“情境创设，任务驱动”的高三化学专题复习课教学设计

张玉娟

摘要：基于《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》，遵循高考命题原则、评价思路，以“化学平衡常数”为学习主题，阐释了基于“情境创设、任务驱动”模式的高三专题复习课教学设计，提升了学生的化学学科能力，发展了学生的化学核心素养。

关键词：高三专题复习;化学核心素养;化学平衡常数

文章编号：1008-0546（2021）09-0061-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.016

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》指出，“真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要载体。化学教学设计和实施中，创设基于真实情境的问题解决任务，将核心知識与情境、活动和问题解决融为一体，注重学生自主建构、问题解决，以促进学生化学学习方式的转变，使学生在解决问题的活动中可逐步发展化学学科核心素养”[1]。

“专题式复习”以生为本，将知识结构化、系统化和综合化，学习情境为学生营造化学学习的氛围，正是通过这样的学习氛围，使学生产生积极、主动学习的心向;化学学习任务解决“学什么”的问题，学习任务比学习内容更具有可操作性，更能激发学生的学习兴趣，激励和驱动学生的思考，有效地促进学生化学学科核心素养的发展。

化学平衡常数是对化学反应限度的描述，在判断平衡状态、反应方向，分析预测平衡移动方向具有重要的功能价值[2]，在近三年的全国高考中均占有一定比重。试题多以图像和信息的形式呈现，涉及化学平衡常数的计算、等效平衡等内容，难度较大。如何在高三复习课中围绕“化学平衡常数”专题，巧妙设置学习情境和任务，有效梳理、归纳、提炼，帮助学生总结规律、突破难点、提升能力与素养，笔者以自己执教的江苏省名师空中课堂高三专题复习录像课为例，加以阐释。

一、教学设计思路和目标

1.教学设计思路

通过比较新旧课标中有关化学平衡常数的内容标准（如表1所示），新课标反映了现代化学正在逐步走向定量化的特征。

用化学平衡常数定量描述化学反应进行的限度，以化学平衡常数为核心，利用Qc与K的关系，定量分析反应条件对化学平衡的影响;在实际生产中，常使用反应物的转化率来定量表示化学反应的限度，人们可以在反应限度允许的前提下尽可能地让化学反应向人们需要的方向进行，故而本节课以“工业合成氨”为情境，以化学平衡常数为理论基础，分析温度、压强、浓度等外界条件因素对化学平衡的影响，引导学生基于定量视角分析和解决问题，发展学生的证据推理能力。

2.教学目标

通过从定量的角度对工业合成氨中达到高转化率的交流研讨，说明影响化学平衡的因素，提出有效控制反应条件的措施，培养“证据推理与模型认知”等学科核心素养。

二、教学过程

1.创设情境，引发思考

[创设情境]N2+3H2

2NH3，合成氨技术的发明使工业化人工固氮成为现实，实现了人类“向空气要面包”的愿望。我国在合成氨的技术上也不断创新和突破，希望实现生产效率（单位时间内的转化率）的最大化。

[提出问题]以热力学数据平衡常数K作为理论基础，试着分析温度、压强、浓度等外界反应条件对合成氨反应的平衡转化率的影响。

设计意图：化学平衡常数是平衡理论体系的核心知识，在促进学生对于化学平衡状态、反应限度以及平衡移动规律的理解，提升学生应用平衡移动规律分析解决问题的能力方面具有重要价值[2]。选择合成氨工业作为教学情境，尝试用化学平衡的观点理解工业生产条件。

2.通过分析温度、压强对化学平衡影响，构建解决图像题模型

[任务一]合成氨反应是一个可逆反应：N2+3H2

2NH3 △H=-92.4kJ·mol-1。请解释为什么降低温度、增大压强有利于氨的合成？

[资料]25℃时合成氨反应的平衡常数为4.1×106，450℃时合成氨反应的平衡常数为1。

[学生]讨论交流，推导过程（如表2所示）。

[归纳]化学平衡常数是定量地描述化学反应限度的物理量。K受温度的影响，通过定量地比较浓度商与平衡常数间的关系，可判断化学平衡移动的方向。

[提问]图1是在不同反应温度、压强下反应达到平衡时，平衡混合物中氨的含量测定结果，试着说一说这幅图的含义。

[学生]小组讨论，回答交流，发现工业实际生产测定结果与上述理论分析结果一致。

[建模]构建解决图像题的模型（图2）：

[提问]我国合成氨厂一般选用的合成氨条件为：压强为20～50Mpa、温度在500℃左右。

[学生]思考，说出想法：高压条件对设备提出了苛刻的要求，而反应温度的降低势必延长达到化学平衡的时间，致使生产效率降低。

设计意图：化学图像中蕴含着许多重要的化学反应原理信息，学生必须要准确地读出并能够进行有效加工处理。面对形式多样、越来越抽象综合的图像题，教师要引导学生建构认知模型，运用整体思维、有序思维和批判性思维来解答化学反应原理类图像题。

3.通过分析浓度对化学平衡影响，构建解决等效平衡题模型

[任务二]从浓度的角度又如何提高合成氨反应的平衡转化率呢？已知：N2+3H2

2NH3，45℃时，反应的K=1。恒温恒容密闭容器中，c（N2）=1mol·L-1，c（H2）=3mol·L-1开始投料，达到平衡时，N2和H2的转化率是多少？（列式，用计算器计算）

[学生]根据化学平衡常数K进行计算：

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）

起始（mol·L-1） 1 3

0

变化（mol·L-1） x 3x

2x

平衡（ mol·L-1）1-x 3-3x

2x

K=

=1 x=0.54

α（N2）=α（H2）=54%

[提问]可见，从合成塔出来的混合气中还有相当大的一部分是没有反应的氮气和氢气。你知道如何将这部分的氮气和氢气利用起来呢？

[学生]将氨从混合气中分离出来，余下的氮气和氢气重新进入合成塔反应。

设计意图：有关化学平衡常数的简单计算，通常采用“三段式”格式。通过计算化学平衡常数有关计算和数据结果分析，可以使同学们对改变浓度影响化学平衡移动有更深刻的认识，进而为之后从定量的角度认识“等效平衡”的教学埋下伏笔。

[任务三]不同的投料方式对合成氨反应的平衡状态影响如何呢？已知：N2+3H2

2NH3，45℃时，反应的K=1。在一组容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物（如表3所示）。保持45℃不变，根据投料1和投料2，结合K计算，比较：①c1（NH3）与c2（NH3）;②α1与α2

[学生]刚才已计算出：c1（NH3）=1.08 mol-L-1，α1=54%。 再次根据平衡常数K进行投料2的计算：

N2（g）+ 3H2（g）

2 NH3（g） 起始（mol.L-1） 0 0

2 变化（mol.L-l） x

3x

2x 平衡（mol.L-1） x 3x

2-2x K=

x=0.46

因此C2（NH3） =1.08mol·L-1，α2=46%，α1+α2=1。

[追问]如果不计算K，也可以直接判断两个平衡状态之间相关数据量的关系吗？

[学生]投料1和投料2加入的物质的量浓度相当。

[归纳]相同条件下，同一可逆反应，化学平衡的建立与途径无关，对于同一可逆反应，当外界条件一定时，该反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，或是从中间状态开始，只要达到平衡时条件保持不变，加入的物质的量浓度相当，均可达到相同的平衡状态。

[任务四]已知：N2+3H2

2NH3，450℃時，反应的K=1。在一组容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物（如表4所示）。保持450℃不变，根据投料1和投料3，比较：①2c1（NH3）与c3（NH3）;②α1与α3。

[学生1]仍然可以利用化学平衡常数进行计算，得到C3（ NH3） =2.58mol· L-1，α3=64.5%，与投料1相关量比较得到：C3（NH3）>2c1（NH3），α3> α1。

[学生2]投料3中各物质的物质的量浓度是投料1的两倍，因此可以看作投料3达到的平衡3相对于投料1达到的平衡1进行了加压，因此平衡将会正向移动，同样得到上面结论。

[建模]通过设计虚拟状态，将虚拟状态转变为待研究状态，可以分析平衡移动过程中物理量变化.可比较不同平衡态（图3）。

[归纳]对不同的化学平衡态进行比较的方法：①定量的方法：通过化学平衡常数（K）计算出需比较的物理量。②定性的方法：设计虚拟状态，借助勒夏特列原理判断。

设计意图：提到“等效平衡”，往往让老师和学生为难。对于等效平衡，“等价转换法”（通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式同一边的物质）和“虚拟状态法”是从定性角度分析，“化学平衡常数”则是从定量的角度处理化学平衡问题。通过定性和定量的双重分析，使学生全面深刻地掌握如何比较不同的化学平衡状态。

三、教学反思

1.情境创设，让学习者将纸笔试题转化为真实任务

高三化学总复习时间紧，任务重，教师一般采用教师讲，学生练，久而久之，学生会感到枯燥，懈怠。想方设法提供一个有意义的情境可以让学习者参与到真实任务中，有助于学生对知识结构的理解，提高学生知识迁移应用能力。案例中，以“工业合成氨”反应条件的选择作为问题情境，从温度、压强、浓度等因素有逻辑地展开，逐步地扩展、深入、明晰，将情境、任务和问题解决融为一体，师生合作，在解决真实问题的情境中学生实现了情感、知识和方法的建构[3]。

2.任务驱动，让学习者将问题突破转化为求知动力

高三复习教学应该从新授课的如何“教”转化为如何“学”，让课堂中问题的预设与生成成为学习的引领。根据最近发展区理论将要解决的大问题分成几个小任务，让学生在探究问题、解决问题的过程中，帮助学生将许多零散的知识点串联起来，使学生的思维变得更加清晰。案例中以反应条件对合成氨反应的平衡转化率的影响为大问题，分解成以下几个小任务：①分析改变温度、压强如何引起平衡移动，进而引起平衡转化率的变化，复习勒夏特列原理和化学平衡常数的含义。②观察平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系图像，通过从图像中提取证据，分析、推理外界条件对化学平衡的影响。③分别从定量角度和定性角度解释，改变浓度如何引起平衡转化率的变化，引导学生体会化学平衡常数、设计虚拟状态在判断平衡状态方面的功能价值。

3.模型建构，让学习者将零散信息建构为知识体系

高三复习离不开知识点的回顾，但绝不是简单的知识重现，而是需要将有相关联的知识进行结构化处理，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示其中的本质和规律。化学平衡内容理论性强，具有诸多抽象概念，导致学生在本专题学习过程中存在较大障碍。以高考难点化学平衡图像题和等效平衡题为复习专题，通过问题驱动，不断讨论分析，归纳出基本思路和模式，完成建模，将抽象的知识具体化，复杂的内容简单化，有助于学生进行知识建构、理解和应用。

4.专题复习，让学习者将知识体系内化为能力素养

高三复习课堂上，如果对知识讲解过于零散，容易让学生感到学习内容多、前后知识不连贯，无法建立对所学知识的兴趣。化学平衡内容比较抽象，因此教学中抓住本部分内容的基本特征——定性分析和定量计算相结合、感性认识与理性分析相结合，充分运用逻辑推理，创设归纳化学平衡的相关原理以及运用原理解决问题的演绎过程，有利于学生对知识的深刻理解及掌握，更有利于学生将所学的知识融会贯通，形成良好的知识结构，培养学生思维的灵活性、深刻性。

四、结语

面对复习量大、时间紧迫的高三复习，学生并非是等待灌输的容器，教学中应避免以前基础知识、基本能力面面俱到的复习。化学高考是根据学生解决情境问题的过程与结果，从而分析学生学习化学能力和解决化学问题能力，评价学生在真实的化学问题中，运用学科知识与方法、学科思维，解决化学问题的关键能力和必备品格。因此作为教师一定要注重教学方法的改革，提高宏观和微观教学设计能力，将高三的复习重点转向必备知识、关键能力、学科素养。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2018

[2] 支瑶，王磊，张绪姝.化学平衡常数对促进学生认识发展的功能价值分析及其教学实现[J].化学教育，2010（6）：29-34

[3]杨玉琴，倪娟.从情境素材到教学情境：如何创设富有价值的问题情境[J].化学教学，2020（7）：10-15+22

*本文系江苏省教育科学“十三五”2020年度重点资助课题“基于深度学习培养学生实验创新能力的实践研究”（课题编号：B-a/2020/02/33）的阶段性研究成果。