基于化学学科核心素养发展的单元整体教学设计

《普通高中化学课程标准》中提到，要整体规划教学内容的深广度和合理组织化学教学内容。化学教学内容的组织，应有利于促进学生从化学学科知识向化学学科核心素养的转化，而内容的结构化是实现这种转化的有效途径。下面，笔者以必修二《化学反应的速率与限度》为例，结合教材中的“化学与职业”栏目，让学生以一个炼铁厂工程师的身份，在工作中面临的实际问题为情境，结合本节的教学目标和评价目标，进行单元整体教学设计。

一、教材分析

《化学反应的速率与限度》是人教版（2019）化学教材必修第二册第六章第二节内容，是学生在认识了化学反应有物质变化和能量变化的基础上，再次从动力学和热力学角度更加深入认识化学反应。通过本节内容的学习，要让学生体会到化学反应是有条件的，条件是可以控制的，在实际生产生活中我们能够依据调控反应的速率和限度，从而更深层次体会化学反应原理的价值和应用。同时，本节的内容更加深入系统地研究化学反应的规律，真正使学生从研究者的角度认识反应，可让学生初步建立基于条件改变来控制化学反应的观念，发展学生“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”等学科核心素养，也将为选择性必修一《化学反应原理》中进一步研究化学反应的方向、限度和速率奠定基础。

二、学情分析

学生在初中已经学习过MnO2催化分解H2O2制O2，知道化学反应有快慢、知道可逆反应的存在，在技能上具备了简单化学实验方案设计和评价能力，学生之间能够合作完成实验探究。

三、单元整体教学设计

（一）第一课时

【情境】假设你是某钢铁厂的工程师，公司要求一个炼铁高炉的日产铁量不低于134.4吨，相当于每小时产铁量约5.6吨，在炼铁时需鼓入热空气与焦炭反应产生一氧化碳，若现有的设备的鼓风口鼓入压缩热空气后，与炉中的足量焦炭每小时产生4×106mol一氧化碳，理论上这个鼓风速率能否满足生产需求？

【问题】1.炼铁高炉中涉及的化学反应有哪些？2.若按5.6吨/小时的产铁量，炼铁主反应的速率是多少？3.现有设备的鼓风速率能否满足需求？若不能，可以怎样改进？

【活动】观看钢铁厂高炉炼铁的视频

【设计意图】第一课时主要学习化学反应快慢的定量描述——化学反应速率。在本课时，从一个钢铁厂高炉炼铁的视频开始，通过了解炼铁的流程，炼铁过程中需要的原料、发生的反应，思考各反应间的关系，了解计算反应速率的必要性。引入新课教学，化学反应速率的定义、计算方法，再让学生根据新知，应用到情境讨论中，理论计算炼铁主反应的速率，通过数据判断设备的鼓风口能否满足需求。在这个真实情境中，通过解决问题的需求，激发学生的学习兴趣和主动性，让学生感受到定量描述化学反应快慢的重要意义，领悟化学反应速率的表示和计算的方法，培养学生“证据推理与模型认知”的学科核心素养。

（二）第二课时

【情境】假设你是某钢铁厂的工程师，在实际生产过程中，你发现炼制1吨生铁所需原料焦炭的实际用量远超出按照化学方程式计算所需的量，而且从高炉顶部出来的尾气中总是含有许多未被利用的一氧化碳。

【问题】1.是否所有的化学反应都能进行到底，即反应物完全转化？2.一个化学达到反应限度有哪些特征？3.增加炼铁炉的高度能提高一氧化碳的转化率吗？

【活动】1.教师演示实验：向2mL 0.01mol·L-1 KI溶液中加入5滴 0.01mol·L-1 FeCl3溶液，充分反应后，再加入2mL的CCl4，取上层溶液于另一支试管中，加入几滴 0.1mol·L-1 KSCN 溶液。学生观察现象并分析原因。

2.学生观察2SO2+O22SO3，反应过程中SO2、O2、SO3的浓度变化，画出浓度-时间图像。

3.总结化学反应达到平衡状态的特征，思考“增加炼铁炉的高度能否提高一氧化碳的利用率？”

【设计意图】第二课时通过炼铁高炉尾气中始终有未反应完的一氧化碳这个事实，结合课堂上的演示实验，让学生知道并不是所有的化学反应都可以进行完全的，即使其中一种反应物足量，另一种反应物也不能完全转化，这种反应进行不彻底，是进行到一定程度停止了吗？反应不彻底的原因是什么？教师引导学生提出猜想→寻找证据→验证猜想→解释论证→得出结论，总结可逆反应的特征，发展“证据推理与模型认知”的学科核心素养。教师给出反应过程中SO2、O2、SO3的浓度数据，让学生画出浓度-时间图和速率-时间图。学生可直观看到对于一个可逆反应，在一定时间后，反应物和生成物浓度保持不变，v正=v逆，此时可逆反应达到限度，这种状态称之为平衡状态。教师再与学生总平衡状态的建立、本质与特征，让学生掌握如何判断一个可逆反应是否达到平衡状态。本课时的结尾，回到“增加炼铁炉的高度能否提高一氧化碳的转化率”问题，科学研究表明 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2是一个可逆反应，因此，反应进行不完全，在一定条件下达到反应限度后，即使延长反应时间，也无法提高反应物的转化率。

（三）第三课时

【情境】假设你是某钢铁厂的工程师，你将如何调控反应条件来为工厂创造最大的效益？

【问题】1.工厂的效益需要考虑哪些方面的问题？2.如何提高炼铁反应的速率？这些举措都切实可行吗？3.化学反应的限度可以改变吗？

【活动】探究影响化学反应速率的因素实验

实验试剂提供：5%H2O2溶液、1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/L盐酸、1mol/L盐酸、蒸馏水、块状碳酸钙

【设计意图】本课时的教学重点是让学生运用变量控制的方法探究影响化学反应速率的因素，并能初步运用到解决生产中反应条件的选择中。在化学反应速率影响因素的探究实验中，催化剂对反应速率的影响在初中已经学过，因此主要探究温度、浓度这两种因素，逐步帮助学生建立变量控制的思维模型：确定研究对象→确定自变量和因变量→确定实验操作→确定因变量观测指标→得出结论。在对浓度的影响探究时，紧密联系高考，从易到难，递进设计，由给出的不同浓度试剂到只给出一种浓度的试剂，通过调节蒸馏水的量来控制单一变量，可以拓宽学生的思路，更加深刻地理解变量控制法，发展学生“科学探究与创新精神”的学科核心素养。

四、总结与反思

综上，本节内容的单元整体设计不仅涵盖了教材的核心知识点，还将宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新精神、变化观念与平衡思想、科学态度与社会责任的化学学科核心素养渗透于教学过程中，并且充分运用真实情境串联，用问题牵引学生对化学反应进行了快慢和限度两方面的理解和科学实验探究，并最终回归到解决生产过程中面临的实际问题，以达到培养学生综合运用化学的能力，发展学科核心素养的目标。

责任编辑 邱 丽