以创新图示法剖析重难点的教学设计——以“影响化学反应速率的因素”为例

陈曦明

(广东省深圳市南山区华侨城中学 518053)

图示法是化学学科思维的重要类型，是中学化学核心素养的组成要素.它是一种以图形为主要方式，揭示事物现象或本质特征，激发学生思维，使其更好地掌握知识，加快教学进程的教学策略.其实质是使科学知识形象化，抽象知识具体化，复杂问题简明化，便于学生接受、学习.

模型法是指对问题进行抽象、简化、类比、概括，抓住主要特征，以不同的表征形式来呈现现象、概念、过程等.有的借助于具体的事物来描述，有的则通过抽象的形式(如符号、文字、公式等)来描述.以达到形象、鲜明的功能及目的.

该文以创新图示法剖析教学重难点.为了达成学生对重难点的理解，激发学生核心素养的发展.归纳提炼了四步教学模型：(1)问题呈现：通过感知的实验现象，归纳并呈现问题.(2)问题分析：根据已有的知识或实验结论，通过类推、类比等提炼需要分析的问题.(3)图示模型：选择恰当简练的图示.将要分析的问题实质完全呈现.(4)解决问题：通过图示上呈现的问题实质，深入理解并得出要分析的问题.

该文教学设计充分考虑学习过程的实际.利用四步教学模型，使学生在学习意识形成、学习方法选择、学习进程评估调控等综合表现方面的核心素养得以充分发展，在理性思维方面，能逻辑清晰运用科学的思维方式认识事物、解决问题的核心素养得以充分培养.

选修四影响化学反应速率的因素是化学反应原理的重要内容.在本节内容教学中，从微观上理解其实质是教学的重难点.根据绪言部分学习，我们掌握了活化分子浓度增加，化学反应速率加快.本文通过四步教学模型，将外界条件对化学反应速率的影响，通过问题分析步骤设计，转化成外界条件改变对微观活化分子浓度的影响.再通过图示设计，将外界条件改变引起的活化分子百分数、活化分子浓度变化完全清晰的呈现出来，使学生轻松达到深刻理解、掌握的目的；使学生理性思维、意识形成、解决问题、求知欲等核心素养得以充分培养与发展.

一、教学过程

影响化学反应速率的因素：

1．内因(主要因素)：化学反应速率大小主要由参加反应物本身的性质决定.

2．外因：一个反应物确定的化学反应，内因已确定了.外界条件改变成为影响化学反应速率的主要因素.

(1)浓度对化学反应速率的影响：

[实验2-2]：在温度不变的情况下，取两支试管，各加入4mL 0.01mol/L KMnO4酸性溶液，然后分别加入2mL 0.1mol/L H2C2O4、2mL 0.2mol/L H2C2O4，记录褪色所需时间.对比实验见表1.

实验中发生了如下反应：

K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O

通过实验可知，在其它条件相同时，增大反应物浓度，反应速率越大.反之，反应速率越小.

[问题呈现]为何在其它条件相同时，增大反应物浓度，反应速率越大.反之，反应速率越小，如何从微观上理解？

学生小组讨论1分钟后.

教师引导：活化分子浓度越大，反应速率越大，那么就转化成了“在其它条件相同时，增大反应物浓度，活化分子浓度增大”.

[问题分析]为何“在其它条件相同时，增大反应物浓度，活化分子浓度增大”？

教师引导：假设将分子能量由小到大按由下向上的顺序排列.活化能为E0(设浓度由c增大到2c，体积为1L)，如何通过图示模型将其示意出来.

学生小组讨论1分钟后并在纸上画出.

图1

[图示模型]设E0为活化能，能量大于E0的分子为活化分子.如图1所示,通过图示容易直观理解.在其它条件相同时，增大反应物浓度，反应物中活化分子的百分数是一定的；反应物浓度越大，活化分子浓度越大(单位体积内活化分子数目与单位体积内反应物的总数成正比，即与反应物浓度成正比).

[解决问题]结合“单位体积内活化分子数(活化分子浓度)增加，化学反应速率加快”.可知反应物浓度越大，化学反应速率越大.

设计意图：让学生通过图示教学设计简单、直观的理解浓度改变活化分子百分数不变；反应物浓度越大，活化分子浓度越大.通过四步模型教学设计充分培养与发展学生的核心素养.

(2)压强对化学反应速率的影响

对于气体来说，在一定温度下，一定质量的气体所占的体积与压强成反比.所以有气体参加的反应，增大压强，体积减小，物质浓度增大，化学反应速率增大.

所以分析压强对化学反应速率影响的思想是：压强变化→体积变化→浓度变化→速率变化.所以有气体参加的反应，增大压强，反应速率增大；减小压强，反应速率增大.

[问题呈现]如何从微观上理解“在其它条件相同时，增大压强，反应速率增大；减小压强，反应速率增大”？

学生小组讨论1分钟后.

教师引导：活化分子浓度越大，反应速率越大，那么就转化成了“在其它条件相同时，增大压强，活化分子浓度增大；减小压强，活化分子浓度减小”.

[问题分析]为何“在其它条件相同时，增大压强，活化分子浓度增大；减小压强，活化分子浓度减小”？

教师引导：假设将分子能量由小到大按由下向上的顺序排列.活化能为E0(设容器体积由VL压缩至V/2L，压强由p增大到2p，则浓度由c增大到2c)，如何通过图示模型将其示意出来.

学生小组讨论1分钟后并在纸上画出.

图2

[图示模型]设E0为活化能，能量大于E0的分子为活化分子.如图2所示,通过图示容易直观理解.在其它条件相同时，增大压强，反应物中活化分子的百分数是一定的；活化分子浓度增大.

[解决问题]结合“单位体积内活化分子数(活化分子浓度)增加，化学反应速率加快”.可知压强越大，化学反应速率越大.

设计意图：让学生通过图示教学设计简单、直观的理解压强改变活化分子百分数不变；压强越大，活化分子浓度越大.通过四步模型教学设计充分培养与发展学生的核心素养.

(3)温度对化学反应速率的影响

[实验2-3]：往①②2支试管各加入5ml 0.1mol/L Na2S2O3溶液；将①试管置于T1℃的冷水中，②试管置于T2℃的热水中，再往①试管中加入T1℃的5ml 0.1mol/L H2SO4溶液，往②试管中加入T2℃的5ml 0.1mol/L H2SO4溶液，并搅拌.记录出现浑浊的时间(见表2).

反应的化学方程式：

表2

通过实验可知，在其它条件不变时，升高温度化学反应速率增大，降低温度化学反应速率减小.

[问题呈现]如何理解“在其它条件不变时，升高温度化学反应速率增大，降低温度化学反应速率减小”？

学生小组讨论1分钟后.

教师引导：活化分子浓度越大，反应速率越大，那么就转化成了“在其它条件相同时，升高温度，活化分子浓度增大”.

[问题分析]为何“在其它条件相同时，升高温度，活化分子浓度增大”？

教师引导：假设将分子能量由小到大按由下向上的顺序排列.活化能为E0.

教师提示：在其它条件相同时，升高温度，使得分子均吸收能量.反应物分子的能量均相应的升高.但活化能E0不变.

如何通过图示模型将其示意出来.

学生小组讨论1分钟后并在纸上画出.

图3

[图示模型]设E0为活化能，能量大于E0的分子为活化分子.如图3所示,通过图示容易直观理解.由于温度升高，使得分子均吸收能量，使原来能量较低的分子部分变成活化分子，所以活化分子百分数增大；使得活化分子浓度增大.

[解决问题]结合“单位体积内活化分子数(活化分子浓度)增加，化学反应速率加快”.可知升高温度，化学反应速率越大.同理，降低温度，反应速率减小.

设计意图：通过图示教学设计简单、直观的理解温度升高活化分子百分数增加；温度升高，活化分子浓度越大.通过四步模型教学设计充分培养与发展学生的核心素养.

升高温度化学反应速率增大有两个原因.主要原因是温度升高使分子获得更高的能量，活化分子百分数增大，活化分子浓度增大.次要原因是分子运动加剧，使得分子间碰撞频率加大，活化分子碰撞频率也随之加大.

(4)催化剂对化学反应速率的影响

[实验2-4]：按下列实验步骤完成实验：①向锥形瓶内加入10mL 10%的H2O2；②将插有短导管和漏斗的双孔胶塞塞到锥形瓶上；③将带余烬的木条通过短导管插入锥形瓶，观察实验现象；④经漏斗向锥形瓶内加入少量MnO2后，观察实验现象.

列表并记录(见表3)：

表3

通过实验可知，上述实验的反应中MnO2是催化剂，起着加快化学反应速率的作用.

[问题呈现]如何理解“在其它条件不变时，加入催化剂，化学反应速率增大”？

学生小组讨论1分钟后.

教师引导：活化分子浓度越大，反应速率越大.那么就转化成了“在其它条件相同时，加入催化剂，活化分子浓度增大”.

[问题分析]为何“在其它条件不变时，加入催化剂，活化分子浓度增大”？

教师引导：假设将分子能量由小到大，按由下向上的顺序排列.活化能为E0.

图4

教师提示：加入催化剂，改变了反应过程，降低了反应所需的活化能.在其它条件相同时，无催化剂时活化能为E0，加入催化剂，降低了化学反应的活化能.活化能由E0降低为E0′(E0′

学生小组讨论1分钟后并在纸上画出.

[图示模型]设E0为活化能，能量大于E0的分子为活化分子；加入催化剂，活化能降低为E0′(E0′

[解决问题]结合“单位体积内活化分子数(活化分子浓度)增加，化学反应速率加快”.可知加入催化剂，化学反应速率越大.

图5

设计意图：让学生通过图示教学设计简单、直观的理解加入催化剂活化分子百分数增加；活化分子浓度越大.通过四步模型教学设计充分培养与发展学生的核心素养.

二、教学评价

笔者以四步教学模型展开“影响化学反应速率的因素”的教学设计.充分考虑了学生已有知识储备，结合学习过程实际.归纳提炼学生学习过程中的重难点，以创新图示法加以剖析.恰当的设计使学生更深刻的理解问题呈现、问题分析、图示模型、解决问题这四步教学模型的过程及对日后学习的意义.不仅将外界条件改变引起的活化分子百分数、活化分子浓度变化完全清晰的呈现出来，使学生轻松达到深刻理解掌握的目的；还能使学生理性思维、意识形成等核心素养得以充分培养与发展.遇到理解困惑时能独立应用.并增强了学习自信心，学习欲望大大增强.

笔者经过多年实践，在同教学年同层次不同班级采用对比教学，发现采用创新图示法剖析教学重难点.通过四步教学模型的教学设计.不仅课堂进展顺利，学生理解到位且深刻，课后作业也完成的特别好，而且日久复习学生自主性更强，而且几乎不要教师讲解引导，效果甚佳.以下是笔者三教学年同层次不同班级教学效果对比表格(见表4)：

表4

从表4中发现，采用四步模型教学设计的班级学生在课堂、课后及日久复习均掌握的更好，说明四步模型教学设计，使学生在问题转化、图示呈现方面理解深刻、掌握牢固；并使学生理性思维、意识形成及自主学习等核心素养得以充分培养与发展.