程中逐步渗透、形成和完善的。这就要求教师在平时的课堂教学中必须围绕化学学科核心素养进行教学设计。为实现该目标，如何基于化学学科核心素养进行教学设计呢？

本文拟以人教版高中化学必修2第二单元第三节第2课时《探究影响化学反应速率的因素》为例，按照目前关于化学学科核心素养的要求，重新审视教材，挖掘其学科核心素价值，以这具体课程内容为载体，精心设计教学过程，组织的有效教学活动，重在培养学生设计实验方案，分析实验现象的能力，发展学生基于证据进行分析推理，运用所学知识解决实际问题的能力。

2 教学设计

2.1 教学背景分析

背景分析是进行教学设计的基础，为教学内容、教师活动、学生活动的设计提供理论支持。

2.1.1 指导思想

教育教学的终极目标是促进学生学科核心素养的形成。课堂教学应该突出学生的主体地位，加大学生学习活动的设计比重，有效地组织、指导学生参与到教学活动中，自然地将科学精神和人文情怀融入到教学活动中，让学生在探究体验以学习和反思方式获得核心知识，形成化学学科核心素养。

2.1.2 学情分析

学生分析，是了解学生已有知识储备和知识诉求以保障学生活动设计有效性的前提。应该从科学以外和本学科两方面着手分析。针对本节课，学生的学情如下：①学生在高中物理学习中学生已掌握了控制变量思想和对照实验法了解了对实验探究的基本方法和能力；②在经过高中化学必修1的学习，学生通过初中和必修1的学习已经具备了一些基本的化学素养，理论上能够准确描述化学实验现象并以所学知识进行现象合理解释，并进行一定程度推理的能力，并强化了实验探究能力；③前面一节“化学反应速率”的学习，结合生活常识，使学生化学对反应有快慢和外界因素会影响化学反应速率有了一定理解。因此，教师只要设定生活实例做出正确引导，促使学生发现问题和设计探究实验来解决问题；再结合中学生本身对未知事物充满好奇，具有强烈的探究动机，但主体意识和独立思考不足，对知识认识比较肤浅，没有形成系统、深刻的认识的心理和认知特点，在教学设计中充分体现学教师与学生的交流互动，激发学生学习的主动性、积极性，引导学生积极思考主动探究，自主参与动手实验，学会多方位、多角度地思考问题。

2.1.3 教学内容分析

新课程标准中明确要求[4]“通过实验认识化学反应速率，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用；通过实验探究温度、催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响”，但对怎么影响和为什么影响并不作要求。本节教学内容属于必修2第二单元第三节的第2课时，是课程标准在教材中的具体体现。从生活经验和对身边事物的观察为设计出发点,引导学生从生活中获取化学知识,并建立化学反应有快慢之分的科学意识。在此基础上，设计探究性实验,运用定性观察法、对照实验法、科学归纳法等方法分析具体现象,引导学生寻找证据并进行合理的推理论证,充分体现方法教育科学性,使学生掌握通过探究手段完成自我建构研究化学反应快慢的思维模型。

2.2 教学目标设定

根据学情分析情况，从知识与技能、过程与方法和情感态度与价值观三维角度设定教学目标。

2.2.1 知识与技能目标

①能够通过生活实例总结出影响化学反应素的因素。

②学习用实验研究问题的方法，能设计并完成一些化学实验。

2.2.2 过程与方法目标

①通过对熟悉的化学反应、生活现象的分析，学会提炼总结问题并寻找解决问题的科学方法。

②通过设计探究实验，掌握科学的探究方法，提高实验基本技能和设计实验的能力。

2.2.3 情感、态度与价值观目标

①通过实验探究，提升科学探究意识，激发科学探究的兴趣，提高学科兴趣。

②联系生活中的实例，将化学反应速率与生活实践联系起来，体会化学的实用性，树立关注社会的意识和责任感。

2.3 教学重点和难点

基于教学背景分析和已设定的教学目标，本节以影响化学反应速率的因素及其成因为重点，以指导学生探究影响化学反应速率的因素为难点。

2.4 教学过程设计及分析

2.4.1 生活实例导课——提出问题

2.4.1.1 牛奶变质和白色垃圾降解对照法

【图片展示】幻灯片上展示牛奶变质，白色垃圾的降解图片

【教师解说】我们已经知道，化学反应有快有慢，不同的反应，反应速率也不相同。比如说：一杯新鲜的牛奶在夏天4～5小时就会变质，而白色垃圾降解却要经过几十年的时间。为什么不同的化学反应，反应速率会不一样呢？化学反应快慢的决定因素是什么呢？

【学生思考总结】影响化学反应快慢的根本：反应物本身的性质

【教师引导】性质难于改变，通过改变外界条件可以实现反应速率控制，大家开动脑筋想一想，生活中外界条件如何影响化学反应速率呢？

【图片展示】1、超市密封牛肉标签“冷冻保存60天，10℃以下30天，20℃以下15天”。

2.4.1.2 加酶洗衣粉与普通洗衣粉去污效果比较

【学生讨论总结】同一反应影响化学反应速率的外界条件有：温度，浓度，催化剂。

【问题引导】在生活和生产中，有些反应我们希望进行的快些如白色垃圾降解；有些反应我们希望进行的慢点，如食物腐败。物质本身的性质是不能改变的，但我们可以通过改变外界条件以达到改变化学反应速率的目的，让化学更好的为人类服务。那么这些因素是如何影响化学反应速率的？

【学生分析回答】温度越高反应速率越快，温度越低反应速率越慢；浓度越大反应速率越快，浓度越小反应速率越小；催化剂可以改变化学反应速率。设计意图：引导学生联系生活实际，从身边的生活现象发现不同的化学反应存在快慢，且其快慢除过与物质本身性质有关外，还可以通过改变外界条件改变化学反应的快慢。以达到点题和引起学生深入学习探究是欲望。同时让学生认识到化学与生活息息相关，化学学习的社会价值。

2.4.2 分组实验 科学探究——寻求答案

【教师】基于生活和实验现象我们知道了外界因素是如何影响化学反应速率的，现在请同学们依据控制变量法设计对照实验方案，从实验台上给出的实验器材中选出合适的仪器和试剂进性实验，并完成实验报告。

【投影展示】实验仪器：试管、胶头滴管、试管架、酒精灯、

火柴、烧杯

实验药品：热水、冷水、5%的H2O2、10%的H2O2、MnO2固体、FeCl3溶液

【学生】设计并进行实验探究，完成实验报告。

【教师】实验结束，现在请每组选派一名代表上讲台展示你们的探究结果。

【学生】分别上台展示实验报告

表1 探究影响化学反应速率的因素实验报告样表

设计意图：要求学生亲自参与设计并完成探究实验，培养学生科学探究意识，提高学生实验操作能力和分析推理能力，体会科学方法的重要性。通过实验探究的方式研究影响化学反应速率的因素，寻找证据进行分析推理，建构研究模型，培养学生“实验探究与创新意识”、“证据推理与模型认知”的学科素养。

2.4.3 总结归纳 提炼方法——获得答案

【教师】通过前面的讨论和实验验证，我们知道了温度、浓度、催化剂是如何改变化学反应速率的。而除过这三方面的因素外，气体物质的压强、固体物质的接触面积、反应物的状态、形成原电池效应等也可以改变反应速率。影响化学反应速率的因素总结如下：

【板书】

影响化学反应速率的因素：

(1)根本原因：反应物本身的性质

(2)外界因素：

温度：温度越高反应速率越大，温度越低反应速率越小浓度。

浓度：浓度越大反应速率越大，浓度越小反应速率越小。

催化剂：催化剂能改变化学反应速率，不同的催化剂活性不同

气体的压强：通过改变反应容器的体积使压强改变的反应，气体压强越大反应速率越大，压强越小反应速率越小。

固体物质的表面积：固体物质的接触面积越大反应速率越大。

其他：反应物的状态；光照；形成原电池效应等

设计意图：引导学生运用所学知识和实验结论对本课进行总结，巩固观念，增强科学意识。了解科学思维方法，并逐步构建研究化学变化的思路和模型，

2.4.4 巩固反馈 拓展应用——提升核心素养

【投影展示问题】

(1)怎么做可以增长牛奶变质的时间？怎么做可以加快白色垃圾的降解速度？

(2)实验室通常将块状或颗粒状的固体药品研细，再混合反应？人们常把固体试剂溶于水配成溶液后再进行反应，为什么？

(3)实验室用30%的稀硫酸与锌粒反应制取氢气，当反应一段时间后，气泡变得稀少了(锌粒要求有剩余)，如果再加一些适当浓度的硫酸溶液到反应容器中，气泡又会增多起来。这个现象如何解释？

【学生】交流讨论，总结答案

【课后作业】对应练习册上习题

设计意图：第一个问题与引入新课问题相呼应，再通过后两个实验中常遇到的问题问题的解决，提升学生运用知识解决问题的能力，发展学生的化学应用观。通过解决问题，让学生认识到化学学习的社会价值，增强学生主动运用化学知识解决问题的意识，培养学生的社会责任感。

3 教学反思

3.1 生活化渗透培养化学核心素养，感受化学的魅力

转变学生在课堂上的被动性是基础教育课程改革的目标。当"学有所用"，"学有所需"时学生对知识的渴求，会激发学生主动索取知识的热情。展示所学化学知识的价值，是一种非常有效的途径。如以牛奶变质和白色垃圾的降解为例引入新课，让学生了解通过学习相关知识不仅可以解决身边的问题——牛奶放入冰箱就可以延长其存放时间，也可以解决社会难题——选择合适条件，可以加快白色垃圾的分解，从而意识到学习化学的重要价值，积极主动的学习化学知识，增强社会责任感。

3.2 依托教学内容，科学的处理教材提现化学核心素养要要求

核心素养不是先天遗传，而是经过后天教育习得的。培养学生的化学学科核心素养必然要以知识教学为载体[5]。所以，化学学科核心素养内隐在化学教材之中的。教师要结合教学内容，根据学生的实际情况，围绕发展学生化学核心素养这一目标，创造性地开发和使用教材，挖掘教材内容所包含的素养，达成发展核心素养的目的。如化学反应速率影响因素如何应用于生活和实验中，要突出化学学习的社会价值，从而培养学生的社会责任感；通过探究实验的设计，培养学生寻找证据惊醒科学推理的核心素养。但值得注意的是，通过某个教学内容培养并不能完全体现所有学科素养要素，只是侧重于培养学生某方面的核心素养。

3.3 以化学思维促进核心素养的形成

化学是一门以实验为基础的学科。化学学习过程经常需要以实验为手段，通过实验现象探讨化学本质或通过实验现象进行分析推理[6]。对照实验策略和单变量控制法是有效组织实验和进行实验探究法的有效方式。教学中提供相应的仪器和试剂，引导学生动脑设计，并动手操作，完成所设计的探究性实验，进而验证结论，充分突出学生主体地位。学生在探究中自然形成推测，探究，验证，归纳，应用的化学学科思维。