核心素養視域下高中化學中“化學反應速率與化學平衡”主題的基本課程問題探析

黃鳴春 張彥婷

摘要：“化學反應速率與化學平衡”是高中化學課程的重要內容。以1978年改革開放以來的5版高中化學課程標準/教? 學大綱及人民教育出版社出版的5版高中化學教科書作為研究對象，采用內容分析法，梳理“化學反應速率與化學平衡”內容的選取、組織與呈現問題。研究發現：高中化學課程中“化學反應速率與化學平衡”的內容選取深廣度有所提升，主要體現在一級概念下位的概念和原理的精度上，相應的活動和素材更加豐富。內容組織逐步形成穩定的結構。內容呈現方式逐步豐富多樣化。

關鍵詞：高中化學;化學反應速率與化學平衡;課程問題

文章編號：1008-0546（2022）05-0002-06中圖分類號：G632.41文獻標識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.001

一、問題提出

“化學反應速率與化學平衡”是我國高中化學的重要內容，屬于化學反應原理范疇。我們在研究一個化學反應時，必然要關注兩方面的問題：一是反應的快慢，涉及反應速率;二是反應的趨勢和限度，涉及反應方向和化學平衡，這就構成了“化學反應速率與化學平衡”的內容。

通過以“反應速率、化學平衡、反應限度”為主題，分別選定《化學教育》《化學教學》期刊，進行檢索并在結果中再次以“教材”為主題進一步檢索，發現目前文獻中對“化學反應速率與化學平衡”的課程內容研究主要有四個方面：一是教科書中“化學反應速率與化學平衡”相關內容辨析和釋疑[1-8];二是不同教科書中“化學反應速率與化學平衡”內容比較[9-12];三是國外教科書中“化學反應速率與化學平衡”相關內容推介與分析[13-14];四是教科書中“化學反應速率與化學平衡”的教學分析[15]。

已有文獻立足于核心素養視域，即關聯知識、活動、素材三角度，基于我國高中化學課程內容縱向變遷來探析化學反應速率與化學平衡主題的基本課程問題的研究較少，本文旨在對改革開放以來我國高中化學課程中“化學反應速率與化學平衡”內容的選取、組織和呈現進行初步的探討。

二、分析框架

“化學反應速率與化學平衡”在高中化學課程中包括化學反應速率、化學反應限度與平衡、化學反應的方向和化學反應的調控四方面，本研究針對這四個方面，基于學生核心素養培養的視角，從知識、活動、素材的角度對內容的選取、組織、呈現進行分析，分析框架見圖1。

三、研究對象與方法

研究對象為1978～2020年高中化學課程標準/教學大綱及相應人民教育出版社出版的高中化學教科書中的“化學反應速率與化學平衡”內容，涉及的高中化學課程標準/教學大綱及對應教科書見表1[16-25]，在后文中以年份表示課程標準/教學大綱和教科書。研? 究方法采用內容分析法。

四、研究結果

1.歷年課程標準/教學大綱中“化學反應速率與化學平衡”內容的變遷主要體現在內容要求和實驗要求的精細化程度，以及知識選取的刪減和新增情況。

（1）課程標準/教學大綱中“化學反應速率與化學平衡”內容要求日益精細。

1978年、1983年和1994年只是對概念的羅列，并沒有明確提出對內容的要求，如“化學反應速度”;2003年和2020年提出了具體的內容要求，且2020年更加精細，如“通過實驗認識化學反應的速率（2003年）”“知道化學反應平均速率的表示方法，通過實驗探究影響化學反應速率的因素（2020年）”;1978年、1983年和1994年“化學反應速率與化學平衡”沒有區分必修階段和選修階段，2003年區分了必修階段和選修階段，2020年區分為必修階段和選擇性必修階段。

（2）課程標準/教學大綱中“化學反應速率與化學平衡”實驗要求日益精細。

改革開放以來，高中化學課程標準/教學大綱在“化學反應速率與化學平衡”中提及的實驗，都是針對“影響化學反應速率的因素”和“影響化學平衡的因素”。1978年、1983年和1994年將這兩個實驗規定為學生實驗，但是沒有對實驗內容提出具體的建議;2003年沒有將其規定為學生實驗，但在活動探究建議部分對實驗內容提出了較具體的建議;2020年既將其規定為學生必做實驗，又對實驗內容提出了具體的建議。

（3）課程標準/教學大綱中“化學反應速率與化學平衡”知識選取總體增加。

改革開放以來，高中化學課程標準/教學大綱在“化學反應速率與化學平衡”中知識選取的變遷如下：

①對于“化學反應速率”，1978年到2020年都對化學反應速率及其影響因素提出了要求;除1994年外，其他版本都要求學生認識活化能對化學反應速率的影響，1978年還介紹了催化原理，2020年新增了基元反應;

②對于“化學反應限度與平衡”，1978年到2020年都對化學平衡及其影響因素提出了要求;除1994年外，其他版本都對化學平衡常數提出了要求;2007年要求學生能利用化學平衡常數計算反應物的轉化率，其他版本并沒有這一要求;1978年、1983年和1994年并未對化學平衡影響因素的解釋提出要求，2003年要求學生用相關理論解釋，2020年明確要求學生用濃度商和化學平衡常數的相對大小來解釋;

③對于“化學反應的方向”，1978年、1983年和1994年并未涉及，是2003年和2020年新增的部分，2003年要求學生用焓變和熵變說明化學反應的方向，而2020年只要求學生知道化學反應方向與焓變和熵變有關，要求程度有所降低;

④對于“化學反應的調控”，1978年、1983年和1994年要求學生應用化學反應速度和化學平衡原理選擇合成氨的適宜條件并了解其工業流程，2003年和2017年只要求學生認識化學反應速率和化學平衡的調控在生活、生產和科學研究領域中的重要作用，對合成氨工業并未做具體要求。

2.教科書中“化學反應速率與化學平衡”中一級概念下位的概念和原理精度進一步提升，相應的活動和素材選取更加豐富;逐步形成穩定的內容組織結構;內容呈現也不斷豐富。

（1）教科書中“化學反應速率與化學平衡”知識選取深廣度呈現提升的趨勢。

改革開放以來，高中化學教科書中“化學反應速率與化學平衡”在知識選取上一直不變的有：化學反應速率文字表達、影響化學反應速率的因素、可逆反應、化學平衡狀態、影響化學平衡的因素、勒夏特列原理和選擇反應的適宜條件。對主要變化進行詳細闡述如下：

①化學反應速率表達方式日益精細。

對于“化學反應速率”這一概念，我國高中化學教科書在表達方式上存在明顯的進階，1979年和1984年只是用文字來表達“化學反應速率”這一概念，單位也是用文字來表示的;1995年把“化學反應速率”的單位由文字表達更換成了符號形式;2007年開始用公式來表達“化學反應速率”這一概念，但是并未區分反應物和生成物的化學反應速率的正負;2019年不僅區分了反應物和生成物的化學反應速率的正負，而且提出了參與反應的各物質的化學反應速率之間的關系及符號表達式。在這一變遷過程中，教科書對“化學反應速率”的表達越來越精確，說明高中化學課程對“化學反應速率”的要求越來越高，越來越注重科學表達和科學計算。

②對各因素影響化學反應速率的機理解釋日益完善。

我國高中化學教科書在解釋“化學反應速率影響因素”的影響機理時，也存在一定的進階。1979年和??? 1984年只用“有效碰撞”“活化分子”“活化能”來解釋溫度和催化劑影響化學反應速率的機理;2007年還用“活化分子”和“有效碰撞”來解釋濃度對化學反應速率的影響機理;2019年新增了“基元反應”，并用“基元反應”“有效碰撞”“活化分子”和“活化能”來解釋所有因素的影響機理。在這一變遷過程中，教科書對“化學反應速率影響因素”機理的解釋越來越全面和精細，說明高中化學課程對化學反應速率影響因素機理的解釋日益完善。

③判斷化學平衡移動的原理或方法更加全面。

從1979年到2007年，教科書中只提供了一條化學平衡移動原理，即勒夏特列原理，這是一條經驗規律，且具有一定的局限性。2019年新增了一種判斷化學平衡移動的方法，即利用濃度商Q 和平衡常數K 的相對大小來判斷化學平衡移動的方向，精確的數據計算比純理論的推斷更具有說服力，且適用范圍更廣，體現了化學作為一門科學的嚴謹性和發展性。

④新增化學反應方向的判斷。

1979年、1984年和1995年并沒有提到如何判斷化學反應的方向，2007年和2019年增加了“化學反應的方向”這一內容，這一內容的增加不僅符合學科邏輯，使《化學反應原理》更加完善，而且符合學生的認知發展。研究一個化學反應時，只知道化學反應速率是不夠的，必須還知道反應進行的方向，才能判斷出這個反應的終態。在“化學反應的方向”的內容中，還補充了“熵變”的概念，也是對高中化學課程內容的豐富。

⑤合成氨工業適宜條件的選取先刪后加，合成氨工業簡述被刪減。

1979年、1984年和1995年除了介紹工業合成氨適宜條件的選擇外，還簡述了合成氨的工業流程，2007年將這部分內容完全刪減，2019年重新加入了工業合成氨適宜條件的選擇，且對工業合成氨適宜條件的介紹更加精確。然而這并不是一次簡單的回歸，這一內容對應的節標題由“合成氨工業”變化為“化學反應的調控”，這意味著從2019年開始，合成氨工業在教科書中只是幫助學生理解“化學反應調控”的手段，而非教學的最終目的，這一變化對學生理解化學反應速率和化學平衡的應用價值提出了要求，而弱化了對合成氨工業適宜條件的記憶;與此同時，合成氨工業簡述并未被恢復，與前一討論相呼應，應該是為了減輕學生學習和記憶的負擔，更注重學生核心素養的發展。

（2）教科書中“化學反應速率與化學平衡”活動逐漸多樣，實驗活動的探究性和思路方法正在凸顯。

改革開放以來，教科書中“化學反應速率與化學平衡”的活動數量有所增加，活動類型逐漸多樣，且主要集中在“化學反應速率”和“化學平衡”部分。活動可被劃分為實驗類活動和思考類活動，其中實驗類活動較多。因此對“化學反應速率”和“化學平衡”的實驗類活動進一步展開分析。

①“化學反應速率”實驗類活動有一定調整。

改革開放以來，高中化學教科書中“化學反應速率影響因素”都沒有通過實驗探究“壓強對化學反應速率的影響”;2007年選修涉及了“測定化學反應速率的實驗”，而其他教科書都沒有，且2007年實驗活動涉及的化學反應數量最多;2019年必修和選擇性必修均設計了綜合實驗來探究“影響化學反應速率的因素”，且都有要求學生自行設計實驗，對學生的要求有明顯提高。

教科書中“化學反應速率影響因素”的實驗都選用了“Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S ↓+SO2↑+H2O”和“H2O2=2H2O+O2↑”這兩個反應，不同之處在于1979年到2007年 H2O2分解反應采用的催化劑都是MnO2，而2019年則改用FeCl3溶液。此外，2007年還涉及了“Zn+2H+=Zn2++H2↑”和“2KMnO4+5H2C2O4+ 3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+ 10CO2↑+8H2O”兩個反應，實驗活動更多，但也都是為了探究化學反應速率的影響因素。

②“化學平衡影響因素”實驗類活動基本沒有變化，但細節部分有所改動。

在探究濃度對化學平衡的影響時，教科書都選取了“FeCl3+3KSCN?? Fe（SCN）3+3KCl”這一反應，在探究壓強、溫度對化學平衡的影響時，都選取了“2NO2????? N2O4”這一反應;但在探究濃度對化學平衡的影響時，為改變 FeCl3溶液的濃度，2019年將滴加FeCl3溶液改為加入鐵粉，是更加精確的控制變量法，對學生認知水平的要求有所提高。此外，2007年和2019年都只在選修/選擇性必修中通過實驗探究了“化學平衡影響因素”;2007年選修設置了2個實驗來探究濃度對化學平衡的影響，但刪減了壓強對化學平衡的影響的實驗。

（3）教科書中“化學反應速率與化學平衡”素材類型有所增加，數量上無明顯變化。

高中化學教科書中素材的選取可以被分為自然界、生產生活、實驗室、微觀模型和化學史五種類型，前三種是從不同領域中獲得的宏觀經驗，第四種是為了幫助學生理解而構建的微觀示意圖或結構圖，第五種是從化學學科發展的歷史出發，幫助學生建立化學概念和科學態度。本文中討論的實驗室素材是除實驗類活動所涉及反應之外的補充反應。

①“化學反應速率”素材內容有增有減，新增化學史素材。

對改革開放以來高中化學教科書中“化學反應速率”部分的素材選取進行歸類，見表2。

根據上表，可以發現：改革開放以來高中化學教科書在“化學反應速率”中，自然界、生產生活和微觀模型類素材的選取存在刪減和新增的反復，但總體來看變化不明顯;2007年和2019年除了實驗活動涉及的反應外，沒有補充其他實驗室素材;2007年和2019年新增了化學史素材，使教科書內容更加豐富。

②“化學平衡”素材內容有增有減，新增微觀模型和化學史素材。

對改革開放以來高中化學教科書中“化學平衡”部分的素材選取進行歸類，見表3。

根據上表，可以發現：改革開放以來高中化學教科書在“化學平衡”中，沒有選取自然界素材;生產生活素材只有1個，在2007年被刪減;2007年和2019年加入了兩個化學史素材;2019年加入了1個微觀模型素材;實驗室素材最多，但存在刪減和新增的反復，總體來看，最主要的變化是2019年刪減了“固體溶解平衡/飽和溶液”這一素材。總體來看，改革開放以來高中化學教科書在“化學反應速率與化學平衡”中的素材在類型有所增加，在數量上無明顯變化。

（4）教科書中“化學反應速率與化學平衡”內容組織逐步完善。

改革開放以來，高中化學教科書中在“化學反應速率與化學平衡”中有較為穩定的組織邏輯，圖2表現了不同年代教科書中“化學反應速率與化學平衡”的組織結構，由于2007年和2019年分為必修和選修/選擇性必修階段，且選修/選擇性必修階段內容更加全面，與之前年代的教科書內容相似度更高，因此選擇選修/選擇性必修階段來繪制“化學反應速率與化學平衡”的組織結構圖。

從上圖可以看出，教科書中不變的邏輯是“化學反應速率”→“影響化學反應速率的因素”→“化學平衡狀態”→“影響化學平衡的因素”。1995年刪減了“化學平衡常數”，2007年和2019年均加入了“化學平衡常數”;2007年把“可逆反應與不可逆反應”作為一個獨立的節下標題來對待，而不只是在“化學平衡”中提及;2007年和2019年新增了“化學反應的方向”，而刪減了“工業合成氨簡述”;2007年選修刪減了“化學反應的調控/選擇工業合成氨的適宜條件”，2007年必修介紹了“化學反應的調控”，但是以“煤的燃燒”而不是“工業合成氨”為例。

目前人教版教科書中逐步形成的穩定組織結構如圖3所示。

（5）教科書中“化學反應速率與化學平衡”內容呈現日益豐富。

改革開放以來，教科書中“化學反應速率與化學平衡”的內容呈現的豐富程度顯著增大。1979年和1984年只通過正文、實驗、圖片和表格來呈現內容;1995年只增加了一個討論活動;2007年和2019年內容呈現方式出現多樣化，除了固有的正文、圖片、表格和實驗，還增加了豐富的活動和素材，主要以欄目的形式存在，包括思考與討論、科學視野、科學史話、STS 欄目等。活動促使學生思考和探究，素材幫助學生理解和創新，這些呈現方式的增加，無疑會給我們的化學教學提供更可靠的輔助。

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