對“化學平衡常數”教學的反思與探索

馬夏君+張文華

摘要：討論了高中化學安排“化學平衡常數”內容的多重意義。在反思基礎上嘗試調整“化學平衡常數”和“平衡移動理論”的教學順序，引導學生由濃度商Q發(fā)現常數K的存在和特點，形成化學平衡常數概念；通過練習和應用豐富、發(fā)展學生對K的認識，為學生后續(xù)學習勒夏特列原理和轉化率問題做準備，并由化學平衡常數引申到化學反應限度。

關鍵詞：化學平衡常數；反思；探索；數據分析；教學設計

文章編號：1005–6629（2014）3–0037–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

“化學平衡常數”位于人教版《化學反應原理》第二章第三節(jié)的第三板塊[1]。第二章“化學反應速率和化學平衡”共4節(jié)內容，前兩節(jié)是化學反應速率的相關內容，屬于化學動力學范疇；后兩節(jié)是化學平衡的相關內容，屬于化學熱力學范疇。化學平衡常數是熱力學常數，用于定量表征化學反應限度，是新課程中的新增內容，課標明確提出的教學要求是“知道化學平衡常數的含義，能利用化學平衡常數計算反應的轉化率”[2]。“化學平衡常數”的安排具有多重意義：其一，弄清其概念，能揭示平衡本質，利于學生深入地認識化學平衡及其移動的客觀規(guī)律，增進對化學反應限度和化學平衡移動規(guī)律的理解；其二，掌握其計算，比較其與濃度商Q的關系，能幫助學生掌握判斷平衡移動方向的方法與思路，而這二者是“化學反應限度”的學習難點，也是后續(xù)溶液中的離子平衡等內容學習的基礎；其三，化學平衡常數是基于實驗數據分析形成的概念，由濃度商Q到化學平衡常數K的過程，不但能為學生提供理性分析的思維“支架”，降低學習難度，還能反映化學研究的一種基本方法與思想，有助于實現新課程提升學生科學素養(yǎng)的宗旨。

對于“化學平衡常數”的教學，教師通常有不同的處理方式：多數教師繼續(xù)以勒夏特列原理作為判斷和解釋平衡移動的核心原理，將化學平衡常數蜻蜓點水地帶過，沒有重視挖掘其功能和價值，以至于這個重要內容淪落為應對考試中相關計算的工具。不久前，筆者在湖北省武昌實驗中學聽了一位老師別具一格的授課：這位老師調整教材順序，將“化學平衡常數”提前，作為理解平衡移動原理的基礎。結果，在有關這部分內容的測評中這個班級成績更優(yōu)，在后續(xù)課程中，學生明顯更易抓住平衡本質進行分析。這個情況的啟示是：對“化學平衡常數”教學內容的安排和過程設計需要認真反思。

之后，筆者進一步發(fā)現，不少學者對化學平衡常數的促進學生認識發(fā)展功能及其教學實踐做了深入研究，魯科版以及國外AP課程[3][4]中均將“化學平衡常數”作為分析化學平衡的基礎性工具，這些都對筆者本節(jié)課的教學探索提供了更為有力的支撐。基于此，筆者嘗試按照新的思路來處理和設計這節(jié)課的教學，初步取得了令人滿意的結果。現將有關做法簡介如下：

1 學情分析

通過對化學平衡狀態(tài)的學習，學生已經知道化學平衡具有“逆、等、動、定、變”5個基本特征，對于達到平衡狀態(tài)的化學反應而言，各組分濃度不再變化。但是經過測量發(fā)現，學生容易形成“各組分濃度相等”等相異構想[5]，表面上是學生對化學平衡認識不夠深刻，實則是缺乏對化學平衡本質的認識。在科學探尋過程中，人們致力于發(fā)現各種現象的本質和規(guī)律。為此，需要通過對化學反應中各組分濃度變化的分析，引導學生歸納、總結出反映化學平衡本質的化學平衡常數K。

進入選修階段的學生，其思維方式從具體發(fā)展至抽象，從重簡單描述發(fā)展至重邏輯分析。經過必修階段的學習，他們初步學會了科學探究的程序和方法，能夠對大量數據所揭示的規(guī)律作出預測，并設計實驗進行驗證。這些科學素養(yǎng)奠定了本課學習的能力基礎。

第三節(jié)“化學平衡”中共3個板塊：可逆反應、化學平衡狀態(tài)、化學平衡常數。必修階段學生已經初步建立“可逆反應”、“化學平衡狀態(tài)”和“化學平衡移動”3個概念；發(fā)展至選修4“化學反應原理”階段，通過本章學習，進一步引導學生建立利用K、Q關系分析平衡移動的思路，進而以K為工具對第三章中的各類平衡進行分析，并使學生對化學反應限度的認識由定性認識上升到定量認識，由孤立地認識化學反應限度發(fā)展到關注環(huán)境的影響，由靜態(tài)認識化學平衡上升到動態(tài)認識化學平衡[6]。

2 教學思路

筆者在調整“化學平衡常數”和“平衡移動理論”教學順序的基礎上形成下列思路：

第一步，引導學生通過量的研究來探究化學平衡時反應物和生成物的濃度是怎樣相互影響的？這里有沒有規(guī)律？

第二步，通過舉例討論，由最簡單的例子到稍復雜的例子，引導學生由Q到K，發(fā)現K的存在和特點，概括形成平衡常數的數學定義式。

第三步，通過練習豐富、發(fā)展學生對K的發(fā)現和認識。

第四步，引導學生通過分析影響K的因素來發(fā)現勒夏特列原理。

第五步，通過練習、應用，由化學平衡常數引申到化學反應限度，為后續(xù)學習轉化率問題做好準備。

3 教學目標

3.1 知識與技能目標

（1）理解化學平衡常數K的概念，并弄清化學平衡常數的影響因素；

（2）能正確書寫給定反應的平衡常數的表達式；

（3）通過K、Q比較，了解化學平衡常數的特點、移動的原因及規(guī)律；

（4）初步了解許多化學反應是有限度的。

3.2 過程與方法目標

（1）通過分析數據，養(yǎng)成獲取和處理數量信息的能力，以及分析推理能力；

（2）通過定量計算，判斷平衡移動的方向，強化變量控制的思想，并逐步形成利用數學工具解決問題的能力；

（3）進一步了解、體會化學研究的方法與思想。

3.3 情感、態(tài)度與價值觀目標

（1）通過學習，激發(fā)對事物發(fā)展本質和規(guī)律的探索精神；

（2）通過數據分析和實驗驗證，初步形成實事求是的科學研究精神和關注數量的習慣；

（3）通過解決實際生活問題，體會調控化學平衡在生活、生產和科學研究領域中的作用，樹立運用科學改善生活、服務社會的信念。

4 教學過程設計

見表1。

5 設計反思

《紐約時報》2012年2月的一篇專欄中稱：“大數據”時代已經降臨，在商業(yè)、經濟及其他領域中，決策將日益基于數據和分析而作出，而并非基于經驗和直覺[7]。在這樣的時代背景下，我們的科學教育培養(yǎng)的應該是適應“大數據”時代，具有整理、分析數據能力的21世紀公民。在本課的教學中，筆者以培養(yǎng)這樣的公民素質為導向，基于真實有效的實驗數據，通過一定的數理分析，讓學生能夠發(fā)現化學反應動態(tài)進程中對應的數據信息所蘊含的本質規(guī)律，由此建立化學平衡常數的概念雛形，在此基礎上，通過問題教學層層深入探討概念的本質及其應用。另外，化學平衡教學中“化學平衡常數”的提出符合學科知識發(fā)展線索，能有效避免用化學動力學知識來解釋化學熱力學問題繁雜的思維過程，但同時會讓學生對平衡常數的實用產生依賴，削弱可逆反應達到動態(tài)平衡過程的抽象思維。因此，如何能夠讓學生定量與定性分析能力同步提升、具體與抽象思維發(fā)展雙管齊下也有待繼續(xù)挖掘。

參考文獻：

[1]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學反應原理[M].北京：人民教育出版社，2007：33～37.

[2]中華人民共和國教育部制訂.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003：24.

[3]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學反應原理[M].南京：江蘇教育出版社，2007：41～43.

[4] The McGraw-Hill Companies. Chemistry： Concepts and Applications [Z]. Columbus： Glencoe/McGraw-Hill， 2005.

[5]李世峰，李田英.高中學生應用勒夏特列原理判斷非均勻相系化學平衡的迷思概念探討[J].科學教育月刊，2007，（301）：1～16.

[6]支瑤，王磊等.化學平衡常數對促進學生認識發(fā)展的功能價值分析及其教學實現[J].化學教育，2010，（6）：29～34.

[7] Steve Lohr. The Age of Big Data [N]. News Analysis， February 11， 2012，（82）：Comments.