基于學科核心素養(yǎng)PCK視野下化學課堂教學設計

鐘秀芬

摘要：將“化學平衡影響因素”這個知識點進行重組，結合濃度商和平衡常數(shù)進行表征，以適應不同興趣和能力的學習者，以“化學平衡影響因素”課題為例闡述運用學科核心素養(yǎng)PCK視野下的教學設計框架，有效地對化學平衡學科知識進行建構是本課例的主要內(nèi)容。

關鍵詞：學科核心素養(yǎng);PCK

PCK（Pedagogical Content Knowledge，以下簡稱PCK）是學科教學知識的簡稱，是教師個人獨一無二的教學經(jīng)驗，教師獨特學科內(nèi)容領域和教育學的特殊整合，是教師對自己專業(yè)理解的特定形式。目前，國內(nèi)關于 PCK 的研究主要集中在基于PCK結構提出建構化學教師PCK模型的策略和基于PCK理論指導化學教學實踐研究。但在化學反應原理教學中如何運用PCK 指導具體的教學實踐研究卻較少。

1 學科核心素養(yǎng)PCK視野下的教學設計框架

2 基于學科核心素養(yǎng)PCK視野下化學平衡移動的教學思路

本課例以人教版《化學反應原理》為教材，把教材的教學內(nèi)容進行調整，在建立了化學平衡的知識系統(tǒng)，學生初步建立平衡觀后，先學習平衡常數(shù)和濃度商，再學習化學平衡影響因素。參考了魯教版《化學反應原理》的教學思路，結合本校學生情況進行設計。通過實驗探究，學生從宏觀辨析與微觀探析維度分析濃度對化學平衡移動的影響，結合濃度商與平衡常數(shù)的關系進行理論驗證，建立平衡移動規(guī)律的模型認知。再通過數(shù)據(jù)推理，進一步運用認知模型驗證壓強對化學平衡的影響。最后將“勒夏特列原理”與認知模型整合，運用模型來解決實際問題。

3 基于學科核心素養(yǎng)PCK視野下化學平衡移動教學設計

3.1 基于學科核心素養(yǎng)PCK視野下化學平衡移動的課程知識

現(xiàn)今高中課堂，對該知識目標的實現(xiàn)主要有2種不同的教學處理。其中一種沿用傳統(tǒng)的教學方法與策略，通過實驗，探究溫度、濃度、壓強對平衡的影響，通過不完全歸納得出平衡移動規(guī)律，并使用速率圖像來進行解釋。

本教學案例是從平衡常數(shù)K與濃度商Q的關系出發(fā)，深度挖掘平衡常數(shù)在整個化學平衡學習中的核心作用，站在化學學科的高度建構學生對平衡移動的認識;此教學充分利用Q、K理論理性探究和建構溫度、濃度、壓強對平衡的影響以及平衡移動規(guī)律，輔以實驗對規(guī)律進行驗證。

從認識方式角度出發(fā)，該教學處理對學生的認識發(fā)展以及科學思維培養(yǎng)有著更長遠的意義，尤其為日后希望繼續(xù)進行化學專業(yè)學習并從事化學研究的學生建立了符合學科邏輯的平衡移動模型。所以無論從學生的認識發(fā)展，還是化學學科的角度來說，從Q、K 關系入手的平衡移動教學顯然占有顯著的優(yōu)勢，這也更加凸顯了新課程標準將K引入高中化學平衡的重要價值與功能，唯有K的引入才能使學生基于熱力學科學建立化學平衡的概念。

3.2 基于學科核心素養(yǎng)PCK視野下化學平衡移動的學生知識

學生對化學平衡移動的認識的思維進階，在初中階段學生對反應的認識還不存在“反應限度”角度，學生的平衡觀建立于高一化學《必修2》，建立從靜態(tài)的認識角度，認識“反應限度”問題。到高二化學《選修4》，學生對“反應限度”的問題進入動態(tài)、定性的認識階段。知道當外界條件改變時平衡狀態(tài)會被破壞并建立新平衡，由舊平衡到新平衡的建立即為平衡移動;并且能夠通過實驗事實知道影響平衡狀態(tài)的3個因素（溫度、濃度、壓強）。依據(jù)高中新課程標準，在知識目標維度需要學生了解溫度、濃度、壓強對平衡狀態(tài)的影響，并掌握平衡移動規(guī)律。

3.3 基于學科核心素養(yǎng)PCK視野下化學平衡移動的教學目標

（1）能基于濃度商與平衡常數(shù)的關系進行數(shù)據(jù)推理，解釋化學平衡移動規(guī)律，進一步培養(yǎng)學生的變化觀念與平衡思想;

（2）通過實驗探究，學生從宏觀辨識與微觀探析維度分析濃度對化學平衡移動的影響;

（3）培養(yǎng)學生通過實驗分析、證據(jù)推理建立化學平衡移動規(guī)律的模型認知。

3.4 教學過程

3.4.1 課前環(huán)節(jié)

工業(yè)上制備氫氣的重要途經(jīng)：CO（g）+H2O（g）? CO2（g）+H2（g），在830℃時，K=1。恒溫恒容的容器中，起始時，CO、H2O濃度均為0.010.mol/L。

（1）反應至t1時刻，CO2的濃度為0.0020mol/L，反應是否達到化學平衡？

（2）該條件下反應達到化學平衡時，CO的轉化率為多少？

（3）在上述平衡狀態(tài)下，充入H2O（g）使其濃度提高0.0050mol/L，其他條件保持不變，此時還是平衡狀態(tài)嗎？再次平衡時CO的轉化率如何變化？

（4）其化學平衡常數(shù)和溫度T的關系如下表：

通過上述問題分析，工業(yè)上制氫氣存在一定的限度問題，如何改變條件來提高CO的轉化率？

【設計意圖】利用工業(yè)實際情境，回顧反應限度、平衡狀態(tài)，激發(fā)新認識需求。

3.4.2 課中環(huán)節(jié)

環(huán)節(jié)一、化學平衡狀態(tài)的影響因素

【課題導入】通過課前測評與討論，請同學預測平衡狀態(tài)影響因素有那些？

1.濃度商Q與平衡常數(shù)K的關系

①Q(mào)=K，反應處于______狀態(tài)，ひ正_____ひ逆;

②Q

②Q>K，反應向_______進行，，ひ正_____ひ逆;

2.平衡移動的實質破壞Q與K的關系：

（1）改變K的方式是：改變_________; （2）改變Q的方式是：改變______________

【設計意圖】學生在新需求中尋找相關舊知識Q、K判據(jù)與平衡狀態(tài)的關系，奠定本節(jié)課的核心理論工具。

環(huán)節(jié)二、探究濃度對化學平衡移動的影響

【實驗探究】已知反應Fe3++3SCN- ? Fe（SCN）3濃度商：Q = ____________________________

無色? 無色? ? 血紅色

①取4支試管，分別加入1滴管的0.01mol/L FeCl3溶液與4滴0.01mol/L KSCN溶液，觀察溶液的顏色;

②選擇以下三種試劑各取4滴加入上述試管中

試劑：1mol/LFeCl3溶液、0.03mol/LKSCN溶液、0.1mol/L HCl溶液、0.1mol/L NaOH溶液、水

1.實驗記錄

2.理論解釋：請用Q與K的關系解釋改變反應物或生成物的濃度對平衡移動的影響。

3.微觀解釋：請運用有效碰撞原理，從活化分子百分數(shù)的角度分析濃度對平衡移動的影響。

【小結1】對于一個已達到化學平衡狀態(tài)的反應，①反應物濃度增大或生成物濃度減小時，Q_______K，平衡狀態(tài)被破壞，平衡向______方向移動;②生成物濃度增大或生成物濃度減小時，Q_____K，平衡狀態(tài)被破壞，平衡向______方向移動;

【設計意圖】通過宏觀的實驗驗證后，進行數(shù)據(jù)推理，解釋化學平衡移動規(guī)律，進一步培養(yǎng)學生的變化觀念與平衡思想;建立化學平衡移動規(guī)律的模型認知;通過實驗探究，學生從宏觀辨識與微觀探析維度分析濃度對化學平衡移動的影響。

環(huán)節(jié)三、探究壓強對化學平衡移動的影響

【數(shù)據(jù)推理】1.在一定條件下，1L的密閉容器里，下列可逆反應達到化學平衡時c （N2）=1mol/L，c（H2）=2mol/L，c（NH3）=2mol/L，其平衡常數(shù)K=0.5

已知反應：N2（g）+ 3H2（g）? 2NH3（g）△H﹤0? ?濃度商：Q =___________________

2.在一定條件下，1L的密閉容器里，下列可逆反應達到化學平衡時

c （H2）=1mol/L，c（I2）=1mol/L，c（HI）=1mol/L，其平衡常數(shù)K=1，H2（g）+ I2（g）? 2HI（g）△H﹤0? ? ?濃度商：Q =__________

3.理論解釋：通過比較Q與K 的關系解釋平衡移動的原因。

4.微觀解釋：請運用有效碰撞原理，從活化分子百分數(shù)的角度分析濃度對平衡移動的影響。

【小結2】對于一個已達到化學平衡狀態(tài)的反應，壓強對化學平衡移動的影響：

（1）當反應前后氣態(tài)物質計量系數(shù)相等時，改變壓強，化學平衡狀態(tài)_____________;

（2）當反應前后氣態(tài)物質計量系數(shù)不相等時，增大壓強，化學平衡向___________的方向移動;

（3）對于只涉及固體或液體的反應，壓強對平衡體系的影響________________________________。

【設計意圖】通過數(shù)據(jù)分析，討論壓強對平衡移動的影響;發(fā)展模型認知的學科核心素養(yǎng)，利用已建立的認知模型解決新問題，即模型應用過程;結合有效碰撞原理進行微觀分析。

環(huán)節(jié)四、勒夏特列原理

【學生討論】結合上面的實驗探究及其結論，分析影響化學平衡移動的因素的規(guī)律

勒夏特列原理：_____________________________

【解決實際問題】工業(yè)上制氫氣存在一定的限度問題，運用勒夏特列原理，如何改變條件來提高CO的轉化率？

【設計意圖】提煉規(guī)律共性，提出勒夏特列原理，強調作為經(jīng)驗型原理其使用的限制;明確平衡移動本質模型：Q、K關系。

【課堂檢測】

1.已知在K2Cr2O7的溶液中存在著如下平衡：Cr2O72-+H2O ?2CrO42-+2H+加入下列物質能使橙色、黃色溶液變?yōu)槌壬氖牵ǎ?/p>

A. 氨水B. 硫酸C. NaOHD.水

2.下列反應達到平衡后增大壓強，平衡都向逆反應方向移動的是

A. N2O4 （g） ?2NO2 （g）△H>0

B. 3O2 （g） ?2O3 （g）△H>0

C. H2（g）+ I2（g）? 2HI（g）△H﹤0

D. N2（g）+ 3H2（g）? 2NH3（g）△H﹤0

4 教學反思

作為使用人教版《化學反應原理》教學的前提下，本次教學案例大膽地將教材地教學內(nèi)容進行調整，參考魯教版《化學反應原理》的教學內(nèi)容進行開展教學。教學過程中立足平衡常數(shù)與濃度商的關系進行自主理論探究獲得平衡移動規(guī)律，通過實驗驗證和數(shù)據(jù)推理，建立學生對平衡狀態(tài)的新認識。本教學案例沒有使用人教版?zhèn)鹘y(tǒng)的運用動力學模型“反應速率”進行影響化學平衡移動因素的教學，而是從熱力學視角進行分析，建構合理科學的理論模型，對后續(xù)學習的電解質溶液、鹽類水解、沉淀溶解平衡的內(nèi)容，大大地降低學生迷思概念的出現(xiàn)。最后教學案例合理地創(chuàng)建生活、生產(chǎn)情景，讓學生在實際問題背景中體會化學平衡移動的實際意義，形成嚴謹求實的學科態(tài)度，培養(yǎng)學生節(jié)約資源、保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識和社會責任感。

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（作者單位：廣州市增城區(qū)荔城中學）