基于学科核心素养PCK视野下化学课堂教学设计

钟秀芬

摘要：将“化学平衡影响因素”这个知识点进行重组，结合浓度商和平衡常数进行表征，以适应不同兴趣和能力的学习者，以“化学平衡影响因素”课题为例阐述运用学科核心素养PCK视野下的教学设计框架，有效地对化学平衡学科知识进行建构是本课例的主要内容。

关键词：学科核心素养;PCK

PCK（Pedagogical Content Knowledge，以下简称PCK）是学科教学知识的简称，是教师个人独一无二的教学经验，教师独特学科内容领域和教育学的特殊整合，是教师对自己专业理解的特定形式。目前，国内关于 PCK 的研究主要集中在基于PCK结构提出建构化学教师PCK模型的策略和基于PCK理论指导化学教学实践研究。但在化学反应原理教学中如何运用PCK 指导具体的教学实践研究却较少。

1 学科核心素养PCK视野下的教学设计框架

2 基于学科核心素养PCK视野下化学平衡移动的教学思路

本课例以人教版《化学反应原理》为教材，把教材的教学内容进行调整，在建立了化学平衡的知识系统，学生初步建立平衡观后，先学习平衡常数和浓度商，再学习化学平衡影响因素。参考了鲁教版《化学反应原理》的教学思路，结合本校学生情况进行设计。通过实验探究，学生从宏观辨析与微观探析维度分析浓度对化学平衡移动的影响，结合浓度商与平衡常数的关系进行理论验证，建立平衡移动规律的模型认知。再通过数据推理，进一步运用认知模型验证压强对化学平衡的影响。最后将“勒夏特列原理”与认知模型整合，运用模型来解决实际问题。

3 基于学科核心素养PCK视野下化学平衡移动教学设计

3.1 基于学科核心素养PCK视野下化学平衡移动的课程知识

现今高中课堂，对该知识目标的实现主要有2种不同的教学处理。其中一种沿用传统的教学方法与策略，通过实验，探究温度、浓度、压强对平衡的影响，通过不完全归纳得出平衡移动规律，并使用速率图像来进行解释。

本教学案例是从平衡常数K与浓度商Q的关系出发，深度挖掘平衡常数在整个化学平衡学习中的核心作用，站在化学学科的高度建构学生对平衡移动的认识;此教学充分利用Q、K理论理性探究和建构温度、浓度、压强对平衡的影响以及平衡移动规律，辅以实验对规律进行验证。

从认识方式角度出发，该教学处理对学生的认识发展以及科学思维培养有着更长远的意义，尤其为日后希望继续进行化学专业学习并从事化学研究的学生建立了符合学科逻辑的平衡移动模型。所以无论从学生的认识发展，还是化学学科的角度来说，从Q、K 关系入手的平衡移动教学显然占有显著的优势，这也更加凸显了新课程标准将K引入高中化学平衡的重要价值与功能，唯有K的引入才能使学生基于热力学科学建立化学平衡的概念。

3.2 基于学科核心素养PCK视野下化学平衡移动的学生知识

学生对化学平衡移动的认识的思维进阶，在初中阶段学生对反应的认识还不存在“反应限度”角度，学生的平衡观建立于高一化学《必修2》，建立从静态的认识角度，认识“反应限度”问题。到高二化学《选修4》，学生对“反应限度”的问题进入动态、定性的认识阶段。知道当外界条件改变时平衡状态会被破坏并建立新平衡，由旧平衡到新平衡的建立即為平衡移动;并且能够通过实验事实知道影响平衡状态的3个因素（温度、浓度、压强）。依据高中新课程标准，在知识目标维度需要学生了解温度、浓度、压强对平衡状态的影响，并掌握平衡移动规律。

3.3 基于学科核心素养PCK视野下化学平衡移动的教学目标

（1）能基于浓度商与平衡常数的关系进行数据推理，解释化学平衡移动规律，进一步培养学生的变化观念与平衡思想;

（2）通过实验探究，学生从宏观辨识与微观探析维度分析浓度对化学平衡移动的影响;

（3）培养学生通过实验分析、证据推理建立化学平衡移动规律的模型认知。

3.4 教学过程

3.4.1 课前环节

工业上制备氢气的重要途经：CO（g）+H2O（g）? CO2（g）+H2（g），在830℃时，K=1。恒温恒容的容器中，起始时，CO、H2O浓度均为0.010.mol/L。

（1）反应至t1时刻，CO2的浓度为0.0020mol/L，反应是否达到化学平衡？

（2）该条件下反应达到化学平衡时，CO的转化率为多少？

（3）在上述平衡状态下，充入H2O（g）使其浓度提高0.0050mol/L，其他条件保持不变，此时还是平衡状态吗？再次平衡时CO的转化率如何变化？

（4）其化学平衡常数和温度T的关系如下表：

通过上述问题分析，工业上制氢气存在一定的限度问题，如何改变条件来提高CO的转化率？

【设计意图】利用工业实际情境，回顾反应限度、平衡状态，激发新认识需求。

3.4.2 课中环节

环节一、化学平衡状态的影响因素

【课题导入】通过课前测评与讨论，请同学预测平衡状态影响因素有那些？

1.浓度商Q与平衡常数K的关系

①Q=K，反应处于______状态，ひ正_____ひ逆;

②Q

②Q>K，反应向_______进行，，ひ正_____ひ逆;

2.平衡移动的实质破坏Q与K的关系：

（1）改变K的方式是：改变_________; （2）改变Q的方式是：改变______________

【设计意图】学生在新需求中寻找相关旧知识Q、K判据与平衡状态的关系，奠定本节课的核心理论工具。

环节二、探究浓度对化学平衡移动的影响

【实验探究】已知反应Fe3++3SCN- ? Fe（SCN）3浓度商：Q = ____________________________

无色  无色    血红色

①取4支试管，分别加入1滴管的0.01mol/L FeCl3溶液与4滴0.01mol/L KSCN溶液，观察溶液的颜色;

②选择以下三种试剂各取4滴加入上述试管中

试剂：1mol/LFeCl3溶液、0.03mol/LKSCN溶液、0.1mol/L HCl溶液、0.1mol/L NaOH溶液、水

1.实验记录

2.理论解释：请用Q与K的关系解释改变反应物或生成物的浓度对平衡移动的影响。

3.微观解释：请运用有效碰撞原理，从活化分子百分数的角度分析浓度对平衡移动的影响。

【小结1】对于一个已达到化学平衡状态的反应，①反应物浓度增大或生成物浓度减小时，Q_______K，平衡状态被破坏，平衡向______方向移动;②生成物浓度增大或生成物浓度减小时，Q_____K，平衡状态被破坏，平衡向______方向移动;

【设计意图】通过宏观的实验验证后，进行数据推理，解释化学平衡移动规律，进一步培养学生的变化观念与平衡思想;建立化学平衡移动规律的模型认知;通过实验探究，学生从宏观辨识与微观探析维度分析浓度对化学平衡移动的影响。

环节三、探究压强对化学平衡移动的影响

【数据推理】1.在一定条件下，1L的密闭容器里，下列可逆反应达到化学平衡时c （N2）=1mol/L，c（H2）=2mol/L，c（NH3）=2mol/L，其平衡常数K=0.5

已知反应：N2（g）+ 3H2（g）? 2NH3（g）△H﹤0   浓度商：Q =___________________

2.在一定条件下，1L的密闭容器里，下列可逆反应达到化学平衡时

c （H2）=1mol/L，c（I2）=1mol/L，c（HI）=1mol/L，其平衡常数K=1，H2（g）+ I2（g）? 2HI（g）△H﹤0     浓度商：Q =__________

3.理论解释：通过比较Q与K 的关系解释平衡移动的原因。

4.微观解释：请运用有效碰撞原理，从活化分子百分数的角度分析浓度对平衡移动的影响。

【小结2】对于一个已达到化学平衡状态的反应，压强对化学平衡移动的影响：

（1）当反应前后气态物质计量系数相等时，改变压强，化学平衡状态_____________;

（2）当反应前后气态物质计量系数不相等时，增大压强，化学平衡向___________的方向移动;

（3）对于只涉及固体或液体的反应，压强对平衡体系的影响________________________________。

【设计意图】通过数据分析，讨论压强对平衡移动的影响;发展模型认知的学科核心素养，利用已建立的认知模型解决新问题，即模型应用过程;结合有效碰撞原理进行微观分析。

环节四、勒夏特列原理

【学生讨论】结合上面的实验探究及其结论，分析影响化学平衡移动的因素的规律

勒夏特列原理：_____________________________

【解决实际问题】工业上制氢气存在一定的限度问题，运用勒夏特列原理，如何改变条件来提高CO的转化率？

【設计意图】提炼规律共性，提出勒夏特列原理，强调作为经验型原理其使用的限制;明确平衡移动本质模型：Q、K关系。

【课堂检测】

1.已知在K2Cr2O7的溶液中存在着如下平衡：Cr2O72-+H2O ?2CrO42-+2H+加入下列物质能使橙色、黄色溶液变为橙色的是（）

A. 氨水B. 硫酸C. NaOHD.水

2.下列反应达到平衡后增大压强，平衡都向逆反应方向移动的是

A. N2O4 （g） ?2NO2 （g）△H>0

B. 3O2 （g） ?2O3 （g）△H>0

C. H2（g）+ I2（g）? 2HI（g）△H﹤0

D. N2（g）+ 3H2（g）? 2NH3（g）△H﹤0

4 教学反思

作为使用人教版《化学反应原理》教学的前提下，本次教学案例大胆地将教材地教学内容进行调整，参考鲁教版《化学反应原理》的教学内容进行开展教学。教学过程中立足平衡常数与浓度商的关系进行自主理论探究获得平衡移动规律，通过实验验证和数据推理，建立学生对平衡状态的新认识。本教学案例没有使用人教版传统的运用动力学模型“反应速率”进行影响化学平衡移动因素的教学，而是从热力学视角进行分析，建构合理科学的理论模型，对后续学习的电解质溶液、盐类水解、沉淀溶解平衡的内容，大大地降低学生迷思概念的出现。最后教学案例合理地创建生活、生产情景，让学生在实际问题背景中体会化学平衡移动的实际意义，形成严谨求实的学科态度，培养学生节约资源、保护环境的可持续发展意识和社会责任感。

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（作者单位：广州市增城区荔城中学）