對(duì)“化學(xué)平衡常數(shù)”教學(xué)的反思與探索

馬夏君+張文華

摘要：討論了高中化學(xué)安排“化學(xué)平衡常數(shù)”內(nèi)容的多重意義。在反思基礎(chǔ)上嘗試調(diào)整“化學(xué)平衡常數(shù)”和“平衡移動(dòng)理論”的教學(xué)順序，引導(dǎo)學(xué)生由濃度商Q發(fā)現(xiàn)常數(shù)K的存在和特點(diǎn)，形成化學(xué)平衡常數(shù)概念；通過練習(xí)和應(yīng)用豐富、發(fā)展學(xué)生對(duì)K的認(rèn)識(shí)，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)勒夏特列原理和轉(zhuǎn)化率問題做準(zhǔn)備，并由化學(xué)平衡常數(shù)引申到化學(xué)反應(yīng)限度。

關(guān)鍵詞：化學(xué)平衡常數(shù)；反思；探索；數(shù)據(jù)分析；教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1005–6629（2014）3–0037–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

“化學(xué)平衡常數(shù)”位于人教版《化學(xué)反應(yīng)原理》第二章第三節(jié)的第三板塊[1]。第二章“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”共4節(jié)內(nèi)容，前兩節(jié)是化學(xué)反應(yīng)速率的相關(guān)內(nèi)容，屬于化學(xué)動(dòng)力學(xué)范疇；后兩節(jié)是化學(xué)平衡的相關(guān)內(nèi)容，屬于化學(xué)熱力學(xué)范疇?；瘜W(xué)平衡常數(shù)是熱力學(xué)常數(shù)，用于定量表征化學(xué)反應(yīng)限度，是新課程中的新增內(nèi)容，課標(biāo)明確提出的教學(xué)要求是“知道化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能利用化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率”[2]?！盎瘜W(xué)平衡常數(shù)”的安排具有多重意義：其一，弄清其概念，能揭示平衡本質(zhì)，利于學(xué)生深入地認(rèn)識(shí)化學(xué)平衡及其移動(dòng)的客觀規(guī)律，增進(jìn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)限度和化學(xué)平衡移動(dòng)規(guī)律的理解；其二，掌握其計(jì)算，比較其與濃度商Q的關(guān)系，能幫助學(xué)生掌握判斷平衡移動(dòng)方向的方法與思路，而這二者是“化學(xué)反應(yīng)限度”的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，也是后續(xù)溶液中的離子平衡等內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)；其三，化學(xué)平衡常數(shù)是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析形成的概念，由濃度商Q到化學(xué)平衡常數(shù)K的過程，不但能為學(xué)生提供理性分析的思維“支架”，降低學(xué)習(xí)難度，還能反映化學(xué)研究的一種基本方法與思想，有助于實(shí)現(xiàn)新課程提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的宗旨。

對(duì)于“化學(xué)平衡常數(shù)”的教學(xué)，教師通常有不同的處理方式：多數(shù)教師繼續(xù)以勒夏特列原理作為判斷和解釋平衡移動(dòng)的核心原理，將化學(xué)平衡常數(shù)蜻蜓點(diǎn)水地帶過，沒有重視挖掘其功能和價(jià)值，以至于這個(gè)重要內(nèi)容淪落為應(yīng)對(duì)考試中相關(guān)計(jì)算的工具。不久前，筆者在湖北省武昌實(shí)驗(yàn)中學(xué)聽了一位老師別具一格的授課：這位老師調(diào)整教材順序，將“化學(xué)平衡常數(shù)”提前，作為理解平衡移動(dòng)原理的基礎(chǔ)。結(jié)果，在有關(guān)這部分內(nèi)容的測(cè)評(píng)中這個(gè)班級(jí)成績(jī)更優(yōu)，在后續(xù)課程中，學(xué)生明顯更易抓住平衡本質(zhì)進(jìn)行分析。這個(gè)情況的啟示是：對(duì)“化學(xué)平衡常數(shù)”教學(xué)內(nèi)容的安排和過程設(shè)計(jì)需要認(rèn)真反思。

之后，筆者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)者對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展功能及其教學(xué)實(shí)踐做了深入研究，魯科版以及國(guó)外AP課程[3][4]中均將“化學(xué)平衡常數(shù)”作為分析化學(xué)平衡的基礎(chǔ)性工具，這些都對(duì)筆者本節(jié)課的教學(xué)探索提供了更為有力的支撐。基于此，筆者嘗試按照新的思路來處理和設(shè)計(jì)這節(jié)課的教學(xué)，初步取得了令人滿意的結(jié)果。現(xiàn)將有關(guān)做法簡(jiǎn)介如下：

1 學(xué)情分析

通過對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道化學(xué)平衡具有“逆、等、動(dòng)、定、變”5個(gè)基本特征，對(duì)于達(dá)到平衡狀態(tài)的化學(xué)反應(yīng)而言，各組分濃度不再變化。但是經(jīng)過測(cè)量發(fā)現(xiàn)，學(xué)生容易形成“各組分濃度相等”等相異構(gòu)想[5]，表面上是學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡認(rèn)識(shí)不夠深刻，實(shí)則是缺乏對(duì)化學(xué)平衡本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。在科學(xué)探尋過程中，人們致力于發(fā)現(xiàn)各種現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。為此，需要通過對(duì)化學(xué)反應(yīng)中各組分濃度變化的分析，引導(dǎo)學(xué)生歸納、總結(jié)出反映化學(xué)平衡本質(zhì)的化學(xué)平衡常數(shù)K。

進(jìn)入選修階段的學(xué)生，其思維方式從具體發(fā)展至抽象，從重簡(jiǎn)單描述發(fā)展至重邏輯分析。經(jīng)過必修階段的學(xué)習(xí)，他們初步學(xué)會(huì)了科學(xué)探究的程序和方法，能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)所揭示的規(guī)律作出預(yù)測(cè)，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。這些科學(xué)素養(yǎng)奠定了本課學(xué)習(xí)的能力基礎(chǔ)。

第三節(jié)“化學(xué)平衡”中共3個(gè)板塊：可逆反應(yīng)、化學(xué)平衡狀態(tài)、化學(xué)平衡常數(shù)。必修階段學(xué)生已經(jīng)初步建立“可逆反應(yīng)”、“化學(xué)平衡狀態(tài)”和“化學(xué)平衡移動(dòng)”3個(gè)概念；發(fā)展至選修4“化學(xué)反應(yīng)原理”階段，通過本章學(xué)習(xí)，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生建立利用K、Q關(guān)系分析平衡移動(dòng)的思路，進(jìn)而以K為工具對(duì)第三章中的各類平衡進(jìn)行分析，并使學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)限度的認(rèn)識(shí)由定性認(rèn)識(shí)上升到定量認(rèn)識(shí)，由孤立地認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)限度發(fā)展到關(guān)注環(huán)境的影響，由靜態(tài)認(rèn)識(shí)化學(xué)平衡上升到動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)化學(xué)平衡[6]。

2 教學(xué)思路

筆者在調(diào)整“化學(xué)平衡常數(shù)”和“平衡移動(dòng)理論”教學(xué)順序的基礎(chǔ)上形成下列思路：

第一步，引導(dǎo)學(xué)生通過量的研究來探究化學(xué)平衡時(shí)反應(yīng)物和生成物的濃度是怎樣相互影響的？這里有沒有規(guī)律？

第二步，通過舉例討論，由最簡(jiǎn)單的例子到稍復(fù)雜的例子，引導(dǎo)學(xué)生由Q到K，發(fā)現(xiàn)K的存在和特點(diǎn)，概括形成平衡常數(shù)的數(shù)學(xué)定義式。

第三步，通過練習(xí)豐富、發(fā)展學(xué)生對(duì)K的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)。

第四步，引導(dǎo)學(xué)生通過分析影響K的因素來發(fā)現(xiàn)勒夏特列原理。

第五步，通過練習(xí)、應(yīng)用，由化學(xué)平衡常數(shù)引申到化學(xué)反應(yīng)限度，為后續(xù)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化率問題做好準(zhǔn)備。

3 教學(xué)目標(biāo)

3.1 知識(shí)與技能目標(biāo)

（1）理解化學(xué)平衡常數(shù)K的概念，并弄清化學(xué)平衡常數(shù)的影響因素；

（2）能正確書寫給定反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式；

（3）通過K、Q比較，了解化學(xué)平衡常數(shù)的特點(diǎn)、移動(dòng)的原因及規(guī)律；

（4）初步了解許多化學(xué)反應(yīng)是有限度的。

3.2 過程與方法目標(biāo)

（1）通過分析數(shù)據(jù)，養(yǎng)成獲取和處理數(shù)量信息的能力，以及分析推理能力；

（2）通過定量計(jì)算，判斷平衡移動(dòng)的方向，強(qiáng)化變量控制的思想，并逐步形成利用數(shù)學(xué)工具解決問題的能力；

（3）進(jìn)一步了解、體會(huì)化學(xué)研究的方法與思想。

3.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

（1）通過學(xué)習(xí)，激發(fā)對(duì)事物發(fā)展本質(zhì)和規(guī)律的探索精神；

（2）通過數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，初步形成實(shí)事求是的科學(xué)研究精神和關(guān)注數(shù)量的習(xí)慣；

（3）通過解決實(shí)際生活問題，體會(huì)調(diào)控化學(xué)平衡在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的作用，樹立運(yùn)用科學(xué)改善生活、服務(wù)社會(huì)的信念。

4 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

見表1。

5 設(shè)計(jì)反思

《紐約時(shí)報(bào)》2012年2月的一篇專欄中稱：“大數(shù)據(jù)”時(shí)代已經(jīng)降臨，在商業(yè)、經(jīng)濟(jì)及其他領(lǐng)域中，決策將日益基于數(shù)據(jù)和分析而作出，而并非基于經(jīng)驗(yàn)和直覺[7]。在這樣的時(shí)代背景下，我們的科學(xué)教育培養(yǎng)的應(yīng)該是適應(yīng)“大數(shù)據(jù)”時(shí)代，具有整理、分析數(shù)據(jù)能力的21世紀(jì)公民。在本課的教學(xué)中，筆者以培養(yǎng)這樣的公民素質(zhì)為導(dǎo)向，基于真實(shí)有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過一定的數(shù)理分析，讓學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)態(tài)進(jìn)程中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息所蘊(yùn)含的本質(zhì)規(guī)律，由此建立化學(xué)平衡常數(shù)的概念雛形，在此基礎(chǔ)上，通過問題教學(xué)層層深入探討概念的本質(zhì)及其應(yīng)用。另外，化學(xué)平衡教學(xué)中“化學(xué)平衡常數(shù)”的提出符合學(xué)科知識(shí)發(fā)展線索，能有效避免用化學(xué)動(dòng)力學(xué)知識(shí)來解釋化學(xué)熱力學(xué)問題繁雜的思維過程，但同時(shí)會(huì)讓學(xué)生對(duì)平衡常數(shù)的實(shí)用產(chǎn)生依賴，削弱可逆反應(yīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡過程的抽象思維。因此，如何能夠讓學(xué)生定量與定性分析能力同步提升、具體與抽象思維發(fā)展雙管齊下也有待繼續(xù)挖掘。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理[M].南京：江蘇教育出版社，2007：41～43.

[4] The McGraw-Hill Companies. Chemistry： Concepts and Applications [Z]. Columbus： Glencoe/McGraw-Hill， 2005.

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[7] Steve Lohr. The Age of Big Data [N]. News Analysis， February 11， 2012，（82）：Comments.