提升思維素養的化學課研究

龔磊

一、問題提出

圖像題以化學知識為內容載體，以圖形為形式載體，可較好地考查學生接受、吸收、整合化學信息的能力，備受命題者青睞。平衡圖像是指將化學平衡相關原理應用于一定條件下的可逆反應，借助變量間的制約以二維圖的形式來反映產率、產量、轉化率與各種因素的關系。平衡圖像具有直觀、簡潔、明了的特點，是化學反應速率和平衡部分的重要題型，可以全面考查各種條件對化學反應的影響，其中的U形圖以拐點為分界，兩邊呈現出不同的變化趨勢，更加注重對綜合應用能力、分析判斷能力等思維素養的考查。高三一輪復習后，學生已具備一定的圖像分析能力，但面對錯綜復雜的影響因素時，學生仍不能靈活運用所學知識解決問題，尤其在多因素影響反應速率與反應平衡的情境中更是束手無策。為此，本文通過化學平衡圖像專題復習課進行試探性的研究。

二、思路設計

我嘗試發揮典型例題的作用，通過分析不同類型的平衡圖像題的思維模型，通過圖像幫助學生化抽象為直觀，化復雜為簡單，從而使學生能從圖像中理解概念，從圖像中獲取信息并尋找解決問題的突破口，形成自己的思維模型。教學中設計五個環節，通過分析高考圖像題的命題特點、剖析不同因素對平衡影響的分析思路、提煉該題型的思維模型與反饋練習，層層遞進設疑，依次拓展圖像的表征形式，深度剖析反應過程與原理，發展學生的思維素養。本節課的教學目標為：1.本節課以U形圖為專題，復習不同因素對化學速率和平衡的影響，讓學生學會從單因素與多因素影響速率與平衡的角度分析圖像問題;2.突出圖像的工具性，提高學生接受、吸收、整合化學信息的能力;3.促進學生豐富認識模型并提高認知水平，從而提高學生的解題能力與思維素養。

三、教學過程

（一）分析高考題型特點

通過分析近年的高考試題，發現題目的情境素材往往為相關物理量（如轉化率、產率、體積分數、濃度）隨時間或溫度的變化曲線。問題角度聚焦在速率與平衡兩個維度。本專題就從這個圖像出發，來剖析不同因素作用于平衡圖像時的思維模型。

（二）剖析單因素的影響作用

1.在催化劑 A 的作用下經過相同時間，脫氮率隨反應溫度的變化情況如圖2所示，據圖可知，在相同的時間內，300℃之前之后，脫氮率變化趨勢相反（催化劑未失效），其可能的原因是？

2.請在圖2中補充在催化劑 B 作用下脫氮率隨溫度變化的曲線。

設計意圖：外界因素改變，速率和平衡都可能發生改變，學生往往容易將速率和平衡混為一談，不能辯證分析速率理論和平衡理論的本質區別，不能從實際出發將速率或平衡問題獨立分析判斷，造成解決問題困難。例如，反應的轉化率或者產率隨溫度發生變化的圖像，用速率理論還是平衡理論去分析，學生常常犯難。

本環節通過第一題引導學生思考、辨別、領悟，形成思考的思維模型：速率理論適用于反應的整個過程，而平衡理論只適用于達到平衡的可逆反應。引導學生建立反應的轉化率或者產率隨溫度發生變化的圖像的分析思路：達到平衡以前，應用速率理論，溫度越高，速率越快，產率或轉化率越高;達到平衡以后，應用平衡理論，溫度升高，平衡向吸熱方向移動。

（三）分析多因素的影響作用

[第二題]以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈（C₃H₃N）和副產物丙烯醛（C₃H₄O）的熱化學方程式如下：①C₃H₆（g） + NH₃（g）+O₂（g）=C₃H₃N（g） +3H₂O（g）? ? ?ΔH=-515 kJ·mol^-1②C₃H₆（g）+O₂（g）=C₃H₄O（g） +H₂O（g）? ? ΔH =-353 kJ·mol^-1

圖3為丙烯腈產率與反應溫度的關系曲線，最高產率對應的溫度為460℃。高于460℃時，丙烯腈產率降低的可能原因是什么？

學生丙：從平衡的角度：放熱反應，溫度升高，平衡向逆向移動，所以產率降低;從速率的角度：副反應增多。

教師提問：催化劑、副反應也屬于從速率的角度解釋原因，因為平衡的時候不管有沒有催化劑與副反應，反應程度都是不變的;那為什么要從這兩個角度思考呢？從哪些信息看出來？如果把產率換成平衡產率，又怎么作答？

學生們紛紛陷入沉思，分析后得出：平衡產率只能從平衡理論的角度去作答

教師：本題改編自全國卷，近幾年的高考題，縱坐標一般是產率，而非平衡產率，產率和平衡產率是有差別的，這就要求同學們特別注意，需不需要從速率和平衡兩個角度來考慮問題。

設計意圖：在速率平衡圖像中，如果涉及幾個因素，學生不僅需要具備有關速率和平衡理論的基礎知識，還需要全面分析問題，透過紛繁的現象，發現問題的本質，才能獲得問題的正確答案。經歷以上的分析，同學們對溫度既影響速率又影響平衡有了較全面的認識和理解，對催化劑不影響平衡，但影響速率從而影響達到平衡的時間也有了更加深刻的認識。

（四）總結平衡圖像題的思維模型

學生在教師在引導下總結思維模型：1.從反應原理的角度：確定自變量（溫度、濃度、壓強、催化劑等），針對不同情況，確定用速率或平衡理論分析;2.答題方向：速率的角度：催化劑、副反應、溫度、濃度等;平衡的角度：僅溫度與濃度（壓強本質上是影響濃度）。

四、教學反思

（一）創立情境，提升素養。本節課筆者以U形圖為例，分別從單因素與多因素影響速率與平衡的角度分析了不同類型的平衡圖像題的解題方法，取得了較好的反響，通過這次實踐筆者了解到教師在引導學生思考和解決問題時不僅要善于求同，而且要善于求異，更要善于獨立思考，同時同學們通過這節課也進一步提升了思維素養。

（二）精設問題，激發興趣。本節課以問題為驅動，激發了學生思考欲望，課后筆者還留下了一個疑問讓學生課后思考，讓同學們根據具體情況的需要和變化，及時提出符合實際解決問題的方法，有利于提高學生解決復雜的、陌生情境的問題的能力。

（三）總結模型，錘煉知識。本節課及時總結了解決此類問題的思維模型，豐富了學生的認識模型，不過思維素養提升不是一蹴而就事情，這需要教師多次和反復實踐，讓同學們不斷積累知識，運用模型，不斷提高。

責任編輯 徐國堅