基于“變化觀念與平衡思想”的情境教學設計

田營營 王玉霞

［摘 要］化學學科核心素養的提出要求教師從注重知識傳授向重視學生能力提升轉變。情境教學是培養學生學科核心素養的有效途徑。文章基于“變化觀念與平衡思想”核心素養，以“化學反應限度”為例設計和實施情境教學。

［關鍵詞］情境教學；核心素養；化學反應限度

［中圖分類號］ ? ?G633.8 ? ? ? ? ? ?［文獻標識碼］ ? ?A ? ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2022）20-0060-03

《普通高中化學課程標準（2017年版）》中明確提出化學學科核心素養的五個維度，同時提出“以學科大概念為核心，使課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養的落實”［1］，并設置“情境素材建議”欄目，提供與教材知識相關的情境素材，供教育工作者參考。這充分說明情境在化學學科核心素養落實中不可或缺，是化學教學的構成要素之一［2］。

2017年版課程標準頒布后，以核心素養為導向的情境教學法被賦予了更多的意義。情境教學法可強化學生的學習動機，培養學生的學習能力，提高學生的學習效率；可幫助學生全面了解信息，深化對知識的理解，提高學習成績；能有效挖掘學生的社會經驗，培養學生多角度思考和探索知識的能力，讓學生具備能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格［3］。在實際化學教學中，教師應有目的地引入或創設情境，讓學生在情境中學習，理解教材內容，實現學習目標，并落實核心素養的培養。

“化學反應限度”一節，內容較為抽象，教師應充分挖掘相關情境素材，找到其與教學內容相關的銜接點，有效創設情境，幫助學生理解教材內容，培養學生的“變化觀念與平衡思想”核心素養。本文以“化學反應限度”為例闡述基于“變化觀念與平衡思想”的情境教學設計。

一、教材分析

“化學反應限度”一節主要包括兩個方面內容：可逆反應和化學平衡狀態。該部分知識的學習是在為后期化學平衡常數、影響化學平衡的因素等內容的講授做鋪墊。掌握可逆反應及化學平衡狀態的相關知識，有助于學生“變化觀念與平衡思想”核心素養的培養。這一核心素養不僅是化學學科的重要觀念，是解決化學問題的思維視角，還是對化學反應條件、限度、變化和規律的基本認識［4］。與之前的元素化合物知識相比，“化學反應限度”這一概念的構建過程具有更豐富的核心素養發展價值。

二、教學重難點

“化學反應限度”是一個重要概念，要求學生從可逆的角度理解有關反應，并解釋實驗現象，在充分理解可逆反應的基礎上，進一步學習平衡狀態。而初學化學平衡時，受靜態平衡的影響，學生易形成“化學平衡是靜態平衡”的錯誤觀念［5］。再加上“化學反應限度”概念與學生已學的知識有一定差異， 而反應限度的可觀性不強， 對抽象思維能力要求較高［6］。因此，該概念的教學一直是高中化學教學的重難點。

學生之前學過的反應中有不少是可逆反應，如Cl2與H2O生成HCl與HClO、工業合成氨、沉淀溶解平衡等，因此教師在講解可逆反應時要注意與學生之前所學知識相結合，以便學生能更好地理解。

三、教學情境創設

為突破教學難點，實現教學目標，培養學生的“變化觀念與平衡思想”核心素養，教師可結合科學史實、生活場景、實驗探究等創設情境，設計教學環節（見表1）。

四、情境教學實施過程

在教學實施過程中讓情境貫穿整個課堂，各環節圍繞合適的情境針對性地提出問題并引發學生思考。

【環節一】

創設情境：工業制硫酸。

主要內容：基于化工生產引出可逆反應的概念。

教師提問：硫酸是非常重要的化工產品，工業制硫酸的三個主要反應為：[4FeS2+11O2] ＝ [2Fe2O3+8SO2]；[2SO2+O2?2SO3]； [SO3 +H2O]＝[H2SO4]。在實際生產過程中會產生一定量的大氣污染物二氧化硫，這說明反應中的二氧化硫無法完全轉化。請同學們思考一下，產生這種現象的原因可能是什么？

學生回答：有可能[2SO2+O2?2SO3]進行到一定程度后不再繼續，[SO2]未完全反應，因此還會有[SO2]。

知識分析：經研究發現，工業制硫酸的三個反應中，[2SO2+O2?2SO3]是可逆反應。可逆反應即正向反應 （反應物→生成物） 和逆向反應 （生成物→反應物） 在同樣條件下同時進行的反應。研究表明，大多數化學反應都具有可逆性。

設計意圖：基于實際生產過程創設真實情境，可激發學生的學習興趣，且此前學生學過硫元素的相關知識，對相關反應有所了解，有利于可逆反應和化學平衡知識的導入；利用實際生產中面臨的問題向學生提問，可提高學生探索的積極性，有利于可逆反應概念的構建。

【環節二】

創設情境：生活或學習中的平衡現象。

主要內容：靜態平衡向動態平衡過渡。

問題1：在生活或學習中你見過哪些靜態平衡場景？

學生回答：化學實驗中用天平稱量物質、公園里小朋友們玩蹺蹺板、物體受力平衡等。

問題2：為什么這些場景下的相關物體可達到平衡？

學生回答：天平稱量時兩邊達到相同重量故可實現平衡，蹺蹺板同理。受力平衡是因為物體受到作用在其身上的各個力的合力為零。

問題3：有人健身時選擇在跑步機上跑步（播放視頻），為保持在跑步機上的相對位置不變，他們是怎么做的？

學生回答：在跑步機上跑步時，要和跑帶做速度相同且方向相反的運動來保持相對位置不變。

教師在學生回答的基礎上引出“動態平衡”，將學生的思維從靜態平衡轉到動態平衡，形成“平衡不只有靜態”的觀念。

知識分析：人與跑步機有相對的運動，說明系統處于動態之中，人在跑步機上的水平位置不變可認為該系統處于一種動態平衡。“動態平衡”就是在相對運動速率相等、方向相反的情況下保持整體狀態不變。

設計意圖：將學生學習的注意點轉移到平衡上，幫助學生總結平衡原因，培養學生的平衡思想；讓學生的思維從靜態平衡過渡到動態平衡，幫助學生抓住動態平衡的本質特征，將抽象的概念直觀表現出來，形成有助于學生學習化學平衡概念的思維。讓學生分析與情境相關的問題，保持學生的學習熱情。

問題4：可逆反應與人在跑步機上跑步有何相似之處？

學生回答：都是兩方同時向相反的方向運動。

問題5：人在跑步機上跑步是一種動態平衡，但一直處于運動狀態，那可逆反應在最后不再生成新物質時是處于靜止狀態還是運動狀態？

先由學生小組討論自行猜測，再由教師總結：可逆反應能達到平衡狀態，且達到的是一種動態平衡。

設計意圖：讓學生在了解可逆反應概念的前提下對可逆反應的終態進行討論。情境教學貫穿整個課堂，可使課堂教學變得輕松有趣，有效改變“一言堂”“灌輸式”教學模式。

【環節三】

創設情境：氯化鐵與碘化鉀反應實驗。

主要內容：化學反應限度。

實驗探究：學生分組進行氯化鐵與碘化鉀反應的實驗。取少量FeCl3溶液與過量KI溶液充分反應，再滴加KSCN溶液，溶液顯血紅色。

學生由實驗現象得出結論：即使KI溶液過量也不能使FeCl3完全反應，說明[2FeCl3+2KI?2KCl+2FeCl2+I2]為可逆反應。

教師總結：可逆反應不能進行到底，存在反應限度，最終達到一種動態的化學平衡狀態。

教師給出一組FeCl3與KI反應時各階段物質濃度變化數據，請學生畫出反應過程中正逆反應的速率變化圖（見圖1），并思考為何有這種變化。

知識分析：從上節內容（化學反應速率）可知增加反應物的量會加快反應速率，在反應開始階段反應物較多，因此正反應速率大于逆反應速率；隨著反應的進行，生成物的量不斷增加，逆反應速率加快，最終正反應速率與逆反應速率相等，反應物與生成物的濃度不再改變，達到一種表面靜止的狀態，稱為“化學平衡狀態”，簡稱化學平衡。化學平衡狀態是可逆反應達到的一種特殊狀態，是在給定條件下化學反應能達到或完成的最大程度，即化學反應限度。

設計意圖：該實驗探究可強化學生對可逆反應、動態平衡概念的理解，將理論與實際相聯系。

【環節四】

創設情境：在氯化鐵與碘化鉀反應體系中加入碘單質。

主要內容：條件改變，平衡改變。

實驗探究：常溫下，向KI與FeCl3反應體系中（[2FeCl3+2KI?2KCl+2FeCl2+I2]）加入碘單質，即增加碘單質的濃度，觀察實驗現象。

實驗時，向反應體系中加入KSCN，溶液在加入碘單質后紅色加深，說明體系中Fe3+濃度增加。

知識分析：原有的條件不變，反應達到的化學平衡狀態也就不會改變。加入碘單質之后，逆反應反應物的濃度增加，改變了原有的平衡條件，原有平衡被打破，反應向逆反應方向進行，Fe3+濃度隨之改變，最終整個反應體系達到一個新的化學平衡狀態。

設計意圖：在實驗過程中讓學生進一步理解平衡的動態性，可加深學生對可逆反應的認識，知道改變反應條件平衡會隨之改變；通過情境問題的解決理解平衡與變化的關系，在情境中認識問題、解決問題，培養學生的“變化觀念與平衡思想”核心素養。

五、情境教學反思

在本節課中，最重要的還是對概念的準確理解，了解可逆反應，對化學反應限度有一個定性的認識，體會化學平衡狀態的特征。

具體教學過程中，知識導入以及知識分析都是基于創設的情境來進行的，在情境選擇方面要與學生現有認知相符合，同時保證學生在整個課堂中能感受到真實問題的存在，將抽象知識具體化；要從學生對平衡的已有認知出發，通過知識類比，層層遞進，使學生充分理解化學平衡狀態，從而落實核心素養的培養。

［ ? 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［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］ ?沈旭東.從“為情而境”到“由境生情”：化學教學中真實情境創設概論［J］.化學教學，2019（7）：25-29.

［3］ ?馬圓，嚴文法，宋丹丹.真實情境與化學學科核心素養的發展：基于《普通高中化學課程標準（2017年版）》的解讀［J］.化學教育（中英文），2019（19）：6-10.

［4］ ?吳星.對高中化學核心素養的認識［J］.化學教學，2017（5）：3-7.

［5］ ?周禮，魯春梅，閆春更，等.基于概念轉變模型和認知沖突圖的課例研究：以“化學平衡的動態性”為例［J］.化學教育（中英文），2020（9）：25-30.

［6］ ?馮垚，莫尊理.基于SOLO理論的高中生化學多重表征轉換能力的測查研究：以化學平衡主題為例［J］.化學教育（中英文），2020（1）：62-66.

（責任編輯 羅 艷）