基于“變化觀念與平衡思想”的情境教學(xué)設(shè)計

田營營 王玉霞

［摘 要］化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提出要求教師從注重知識傳授向重視學(xué)生能力提升轉(zhuǎn)變。情境教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑。文章基于“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng)，以“化學(xué)反應(yīng)限度”為例設(shè)計和實施情境教學(xué)。

［關(guān)鍵詞］情境教學(xué)；核心素養(yǎng)；化學(xué)反應(yīng)限度

［中圖分類號］ ? ?G633.8 ? ? ? ? ? ?［文獻標(biāo)識碼］ ? ?A ? ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2022）20-0060-03

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的五個維度，同時提出“以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進學(xué)科核心素養(yǎng)的落實”［1］，并設(shè)置“情境素材建議”欄目，提供與教材知識相關(guān)的情境素材，供教育工作者參考。這充分說明情境在化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落實中不可或缺，是化學(xué)教學(xué)的構(gòu)成要素之一［2］。

2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)頒布后，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的情境教學(xué)法被賦予了更多的意義。情境教學(xué)法可強化學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率；可幫助學(xué)生全面了解信息，深化對知識的理解，提高學(xué)習(xí)成績；能有效挖掘?qū)W生的社會經(jīng)驗，培養(yǎng)學(xué)生多角度思考和探索知識的能力，讓學(xué)生具備能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格［3］。在實際化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)有目的地引入或創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生在情境中學(xué)習(xí)，理解教材內(nèi)容，實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，并落實核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

“化學(xué)反應(yīng)限度”一節(jié)，內(nèi)容較為抽象，教師應(yīng)充分挖掘相關(guān)情境素材，找到其與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的銜接點，有效創(chuàng)設(shè)情境，幫助學(xué)生理解教材內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng)。本文以“化學(xué)反應(yīng)限度”為例闡述基于“變化觀念與平衡思想”的情境教學(xué)設(shè)計。

一、教材分析

“化學(xué)反應(yīng)限度”一節(jié)主要包括兩個方面內(nèi)容：可逆反應(yīng)和化學(xué)平衡狀態(tài)。該部分知識的學(xué)習(xí)是在為后期化學(xué)平衡常數(shù)、影響化學(xué)平衡的因素等內(nèi)容的講授做鋪墊。掌握可逆反應(yīng)及化學(xué)平衡狀態(tài)的相關(guān)知識，有助于學(xué)生“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。這一核心素養(yǎng)不僅是化學(xué)學(xué)科的重要觀念，是解決化學(xué)問題的思維視角，還是對化學(xué)反應(yīng)條件、限度、變化和規(guī)律的基本認(rèn)識［4］。與之前的元素化合物知識相比，“化學(xué)反應(yīng)限度”這一概念的構(gòu)建過程具有更豐富的核心素養(yǎng)發(fā)展價值。

二、教學(xué)重難點

“化學(xué)反應(yīng)限度”是一個重要概念，要求學(xué)生從可逆的角度理解有關(guān)反應(yīng)，并解釋實驗現(xiàn)象，在充分理解可逆反應(yīng)的基礎(chǔ)上，進一步學(xué)習(xí)平衡狀態(tài)。而初學(xué)化學(xué)平衡時，受靜態(tài)平衡的影響，學(xué)生易形成“化學(xué)平衡是靜態(tài)平衡”的錯誤觀念［5］。再加上“化學(xué)反應(yīng)限度”概念與學(xué)生已學(xué)的知識有一定差異， 而反應(yīng)限度的可觀性不強， 對抽象思維能力要求較高［6］。因此，該概念的教學(xué)一直是高中化學(xué)教學(xué)的重難點。

學(xué)生之前學(xué)過的反應(yīng)中有不少是可逆反應(yīng)，如Cl2與H2O生成HCl與HClO、工業(yè)合成氨、沉淀溶解平衡等，因此教師在講解可逆反應(yīng)時要注意與學(xué)生之前所學(xué)知識相結(jié)合，以便學(xué)生能更好地理解。

三、教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)

為突破教學(xué)難點，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng)，教師可結(jié)合科學(xué)史實、生活場景、實驗探究等創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)（見表1）。

四、情境教學(xué)實施過程

在教學(xué)實施過程中讓情境貫穿整個課堂，各環(huán)節(jié)圍繞合適的情境針對性地提出問題并引發(fā)學(xué)生思考。

【環(huán)節(jié)一】

創(chuàng)設(shè)情境：工業(yè)制硫酸。

主要內(nèi)容：基于化工生產(chǎn)引出可逆反應(yīng)的概念。

教師提問：硫酸是非常重要的化工產(chǎn)品，工業(yè)制硫酸的三個主要反應(yīng)為：[4FeS2+11O2] ＝ [2Fe2O3+8SO2]；[2SO2+O2?2SO3]； [SO3 +H2O]＝[H2SO4]。在實際生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一定量的大氣污染物二氧化硫，這說明反應(yīng)中的二氧化硫無法完全轉(zhuǎn)化。請同學(xué)們思考一下，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是什么？

學(xué)生回答：有可能[2SO2+O2?2SO3]進行到一定程度后不再繼續(xù)，[SO2]未完全反應(yīng)，因此還會有[SO2]。

知識分析：經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，工業(yè)制硫酸的三個反應(yīng)中，[2SO2+O2?2SO3]是可逆反應(yīng)?？赡娣磻?yīng)即正向反應(yīng) （反應(yīng)物→生成物） 和逆向反應(yīng) （生成物→反應(yīng)物） 在同樣條件下同時進行的反應(yīng)。研究表明，大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都具有可逆性。

設(shè)計意圖：基于實際生產(chǎn)過程創(chuàng)設(shè)真實情境，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，且此前學(xué)生學(xué)過硫元素的相關(guān)知識，對相關(guān)反應(yīng)有所了解，有利于可逆反應(yīng)和化學(xué)平衡知識的導(dǎo)入；利用實際生產(chǎn)中面臨的問題向?qū)W生提問，可提高學(xué)生探索的積極性，有利于可逆反應(yīng)概念的構(gòu)建。

【環(huán)節(jié)二】

創(chuàng)設(shè)情境：生活或?qū)W習(xí)中的平衡現(xiàn)象。

主要內(nèi)容：靜態(tài)平衡向動態(tài)平衡過渡。

問題1：在生活或?qū)W習(xí)中你見過哪些靜態(tài)平衡場景？

學(xué)生回答：化學(xué)實驗中用天平稱量物質(zhì)、公園里小朋友們玩蹺蹺板、物體受力平衡等。

問題2：為什么這些場景下的相關(guān)物體可達(dá)到平衡？

學(xué)生回答：天平稱量時兩邊達(dá)到相同重量故可實現(xiàn)平衡，蹺蹺板同理。受力平衡是因為物體受到作用在其身上的各個力的合力為零。

問題3：有人健身時選擇在跑步機上跑步（播放視頻），為保持在跑步機上的相對位置不變，他們是怎么做的？

學(xué)生回答：在跑步機上跑步時，要和跑帶做速度相同且方向相反的運動來保持相對位置不變。

教師在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上引出“動態(tài)平衡”，將學(xué)生的思維從靜態(tài)平衡轉(zhuǎn)到動態(tài)平衡，形成“平衡不只有靜態(tài)”的觀念。

知識分析：人與跑步機有相對的運動，說明系統(tǒng)處于動態(tài)之中，人在跑步機上的水平位置不變可認(rèn)為該系統(tǒng)處于一種動態(tài)平衡?！皠討B(tài)平衡”就是在相對運動速率相等、方向相反的情況下保持整體狀態(tài)不變。

設(shè)計意圖：將學(xué)生學(xué)習(xí)的注意點轉(zhuǎn)移到平衡上，幫助學(xué)生總結(jié)平衡原因，培養(yǎng)學(xué)生的平衡思想；讓學(xué)生的思維從靜態(tài)平衡過渡到動態(tài)平衡，幫助學(xué)生抓住動態(tài)平衡的本質(zhì)特征，將抽象的概念直觀表現(xiàn)出來，形成有助于學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)平衡概念的思維。讓學(xué)生分析與情境相關(guān)的問題，保持學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

問題4：可逆反應(yīng)與人在跑步機上跑步有何相似之處？

學(xué)生回答：都是兩方同時向相反的方向運動。

問題5：人在跑步機上跑步是一種動態(tài)平衡，但一直處于運動狀態(tài)，那可逆反應(yīng)在最后不再生成新物質(zhì)時是處于靜止?fàn)顟B(tài)還是運動狀態(tài)？

先由學(xué)生小組討論自行猜測，再由教師總結(jié)：可逆反應(yīng)能達(dá)到平衡狀態(tài)，且達(dá)到的是一種動態(tài)平衡。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在了解可逆反應(yīng)概念的前提下對可逆反應(yīng)的終態(tài)進行討論。情境教學(xué)貫穿整個課堂，可使課堂教學(xué)變得輕松有趣，有效改變“一言堂”“灌輸式”教學(xué)模式。

【環(huán)節(jié)三】

創(chuàng)設(shè)情境：氯化鐵與碘化鉀反應(yīng)實驗。

主要內(nèi)容：化學(xué)反應(yīng)限度。

實驗探究：學(xué)生分組進行氯化鐵與碘化鉀反應(yīng)的實驗。取少量FeCl3溶液與過量KI溶液充分反應(yīng)，再滴加KSCN溶液，溶液顯血紅色。

學(xué)生由實驗現(xiàn)象得出結(jié)論：即使KI溶液過量也不能使FeCl3完全反應(yīng)，說明[2FeCl3+2KI?2KCl+2FeCl2+I2]為可逆反應(yīng)。

教師總結(jié)：可逆反應(yīng)不能進行到底，存在反應(yīng)限度，最終達(dá)到一種動態(tài)的化學(xué)平衡狀態(tài)。

教師給出一組FeCl3與KI反應(yīng)時各階段物質(zhì)濃度變化數(shù)據(jù)，請學(xué)生畫出反應(yīng)過程中正逆反應(yīng)的速率變化圖（見圖1），并思考為何有這種變化。

知識分析：從上節(jié)內(nèi)容（化學(xué)反應(yīng)速率）可知增加反應(yīng)物的量會加快反應(yīng)速率，在反應(yīng)開始階段反應(yīng)物較多，因此正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率；隨著反應(yīng)的進行，生成物的量不斷增加，逆反應(yīng)速率加快，最終正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物與生成物的濃度不再改變，達(dá)到一種表面靜止的狀態(tài)，稱為“化學(xué)平衡狀態(tài)”，簡稱化學(xué)平衡?；瘜W(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)達(dá)到的一種特殊狀態(tài)，是在給定條件下化學(xué)反應(yīng)能達(dá)到或完成的最大程度，即化學(xué)反應(yīng)限度。

設(shè)計意圖：該實驗探究可強化學(xué)生對可逆反應(yīng)、動態(tài)平衡概念的理解，將理論與實際相聯(lián)系。

【環(huán)節(jié)四】

創(chuàng)設(shè)情境：在氯化鐵與碘化鉀反應(yīng)體系中加入碘單質(zhì)。

主要內(nèi)容：條件改變，平衡改變。

實驗探究：常溫下，向KI與FeCl3反應(yīng)體系中（[2FeCl3+2KI?2KCl+2FeCl2+I2]）加入碘單質(zhì)，即增加碘單質(zhì)的濃度，觀察實驗現(xiàn)象。

實驗時，向反應(yīng)體系中加入KSCN，溶液在加入碘單質(zhì)后紅色加深，說明體系中Fe3+濃度增加。

知識分析：原有的條件不變，反應(yīng)達(dá)到的化學(xué)平衡狀態(tài)也就不會改變。加入碘單質(zhì)之后，逆反應(yīng)反應(yīng)物的濃度增加，改變了原有的平衡條件，原有平衡被打破，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，F(xiàn)e3+濃度隨之改變，最終整個反應(yīng)體系達(dá)到一個新的化學(xué)平衡狀態(tài)。

設(shè)計意圖：在實驗過程中讓學(xué)生進一步理解平衡的動態(tài)性，可加深學(xué)生對可逆反應(yīng)的認(rèn)識，知道改變反應(yīng)條件平衡會隨之改變；通過情境問題的解決理解平衡與變化的關(guān)系，在情境中認(rèn)識問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng)。

五、情境教學(xué)反思

在本節(jié)課中，最重要的還是對概念的準(zhǔn)確理解，了解可逆反應(yīng)，對化學(xué)反應(yīng)限度有一個定性的認(rèn)識，體會化學(xué)平衡狀態(tài)的特征。

具體教學(xué)過程中，知識導(dǎo)入以及知識分析都是基于創(chuàng)設(shè)的情境來進行的，在情境選擇方面要與學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知相符合，同時保證學(xué)生在整個課堂中能感受到真實問題的存在，將抽象知識具體化；要從學(xué)生對平衡的已有認(rèn)知出發(fā)，通過知識類比，層層遞進，使學(xué)生充分理解化學(xué)平衡狀態(tài)，從而落實核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ］

［1］ ?中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］ ?沈旭東.從“為情而境”到“由境生情”：化學(xué)教學(xué)中真實情境創(chuàng)設(shè)概論［J］.化學(xué)教學(xué)，2019（7）：25-29.

［3］ ?馬圓，嚴(yán)文法，宋丹丹.真實情境與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展：基于《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的解讀［J］.化學(xué)教育（中英文），2019（19）：6-10.

［4］ ?吳星.對高中化學(xué)核心素養(yǎng)的認(rèn)識［J］.化學(xué)教學(xué)，2017（5）：3-7.

［5］ ?周禮，魯春梅，閆春更，等.基于概念轉(zhuǎn)變模型和認(rèn)知沖突圖的課例研究：以“化學(xué)平衡的動態(tài)性”為例［J］.化學(xué)教育（中英文），2020（9）：25-30.

［6］ ?馮垚，莫尊理.基于SOLO理論的高中生化學(xué)多重表征轉(zhuǎn)換能力的測查研究：以化學(xué)平衡主題為例［J］.化學(xué)教育（中英文），2020（1）：62-66.

（責(zé)任編輯 羅 艷）