基于核心素養的化學教學課例探究

鄔宗炯 盧文杰 石明昊

化學反應速率，是指在一定條件下反應物轉化成生成物的快慢程度。在“影響化學反應速率的因素”教學中，學生能通過實驗感知化學反應的快慢，尤其是明白使用催化劑對化學反應速率的影響原理，并能夠學會通過實驗探究選擇最理想的催化劑，這需要教師在課堂教學中注重培養學生的化學核心素養。本文以探究催化劑對化學反應速率的影響為例，進行基于核心素養的化學教學課例研究。

物質、結構和反應是中學化學課程內容的三大主題。化學反應速率對學生深入理解化學反應特點、反應進程和反應的限度都有非常重要的意義。普通高中化學課程標準明確指出：通過實驗探究，了解催化劑對化學反應速率的影響，知道化學反應是有歷程的，認識基元反應活化能對化學反應速率的影響，認識化學反應速率的調控在生產、生活和科學研究中的重要意義，知道催化劑可以改變反應歷程，對調控化學反應速率有重要意義。

因此，在教學中以實驗探究催化劑對化學反應速率的影響是本課例的重點，引導學生通過實驗探究學會選擇合適的催化劑，并在教學中滲透反應歷程的基本思想，有助于學生理解掌握催化劑影響化學反應速率的原理。

一、趣味實驗導入新課

實驗1：將方糖放入燃燒匙加熱，方糖溶化但不燃燒，另取一塊方糖，加入少許煙灰，加熱，方糖燃燒。

學生通過完成趣味實驗，激發了學習興趣，同時也對煙灰在糖的燃燒中所起的作用產生了探究欲望，教師可以順利導入本節課——催化劑對化學反應速率的影響。

二、數字化實驗探究不同催化劑對H2O2分解速率的影響

【實驗儀器】數字化實驗軟件，氧氣傳感器，錐形瓶，膠頭滴管，藥匙。

【實驗藥品】5%H2O2溶液，0.5 mol/L FeCl3溶液，0.5 mol/L CuSO4溶液，MnO2粉末。

【實驗步驟】

1.取3支錐形瓶，分別向錐形瓶中量取10 mL 5% H2O2溶液。

2.分別向錐形瓶中加入5滴0.5 mol/L的CuSO4溶液、0.5 mol/L FeCl3溶液和少量MnO2粉末，用氧傳感器測定約90s內錐形瓶中氧氣的百分含量，并繪制氧氣百分含量與反應時間的關系圖。

學生通過實驗，可以直觀地觀察對比不同催化劑對化學反應速率的影響，同時通過繪制氧氣百分含量與反應時間的關系圖，從數據角度得出結論。

本實驗的設計意圖首先在于探究不同催化劑對雙氧水分解速率的影響，讓學生認識不同催化劑的催化效果差異，培養學生的實驗探究能力和證據推理意識，為后續探究催化劑影響化學反應速率的原理做鋪墊。讓學生自己提出有意義的問題，并對問題進行分析討論、探究后最終解決問題，可以培養學生的科學研究和創新意識，讓他們勤于實踐，善于合作，敢于質疑，勇于創新。

三、巧用“有效碰撞理論”解釋問題

教師引導學生就不同催化劑對雙氧水催化效果的差異進行討論，指導學生結合教材序言部分的有效碰撞理論解釋。學生對催化劑催化雙氧水分解畫出能壘圖，教師結合學生分析給出標準能壘圖并指導學生理解催化劑的催化機理。學生通過討論，學會依據實驗探究結果，選擇合適的催化劑。

本環節設計意圖是讓學生分析歸納構建理論聯系實際的模型，通過對有效碰撞理論的理解，建立宏觀辨識與微觀探析的辯證關系，通過能壘圖學會用化學用語表達化學反應的歷程，并通過對催化劑的選擇，知道調控化學反應速率對工業生產、生活和科學研究的意義。

四、精選練習，反饋評價

練習1：中國科學院大連化物所“CO2催化轉化為CO的研究”獲得新成果。下圖為使用不同催化劑（NiPc和CoPc）時轉化過程中的能量變化，下列說法不合理的是（ ）。

A.轉化過程中有極性鍵形成

B.·CO2經氧化反應得到·COOH

C.吸附在NiPc或CoPc表面帶有相同基團的物種其能量不同

D.該研究成果將有利于緩解溫室效應并解決能源轉化問題

練習2：對于反應2N2O5（g）→4NO2（g）+O2（g），反應歷程如下。

第一步：N2O5？葑NO3+NO2 快速平衡

第二步：NO2+NO3→NO+NO2+O2 慢反應

第三步：NO+NO3→2NO2 快反應

其中可近似認為第二步反應不影響第一步的平衡，下列表述正確的有（ ）。

A.v（第一步的逆反應）>v（第二步反應）

B.反應的中間產物只有NO3

C.第二步中NO2與NO3的碰撞僅部分有效

D.第三步反應活化能較高

通過兩個典型練習評價，結果顯示學生基本能識別能壘圖，并通過分析得出正確結論，只有少數學生對第二題的雙選漏選A。學生初步理解了催化劑對化學反應速率的影響，并建立能壘圖的模型，能識別反應歷程和過渡態，能對相關問題進行分析和判斷，達成了核心素養的基本要求。

影響化學反應速率的因素是中學化學原理教學的重要組成部分，本課例在化學核心素養的引領下，創設教學情境，設計探究實驗，引導學生從宏觀和微觀的視角認識化學反應速率的快慢，發展學生的宏觀辨識與微觀探析的核心素養;引入數字化實驗，讓學生通過實驗探究提出有價值的問題，并能夠設計方案最終解決問題，培養了學生對復雜化學問題的分析和解決能力，培養證據推理意識，發展學生的科學探究與創新意識的核心素養。這可以讓學生從實驗探究上升到理論分析，再到科學表達，對學生學習化學反應原理核心概念的模型建構產生深遠的影響，同時彰顯化學學科價值，激發學生的社會責任感和使命感。

（本文系2019年度河南省基礎教育教學研究課題“基于核心素養的高中化學教學設計與課例研究”階段性研究成果，課題編號：JCJYC19071804）

（責 編 莫 荻）