基于核心素养的化学教学课例探究

邬宗炯 卢文杰 石明昊

化学反应速率，是指在一定条件下反应物转化成生成物的快慢程度。在“影响化学反应速率的因素”教学中，学生能通过实验感知化学反应的快慢，尤其是明白使用催化剂对化学反应速率的影响原理，并能够学会通过实验探究选择最理想的催化剂，这需要教师在课堂教学中注重培养学生的化学核心素养。本文以探究催化剂对化学反应速率的影响为例，进行基于核心素养的化学教学课例研究。

物质、结构和反应是中学化学课程内容的三大主题。化学反应速率对学生深入理解化学反应特点、反应进程和反应的限度都有非常重要的意义。普通高中化学课程标准明确指出：通过实验探究，了解催化剂对化学反应速率的影响，知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响，认识化学反应速率的调控在生产、生活和科学研究中的重要意义，知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率有重要意义。

因此，在教学中以实验探究催化剂对化学反应速率的影响是本课例的重点，引导学生通过实验探究学会选择合适的催化剂，并在教学中渗透反应历程的基本思想，有助于学生理解掌握催化剂影响化学反应速率的原理。

一、趣味实验导入新课

实验1：将方糖放入燃烧匙加热，方糖溶化但不燃烧，另取一块方糖，加入少许烟灰，加热，方糖燃烧。

学生通过完成趣味实验，激发了学习兴趣，同时也对烟灰在糖的燃烧中所起的作用产生了探究欲望，教师可以顺利导入本节课——催化剂对化学反应速率的影响。

二、数字化实验探究不同催化剂对H2O2分解速率的影响

【实验仪器】数字化实验软件，氧气传感器，锥形瓶，胶头滴管，药匙。

【实验药品】5%H2O2溶液，0.5 mol/L FeCl3溶液，0.5 mol/L CuSO4溶液，MnO2粉末。

【实验步骤】

1.取3支锥形瓶，分别向锥形瓶中量取10 mL 5% H2O2溶液。

2.分别向锥形瓶中加入5滴0.5 mol/L的CuSO4溶液、0.5 mol/L FeCl3溶液和少量MnO2粉末，用氧传感器测定约90s内锥形瓶中氧气的百分含量，并绘制氧气百分含量与反应时间的关系图。

学生通过实验，可以直观地观察对比不同催化剂对化学反应速率的影响，同时通过绘制氧气百分含量与反应时间的关系图，从数据角度得出结论。

本实验的设计意图首先在于探究不同催化剂对双氧水分解速率的影响，让学生认识不同催化剂的催化效果差异，培养学生的实验探究能力和证据推理意识，为后续探究催化剂影响化学反应速率的原理做铺垫。让学生自己提出有意义的问题，并对问题进行分析讨论、探究后最终解决问题，可以培养学生的科学研究和创新意识，让他们勤于实践，善于合作，敢于质疑，勇于创新。

三、巧用“有效碰撞理论”解释问题

教师引导学生就不同催化剂对双氧水催化效果的差异进行讨论，指导学生结合教材序言部分的有效碰撞理论解释。学生对催化剂催化双氧水分解画出能垒图，教师结合学生分析给出标准能垒图并指导学生理解催化剂的催化机理。学生通过讨论，学会依据实验探究结果，选择合适的催化剂。

本环节设计意图是让学生分析归纳构建理论联系实际的模型，通过对有效碰撞理论的理解，建立宏观辨识与微观探析的辩证关系，通过能垒图学会用化学用语表达化学反应的历程，并通过对催化剂的选择，知道调控化学反应速率对工业生产、生活和科学研究的意义。

四、精选练习，反馈评价

练习1：中国科学院大连化物所“CO2催化转化为CO的研究”获得新成果。下图为使用不同催化剂（NiPc和CoPc）时转化过程中的能量变化，下列说法不合理的是（ ）。

A.转化过程中有极性键形成

B.·CO2经氧化反应得到·COOH

C.吸附在NiPc或CoPc表面带有相同基团的物种其能量不同

D.该研究成果将有利于缓解温室效应并解决能源转化问题

练习2：对于反应2N2O5（g）→4NO2（g）+O2（g），反应历程如下。

第一步：N2O5？葑NO3+NO2 快速平衡

第二步：NO2+NO3→NO+NO2+O2 慢反应

第三步：NO+NO3→2NO2 快反应

其中可近似認为第二步反应不影响第一步的平衡，下列表述正确的有（ ）。

A.v（第一步的逆反应）>v（第二步反应）

B.反应的中间产物只有NO3

C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效

D.第三步反应活化能较高

通过两个典型练习评价，结果显示学生基本能识别能垒图，并通过分析得出正确结论，只有少数学生对第二题的双选漏选A。学生初步理解了催化剂对化学反应速率的影响，并建立能垒图的模型，能识别反应历程和过渡态，能对相关问题进行分析和判断，达成了核心素养的基本要求。

影响化学反应速率的因素是中学化学原理教学的重要组成部分，本课例在化学核心素养的引领下，创设教学情境，设计探究实验，引导学生从宏观和微观的视角认识化学反应速率的快慢，发展学生的宏观辨识与微观探析的核心素养;引入数字化实验，让学生通过实验探究提出有价值的问题，并能够设计方案最终解决问题，培养了学生对复杂化学问题的分析和解决能力，培养证据推理意识，发展学生的科学探究与创新意识的核心素养。这可以让学生从实验探究上升到理论分析，再到科学表达，对学生学习化学反应原理核心概念的模型建构产生深远的影响，同时彰显化学学科价值，激发学生的社会责任感和使命感。

（本文系2019年度河南省基础教育教学研究课题“基于核心素养的高中化学教学设计与课例研究”阶段性研究成果，课题编号：JCJYC19071804）

（责 编 莫 荻）