“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”教學(xué)設(shè)計(jì)

韓彬

摘 要： 文章分析了《高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指導(dǎo)下編寫(xiě)的新人教版化學(xué)教材在“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”教學(xué)內(nèi)容上的編排特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，對(duì)教材中的探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了合理改進(jìn)，并對(duì)部分內(nèi)容進(jìn)行了合理的取舍和補(bǔ)充，基于學(xué)生認(rèn)知的發(fā)展規(guī)律設(shè)計(jì)了“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)過(guò)程。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)反應(yīng)速率 教學(xué)設(shè)計(jì) 認(rèn)知規(guī)律 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

一、教材分析

對(duì)比《高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指導(dǎo)下編寫(xiě)的新人教版化學(xué)教材[1]與《高中化學(xué)教學(xué)大綱》指導(dǎo)下編寫(xiě)的舊人教版化學(xué)教材內(nèi)容上的編排特點(diǎn)：新人教版教材以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了更多的實(shí)驗(yàn)探究和交流討論環(huán)節(jié)，但弱化了對(duì)一些基本概念和基本原理的理論解釋?zhuān)o學(xué)生更深地理解這些基本概念和基本原理造成困難。筆者就如何基于學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行合理取舍和補(bǔ)充，以及對(duì)教材中的部分探索實(shí)踐活動(dòng)的改進(jìn)談?wù)劷?jīng)驗(yàn)。下面以“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”教學(xué)設(shè)計(jì)為例。

“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”是新人教版化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中第二章第二節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容從教材編排的知識(shí)體系來(lái)看，既是前一節(jié)“化學(xué)反應(yīng)速率”的延續(xù)，又為下一節(jié)學(xué)習(xí)“化學(xué)平衡”做好了鋪墊，起著承上啟下的作用。本節(jié)內(nèi)容主要是對(duì)影響化學(xué)反應(yīng)速率的外部因素（濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑）進(jìn)行探究。綜觀整個(gè)高中階段化學(xué)知識(shí)體系的編排特點(diǎn)，本節(jié)內(nèi)容既是必修2第二章第三節(jié)“化學(xué)反應(yīng)速率和限度”的遞進(jìn)[2]，又與該教材前言中介紹的有效碰撞理論相呼應(yīng)?；诮滩牡木幣盘攸c(diǎn)和學(xué)生已有的認(rèn)知基礎(chǔ)，本節(jié)課設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)從學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)出發(fā)，基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律[4]，引導(dǎo)學(xué)生從本質(zhì)上理解新知識(shí)，進(jìn)一步完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

二、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)與技能

1.了解影響化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素：內(nèi)因、外因；

2.了解定性或定量比較化學(xué)反應(yīng)速率快慢的方法和實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)；

3.能從微觀角度運(yùn)用有效碰撞理論和過(guò)渡態(tài)理論模型解釋外界因素影響化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)質(zhì)。

（二）過(guò)程與方法

1.通過(guò)引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，探究不同外界因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響結(jié)果。

2.通過(guò)投籃的例子啟發(fā)學(xué)生思考和討論，運(yùn)用有效碰撞理論和過(guò)渡態(tài)理論從微觀解釋影響化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)質(zhì)。

（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀

理論聯(lián)系生活實(shí)際，強(qiáng)化學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)；通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并親自動(dòng)手操作，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究興趣和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

三、教學(xué)難點(diǎn)重點(diǎn)

重點(diǎn)：影響化學(xué)反應(yīng)速率的外因（濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑等）。

難點(diǎn)：運(yùn)用有效碰撞理論、過(guò)渡態(tài)理論解釋影響反應(yīng)速率的實(shí)質(zhì)。

四、教學(xué)過(guò)程

（一）回憶影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

【引入】生活中為了防止食物腐敗變質(zhì)，延長(zhǎng)食品可供食用的期限，我們通?？梢圆扇∧男┐胧?/p>

【學(xué)生】放在冰箱里冷藏或凍藏，在食品包裝袋里放置除氧劑……

【追問(wèn)】這樣做的依據(jù)是什么呢？

【學(xué)生】食品的腐敗變質(zhì)實(shí)質(zhì)上是食品中蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等被微生物代謝分解作用或自身組織酶催化所發(fā)生的某些生物化學(xué)變化過(guò)程。采取以上措施主要是為了減緩反應(yīng)速率。

【教師】對(duì)，同學(xué)們回答得非常準(zhǔn)確。

【過(guò)渡】生活中有許多反應(yīng)需要控制條件加快反應(yīng)速率，也有許多反應(yīng)需要控制條件減緩反應(yīng)速率，大家一起回憶我們?cè)诒匦?第二章第三節(jié)“化學(xué)反應(yīng)的速率與限度”內(nèi)容的學(xué)習(xí)過(guò)程中了解了哪些能夠影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素。

【學(xué)生】?jī)?nèi)因：物質(zhì)本身的性質(zhì)，外因：溫度、濃度、固體的表面積、催化劑……

設(shè)計(jì)意圖：這一環(huán)節(jié)筆者聯(lián)系生活實(shí)際，以生活中常見(jiàn)的食品保鮮問(wèn)題引出教學(xué)任務(wù)（影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素），激發(fā)學(xué)生的興趣，將學(xué)生的注意力吸引到本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)上來(lái)。緊接著通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)必修2相關(guān)章節(jié)知識(shí)的回顧，喚醒學(xué)生已有的知識(shí)儲(chǔ)備，激活學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

（二）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

【過(guò)渡】實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真知的唯一標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)為科學(xué)結(jié)論的得出提供了支持。下面就請(qǐng)大家一起來(lái)思考、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并檢驗(yàn)不同外界因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

【問(wèn)題1】如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)，定性或定量地比較化學(xué)反應(yīng)速率的快慢？

【學(xué)生】通過(guò)對(duì)比溶液顏色發(fā)生變化所需的時(shí)間，生成沉淀所需的時(shí)間，固體消失的時(shí)間，產(chǎn)生氣泡的快慢，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氣體的體積大小……

【過(guò)渡】大家回答得非常好。為了使實(shí)驗(yàn)所用試劑種類(lèi)較少且便于觀察，我們打算對(duì)教材上的實(shí)驗(yàn)2-2、2-3和2-4加以改進(jìn)，均以FeCl■催化過(guò)氧化氫分解反應(yīng)（2H■O■=2H■O+O■↑）定量探究不同外界因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告單中給大家的圖示、儀器和試劑，選擇一種自己感興趣的因素并設(shè)計(jì)方案探究其對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

【學(xué)生】學(xué)生分組討論決定將檢驗(yàn)的因素，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

【教師】在各小組中不斷巡回和觀察，指導(dǎo)和幫助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。

【總結(jié)】通過(guò)同學(xué)們剛才親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，得出溫度、濃度和催化劑三種因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響分別是：

1.溫度：其他條件相同時(shí)，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快；降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率減小。

2.濃度：其他條件相同時(shí)，增大反應(yīng)物濃度，則反應(yīng)速率加快；減小反應(yīng)物濃度，則反應(yīng)速率減小。

3.催化劑：其他條件相同時(shí)，加入催化劑反應(yīng)速率加快。

設(shè)計(jì)意圖：影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素是學(xué)生已經(jīng)了解的知識(shí)，而且學(xué)生已具備根據(jù)所提供的儀器和試劑設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的技能。這一環(huán)節(jié)筆者根據(jù)學(xué)生的現(xiàn)有知識(shí)和技能，設(shè)置驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，創(chuàng)建互動(dòng)交流環(huán)節(jié)，通過(guò)教師的激發(fā)和指引，使學(xué)生在問(wèn)題的意境中發(fā)散思維，在原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上繼續(xù)豐富和發(fā)展新的認(rèn)知。實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)采用引導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)提供的藥品、儀器，自己選擇感興趣的因素加以探究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)親自觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而發(fā)現(xiàn)“新知識(shí)”，得出“新規(guī)律”。最后，學(xué)生在教師的幫助下歸納總結(jié)，將實(shí)驗(yàn)探究得出的陳述性知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣谶\(yùn)用的程序性知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)已有知識(shí)的理解。

3.用有效碰撞理論解釋影響化學(xué)反應(yīng)速率的原因

【問(wèn)題2】為什么以上幾個(gè)條件的變化會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率呢？如何運(yùn)用化學(xué)原理解釋以上規(guī)律呢？

【學(xué)生】交流討論，展示討論結(jié)果。

【追問(wèn)】同學(xué)們還能記起我們?cè)诰w言中所學(xué)的有效碰撞理論和過(guò)渡態(tài)理論嗎？請(qǐng)大家回憶什么是有效碰撞？什么是活化分子？什么是活化能？

【學(xué)生】能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞叫做有效碰撞，把能夠發(fā)生有效碰撞的分子稱(chēng)為活化分子，同時(shí)把活化分子所多出的那部分能量稱(chēng)做活化能。

【過(guò)渡】發(fā)生化學(xué)反應(yīng)就好比打籃球時(shí)的投籃，能得分的投籃才可以算是有效投籃。而要使籃球能夠準(zhǔn)確落入筐中，不僅需要有足夠高的能量，而且需要有合適的取向。請(qǐng)同學(xué)們從活化分子的角度分析溫度影響化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)質(zhì)。

【學(xué)生】思考、討論。升高溫度，使反應(yīng)物分子能量增加，一部分能量較低的分子吸收能量后也成為活化分子，活化分子的百分?jǐn)?shù)增大，加之溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，使單位體積內(nèi)有效碰撞的頻率增加，反應(yīng)速率加快。

【追問(wèn)】那么濃度影響化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)質(zhì)是什么呢？

【學(xué)生】思考、討論。濃度的改變相當(dāng)于改變了單位體積內(nèi)反應(yīng)物分子的總數(shù)，當(dāng)其他條件不變時(shí)，單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)與單位體積內(nèi)反應(yīng)物分子總數(shù)成正比，反應(yīng)物濃度增大時(shí)，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目增多，有效碰撞的頻率增加，反應(yīng)速率加快。

【過(guò)渡】對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)，在一定的溫度下，一定質(zhì)量的氣體所占的體積與壓強(qiáng)成反比，也就是說(shuō)壓強(qiáng)的變化會(huì)影響體積的變化，而體積的變化會(huì)導(dǎo)致濃度的變化。請(qǐng)結(jié)合濃度影響化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)質(zhì)思考?jí)簭?qiáng)影響化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)質(zhì)是什么？

【學(xué)生】對(duì)于氣體，其他條件相同時(shí)，壓強(qiáng)越大，一定質(zhì)量的氣體的體積就越小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)目增多，單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)也相應(yīng)增多，有效碰撞的頻率增加，反應(yīng)速率加快。其實(shí)質(zhì)相當(dāng)于改變了濃度。

【過(guò)渡】我們?cè)诰w言里給大家介紹了化學(xué)反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)理論和活化能的概念，請(qǐng)大家閱讀教材22頁(yè)最下面的這一段內(nèi)容，了解催化劑影響化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)質(zhì)。

【學(xué)生】催化劑能降低反應(yīng)所需要的活化能，使單位體積內(nèi)活化分子的百分?jǐn)?shù)增大，有效碰撞的頻率增加，化學(xué)反應(yīng)速率加快。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的了解和記憶應(yīng)屬于對(duì)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)階段，為了使學(xué)生建立更完整的知識(shí)體系，應(yīng)在深度和廣度上繼續(xù)拓展，從而上升到理性認(rèn)識(shí)階段。利用有效碰撞理論和過(guò)渡態(tài)理論從微觀角度解釋已經(jīng)得出的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，會(huì)使學(xué)生獲得用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的成就感，從對(duì)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，從而避免了機(jī)械記憶，加深了對(duì)新知識(shí)的理解。

五、教學(xué)反思

《高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指導(dǎo)下編寫(xiě)的新人教版化學(xué)教材與《高中化學(xué)教學(xué)大綱》指導(dǎo)下編寫(xiě)的舊人教版化學(xué)教材相比在本節(jié)內(nèi)容的編排上變化較大。新人教版教材只結(jié)合基本知識(shí)，編排了更多豐富、新穎、現(xiàn)象明顯的探究實(shí)驗(yàn)，易激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，但在從微觀角度闡釋各種外界因素影響化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)質(zhì)上相對(duì)簡(jiǎn)單了一些，造成了學(xué)生理解上的困難。

本節(jié)課如果僅按教材中編排的內(nèi)容和思路設(shè)計(jì)和組織教學(xué)，那么雖然有利于激發(fā)學(xué)生的興趣，也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，但忽略了學(xué)生已經(jīng)掌握的現(xiàn)有知識(shí)和新授知識(shí)之間的聯(lián)系，造成學(xué)生對(duì)新知識(shí)理解的深度和廣度不夠，不能建立完整的學(xué)科知識(shí)體系。

本節(jié)課的成功得益于筆者在緒言的教學(xué)過(guò)程中，對(duì)解釋化學(xué)反應(yīng)的概念模型——有效碰撞理論和過(guò)渡態(tài)理論做了更加形象細(xì)致的講解，拓展了學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，為幫助學(xué)生從微觀角度理解外界因素影響化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)質(zhì)做了鋪墊。另外，筆者在細(xì)致分析教材的編寫(xiě)特點(diǎn)后對(duì)教材中的探究實(shí)驗(yàn)做了改進(jìn)，更加方便了學(xué)生在課堂上的操作與探究。在具體設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，筆者從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律為出發(fā)，首先引導(dǎo)調(diào)取學(xué)生已有的知識(shí)儲(chǔ)備，激活學(xué)生的原認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并對(duì)教材內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)和補(bǔ)充，啟發(fā)學(xué)生對(duì)原認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓展，幫助學(xué)生建立完整的認(rèn)知體系。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋心琦.何少華.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)？化學(xué)選修4[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)？化學(xué)必修2[M].北京：人民教育出版社，2007.

[3]人民教育出版社化學(xué)室.全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)（必修加選修）·第二冊(cè).北京：人民教育出版社，2007.

[4]胡久華.促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展的單元整體教學(xué)[J].中學(xué)化學(xué)教與學(xué)，2014（11）：3-4.

此文系甘肅省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2015年度“隴原名師”工作室專(zhuān)項(xiàng)課題《基于認(rèn)知規(guī)律的高中化學(xué)課堂設(shè)計(jì)策略研究》【編號(hào)】GSGB[2015]MSZX101階段性研究成果。