基于化學(xué)核心素養(yǎng)的微課教學(xué)實(shí)踐和思考

李宏春

摘要：化學(xué)原理的抽象性和高度概括性給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來很大障礙。文章以氣態(tài)平衡體系之“壓強(qiáng)”與“濃度”辨析的微課教學(xué)為例，基于“宏微結(jié)合、分類表征”化學(xué)核心素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生多視角認(rèn)識(shí)化學(xué)問題，從而掌握化學(xué)研究的基本思維模式，建立科學(xué)的化學(xué)學(xué)習(xí)觀。

關(guān)鍵詞：平衡移動(dòng)；化學(xué)核心素養(yǎng)；微課教學(xué)

文章編號(hào)：1008—0546（2016）07—0034-03

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/i.issn.1008—0546.2016.07.012

一、教學(xué)思路

化學(xué)學(xué)習(xí)有三大領(lǐng)域，即可觀察現(xiàn)象的宏觀世界，分子、原子和離子等微粒構(gòu)成的微觀世界，元素符號(hào)、化學(xué)式和化學(xué)方程式構(gòu)成的符號(hào)世界。宏觀世界主要指物質(zhì)在物理和化學(xué)變化過程中表現(xiàn)出來的、可以直接觀察到的宏觀現(xiàn)象。微觀世界主要是指有關(guān)物質(zhì)的微觀組成和結(jié)構(gòu)、微觀粒子的運(yùn)動(dòng)及相互作用等微觀屙性。符號(hào)世界主要是指由拉丁文或英文字母和數(shù)字組成的符號(hào)和圖形符號(hào)?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)中積極采用“宏微結(jié)合、分類表征”三水平相結(jié)合的方法，可以把孤立的知識(shí)片斷整合到廣闊的、有內(nèi)在邏輯的知識(shí)結(jié)構(gòu)中，從而得到始終一貫的化學(xué)學(xué)習(xí)觀。

微課是時(shí)間在10分鐘以內(nèi)，有明確的教學(xué)目標(biāo)，內(nèi)容短小，集中說明一個(gè)問題的微型課程。微課學(xué)習(xí)是基于新媒介生態(tài)環(huán)境應(yīng)運(yùn)而生的，它適應(yīng)學(xué)習(xí)者呼喚更豐富的非正式學(xué)習(xí)體驗(yàn)的個(gè)性化需求。在化學(xué)教學(xué)中引人微課這一新生事物，是時(shí)代發(fā)展的需要，也是教學(xué)發(fā)展本身必然的趨勢，更是師生交流的好途徑。

蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》專題2“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”第三單元“化學(xué)平衡移動(dòng)”知識(shí)教學(xué)后，學(xué)生經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)問題：對(duì)于氣態(tài)平衡體系，恒溫恒容下反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，通人一定量的組分氣體，在分析影響化學(xué)平衡移動(dòng)影響因素時(shí)，是考慮“氣體壓強(qiáng)”還是“氣體濃度”無法確定，這也是化學(xué)平衡移動(dòng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，故非常適合微課教學(xué)選題。2014年8月本人有幸參加浙江省化學(xué)微課比賽，并獲浙江省一等獎(jiǎng)，結(jié)合“宏微結(jié)合、分類表征”化學(xué)核心素養(yǎng)，談?wù)剼鈶B(tài)平衡體系之“壓強(qiáng)”與“濃度”辨析微課教學(xué)設(shè)計(jì)過程有關(guān)感想。

二、教學(xué)過程

1.問題提出

[任務(wù)]在恒溫恒容下，N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，然后再通人一定量的NH₃，平衡將如何移動(dòng)？

[困惑1]從濃度變化角度分析認(rèn)為：產(chǎn)物NH₃的濃度增加，平衡逆向移動(dòng)，達(dá)到新平衡時(shí)NH₃體積分?jǐn)?shù)減少。

[困惑2]從壓強(qiáng)改變角度分析認(rèn)為：恒容增加氨氣，體系的壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，達(dá)到新平衡時(shí)NH₃體積分?jǐn)?shù)增大。

[提問]上述平衡到底如何變化？

設(shè)計(jì)意圖：在本微課之前，學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)已有一定認(rèn)識(shí)，這種認(rèn)識(shí)是學(xué)生的前知識(shí)，是本微課的教學(xué)基礎(chǔ)。但學(xué)生又沒有完全掌握原理的內(nèi)涵，因而產(chǎn)生一些認(rèn)知困惑，這剛好是我們?cè)O(shè)計(jì)微課的出發(fā)點(diǎn)。

2.問題解決

（1）宏觀表征得出結(jié)論

[任務(wù)]解決化學(xué)問題最直接的手段是實(shí)驗(yàn)，某化學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究人員利用氣相色譜法測得在恒溫恒容下，合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，然后再通入一定量的NH₃的有關(guān)數(shù)據(jù)，繪制出NH₃體積分?jǐn)?shù)隨著時(shí)間變化圖（如圖1），請(qǐng)你分析得出有關(guān)結(jié)論。

[分析]由圖1可知，合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，通人一定量NH3，瞬間NH3體積分?jǐn)?shù)突然增大，接著平衡逆移，NH3體積分?jǐn)?shù)減少，建立新平衡后氨氣體積分?jǐn)?shù)較原平衡增大。

[結(jié)論]在恒溫恒容下，合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，然后再通入一定量的NH₃，平衡逆移，達(dá)到新平衡時(shí)NH₃體積分?jǐn)?shù)增大。

設(shè)計(jì)意圖：宏觀表征是指宏觀知識(shí)或信息在大腦中記載和呈現(xiàn)的方式，它主要是指物質(zhì)所呈現(xiàn)的外在可觀察的現(xiàn)象在學(xué)習(xí)者頭腦中的反映。化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的靈魂，實(shí)驗(yàn)也是學(xué)生比較直觀的觀察手段。本微課借助氣相色譜實(shí)驗(yàn)所測定的數(shù)據(jù)進(jìn)行宏觀分析（宏觀視角），讓學(xué)生從宏觀層面認(rèn)識(shí)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響，從而產(chǎn)生感性認(rèn)識(shí)得出結(jié)論，解決之前的一些學(xué)習(xí)困惑。

（2）微觀表征分析本質(zhì)

[任務(wù)]在恒溫下，合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，增大壓強(qiáng)有哪些途徑？請(qǐng)你從“壓強(qiáng)引發(fā)微粒濃度變化”的微觀視角加以分析。

[分析]我們知道縮小容器體積是其中一種方法之一。由圖2可知，縮小容器體積，瞬間各組分微粒數(shù)目不變，從而各組分濃度增大，故V（正）和V（逆）均增大，但壓強(qiáng)對(duì)氣體物質(zhì)計(jì)量數(shù)之和大的影響更大，v（正）大于v（逆），平衡正移。沒有外加投料平衡正移，NH₃體積分?jǐn)?shù)必定增大。

[啟示]恒溫下，縮小氣體體積增大壓強(qiáng)瞬間引起所有組分濃度同等程度改變。

[分析]增大壓強(qiáng)還可以繼續(xù)通氣體，由圖3可知，若在恒溫恒容下，合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，再通人一定量的NH₃體積不變，瞬間NH₃濃度增大，v（逆）增大，v（正）不變；v（逆）大于v（正），平衡逆移。由于體系壓強(qiáng)增大，且反應(yīng)物氣體計(jì)量數(shù)之和大于生成物氣體計(jì)量數(shù)之和，不利于NH₃向N₂、H₂方向轉(zhuǎn)化，故達(dá)到新平衡時(shí)，NH₃體積分?jǐn)?shù)增大。

設(shè)計(jì)意圖：微觀表征是指微觀知識(shí)或信息在大腦中記載和呈現(xiàn)的方式，它主要是指不能直接觀察到的微粒，如：原子、分子、離子等的運(yùn)動(dòng)和相互作用。本微課運(yùn)用微粒觀、反應(yīng)變化觀對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)進(jìn)行微觀本質(zhì)的分析（微觀視角），讓學(xué)生從微觀層面認(rèn)識(shí)氣體壓強(qiáng)和氣體濃度對(duì)化學(xué)平衡影響的本質(zhì)原因。從而提升學(xué)生想象力空間，理解看不見摸不著的微觀世界。從認(rèn)識(shí)論上來說，宏觀表征到微觀表征是學(xué)習(xí)者對(duì)物質(zhì)從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的一次飛躍。

（3）曲線表征拓展內(nèi)涵

[任務(wù)]下面請(qǐng)大家根據(jù)微觀分析，畫出對(duì)應(yīng)的p一t圖像。

[分析]原平衡在通人NH₃的瞬間，v（逆）增加、v（正）不變，v（正）小于v（逆），平衡逆移，從而建立新的化學(xué)平衡。故對(duì)應(yīng)的v—t圖像如圖4。

設(shè)計(jì)意圖：符號(hào)表征是指符號(hào)在大腦中記載和呈現(xiàn)的方式，化學(xué)中的符號(hào)主要是指由拉丁文或英文字母組成的符號(hào)和圖形符號(hào)在學(xué)習(xí)者頭腦中的反應(yīng)。這些字母和圖形是化學(xué)獨(dú)特的符號(hào)體系，有其特有的語言和語法規(guī)則，是化學(xué)學(xué)科內(nèi)進(jìn)行思維的基本工具。本微課借助化學(xué)反應(yīng)速率理論，運(yùn)用v一t曲線表示氣體壓強(qiáng)和氣體濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響（符號(hào)視角），更直觀解決之前的一些學(xué)習(xí)困惑。

（4）定性定量體現(xiàn)多樣

[任務(wù)]前面我們學(xué)習(xí)了化學(xué)平衡常數(shù)，知道化學(xué)平衡常數(shù)也可用于平衡移動(dòng)判斷和定量計(jì)算，請(qǐng)你用化學(xué)平衡常數(shù)有關(guān)知識(shí)分析前面困惑。

恒溫恒容下Kc不變，通人NH₃瞬間只有c（NH₃）增大，Qc>Kc，平衡逆移。

根據(jù)Kc和有關(guān)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算可得，達(dá)到新平衡時(shí)NH₃體積分?jǐn)?shù)增大。

[小結(jié)]在恒溫、恒容下，增加某一組分氣體分子數(shù)，壓強(qiáng)也肯定增大，但瞬間只有該組分氣體的濃度增大，其它氣體的濃度均不變，故不同于前面縮小氣體體積增大壓強(qiáng)。分析前面問題要遵循：影響平衡因素歸為增大氣體濃度不是增大氣體壓強(qiáng)。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生的認(rèn)識(shí)從定性走向定量，培養(yǎng)學(xué)生不同視角間的轉(zhuǎn)化、遷移能力。體會(huì)化學(xué)數(shù)據(jù)之關(guān)，深刻領(lǐng)悟化學(xué)是一門擺事實(shí)講道理的學(xué)科。

3.問題變換

[任務(wù)]增壓除通人一組分氣體，也可以通多組分混合氣體。在恒溫恒容下，合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡n（H₂）：n（N₂）：n（NH₃）=4：2：3，若再通入同比例原平衡混合氣體，平衡將會(huì)怎樣？

[分析]利用前面微觀視角進(jìn)行分析，恒溫恒容下合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡，再通同比例的原平衡混合氣體，瞬間各組分增加相同倍數(shù)的分子數(shù)，故各組分的濃度也均增加相同的倍數(shù)，與前面縮小氣體體積，增大壓強(qiáng)等效，平衡正移。

原平衡在投入各組分同比例混合氣體瞬間，NH₃體積分?jǐn)?shù)不變，接著平衡正移，NH₃體積分?jǐn)?shù)增大。

[啟示]在恒溫恒容條件下，再通入原平衡各組分等比的混合氣體，則各組分的濃度均增加相同的倍數(shù)，故等同于前面縮小氣體體積，增大壓強(qiáng)。分析問題要遵循：影響平衡因素歸為增大氣體壓強(qiáng)。

[過渡]經(jīng)過前面討論，我們可以發(fā)現(xiàn)，平衡中說的“壓強(qiáng)”通常指“體積”變化引起的壓強(qiáng)變化。

[反思]恒溫恒容下通單一氣體（NH₃）也會(huì)引起壓強(qiáng)變化，屬于平衡中說的“壓強(qiáng)”改變嗎？

[分析]不屬于，屬于物理中的壓強(qiáng)改變。

[任務(wù)]哪些因素會(huì)引起物理中的壓強(qiáng)改變？

[分析]我們不難發(fā)現(xiàn)體積、溫度、物質(zhì)的量的變化都會(huì)引起物理中的壓強(qiáng)變化。故平衡中說的“壓強(qiáng)”改變，不包括單一某物質(zhì)的“物質(zhì)的量”變化和溫度變化所引起的壓強(qiáng)變化。

4.歸納總結(jié)

影響化學(xué)平衡移動(dòng)因素判斷方法：①“氣體壓強(qiáng)”改變是指所有氣體物質(zhì)的濃度等倍數(shù)改變。②“氣體濃度”改變是指單一氣體的濃度改變。達(dá)到新平衡時(shí)各組分體積分?jǐn)?shù)變化判斷方法：①平衡移動(dòng)定性分析；②平衡常數(shù)定量計(jì)算。

5.知識(shí)應(yīng)用

[任務(wù)]在恒溫恒壓下合成氨反應(yīng)已達(dá)到平衡，若再通入Ar氣體，平衡將會(huì)怎樣？

[分析]恒溫恒壓下，通入單一氣體（Ar）瞬間容器體積增大，各組分濃度均減少相同倍數(shù)，與減壓等效，影響化學(xué)平衡移動(dòng)因素歸為氣體壓強(qiáng)，平衡體系中氨氣體積分?jǐn)?shù)也減少。

設(shè)計(jì)意圖：微課也是課，麻雀雖小五臟俱全，因此要有較為完整的課程結(jié)構(gòu)。課的結(jié)尾問題反思，有助于學(xué)生建構(gòu)嚴(yán)密的化學(xué)思維，總結(jié)攻略有助于學(xué)生加深原理認(rèn)知印象，知識(shí)應(yīng)用有助于學(xué)生拓展所學(xué)內(nèi)容寬度。引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中慢慢體會(huì)和感悟化學(xué)基本觀念，逐漸地形成化學(xué)基本思想、觀點(diǎn)和方法。

三、教學(xué)反思

本微課以宏觀為感知系統(tǒng)，以微觀為理解系統(tǒng)，以符號(hào)為表征系統(tǒng)，辨析氣態(tài)平衡體系“壓強(qiáng)”與“濃度”關(guān)系，讓學(xué)生的認(rèn)識(shí)從定性走向定量，培養(yǎng)其多視角認(rèn)識(shí)化學(xué)問題的能力。同時(shí)本微課運(yùn)用等效思想，理解平衡中壓強(qiáng)變化和濃度變化的兩種不同操作：結(jié)合具體的化學(xué)問題，把宏、微、符三重表征有機(jī)結(jié)合在一起，從而將化學(xué)知識(shí)統(tǒng)一于結(jié)構(gòu)化的知識(shí)框架中，使化學(xué)核心素養(yǎng)得以充分體現(xiàn)。

通過本微課的操作實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)，微課具有教學(xué)時(shí)間較短、教學(xué)內(nèi)容較少、資源容量較小、資源使用方便等特點(diǎn)。對(duì)教師而言，化學(xué)微課將革新傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)與教研方式，突破教師傳統(tǒng)的聽評(píng)課模式，是教師專業(yè)成長的重要途徑之一。對(duì)于學(xué)生而言，化學(xué)微課能更好地滿足學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的個(gè)性化學(xué)習(xí)、按需選擇學(xué)習(xí)，既可查缺補(bǔ)漏又能強(qiáng)化鞏固知識(shí)，是傳統(tǒng)化學(xué)課堂學(xué)習(xí)的一種重要補(bǔ)充形式和拓展資源。