“情境創設，任務驅動”的高三化學專題復習課教學設計

張玉娟

摘要：基于《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》，遵循高考命題原則、評價思路，以“化學平衡常數”為學習主題，闡釋了基于“情境創設、任務驅動”模式的高三專題復習課教學設計，提升了學生的化學學科能力，發展了學生的化學核心素養。

關鍵詞：高三專題復習;化學核心素養;化學平衡常數

文章編號：1008-0546（2021）09-0061-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.016

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出，“真實、具體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要載體。化學教學設計和實施中，創設基于真實情境的問題解決任務，將核心知識與情境、活動和問題解決融為一體，注重學生自主建構、問題解決，以促進學生化學學習方式的轉變，使學生在解決問題的活動中可逐步發展化學學科核心素養”[1]。

“專題式復習”以生為本，將知識結構化、系統化和綜合化，學習情境為學生營造化學學習的氛圍，正是通過這樣的學習氛圍，使學生產生積極、主動學習的心向;化學學習任務解決“學什么”的問題，學習任務比學習內容更具有可操作性，更能激發學生的學習興趣，激勵和驅動學生的思考，有效地促進學生化學學科核心素養的發展。

化學平衡常數是對化學反應限度的描述，在判斷平衡狀態、反應方向，分析預測平衡移動方向具有重要的功能價值[2]，在近三年的全國高考中均占有一定比重。試題多以圖像和信息的形式呈現，涉及化學平衡常數的計算、等效平衡等內容，難度較大。如何在高三復習課中圍繞“化學平衡常數”專題，巧妙設置學習情境和任務，有效梳理、歸納、提煉，幫助學生總結規律、突破難點、提升能力與素養，筆者以自己執教的江蘇省名師空中課堂高三專題復習錄像課為例，加以闡釋。

一、教學設計思路和目標

1.教學設計思路

通過比較新舊課標中有關化學平衡常數的內容標準（如表1所示），新課標反映了現代化學正在逐步走向定量化的特征。

用化學平衡常數定量描述化學反應進行的限度，以化學平衡常數為核心，利用Qc與K的關系，定量分析反應條件對化學平衡的影響;在實際生產中，常使用反應物的轉化率來定量表示化學反應的限度，人們可以在反應限度允許的前提下盡可能地讓化學反應向人們需要的方向進行，故而本節課以“工業合成氨”為情境，以化學平衡常數為理論基礎，分析溫度、壓強、濃度等外界條件因素對化學平衡的影響，引導學生基于定量視角分析和解決問題，發展學生的證據推理能力。

2.教學目標

通過從定量的角度對工業合成氨中達到高轉化率的交流研討，說明影響化學平衡的因素，提出有效控制反應條件的措施，培養“證據推理與模型認知”等學科核心素養。

二、教學過程

1.創設情境，引發思考

[創設情境]N2+3H2

2NH3，合成氨技術的發明使工業化人工固氮成為現實，實現了人類“向空氣要面包”的愿望。我國在合成氨的技術上也不斷創新和突破，希望實現生產效率（單位時間內的轉化率）的最大化。

[提出問題]以熱力學數據平衡常數K作為理論基礎，試著分析溫度、壓強、濃度等外界反應條件對合成氨反應的平衡轉化率的影響。

設計意圖：化學平衡常數是平衡理論體系的核心知識，在促進學生對于化學平衡狀態、反應限度以及平衡移動規律的理解，提升學生應用平衡移動規律分析解決問題的能力方面具有重要價值[2]。選擇合成氨工業作為教學情境，嘗試用化學平衡的觀點理解工業生產條件。

2.通過分析溫度、壓強對化學平衡影響，構建解決圖像題模型

[任務一]合成氨反應是一個可逆反應：N2+3H2

2NH3 △H=-92.4kJ·mol-1。請解釋為什么降低溫度、增大壓強有利于氨的合成？

[資料]25℃時合成氨反應的平衡常數為4.1×106，450℃時合成氨反應的平衡常數為1。

[學生]討論交流，推導過程（如表2所示）。

[歸納]化學平衡常數是定量地描述化學反應限度的物理量。K受溫度的影響，通過定量地比較濃度商與平衡常數間的關系，可判斷化學平衡移動的方向。

[提問]圖1是在不同反應溫度、壓強下反應達到平衡時，平衡混合物中氨的含量測定結果，試著說一說這幅圖的含義。

[學生]小組討論，回答交流，發現工業實際生產測定結果與上述理論分析結果一致。

[建模]構建解決圖像題的模型（圖2）：

[提問]我國合成氨廠一般選用的合成氨條件為：壓強為20～50Mpa、溫度在500℃左右。

[學生]思考，說出想法：高壓條件對設備提出了苛刻的要求，而反應溫度的降低勢必延長達到化學平衡的時間，致使生產效率降低。

設計意圖：化學圖像中蘊含著許多重要的化學反應原理信息，學生必須要準確地讀出并能夠進行有效加工處理。面對形式多樣、越來越抽象綜合的圖像題，教師要引導學生建構認知模型，運用整體思維、有序思維和批判性思維來解答化學反應原理類圖像題。

3.通過分析濃度對化學平衡影響，構建解決等效平衡題模型

[任務二]從濃度的角度又如何提高合成氨反應的平衡轉化率呢？已知：N2+3H2

2NH3，45℃時，反應的K=1。恒溫恒容密閉容器中，c（N2）=1mol·L-1，c（H2）=3mol·L-1開始投料，達到平衡時，N2和H2的轉化率是多少？（列式，用計算器計算）

[學生]根據化學平衡常數K進行計算：

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）

起始（mol·L-1） 1 3

0

變化（mol·L-1） x 3x

2x

平衡（ mol·L-1）1-x 3-3x

2x

K=

=1 x=0.54

α（N2）=α（H2）=54%

[提問]可見，從合成塔出來的混合氣中還有相當大的一部分是沒有反應的氮氣和氫氣。你知道如何將這部分的氮氣和氫氣利用起來呢？

[學生]將氨從混合氣中分離出來，余下的氮氣和氫氣重新進入合成塔反應。

設計意圖：有關化學平衡常數的簡單計算，通常采用“三段式”格式。通過計算化學平衡常數有關計算和數據結果分析，可以使同學們對改變濃度影響化學平衡移動有更深刻的認識，進而為之后從定量的角度認識“等效平衡”的教學埋下伏筆。

[任務三]不同的投料方式對合成氨反應的平衡狀態影響如何呢？已知：N2+3H2

2NH3，45℃時，反應的K=1。在一組容積相同的恒容密閉容器中按不同方式投入反應物（如表3所示）。保持45℃不變，根據投料1和投料2，結合K計算，比較：①c1（NH3）與c2（NH3）;②α1與α2

[學生]剛才已計算出：c1（NH3）=1.08 mol-L-1，α1=54%。 再次根據平衡常數K進行投料2的計算：

N2（g）+ 3H2（g）

2 NH3（g） 起始（mol.L-1） 0 0

2 變化（mol.L-l） x

3x

2x 平衡（mol.L-1） x 3x

2-2x K=

x=0.46

因此C2（NH3） =1.08mol·L-1，α2=46%，α1+α2=1。

[追問]如果不計算K，也可以直接判斷兩個平衡狀態之間相關數據量的關系嗎？

[學生]投料1和投料2加入的物質的量濃度相當。

[歸納]相同條件下，同一可逆反應，化學平衡的建立與途徑無關，對于同一可逆反應，當外界條件一定時，該反應無論從正反應開始，還是從逆反應開始，或是從中間狀態開始，只要達到平衡時條件保持不變，加入的物質的量濃度相當，均可達到相同的平衡狀態。

[任務四]已知：N2+3H2

2NH3，450℃時，反應的K=1。在一組容積相同的恒容密閉容器中按不同方式投入反應物（如表4所示）。保持450℃不變，根據投料1和投料3，比較：①2c1（NH3）與c3（NH3）;②α1與α3。

[學生1]仍然可以利用化學平衡常數進行計算，得到C3（ NH3） =2.58mol· L-1，α3=64.5%，與投料1相關量比較得到：C3（NH3）>2c1（NH3），α3> α1。

[學生2]投料3中各物質的物質的量濃度是投料1的兩倍，因此可以看作投料3達到的平衡3相對于投料1達到的平衡1進行了加壓，因此平衡將會正向移動，同樣得到上面結論。

[建模]通過設計虛擬狀態，將虛擬狀態轉變為待研究狀態，可以分析平衡移動過程中物理量變化.可比較不同平衡態（圖3）。

[歸納]對不同的化學平衡態進行比較的方法：①定量的方法：通過化學平衡常數（K）計算出需比較的物理量。②定性的方法：設計虛擬狀態，借助勒夏特列原理判斷。

設計意圖：提到“等效平衡”，往往讓老師和學生為難。對于等效平衡，“等價轉換法”（通過可逆反應的化學計量數之比換算成化學方程式同一邊的物質）和“虛擬狀態法”是從定性角度分析，“化學平衡常數”則是從定量的角度處理化學平衡問題。通過定性和定量的雙重分析，使學生全面深刻地掌握如何比較不同的化學平衡狀態。

三、教學反思

1.情境創設，讓學習者將紙筆試題轉化為真實任務

高三化學總復習時間緊，任務重，教師一般采用教師講，學生練，久而久之，學生會感到枯燥，懈怠。想方設法提供一個有意義的情境可以讓學習者參與到真實任務中，有助于學生對知識結構的理解，提高學生知識遷移應用能力。案例中，以“工業合成氨”反應條件的選擇作為問題情境，從溫度、壓強、濃度等因素有邏輯地展開，逐步地擴展、深入、明晰，將情境、任務和問題解決融為一體，師生合作，在解決真實問題的情境中學生實現了情感、知識和方法的建構[3]。

2.任務驅動，讓學習者將問題突破轉化為求知動力

高三復習教學應該從新授課的如何“教”轉化為如何“學”，讓課堂中問題的預設與生成成為學習的引領。根據最近發展區理論將要解決的大問題分成幾個小任務，讓學生在探究問題、解決問題的過程中，幫助學生將許多零散的知識點串聯起來，使學生的思維變得更加清晰。案例中以反應條件對合成氨反應的平衡轉化率的影響為大問題，分解成以下幾個小任務：①分析改變溫度、壓強如何引起平衡移動，進而引起平衡轉化率的變化，復習勒夏特列原理和化學平衡常數的含義。②觀察平衡混合物中氨的含量與溫度、壓強的關系圖像，通過從圖像中提取證據，分析、推理外界條件對化學平衡的影響。③分別從定量角度和定性角度解釋，改變濃度如何引起平衡轉化率的變化，引導學生體會化學平衡常數、設計虛擬狀態在判斷平衡狀態方面的功能價值。

3.模型建構，讓學習者將零散信息建構為知識體系

高三復習離不開知識點的回顧，但絕不是簡單的知識重現，而是需要將有相關聯的知識進行結構化處理，建立認知模型，并能運用模型解釋化學現象，揭示其中的本質和規律。化學平衡內容理論性強，具有諸多抽象概念，導致學生在本專題學習過程中存在較大障礙。以高考難點化學平衡圖像題和等效平衡題為復習專題，通過問題驅動，不斷討論分析，歸納出基本思路和模式，完成建模，將抽象的知識具體化，復雜的內容簡單化，有助于學生進行知識建構、理解和應用。

4.專題復習，讓學習者將知識體系內化為能力素養

高三復習課堂上，如果對知識講解過于零散，容易讓學生感到學習內容多、前后知識不連貫，無法建立對所學知識的興趣。化學平衡內容比較抽象，因此教學中抓住本部分內容的基本特征——定性分析和定量計算相結合、感性認識與理性分析相結合，充分運用邏輯推理，創設歸納化學平衡的相關原理以及運用原理解決問題的演繹過程，有利于學生對知識的深刻理解及掌握，更有利于學生將所學的知識融會貫通，形成良好的知識結構，培養學生思維的靈活性、深刻性。

四、結語

面對復習量大、時間緊迫的高三復習，學生并非是等待灌輸的容器，教學中應避免以前基礎知識、基本能力面面俱到的復習。化學高考是根據學生解決情境問題的過程與結果，從而分析學生學習化學能力和解決化學問題能力，評價學生在真實的化學問題中，運用學科知識與方法、學科思維，解決化學問題的關鍵能力和必備品格。因此作為教師一定要注重教學方法的改革，提高宏觀和微觀教學設計能力，將高三的復習重點轉向必備知識、關鍵能力、學科素養。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2018

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

[3]楊玉琴，倪娟.從情境素材到教學情境：如何創設富有價值的問題情境[J].化學教學，2020（7）：10-15+22

*本文系江蘇省教育科學“十三五”2020年度重點資助課題“基于深度學習培養學生實驗創新能力的實踐研究”（課題編號：B-a/2020/02/33）的階段性研究成果。