“情境創(chuàng)設(shè)，任務(wù)驅(qū)動”的高三化學(xué)專題復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計

張玉娟

摘要：基于《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）》，遵循高考命題原則、評價思路，以“化學(xué)平衡常數(shù)”為學(xué)習(xí)主題，闡釋了基于“情境創(chuàng)設(shè)、任務(wù)驅(qū)動”模式的高三專題復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計，提升了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科能力，發(fā)展了學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高三專題復(fù)習(xí);化學(xué)核心素養(yǎng);化學(xué)平衡常數(shù)

文章編號：1008-0546（2021）09-0061-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.016

《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）》指出，“真實、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要載體?；瘜W(xué)教學(xué)設(shè)計和實施中，創(chuàng)設(shè)基于真實情境的問題解決任務(wù)，將核心知識與情境、活動和問題解決融為一體，注重學(xué)生自主建構(gòu)、問題解決，以促進學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，使學(xué)生在解決問題的活動中可逐步發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”[1]。

“專題式復(fù)習(xí)”以生為本，將知識結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化和綜合化，學(xué)習(xí)情境為學(xué)生營造化學(xué)學(xué)習(xí)的氛圍，正是通過這樣的學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生產(chǎn)生積極、主動學(xué)習(xí)的心向;化學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)解決“學(xué)什么”的問題，學(xué)習(xí)任務(wù)比學(xué)習(xí)內(nèi)容更具有可操作性，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激勵和驅(qū)動學(xué)生的思考，有效地促進學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

化學(xué)平衡常數(shù)是對化學(xué)反應(yīng)限度的描述，在判斷平衡狀態(tài)、反應(yīng)方向，分析預(yù)測平衡移動方向具有重要的功能價值[2]，在近三年的全國高考中均占有一定比重。試題多以圖像和信息的形式呈現(xiàn)，涉及化學(xué)平衡常數(shù)的計算、等效平衡等內(nèi)容，難度較大。如何在高三復(fù)習(xí)課中圍繞“化學(xué)平衡常數(shù)”專題，巧妙設(shè)置學(xué)習(xí)情境和任務(wù)，有效梳理、歸納、提煉，幫助學(xué)生總結(jié)規(guī)律、突破難點、提升能力與素養(yǎng)，筆者以自己執(zhí)教的江蘇省名師空中課堂高三專題復(fù)習(xí)錄像課為例，加以闡釋。

一、教學(xué)設(shè)計思路和目標

1.教學(xué)設(shè)計思路

通過比較新舊課標中有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的內(nèi)容標準（如表1所示），新課標反映了現(xiàn)代化學(xué)正在逐步走向定量化的特征。

用化學(xué)平衡常數(shù)定量描述化學(xué)反應(yīng)進行的限度，以化學(xué)平衡常數(shù)為核心，利用Qc與K的關(guān)系，定量分析反應(yīng)條件對化學(xué)平衡的影響;在實際生產(chǎn)中，常使用反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率來定量表示化學(xué)反應(yīng)的限度，人們可以在反應(yīng)限度允許的前提下盡可能地讓化學(xué)反應(yīng)向人們需要的方向進行，故而本節(jié)課以“工業(yè)合成氨”為情境，以化學(xué)平衡常數(shù)為理論基礎(chǔ)，分析溫度、壓強、濃度等外界條件因素對化學(xué)平衡的影響，引導(dǎo)學(xué)生基于定量視角分析和解決問題，發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理能力。

2.教學(xué)目標

通過從定量的角度對工業(yè)合成氨中達到高轉(zhuǎn)化率的交流研討，說明影響化學(xué)平衡的因素，提出有效控制反應(yīng)條件的措施，培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認知”等學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)思考

[創(chuàng)設(shè)情境]N2+3H2

2NH3，合成氨技術(shù)的發(fā)明使工業(yè)化人工固氮成為現(xiàn)實，實現(xiàn)了人類“向空氣要面包”的愿望。我國在合成氨的技術(shù)上也不斷創(chuàng)新和突破，希望實現(xiàn)生產(chǎn)效率（單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)化率）的最大化。

[提出問題]以熱力學(xué)數(shù)據(jù)平衡常數(shù)K作為理論基礎(chǔ)，試著分析溫度、壓強、濃度等外界反應(yīng)條件對合成氨反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率的影響。

設(shè)計意圖：化學(xué)平衡常數(shù)是平衡理論體系的核心知識，在促進學(xué)生對于化學(xué)平衡狀態(tài)、反應(yīng)限度以及平衡移動規(guī)律的理解，提升學(xué)生應(yīng)用平衡移動規(guī)律分析解決問題的能力方面具有重要價值[2]。選擇合成氨工業(yè)作為教學(xué)情境，嘗試用化學(xué)平衡的觀點理解工業(yè)生產(chǎn)條件。

2.通過分析溫度、壓強對化學(xué)平衡影響，構(gòu)建解決圖像題模型

[任務(wù)一]合成氨反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)：N2+3H2

2NH3 △H=-92.4kJ·mol-1。請解釋為什么降低溫度、增大壓強有利于氨的合成？

[資料]25℃時合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)為4.1×106，450℃時合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)為1。

[學(xué)生]討論交流，推導(dǎo)過程（如表2所示）。

[歸納]化學(xué)平衡常數(shù)是定量地描述化學(xué)反應(yīng)限度的物理量。K受溫度的影響，通過定量地比較濃度商與平衡常數(shù)間的關(guān)系，可判斷化學(xué)平衡移動的方向。

[提問]圖1是在不同反應(yīng)溫度、壓強下反應(yīng)達到平衡時，平衡混合物中氨的含量測定結(jié)果，試著說一說這幅圖的含義。

[學(xué)生]小組討論，回答交流，發(fā)現(xiàn)工業(yè)實際生產(chǎn)測定結(jié)果與上述理論分析結(jié)果一致。

[建模]構(gòu)建解決圖像題的模型（圖2）：

[提問]我國合成氨廠一般選用的合成氨條件為：壓強為20～50Mpa、溫度在500℃左右。

[學(xué)生]思考，說出想法：高壓條件對設(shè)備提出了苛刻的要求，而反應(yīng)溫度的降低勢必延長達到化學(xué)平衡的時間，致使生產(chǎn)效率降低。

設(shè)計意圖：化學(xué)圖像中蘊含著許多重要的化學(xué)反應(yīng)原理信息，學(xué)生必須要準確地讀出并能夠進行有效加工處理。面對形式多樣、越來越抽象綜合的圖像題，教師要引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)認知模型，運用整體思維、有序思維和批判性思維來解答化學(xué)反應(yīng)原理類圖像題。

3.通過分析濃度對化學(xué)平衡影響，構(gòu)建解決等效平衡題模型

[任務(wù)二]從濃度的角度又如何提高合成氨反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率呢？已知：N2+3H2

2NH3，45℃時，反應(yīng)的K=1。恒溫恒容密閉容器中，c（N2）=1mol·L-1，c（H2）=3mol·L-1開始投料，達到平衡時，N2和H2的轉(zhuǎn)化率是多少？（列式，用計算器計算）

[學(xué)生]根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)K進行計算：

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）

起始（mol·L-1） 1 3

0

變化（mol·L-1） x 3x

2x

平衡（ mol·L-1）1-x 3-3x

2x

K=

=1 x=0.54

α（N2）=α（H2）=54%

[提問]可見，從合成塔出來的混合氣中還有相當(dāng)大的一部分是沒有反應(yīng)的氮氣和氫氣。你知道如何將這部分的氮氣和氫氣利用起來呢？

[學(xué)生]將氨從混合氣中分離出來，余下的氮氣和氫氣重新進入合成塔反應(yīng)。

設(shè)計意圖：有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的簡單計算，通常采用“三段式”格式。通過計算化學(xué)平衡常數(shù)有關(guān)計算和數(shù)據(jù)結(jié)果分析，可以使同學(xué)們對改變濃度影響化學(xué)平衡移動有更深刻的認識，進而為之后從定量的角度認識“等效平衡”的教學(xué)埋下伏筆。

[任務(wù)三]不同的投料方式對合成氨反應(yīng)的平衡狀態(tài)影響如何呢？已知：N2+3H2

2NH3，45℃時，反應(yīng)的K=1。在一組容積相同的恒容密閉容器中按不同方式投入反應(yīng)物（如表3所示）。保持45℃不變，根據(jù)投料1和投料2，結(jié)合K計算，比較：①c1（NH3）與c2（NH3）;②α1與α2

[學(xué)生]剛才已計算出：c1（NH3）=1.08 mol-L-1，α1=54%。 再次根據(jù)平衡常數(shù)K進行投料2的計算：

N2（g）+ 3H2（g）

2 NH3（g） 起始（mol.L-1） 0 0

2 變化（mol.L-l） x

3x

2x 平衡（mol.L-1） x 3x

2-2x K=

x=0.46

因此C2（NH3） =1.08mol·L-1，α2=46%，α1+α2=1。

[追問]如果不計算K，也可以直接判斷兩個平衡狀態(tài)之間相關(guān)數(shù)據(jù)量的關(guān)系嗎？

[學(xué)生]投料1和投料2加入的物質(zhì)的量濃度相當(dāng)。

[歸納]相同條件下，同一可逆反應(yīng)，化學(xué)平衡的建立與途徑無關(guān)，對于同一可逆反應(yīng)，當(dāng)外界條件一定時，該反應(yīng)無論從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，或是從中間狀態(tài)開始，只要達到平衡時條件保持不變，加入的物質(zhì)的量濃度相當(dāng)，均可達到相同的平衡狀態(tài)。

[任務(wù)四]已知：N2+3H2

2NH3，450℃時，反應(yīng)的K=1。在一組容積相同的恒容密閉容器中按不同方式投入反應(yīng)物（如表4所示）。保持450℃不變，根據(jù)投料1和投料3，比較：①2c1（NH3）與c3（NH3）;②α1與α3。

[學(xué)生1]仍然可以利用化學(xué)平衡常數(shù)進行計算，得到C3（ NH3） =2.58mol· L-1，α3=64.5%，與投料1相關(guān)量比較得到：C3（NH3）>2c1（NH3），α3> α1。

[學(xué)生2]投料3中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度是投料1的兩倍，因此可以看作投料3達到的平衡3相對于投料1達到的平衡1進行了加壓，因此平衡將會正向移動，同樣得到上面結(jié)論。

[建模]通過設(shè)計虛擬狀態(tài)，將虛擬狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇芯繝顟B(tài)，可以分析平衡移動過程中物理量變化.可比較不同平衡態(tài)（圖3）。

[歸納]對不同的化學(xué)平衡態(tài)進行比較的方法：①定量的方法：通過化學(xué)平衡常數(shù)（K）計算出需比較的物理量。②定性的方法：設(shè)計虛擬狀態(tài)，借助勒夏特列原理判斷。

設(shè)計意圖：提到“等效平衡”，往往讓老師和學(xué)生為難。對于等效平衡，“等價轉(zhuǎn)換法”（通過可逆反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)之比換算成化學(xué)方程式同一邊的物質(zhì)）和“虛擬狀態(tài)法”是從定性角度分析，“化學(xué)平衡常數(shù)”則是從定量的角度處理化學(xué)平衡問題。通過定性和定量的雙重分析，使學(xué)生全面深刻地掌握如何比較不同的化學(xué)平衡狀態(tài)。

三、教學(xué)反思

1.情境創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)習(xí)者將紙筆試題轉(zhuǎn)化為真實任務(wù)

高三化學(xué)總復(fù)習(xí)時間緊，任務(wù)重，教師一般采用教師講，學(xué)生練，久而久之，學(xué)生會感到枯燥，懈怠。想方設(shè)法提供一個有意義的情境可以讓學(xué)習(xí)者參與到真實任務(wù)中，有助于學(xué)生對知識結(jié)構(gòu)的理解，提高學(xué)生知識遷移應(yīng)用能力。案例中，以“工業(yè)合成氨”反應(yīng)條件的選擇作為問題情境，從溫度、壓強、濃度等因素有邏輯地展開，逐步地擴展、深入、明晰，將情境、任務(wù)和問題解決融為一體，師生合作，在解決真實問題的情境中學(xué)生實現(xiàn)了情感、知識和方法的建構(gòu)[3]。

2.任務(wù)驅(qū)動，讓學(xué)習(xí)者將問題突破轉(zhuǎn)化為求知動力

高三復(fù)習(xí)教學(xué)應(yīng)該從新授課的如何“教”轉(zhuǎn)化為如何“學(xué)”，讓課堂中問題的預(yù)設(shè)與生成成為學(xué)習(xí)的引領(lǐng)。根據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論將要解決的大問題分成幾個小任務(wù)，讓學(xué)生在探究問題、解決問題的過程中，幫助學(xué)生將許多零散的知識點串聯(lián)起來，使學(xué)生的思維變得更加清晰。案例中以反應(yīng)條件對合成氨反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率的影響為大問題，分解成以下幾個小任務(wù)：①分析改變溫度、壓強如何引起平衡移動，進而引起平衡轉(zhuǎn)化率的變化，復(fù)習(xí)勒夏特列原理和化學(xué)平衡常數(shù)的含義。②觀察平衡混合物中氨的含量與溫度、壓強的關(guān)系圖像，通過從圖像中提取證據(jù)，分析、推理外界條件對化學(xué)平衡的影響。③分別從定量角度和定性角度解釋，改變濃度如何引起平衡轉(zhuǎn)化率的變化，引導(dǎo)學(xué)生體會化學(xué)平衡常數(shù)、設(shè)計虛擬狀態(tài)在判斷平衡狀態(tài)方面的功能價值。

3.模型建構(gòu)，讓學(xué)習(xí)者將零散信息建構(gòu)為知識體系

高三復(fù)習(xí)離不開知識點的回顧，但絕不是簡單的知識重現(xiàn)，而是需要將有相關(guān)聯(lián)的知識進行結(jié)構(gòu)化處理，建立認知模型，并能運用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示其中的本質(zhì)和規(guī)律?；瘜W(xué)平衡內(nèi)容理論性強，具有諸多抽象概念，導(dǎo)致學(xué)生在本專題學(xué)習(xí)過程中存在較大障礙。以高考難點化學(xué)平衡圖像題和等效平衡題為復(fù)習(xí)專題，通過問題驅(qū)動，不斷討論分析，歸納出基本思路和模式，完成建模，將抽象的知識具體化，復(fù)雜的內(nèi)容簡單化，有助于學(xué)生進行知識建構(gòu)、理解和應(yīng)用。

4.專題復(fù)習(xí)，讓學(xué)習(xí)者將知識體系內(nèi)化為能力素養(yǎng)

高三復(fù)習(xí)課堂上，如果對知識講解過于零散，容易讓學(xué)生感到學(xué)習(xí)內(nèi)容多、前后知識不連貫，無法建立對所學(xué)知識的興趣。化學(xué)平衡內(nèi)容比較抽象，因此教學(xué)中抓住本部分內(nèi)容的基本特征——定性分析和定量計算相結(jié)合、感性認識與理性分析相結(jié)合，充分運用邏輯推理，創(chuàng)設(shè)歸納化學(xué)平衡的相關(guān)原理以及運用原理解決問題的演繹過程，有利于學(xué)生對知識的深刻理解及掌握，更有利于學(xué)生將所學(xué)的知識融會貫通，形成良好的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性、深刻性。

四、結(jié)語

面對復(fù)習(xí)量大、時間緊迫的高三復(fù)習(xí)，學(xué)生并非是等待灌輸?shù)娜萜?，教學(xué)中應(yīng)避免以前基礎(chǔ)知識、基本能力面面俱到的復(fù)習(xí)?；瘜W(xué)高考是根據(jù)學(xué)生解決情境問題的過程與結(jié)果，從而分析學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)能力和解決化學(xué)問題能力，評價學(xué)生在真實的化學(xué)問題中，運用學(xué)科知識與方法、學(xué)科思維，解決化學(xué)問題的關(guān)鍵能力和必備品格。因此作為教師一定要注重教學(xué)方法的改革，提高宏觀和微觀教學(xué)設(shè)計能力，將高三的復(fù)習(xí)重點轉(zhuǎn)向必備知識、關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2018

[2] 支瑤，王磊，張緒姝.化學(xué)平衡常數(shù)對促進學(xué)生認識發(fā)展的功能價值分析及其教學(xué)實現(xiàn)[J].化學(xué)教育，2010（6）：29-34

[3]楊玉琴，倪娟.從情境素材到教學(xué)情境：如何創(chuàng)設(shè)富有價值的問題情境[J].化學(xué)教學(xué)，2020（7）：10-15+22

*本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”2020年度重點資助課題“基于深度學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生實驗創(chuàng)新能力的實踐研究”（課題編號：B-a/2020/02/33）的階段性研究成果。