基于化學核心素養(yǎng)的微課教學實踐和思考

李宏春

摘要：化學原理的抽象性和高度概括性給學生學習帶來很大障礙。本文以氣態(tài)平衡體系之“壓強”與“濃度”辨析的微課教學為例，基于“宏微結(jié)合、分類表征”化學核心素養(yǎng)，引導學生多視角認識化學問題，從而掌握化學研究的基本思維模式，建立科學的化學學習觀。

關(guān)鍵詞：平衡移動；化學核心素養(yǎng)；微課教學

文章編號：1008-0546（2016）06-0000-00 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.06.000

一、教學思路

化學學習有三大領(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、化學式和化學方程式構(gòu)成的符號世界。宏觀世界主要指物質(zhì)在物理和化學變化過程中表現(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)、微觀粒子的運動及相互作用等微觀屬性。符號世界主要是指由拉丁文或英文字母和數(shù)字組成的符號和圖形符號[1]。化學學習中積極采用“宏微結(jié)合、分類表征”三水平相結(jié)合的方法，可以把孤立的知識片斷整合到廣闊的、有內(nèi)在邏輯的知識結(jié)構(gòu)中，從而得到始終一貫的化學學習觀。

微課是時間在10分鐘以內(nèi)，有明確的教學目標，內(nèi)容短小，集中說明一個問題的微型課程。微課學習是基于新媒介生態(tài)環(huán)境應(yīng)運而生的，它適應(yīng)學習者呼喚更豐富的非正式學習體驗的個性化需求[2]。在化學教學中引入微課這一新生事物，是時代發(fā)展的需要，也是教學發(fā)展本身必然的趨勢，更是師生交流的好途徑。

蘇教版《化學反應(yīng)原理》專題2“化學反應(yīng)速率與化學平衡”第三單元“化學平衡移動”知識教學后，學生經(jīng)常會產(chǎn)生這樣一個問題：對于氣態(tài)平衡體系，恒溫恒容下反應(yīng)達到平衡時，通入一定量的組分氣體，在分析影響化學平衡移動影響因素時，是考慮“氣體壓強”還是“氣體濃度”無法確定，這也是化學平衡移動的重點和難點，故非常適合微課教學選題。2014年8月本人有幸參加浙江省化學微課比賽，并獲浙江省一等獎，結(jié)合“宏微結(jié)合、分類表征”化學核心素養(yǎng)，談?wù)剼鈶B(tài)平衡體系之“壓強”與“濃度”辨析微課教學設(shè)計過程有關(guān)感想。

二、教學過程

1. 問題提出

[任務(wù)]在恒溫恒容下，N2（g）+3H2（g）■2NH3（g）反應(yīng)達到平衡時，然后在通入一定量的NH3，平衡將如何移動？

[困惑1]從濃度變化角度分析認為：產(chǎn)物NH3的濃度增加，平衡逆向移動，達到新平衡時NH3體積分數(shù)減少。

[困惑2]從壓強改變角度分析認為：恒容增加氨氣，體系的壓強增大，平衡正向移動，達到新平衡時NH3體積分數(shù)增大。

[提問]上述平衡到底如何變化？

設(shè)計意圖：在本微課之前，學生對化學平衡移動已有一定認識，這種認識是學生的前知識，是本微課的教學基礎(chǔ)。但學生又沒有完全掌握原理的內(nèi)涵，因而產(chǎn)生一些認知困惑，這剛好是我們設(shè)計微課的出發(fā)點。

2. 問題解決

（1）宏觀表征得出結(jié)論

[任務(wù)]解決化學問題最直接的手段是實驗，某化學實驗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)達到平衡時，然后在通入一定量的NH3的有關(guān)數(shù)據(jù)，繪制出NH3體積分數(shù)隨著時間變化圖（如圖1），請你分析得出有關(guān)結(jié)論？

[分析]由圖1可知，合成氨反應(yīng)達到平衡時，通入一定量NH3，瞬間NH3體積分數(shù)突然增大，接著平衡逆移，NH3體積分數(shù)減少，建立新平衡后氨氣體積分數(shù)較原平衡增大。

[結(jié)論]在恒溫恒容下，合成氨反應(yīng)達到平衡時，然后在通入一定量的NH3，平衡逆移，達到新平衡時NH3體積分數(shù)增大。

設(shè)計意圖：宏觀表征是指微觀知識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)象在學習者頭腦中的反應(yīng)。化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，實驗是化學的靈魂，實驗也是學生比較直觀的觀察手段。本微課借助氣相色譜實驗實驗所測定的數(shù)據(jù)進行宏觀分析（宏觀視角），讓學生從宏觀層面認識壓強對化學平衡的影響，從而產(chǎn)生感性認識得出結(jié)論，解決之前的一些學習困惑。

（2）微觀表征分析本質(zhì)

[任務(wù)]在恒溫下，合成氨反應(yīng)達到平衡時，增大壓強有哪些途徑？請你從“壓強引發(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，但壓強對氣體物質(zhì)計量數(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體積必定分數(shù)增大。

[啟示]恒溫下縮小氣體體積增大壓強瞬間引起所有組分濃度同等程度改變。

[分析]增大壓強還可以繼續(xù)通氣體，由圖3可知，若在恒溫恒容下，合成氨反應(yīng)達到平衡時，再通入一定量的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。由于體系壓強增大，且反應(yīng)物氣體計量數(shù)之和大于生成物氣體計量數(shù)之和，不利于NH3向N2、H2方向轉(zhuǎn)化，故達到新平衡時，NH3體積分數(shù)增大。

設(shè)計意圖：微觀表征是指微觀知識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、離子等的運動和相互作用。本微課運用微粒觀、反應(yīng)變化觀對化學平衡移動進行微觀本質(zhì)的分析（微觀視角），讓學生從微觀層面認識氣體壓強和氣體濃度對化學平衡影響的本質(zhì)原因。從而提升學生想象力空間，理解看不見摸不著的微觀世界。從認識論上來說，宏觀表征到微觀表征是學習者對物質(zhì)從感性認識到理性認識的一次飛躍。

（3）曲線表征拓展內(nèi)涵

[任務(wù)]下面請大家根據(jù)微觀分析，畫出對應(yīng)的v-t圖像？

[分析]原平衡在通入NH3的瞬間，v（逆）增加、v（正）不變，v（正）小于v（逆），平衡逆移，從而建立新的化學平衡。故對應(yīng)的v-t圖像為如圖4。

設(shè)計意圖：符號表征是指符號在大腦中記載和呈現(xiàn)的方式，化學中的符號主要是指由拉丁文或英文字母組成的符號和圖形符號在學習者頭腦中的反應(yīng)。這些字母和圖形是化學獨特的符號體系，有其特有的語言和語法規(guī)則，是化學學科內(nèi)進行思維的基本的工具。本微課借助化學反應(yīng)速率理論，運用v—t曲線表示氣體壓強和氣體濃度對化學平衡的影響（符號視角），更直觀解決之前的一些學習困惑。

（4）定性定量體現(xiàn)多樣

[任務(wù)]前面我們學習了化學平衡常數(shù)，知道化學平衡常數(shù)也可用于平衡移動判斷和定量計算，請你用化學平衡常數(shù)有關(guān)知識分析前面困惑？

[分析]合成氨平衡常數(shù)表達式：

恒溫恒容下KC不變，通入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)，通過計算可得，達到新平衡時NH3體積分數(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。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。

設(shè)計意圖：讓學生的認識從定性走向定量，培養(yǎng)學生不同視角間的轉(zhuǎn)化、遷移能力。體會化學數(shù)據(jù)之美，深刻領(lǐng)悟化學是一門擺事實講道理的學科。

3. 問題變換

[任務(wù)]增壓除通入一組分氣體，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，平衡將會怎樣？

[分析]利用前面微觀視角進行分析，恒溫恒容下合成氨反應(yīng)達到平衡，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體積分數(shù)不變；接著平衡正移，NH3體積分數(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。分析問題要遵循：影響平衡因素歸為增大氣體壓強。

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

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

[分析]不屬于，屬于物理中的壓強改變。

[任務(wù)]哪些因素會引起物理中的壓強改變？

[分析]我們不難發(fā)現(xiàn)體積、溫度、物質(zhì)的量的變化都會引起物理中的壓強變化。故平衡中說的“壓強”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變化。

4. 歸納總結(jié)：

影響化學平衡移動因素判斷方法：①“氣體壓強”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。達到新平衡時各組分體積分數(shù)變化判斷方法：①平衡移動定性分析，②平衡常數(shù)定量計算。

5. 知識應(yīng)用

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

[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，影響化學平衡移動因素歸為氣體壓強，平衡體系中氨氣體積分數(shù)也是減少。

設(shè)計意圖：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，有助于學生建構(gòu)嚴密的化學思維，總結(jié)攻略有助于學生加深原理認知印象，知識應(yīng)用有助于學生拓展所學內(nèi)容寬度。引導學生在學習過程中慢慢的體會和感悟化學基本觀念，逐漸地形成化學基本思想、觀點和方法。

三、教學反思

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

通過本微課的操作實踐，我們發(fā)現(xiàn)，微課具有教學時間較短、教學內(nèi)容較少、資源容量較小、資源使用方便等特點。對教師而言，化學微課將革新傳統(tǒng)的化學教學與教研方式，突破教師傳統(tǒng)的聽評課模式，是教師專業(yè)成長的重要途徑之一。對于學生而言，化學微課能更好地滿足學生對化學知識點的個性化學習、按需選擇學習，既可查缺補漏又能強化鞏固知識，是傳統(tǒng)化學課堂學習的一種重要補充形式和拓展資源。

參考文獻

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