基于“變化觀念與平衡思想”的情境教學設計
——以“化學反應限度”為例

河南大學化學化工學院（475004）田營營 王玉霞

《普通高中化學課程標準（2017 年版）》中明確提出化學學科核心素養(yǎng)的五個維度，同時提出“以學科大概念為核心，使課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養(yǎng)的落實”［1］，并設置“情境素材建議”欄目，提供與教材知識相關的情境素材，供教育工作者參考。這充分說明情境在化學學科核心素養(yǎng)落實中不可或缺，是化學教學的構成要素之一［2］。

2017 年版課程標準頒布后，以核心素養(yǎng)為導向的情境教學法被賦予了更多的意義。情境教學法可強化學生的學習動機，培養(yǎng)學生的學習能力，提高學生的學習效率；可幫助學生全面了解信息，深化對知識的理解，提高學習成績；能有效挖掘學生的社會經驗，培養(yǎng)學生多角度思考和探索知識的能力，讓學生具備能夠適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格［3］。在實際化學教學中，教師應有目的地引入或創(chuàng)設情境，讓學生在情境中學習，理解教材內容，實現學習目標，并落實核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

“化學反應限度”一節(jié)，內容較為抽象，教師應充分挖掘相關情境素材，找到其與教學內容相關的銜接點，有效創(chuàng)設情境，幫助學生理解教材內容，培養(yǎng)學生的“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng)。本文以“化學反應限度”為例闡述基于“變化觀念與平衡思想”的情境教學設計。

一、教材分析

“化學反應限度”一節(jié)主要包括兩個方面內容：可逆反應和化學平衡狀態(tài)。該部分知識的學習是在為后期化學平衡常數、影響化學平衡的因素等內容的講授做鋪墊。掌握可逆反應及化學平衡狀態(tài)的相關知識，有助于學生“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。這一核心素養(yǎng)不僅是化學學科的重要觀念，是解決化學問題的思維視角，還是對化學反應條件、限度、變化和規(guī)律的基本認識［4］。與之前的元素化合物知識相比，“化學反應限度”這一概念的構建過程具有更豐富的核心素養(yǎng)發(fā)展價值。

二、教學重難點

“化學反應限度”是一個重要概念，要求學生從可逆的角度理解有關反應，并解釋實驗現象，在充分理解可逆反應的基礎上，進一步學習平衡狀態(tài)。而初學化學平衡時，受靜態(tài)平衡的影響，學生易形成“化學平衡是靜態(tài)平衡”的錯誤觀念［5］。再加上“化學反應限度”概念與學生已學的知識有一定差異，而反應限度的可觀性不強，對抽象思維能力要求較高［6］。因此，該概念的教學一直是高中化學教學的重難點。

學生之前學過的反應中有不少是可逆反應，如Cl2與H2O 生成HCl與HClO、工業(yè)合成氨、沉淀溶解平衡等，因此教師在講解可逆反應時要注意與學生之前所學知識相結合，以便學生能更好地理解。

三、教學情境創(chuàng)設

為突破教學難點，實現教學目標，培養(yǎng)學生的“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng)，教師可結合科學史實、生活場景、實驗探究等創(chuàng)設情境，設計教學環(huán)節(jié)（見表1）。

表1 教學環(huán)節(jié)設計

續(xù)表

四、情境教學實施過程

在教學實施過程中讓情境貫穿整個課堂，各環(huán)節(jié)圍繞合適的情境針對性地提出問題并引發(fā)學生思考。

【環(huán)節(jié)一】

創(chuàng)設情境：工業(yè)制硫酸。

主要內容：基于化工生產引出可逆反應的概念。

教師提問：硫酸是非常重要的化工產品，工業(yè)制硫酸的三個主要反應為：4FeS2+11O2＝2Fe2O3+8SO2；2SO2+O2?2SO3；SO3+H2O＝H2SO4。在實際生產過程中會產生一定量的大氣污染物二氧化硫，這說明反應中的二氧化硫無法完全轉化。請同學們思考一下，產生這種現象的原因可能是什么？

學生回答：有可能2SO2+O2?2SO3進行到一定程度后不再繼續(xù)，SO2未完全反應，因此還會有SO2。

知識分析：經研究發(fā)現，工業(yè)制硫酸的三個反應中，2SO2+O2?2SO3是可逆反應?？赡娣磻凑蚍磻ǚ磻铩晌铮┖湍嫦蚍磻ㄉ晌铩磻铮┰谕瑯訔l件下同時進行的反應。研究表明，大多數化學反應都具有可逆性。

設計意圖：基于實際生產過程創(chuàng)設真實情境，可激發(fā)學生的學習興趣，且此前學生學過硫元素的相關知識，對相關反應有所了解，有利于可逆反應和化學平衡知識的導入；利用實際生產中面臨的問題向學生提問，可提高學生探索的積極性，有利于可逆反應概念的構建。

【環(huán)節(jié)二】

創(chuàng)設情境：生活或學習中的平衡現象。

主要內容：靜態(tài)平衡向動態(tài)平衡過渡。

問題1：在生活或學習中你見過哪些靜態(tài)平衡場景？

學生回答：化學實驗中用天平稱量物質、公園里小朋友們玩蹺蹺板、物體受力平衡等。

問題2：為什么這些場景下的相關物體可達到平衡？

學生回答：天平稱量時兩邊達到相同重量故可實現平衡，蹺蹺板同理。受力平衡是因為物體受到作用在其身上的各個力的合力為零。

問題3：有人健身時選擇在跑步機上跑步（播放視頻），為保持在跑步機上的相對位置不變，他們是怎么做的？

學生回答：在跑步機上跑步時，要和跑帶做速度相同且方向相反的運動來保持相對位置不變。

教師在學生回答的基礎上引出“動態(tài)平衡”，將學生的思維從靜態(tài)平衡轉到動態(tài)平衡，形成“平衡不只有靜態(tài)”的觀念。

知識分析：人與跑步機有相對的運動，說明系統(tǒng)處于動態(tài)之中，人在跑步機上的水平位置不變可認為該系統(tǒng)處于一種動態(tài)平衡?！皠討B(tài)平衡”就是在相對運動速率相等、方向相反的情況下保持整體狀態(tài)不變。

設計意圖：將學生學習的注意點轉移到平衡上，幫助學生總結平衡原因，培養(yǎng)學生的平衡思想；讓學生的思維從靜態(tài)平衡過渡到動態(tài)平衡，幫助學生抓住動態(tài)平衡的本質特征，將抽象的概念直觀表現出來，形成有助于學生學習化學平衡概念的思維。讓學生分析與情境相關的問題，保持學生的學習熱情。

問題4：可逆反應與人在跑步機上跑步有何相似之處？

學生回答：都是兩方同時向相反的方向運動。

問題5：人在跑步機上跑步是一種動態(tài)平衡，但一直處于運動狀態(tài)，那可逆反應在最后不再生成新物質時是處于靜止狀態(tài)還是運動狀態(tài)？

先由學生小組討論自行猜測，再由教師總結：可逆反應能達到平衡狀態(tài)，且達到的是一種動態(tài)平衡。

設計意圖：讓學生在了解可逆反應概念的前提下對可逆反應的終態(tài)進行討論。情境教學貫穿整個課堂，可使課堂教學變得輕松有趣，有效改變“一言堂”“灌輸式”教學模式。

【環(huán)節(jié)三】

創(chuàng)設情境：氯化鐵與碘化鉀反應實驗。

主要內容：化學反應限度。

實驗探究：學生分組進行氯化鐵與碘化鉀反應的實驗。取少量FeCl3溶液與過量KI 溶液充分反應，再滴加KSCN溶液，溶液顯血紅色。

學生由實驗現象得出結論：即使KI 溶液過量也不能使FeCl3完全反應，說明2FeCl3+2KI ?2KCl+2FeCl2+I2為可逆反應。

教師總結：可逆反應不能進行到底，存在反應限度，最終達到一種動態(tài)的化學平衡狀態(tài)。

教師給出一組FeCl3與KI反應時各階段物質濃度變化數據，請學生畫出反應過程中正逆反應的速率變化圖（見圖1），并思考為何有這種變化。

知識分析：從上節(jié)內容（化學反應速率）可知增加反應物的量會加快反應速率，在反應開始階段反應物較多，因此正反應速率大于逆反應速率；隨著反應的進行，生成物的量不斷增加，逆反應速率加快，最終正反應速率與逆反應速率相等，反應物與生成物的濃度不再改變，達到一種表面靜止的狀態(tài)，稱為“化學平衡狀態(tài)”，簡稱化學平衡。化學平衡狀態(tài)是可逆反應達到的一種特殊狀態(tài)，是在給定條件下化學反應能達到或完成的最大程度，即化學反應限度。

設計意圖：該實驗探究可強化學生對可逆反應、動態(tài)平衡概念的理解，將理論與實際相聯系。

【環(huán)節(jié)四】

創(chuàng)設情境：在氯化鐵與碘化鉀反應體系中加入碘單質。

主要內容：條件改變，平衡改變。

實驗探究：常溫下，向KI 與FeCl3反應體系中（2FeCl3+2KI ?2KCl+2FeCl2+I2）加入碘單質，即增加碘單質的濃度，觀察實驗現象。

實驗時，向反應體系中加入KSCN，溶液在加入碘單質后紅色加深，說明體系中Fe3+濃度增加。

知識分析：原有的條件不變，反應達到的化學平衡狀態(tài)也就不會改變。加入碘單質之后，逆反應反應物的濃度增加，改變了原有的平衡條件，原有平衡被打破，反應向逆反應方向進行，Fe3+濃度隨之改變，最終整個反應體系達到一個新的化學平衡狀態(tài)。

設計意圖：在實驗過程中讓學生進一步理解平衡的動態(tài)性，可加深學生對可逆反應的認識，知道改變反應條件平衡會隨之改變；通過情境問題的解決理解平衡與變化的關系，在情境中認識問題、解決問題，培養(yǎng)學生的“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng)。

五、情境教學反思

在本節(jié)課中，最重要的還是對概念的準確理解，了解可逆反應，對化學反應限度有一個定性的認識，體會化學平衡狀態(tài)的特征。

具體教學過程中，知識導入以及知識分析都是基于創(chuàng)設的情境來進行的，在情境選擇方面要與學生現有認知相符合，同時保證學生在整個課堂中能感受到真實問題的存在，將抽象知識具體化；要從學生對平衡的已有認知出發(fā)，通過知識類比，層層遞進，使學生充分理解化學平衡狀態(tài)，從而落實核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。