基于变化观念与平衡思想的“化学反应限度”教学设计

摘 要：《普通高中化学课程标准（2017年版）》明确了化学核心素养的概念。文章作者基于课程标准从学生认知水平和学科水平的角度对变化观念与平衡思想进行进一步划分，以形成系统思维的教学流程为切入点进行化学反应限度的教学设计，旨在使学生通过理解变化与平衡间对立统一的关系，形成变化观念与平衡思想。

关键词：变化观念与平衡思想;系统思维;“化学反应限度”;教学设计

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：2095-624X（2021）11-0067-02

一、问题的提出

2013年“我国基础教育和高等教育阶段学生核心素养总体框架研究”项目正式启动，从此我国也进入对核心素养的研究阶段[1]。化学作为在分子、原子层面研究物质性质、组成、结构与变化规律的一门基础自然科学，是人们认识世界、改变世界的重要工具。化学学科核心素养是最具化学学科本质的素养，是学生通过学习化学的过程所形成的解决实际生活问题必备的化学知识、能力以及满足终身发展的化学思维[2]。重视开展素养为本的教学也成为近几年化学教育领域的热点话题，但和变化观念与平衡思想相关的研究不多，因此对变化观念与平衡思想做具体研究存在重大意义。

二、基于变化观念与平衡思想的“化学反应限度”教学

（一） 变化观念与平衡思想

《普通高中化学课程标准（2017年版）》中将核心素养进行了4级水平的划分。笔者进一步从学生认知水平与学科水平两个维度对4级水平进行划分。学科水平是要求学生从认识化学、分析化学、研究化学到运用化学。认知水平则是宏观、现象、孤立、静态到微观、本质、系统、动态的过度。变化观念与平衡思想4级水平深广度逐渐增加，因此，高中课程体系中变化观念与平衡思想在实际教学中落实的关键在于使学生对化学反应整体系统的思考逐渐深入。

（二）系统思维下变化观念与平衡思想的教学实施

化学思维是理解化学学科本质的途径之一，实验与思维作为证据共同推动化学研究。冯·贝塔朗菲指出形成系统思维的关键在于从整体上分析和解决问题，分清系统的组成要素，再利用有意义学习理论的本质，进行知识点之间的建构。在化学教学中培养学生的系统思维，能促进学生在分析和处理问题的过程中，采用整体的、动态的、有序的系统思维。变化观念与平衡思想的核心则是以化学反应系统为研究对象。

（三）“化学反应限度”

根据课程标准中学科核心素养水平的划分，化学平衡状态、平衡移动和反应进行的方向等内容均体现变化观念与平衡思想。其中必修二“化学反应限度”是教学中落实该思想的关键环节，起到承上启下的作用，既可以帮助学生理解其他的概念，又具有非常重要的实践价值。在开始本课教学前，学生已经知道化学反应速率的相关知识和可逆反应的概念，对化学反应系统有基本了解。在“化学反应限度”的学习中，学生通过实验探究，认识了化学反应的可逆性;通过小组合作探究的方式，学生知道了可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态，这可以提高学生的科学探究能力与创新意识;通过感知真实情境，学生知道可逆反应改变条件平衡会发生移动，这可以提高学生社会责任感。通过小组合作探究与一系列实验操作，学生初步理解了变化与平衡间对立统一的关系，形成变化观念与平衡思想。通过化学事实与相关理论的结合，引发认知冲突，学生可以从感性认知上升到理性认知，完成本课时变化观念与平衡思想系统化学思维的构建。

三、教学流程

通过前文的分析，笔者结合学生的认知过程以四个流程进行教学模型建构，主要包括明确整体系统、厘清系统要素、探究真实情境和建立系统思维。

针对以上四个流程，以化学反应速率为例进行教学设计。

（一）学习任务一 反应的限度：有些反应是可逆的

明确整体系统：揭开高炉炼铁尾气之谜（可逆反应）→厘清系统要素：提出驱动性问题（正反应、逆反应）→探究真实情境：引导探究Kl和FeCl3反应现象→建立系统思维：初步建立可逆反应思维。

（二）学习任务二 化学平衡状态：可逆反应能达到平衡状态

明确整体系统：强调研究对象是Kl和FeCl3的反应（可逆反应）→厘清系统要素：给反应浓度变化表，引导分析变化规律（正反应、逆反应）→探究真实情境：引导绘制KI和FeCl3变化速率图像，分析图像变化规律→建立系统思维：逐步建立平衡反应思维。

（三）学习任务三 化学平衡移动：改变条件，平衡会发生移动

明确整体系统：创设工业合成氨的真实情境（可逆反应）→厘清系统要素：播放工业合成氨原理动画（正反应、逆反应）→探究真实情境：引导改变Kl和FeCl3反应浓度，建立系统思维：分析现象结果→完全建立變化观念与平衡思维。

四、教学过程

（一）学习任务一 反应的限度：有些反应是可逆的

【化学史导入】观看投影，展示我国首钢炼铁的高炉，启发学生思考炼铁高炉尾气之谜。

【学生活动】小组讨论回答。

【教师活动】提出可逆反应概念。

设计意图：教师根据真实情境导入。学生讨论高炉炼铁之谜，明确整体学习系统，结合我国实际认识到化学在创造物质财富方面的巨大作用，增强社会责任感。

【驱动性问题】把可逆反应看作整体系统是由哪几个要素组成的？

【学生活动】可逆反应由正反应和逆反应两个要素组成。

设计意图：学生已经知道可逆反应概念。以原有知识作为认知起点进行建构，引发学生思考，明确可逆反应整体系统是由正反应和逆反应两个要素构成。

【实验验证】引导学生分组进行氯化铁与碘化钾反应实验。

【学生讨论】得出2Fe3++2I-=2Fe2++I2反应也是可逆反应。

【教师总结】化学反应存在限度，不能进行到底，即有些反应是可逆的。

【评价】根据学生在小组中的表现，进行组内互评;再进行小组互评，最后教师进行总结评价。

设计意图：学生动手操作实验可以更有效地激发认知冲突，形成认知模型，从正反应、逆反应两个要素认识可逆反应这一整体，还可以提高科学探究能力与创新意识。

（二）学习任务二 化学平衡状态：可逆反应能达到平衡状态

【教师活动】再次指出Kl和FeCl3的反应是可逆反应，存在反应限度。

设计意图：再次强调整体学习系统是可逆反应，加深学生对化学核心概念的理解。

【实验事实】给出一组Kl和FeCl3反应浓度变化表。

【引发讨论】分析在不同时间各物质浓度的数据，引发学生思考。

第一，反应刚开始浓度最大的物质是什么，反应结束时浓度最大的物质是什么？

第二，随着反应进行，反应物与生成物浓度如何变化？v（正）与v（逆）怎样变化？

设计意图：小组合作分析Kl和FeCl3反应浓度变化，认识到在研究速率变化时可以分别研究整体系统中正反应速率和逆反应速率两个要素，诊断并发展学生发现问题、解决问题和合作学习的能力。

【教师活动】引导小组讨论并粗略绘制出FeCl3正逆反应速率随时间变化的图像。

【师生互动】分析图像。明确可逆反应整体系统由正反应速率和逆反应速率两个层次组成。随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，正反应速率不断减慢;生成物的浓度增大，逆反应速率不断加快。反应一段时间之后，反应物和生成物的浓度不再改变，正逆反应速率相等，这一状态称为化学平衡状态。

设计意图：学生通过实验数据分析，从正反应速率与逆反应速率两个要素对可逆反应整体进行研究，激发认知冲突，突破表象，提高分析、解决问题的能力。最后，学生归纳出可逆反应存在平衡状态这一思想，是从感性思维到理性思维的转变，符合认知发展规律。

（三）学习任务三 化学平衡移动：改变条件，平衡会发生移动

【教师活动】播放视频合成氨工业，提出问题如何使氮气和氢气尽可能多地转化为氨气？

设计意图：创设真实情境使学生体验到可逆反应是生活中的实际应用，明确工业合成氨是以可逆反应作为整体系统。

【教师活动】播放微观动画，合成氨中增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动。

【实验探究】向Kl和FeCl3的可逆反应中添加I2，增加浓度，观察实验现象。

【学生讨论】加入KSCN之后，血红色加深，证明Fe3+的浓度增加了。

【教师总结】条件不变，平衡状态不变。改变外界条件，原平衡状态会发生改变，导致平衡发生移动，直至达成新的平衡状态。

【師生总结】总结化学平衡的特征。

“逆”：化学平衡研究的对象是可逆反应。

“等”：同一物质正反应速率等于逆反应速率。

“动”：化学平衡是动态平衡，正反应和逆反应同时进行。

“定”：平衡时，混合物中各组分的质量、浓度、百分含量（或质量分数）一定。

“变”：外界条件改变，正逆反应速率改变，原化学平衡被破坏，发生平衡移动，直至建立新平衡。

设计意图：学生通过小组讨论和实验操作对问题进行探究，感受到可逆反应整体系统达到平衡后，改变条件，平衡会发生移动。师生共同总结规律，使学生明确变化与平衡间对立统一的关系，形成变化观念与平衡思想的系统化学思维。

五、教学反思

本节课通过建立系统化学思维的方式帮助学生形成变化观念与平衡思想。教师在教学过程中重视从实验事实中揭示理论，学生在提高实验操作能力的同时形成变化观念与平衡思想。在实际教学中，因为教学时长有限，学生的思维水平也往往不一致，所以此方法应注意因材施教，合理运用。

[参考文献]

[1]施 琦.高中生“变化观念与平衡思想”维度核心素养的培养[D].哈尔滨：哈尔滨师范大学，2018.

[2]房 宏.中学化学核心素养的构成体系与培养策略[J].中小学教师培训，2016（6）：5-8.

作者简介：韩琳慧（1997— ），女，辽宁沈阳人，硕士在读，研究方向：化学教学。