對《化學(xué)反應(yīng)原理》教學(xué)中學(xué)生微粒觀的建構(gòu)探討

摘 要：從高中化學(xué)教學(xué)中學(xué)生微粒觀的建構(gòu)現(xiàn)狀入手，分析微粒觀建構(gòu)的可行性、面臨困境及解決方案，以魯科版高二選修四的《化學(xué)反應(yīng)原理》為例，總結(jié)如何在化學(xué)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)微粒觀，落實(shí)素質(zhì)教育.

關(guān)鍵詞：化學(xué)反應(yīng)原理;微粒觀;任務(wù)驅(qū)動法;高中化學(xué)

中圖分類號：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2022）24-0101-03

收稿日期：2022-05-25

作者簡介：高美娣（1973.9-），女，福建省順昌人，本科，中學(xué)一級教師，從事化學(xué)教學(xué)研究.

微粒觀是指從微觀角度看待微觀世界，即通過分子、離子或原子感知、認(rèn)識世界.在魯科版《化學(xué)反應(yīng)原理》中，教材分為三章，三章內(nèi)容相互銜接，學(xué)習(xí)難度不斷提升，可逐步培養(yǎng)、深化學(xué)生的微粒觀.就此，高中化學(xué)教師應(yīng)在《化學(xué)反應(yīng)原理》教學(xué)中，針對性設(shè)計(jì)教學(xué)方案，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)微粒觀.

1 微粒觀分析

1.1 微粒觀

微粒觀基礎(chǔ)理念如下：物質(zhì)主要由各種微觀粒子組成、組成物質(zhì)的部分微粒十分微小、微粒呈現(xiàn)出持續(xù)變化運(yùn)動的狀態(tài)、微粒間存在一定間隔、微粒之間屬于互相作用狀態(tài).

1.2 微粒觀認(rèn)識層次《化學(xué)反應(yīng)原理》內(nèi)關(guān)于微粒觀相關(guān)學(xué)習(xí)進(jìn)階內(nèi)容如下：水平一對應(yīng)階是化學(xué)變化微觀成因，對應(yīng)進(jìn)階特征為了解分子組成結(jié)構(gòu)，認(rèn)識到原子屬于化學(xué)變化中的最低微粒，分子轉(zhuǎn)化為原子，原子重新組合轉(zhuǎn)化為成分子.水平二對應(yīng)階是能量變化微觀成因，對應(yīng)進(jìn)階特征為斷裂分子內(nèi)化學(xué)鍵形成吸熱反應(yīng)，產(chǎn)生分子內(nèi)化學(xué)鍵放熱，化學(xué)鍵形成與斷裂屬于化學(xué)反應(yīng)中形成能量變化主要成因.水平三對應(yīng)階是化學(xué)反應(yīng)速率、限度、平衡的微觀原因，對應(yīng)進(jìn)階特征為從過渡態(tài)理論、有效碰撞理論解釋影響化學(xué)反應(yīng)速度變化的主要因素是單位體積中活化分子數(shù)量大小，化學(xué)反應(yīng)速度變化以及化學(xué)平衡移動都屬于微觀粒子彼此作用影響.水平四對應(yīng)階是水溶液內(nèi)電解質(zhì)改變的微觀成因，對應(yīng)進(jìn)階特征為水溶液內(nèi)的電解質(zhì)存在電離，進(jìn)一步認(rèn)識到溶液內(nèi)部粒子數(shù)量以及彼此作用聯(lián)系，科學(xué)判斷外部條件變化對弱電解質(zhì)相關(guān)電離平衡、鹽類水解以及沉淀平衡溶解所形成的影響.水平五對應(yīng)階是微粒觀在化學(xué)現(xiàn)象解釋中的總體性認(rèn)識，對應(yīng)進(jìn)階特征為對宏觀現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確解釋，可以直接通過符號體現(xiàn)出微觀變化，創(chuàng)建宏觀、微觀、符號的三重表征體系.

2 高中化學(xué)教學(xué)中學(xué)生微粒觀的建構(gòu)路徑

高中化學(xué)教師開展微項(xiàng)目教學(xué)，應(yīng)結(jié)合教材章節(jié)內(nèi)容，選擇社會熱點(diǎn)問題或生活常見問題，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生全程參與問題解決過程，在問題解決的過程中，理解化學(xué)知識，明確化學(xué)與生活的聯(lián)系，理解化學(xué)與世界的關(guān)系，進(jìn)而學(xué)會從微觀角度看待微觀世界，實(shí)現(xiàn)學(xué)生微粒觀的有效建構(gòu).在實(shí)際微項(xiàng)目教學(xué)中，高中化學(xué)教師應(yīng)遵循如下流程：

第一，合理選擇微項(xiàng)目，微項(xiàng)目內(nèi)容的選擇直接關(guān)系到化學(xué)教學(xué)效果，高中化學(xué)教師應(yīng)遵循新課標(biāo)要求，選擇化學(xué)生產(chǎn)實(shí)例，為學(xué)生理解化學(xué)知識，建構(gòu)微粒觀奠定基礎(chǔ).以《化學(xué)反應(yīng)原理》中的“化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨”為例，教材內(nèi)容涵蓋化學(xué)生產(chǎn)項(xiàng)目，高中化學(xué)教師可直接以工業(yè)合成氨作為微項(xiàng)目內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生圍繞工業(yè)合成氨的生產(chǎn)，分析化學(xué)反應(yīng)條件優(yōu)化方案，深化學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)反應(yīng)方向等知識點(diǎn)的認(rèn)識，使學(xué)生明確化學(xué)反應(yīng)變化和化學(xué)平衡移動，均是微觀粒子作用的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生正確看待微觀粒子，構(gòu)建科學(xué)微粒觀.

第二，優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)活動，結(jié)合學(xué)生微粒觀的建構(gòu)困境可知，目前高中化學(xué)課堂教學(xué)成效不理想，而導(dǎo)致該現(xiàn)象的根本原因在于教學(xué)活動與方案的設(shè)計(jì)不合理.高中化學(xué)教師應(yīng)選擇能夠吸引學(xué)生興趣的內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，引出微項(xiàng)目內(nèi)容;再圍繞微項(xiàng)目內(nèi)容，提出學(xué)生可以自主探究或合作探究順利解決的問題，既可使學(xué)生建構(gòu)化學(xué)知識體系與微粒觀，也可培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)信心，實(shí)現(xiàn)化學(xué)教學(xué)目標(biāo).

3 《化學(xué)反應(yīng)原理》中學(xué)生微粒觀的建構(gòu)實(shí)踐

化學(xué)觀念核心是堅(jiān)持知識作為基礎(chǔ)載體，在對各種零散知識進(jìn)行持續(xù)積累基礎(chǔ)上構(gòu)成知識體系內(nèi)的核心觀念，而在形成基礎(chǔ)觀念后便可以順利實(shí)現(xiàn)知識遷移，深化學(xué)生對于學(xué)科本質(zhì)的認(rèn)識和理解，觀念建構(gòu)并非單純借助大量背誦理論知識便可以形成的，觀念建構(gòu)同時(shí)也是學(xué)生提升自身思維的重要過程.如果相關(guān)要順利實(shí)現(xiàn)觀念建構(gòu)目標(biāo)，則需要對知識內(nèi)涵進(jìn)行深刻理解，對知識所隱藏基礎(chǔ)觀念進(jìn)行準(zhǔn)確理解，為此需要教師在正式時(shí)刻前準(zhǔn)確理解相關(guān)知識內(nèi)涵，同時(shí)對知識基礎(chǔ)概念進(jìn)行科學(xué)概括.教師通過準(zhǔn)確把握課程標(biāo)準(zhǔn)以及單元教學(xué)觀念，促進(jìn)觀念和知識充分融入，按照從易到難以及從淺入深的順序逐漸融入化學(xué)教學(xué)過程，應(yīng)用化學(xué)核心觀念指導(dǎo)化學(xué)教學(xué)工作.結(jié)合學(xué)生微粒觀的建構(gòu)路徑分析結(jié)果，本文以魯科版《化學(xué)反應(yīng)原理》中的“化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨”為例，總結(jié)學(xué)生微粒觀的建構(gòu)實(shí)踐要點(diǎn)，為高中化學(xué)教師開展相關(guān)教學(xué)提供有益探索.在課堂教學(xué)中，高中化學(xué)教師可選擇任務(wù)驅(qū)動法，根據(jù)微項(xiàng)目教學(xué)思路，設(shè)計(jì)不同學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生逐步形成微粒觀.

3.1 任務(wù)一

高中化學(xué)教師組織學(xué)生從理論角度入手，分析工業(yè)合成氨的適宜條件，引導(dǎo)學(xué)生銜接化學(xué)反應(yīng)速率及轉(zhuǎn)化率等知識點(diǎn)，明確工業(yè)合成氨的最佳條件，認(rèn)識到工業(yè)合成氨中微觀粒子的作用，初步建構(gòu)微粒觀.

首先，教師為學(xué)生播放《沁園春·雪》的朗誦視頻，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，通過語言引導(dǎo)，組織學(xué)生分析新中國發(fā)展到現(xiàn)在成為工業(yè)強(qiáng)國的原因，使學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)對社會、國家發(fā)展的重要影響，增強(qiáng)學(xué)生民族自豪感，調(diào)動學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)熱情.

然后，教師為學(xué)生展示合成氨的化學(xué)方程式，使學(xué)生明確合成氨為可逆反應(yīng)，要求學(xué)生總結(jié)合成氨的反應(yīng)特點(diǎn)，分析如何提高可逆反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)速率.在該過程中，學(xué)生總結(jié)的合成氨反應(yīng)特點(diǎn)包括放熱、可逆、分子數(shù)減小等，引導(dǎo)學(xué)生從微觀粒子角度分析合成氨的反應(yīng)過程，解釋影響平衡轉(zhuǎn)化率與速率的因素，使學(xué)生樹立平衡思想，理解微觀粒子間的相互作用.

3.2 任務(wù)二

在教學(xué)中，化學(xué)教師可以合理設(shè)計(jì)各種問題情境，科學(xué)創(chuàng)建化學(xué)知識體系，問題屬于思維啟發(fā)劑.認(rèn)知沖突、質(zhì)疑以及問題也是學(xué)生思維發(fā)展的重要啟蒙鑰匙.問題提出前需要率先合理創(chuàng)建情境激發(fā)學(xué)生思維，微粒觀相關(guān)問題情境能夠通過人眼直接觀察的各種現(xiàn)象，能夠借助實(shí)驗(yàn)探究得到最終結(jié)果，比如化學(xué)史闡述或借助聯(lián)想模擬激發(fā)學(xué)生的微觀學(xué)習(xí)激情，保證問題的適宜度.在學(xué)生對合成氨反應(yīng)有初步認(rèn)識的基礎(chǔ)上，高中化學(xué)教師引導(dǎo)學(xué)生分析如何優(yōu)化工業(yè)合成氨的生產(chǎn)過程，使學(xué)生利用掌握的化學(xué)知識，解決生產(chǎn)生活問題，鞏固學(xué)生的理論知識，建構(gòu)學(xué)生的知識體系，強(qiáng)化學(xué)生的化學(xué)思維.細(xì)化來說，在該任務(wù)模塊下，高中化學(xué)教師提出如下問題：

問題一：“工業(yè)合成氨生產(chǎn)中，還需考慮哪些因素？”學(xué)生紛紛開展頭腦風(fēng)暴，結(jié)合自身的生活經(jīng)驗(yàn)和化學(xué)知識儲備，認(rèn)為工業(yè)合成氨的生產(chǎn)要注重如下要素：（1）循環(huán)利用反應(yīng)物，避免引發(fā)環(huán)境問題;（2）確定最佳的原料投料比，避免浪費(fèi);（3）在優(yōu)化工業(yè)合成氨生產(chǎn)條件時(shí)，需計(jì)算不同條件下的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的利潤;（4）在生產(chǎn)時(shí)不可以直接合成原料氣，需進(jìn)行凈化處理，避免引起中毒;（5）可以利用工業(yè)合成氨反應(yīng)放出的熱量，對合成氣進(jìn)行預(yù)熱處理，降低成本.通過該問題，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系化學(xué)與生活，為學(xué)生通過微觀粒子感知客觀世界奠定基礎(chǔ).

問題二：“根據(jù)問題一的探究結(jié)果，繪制工業(yè)合成氨的生產(chǎn)流程圖.”基于該問題，學(xué)生可明確工業(yè)合成氨生產(chǎn)的各項(xiàng)設(shè)備、原料、原料間的化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)產(chǎn)物等知識點(diǎn)，明確工業(yè)合成氨生產(chǎn)中微觀粒子的變化過程，深化認(rèn)識微觀粒子相互作用這一觀念，強(qiáng)化學(xué)生的微粒觀.細(xì)化來說，學(xué)生總結(jié)的工業(yè)合成氨生產(chǎn)流程如下：通過空氣分離器向轉(zhuǎn)化爐內(nèi)通入空氣，再向轉(zhuǎn)化爐內(nèi)加入甲烷與水，生成氫氣、氮?dú)馀c二氧化碳;將二氧化碳分離后，對氨氣和氮?dú)膺M(jìn)行壓縮處理，轉(zhuǎn)移至合成氨塔，獲得氨;通過換熱器、水冷凝器、氨分離器處理氨，獲得最終產(chǎn)品，存儲于儲氨槽內(nèi).

3.3 任務(wù)三

在學(xué)生理解化學(xué)反應(yīng)條件優(yōu)化相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，教師以微粒觀建構(gòu)為導(dǎo)向，設(shè)置拓展任務(wù)，要求學(xué)生以小組為基礎(chǔ)，合作探究以天然氣為原料的合成甲醇工藝.在該任務(wù)完成過程中，學(xué)生利用已掌握的化學(xué)知識，開展物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量轉(zhuǎn)化分析，在轉(zhuǎn)化分析過程中，深入理解微觀粒子間的相互作用，實(shí)現(xiàn)微粒觀建構(gòu)的教學(xué)目標(biāo).為使學(xué)生對微觀粒子的相互作用有正確認(rèn)識，教師設(shè)計(jì)相關(guān)問題，引導(dǎo)學(xué)生探究.首先，教師向?qū)W生介紹天然氣的轉(zhuǎn)化過程，甲烷轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫氣，再利用這兩種產(chǎn)物生產(chǎn)各類化工產(chǎn)品，要求學(xué)生探究CH4如何轉(zhuǎn)化為CO和H2.學(xué)生認(rèn)為可利用二氧化碳、水、氧氣等物質(zhì)，參與到甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，為甲烷提供氧元素，生產(chǎn)一氧化碳.然后，教師要求學(xué)生按照“CO+2H2CH3OH”的化學(xué)方程式，探究合成甲醇的優(yōu)化條件.

針對教師布置的任務(wù)，學(xué)生按照課堂探究過程，分析合成甲醇化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)特點(diǎn)，明確理論優(yōu)化條件，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行合成甲醇工藝流程圖的繪制，以甲烷、水和二氧化碳為生產(chǎn)原料，在溫度、壓強(qiáng)和催化劑的條件下，進(jìn)行反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，二者反應(yīng)生成甲醇.在該過程中，存在物質(zhì)循環(huán)與能量循環(huán)，學(xué)生可通過工業(yè)合成物質(zhì)的生產(chǎn)流程分析，總結(jié)物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，理解微觀粒子作用對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，進(jìn)而建構(gòu)微粒觀;也可培養(yǎng)學(xué)生合作意識，解決復(fù)雜問題的能力，進(jìn)而整合學(xué)習(xí)過的相關(guān)化學(xué)知識，構(gòu)建系統(tǒng)知識體系，發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng).

綜上所述，高中化學(xué)教學(xué)中學(xué)生微粒觀的建構(gòu)面臨學(xué)生興趣薄弱，微粒觀點(diǎn)學(xué)習(xí)難度高、教師教學(xué)科學(xué)性不足等困境，高中化學(xué)教師可通過微項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施，合理應(yīng)用情境教學(xué)法與任務(wù)驅(qū)動法，從《化學(xué)反應(yīng)原理》的教材內(nèi)容入手，選擇學(xué)生感興趣的內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，設(shè)計(jì)探究問題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)成效，發(fā)展學(xué)生微粒觀.

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：季春陽]