指向學科關鍵能力培養的高三化學原理復習

王朝暉

摘? ?要：通過“化學反應原理”選修模塊的項目式教學案例，以“乙醇和水蒸氣反應制備氫氣”為項目學習主題，以討論生產條件的優化為項目學習活動，呈現了高三復習課的教學設計和實踐過程。為在高三復習中培養學生學科關鍵能力的教學實踐提供參考。

關鍵詞：項目式教學;關鍵能力;高三化學;原理復習

化學反應速率及化學平衡理論是中學化學重要的核心知識，應用化學反應速率及化學平衡理論解決實際問題是高考常見題型，這類題以實際反應為背景，信息多以圖像、表格數據的形式呈現。需要學生具備獲取信息能力，理論聯系實際能力和思維能力。這類題的考查直指化學學科的關鍵能力——分析問題和解決問題的能力。如何在高三復習中培養學生化學學科關鍵能力，應用項目式教學復習是有效途徑。項目式教學是在真實情境下，讓學生經歷成果導向下的綜合任務完成過程，對培養學生形成真實情境下的復雜問題解決思路、實踐應用、遷移創新能力有獨特的功能和價值。

1? 項目學習主題的確立

“乙醇和水蒸氣反應制備氫氣”是基于項目式學習理論設計和實施的高三復習課程。以往高三的復習以知識梳理和習題講練為主，本案例圍繞“乙醇和水蒸氣反應制備氫氣”開展項目式學習活動，切實實現復習課的知識結構化，問題解決的思路化，有效培養學生的學科關鍵能力。

1.1? 教學內容在社會發展的實際應用價值

由于燃料電池的迅速發展 ，氫氣作為清潔的二次能源將被廣泛的應用。通過利用生物質或食品、畜牧業的廢棄物發酵產生的乙醇是可再生的潔凈能源。利用得到的乙醇來制備氫氣對比傳統用煤和水反應制備氫氣，該方法可以減少對不可再生能源的依賴，同時乙醇制氫氣中釋放出來的CO2 可以在植物生長過程中經光合作用形成閉合循環 ，亦即不增加溫室氣體 ， 因此研究開發乙醇制氫技術對保護環境具有十分重要的意義[ 1 ]。

1.2? ?教學內容對學生學科核心素養發展的價值

從素養發展的角度看，“乙醇和水蒸氣反應制備氫氣”項目的學習有助于進一步發展學生的“變化觀念與平衡思想”“證據推理和模型認知”“科學態度與社會責任”化學學科核心素養。從學科能力的角度看，化學平衡是高中化學學習的重點和難點，對其它平衡體系的學習具有重要的指導意義。構建化學反應的限度、平衡移動及速率的核心關聯，綜合利用平衡解決實際問題具有較大的挑戰，能有效促進學生學科能力的發展和素養的形成。

1.3? 項目教學目標

（1）通過探究溫度、壓強、水醇比的討論探究反應理論適宜條件，培養探究能力;

（2）通過如何選擇合適的催化劑，分析在實際生產中條件選擇，提高解決實際問題的能力;

（3）通過在真實情景中的探究活動，進行多角度思考、基于證據的科學推理，形成運用熱力學、動力學和工程思想系統解決問題的思維模型。

2? 項目式任務及教學流程

2.1? 項目設計思路

“能從多角度認識化學變化，能基于證據系統推理、分析解決問題，能對生產和生活中的化學問題提出創造性的建議”，這是新課標對當下化學教學的要求[ 2 ]。本節課設計基于上述要求，本著“基于真實情景”這一主線展開。從工業生產中重要原料氫氣的制備引入新課，通過討論、交流、指出現有方法的不足：不環保、能源消耗大。通過探究生物乙醇制備氫氣的可行性討論，讓學生參與運用所學知識綜合分析，解決實際問題的過程。通過項目活動幫助學生建立科學解決問題的基本途徑和方法，培養基于證據系統分析、推理、解決問題能力，從而突破本節課難點。同時讓學生體會科學探究過程中的科學精神，科學方法與工程化思想，使學生了解化學知識在生活中的應用，體會化學對經濟、社會發展的重要貢獻，激發學生學習化學的興趣和熱情。

2.2? 項目教學流程

項目學習包含三個核心環節，即從能量及反應限度的角度思考該反應開發利用的價值;從實際生產的角度思考如何選擇適宜的反應條件;從工程、社會發展的角度形成解決問題的一般思路。按照這樣的想法，為使學生能順利完成學習任務，設計教學流程如表1所示。

2.3? 項目實施

項目實施以【學習活動】為例，學生在前面的復習中學習反應自發性的判斷、平衡和速率的影響因素，對反應有一定的認知基礎，且經過前一階段的復習，積累了綜合分析問題，解決問題的知識儲備。學習活動具體實施過程如下。

【學習活動】：從熱力學角度分析“乙醇與水反應制備氫氣”的可行性。

【思考討論】工業制備氫氣有哪些方法？傳統的這些方法有哪些不足。

【歸納總結】（1）水煤氣法：C+2H2O=CO2+2H2 ，煤炭是不可再生資源。

（2）電解水法：2H2O=2H2+O2，電解得到100克氫氣耗電5.62kWh，耗能大。

【問題Ⅰ】從熱力學的角度分析乙醇、水蒸氣制氫氣的反應趨勢。

【交流研討】計算乙醇與水反應制備氫氣的反應熱，依據乙醇和氫氣的燃燒熱計算可得：

C2H5OH（g）+3H2O（g）=2CO2 （g）+6H2（g），ΔH=+225.6kJ·mol-1 ，ΔH﹥0，ΔS﹥0? ?。

【結論】計算所得該反應是吸熱反應，并且反應的熵是增加的，所以升溫有利于反應朝自發方向進行。

【問題Ⅱ】從熱力學的角度分析乙醇、水蒸氣制氫氣的平衡常數。

依據C2H5OH（g）+3H2O（g）=2CO2（g）+6H2（g），ΔH=+225.6kJ·mol-1 ， Kp=。

【結論】由于ΔH﹥0，溫度升高，Kp增大。

【問題Ⅲ】從熱力學的角度分析，如何提高乙醇水蒸氣制氫氣的平衡轉化率？（圖中xi為各物質在體系中的百分含量）

【結論】從圖1可知，常壓下，水醇比一定時，溫度越高，平衡轉化率越高，但生產實際中從能耗的角度考慮選擇700～800K。從圖2可知，常壓下，相同溫度下，水醇比越大，乙醇的平衡轉化率越高，但水醇比為1：8以后轉化率增加就不顯著了，所以生產中一般選擇水醇比為8。

【歸納總結】乙醇和水蒸氣制備氫氣適宜條件的選擇。乙醇和水蒸氣制備氫氣是個體積增加的反應，雖然減壓有利于平衡正向移動，但減壓造成的濃度降低又會減低單位時間內的產率，所以生產實際中通常選擇常壓生產。所以，對于乙醇和水蒸氣制備氫氣適宜條件的選擇，必須綜合上述多個因素，多角度進行思考，綜合分析后做出合理選擇。

3? 總結

項目式教學通過一系列驅動性任務，促使學生運用核心知識解決問題。面對從真實情境中凝練出來的若干問題，運用學科知識從多角度進行思考，實現復習課中“能力外顯化、知識結構化、解決問題思路化”的功能。從而有效提高高三復習效率，提升學生在復雜環境下分析問題、解決問題的學科關鍵能力。微項目的開發可以基于新聞如里約奧運會泳池水變綠了引發消毒劑的討論，也可以源自對實驗異常現象的探究，或者源于試題、最新科研論文等。當然，困擾一線教師的是，開發一個項目耗時長，查資料、做實驗、討論教學設計都要耗費大量的精力和時間，客觀上增大老師開發的難度，降低老師開發的意愿。

參考文獻：

[1]楊宇，馬建新.乙醇水蒸汽重整制氫反應條件的優化[J].華東理工大學學報：自然科學版，2006，32（9）：1081-1085.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.