高中化學(xué)課堂“問題式”教學(xué)案例

一、教學(xué)內(nèi)容

本單元屬于人教版必修第二冊的第六章，緊密聯(lián)系《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》的具體要求，集中體現(xiàn)了對學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析化學(xué)”核心素養(yǎng)的高度重視。本章的開篇即通過化學(xué)鍵的斷裂與形成，揭示了化學(xué)能向熱能轉(zhuǎn)化的過程，之后講解了原電池的工作原理。第二節(jié)以牛奶變質(zhì)、爆炸、鋼橋生銹為例，滲透了化學(xué)反應(yīng)速率的知識(shí)點(diǎn)。

二、“問題式”設(shè)計(jì)思路

“問題式”教學(xué)作為以問題為核心的教育方法，將問題置于整個(gè)學(xué)習(xí)過程的中心，借此引發(fā)學(xué)生的好奇心。在這一教學(xué)模式下，教師精心設(shè)計(jì)如珠鏈般相扣的問題，幫助學(xué)生在探求問題答案的過程中，逐步建立知識(shí)之間的聯(lián)系，完成從未知到已知、從簡單到復(fù)雜的學(xué)習(xí)路徑。

三、學(xué)情分析

高一學(xué)生已通過初中及高中早期課程熟悉了化學(xué)反應(yīng)的基本概念，能夠從元素的角度加以分類，為其學(xué)習(xí)本課提供了理論基礎(chǔ)。學(xué)生雖然初步了解了宏觀層面的物質(zhì)變化，但不清楚如何應(yīng)對復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，對電子定向移動(dòng)產(chǎn)生電流等微觀現(xiàn)象的理解尚需加強(qiáng)，并在實(shí)驗(yàn)中難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操作，需要引起教師的廣泛重視。

四、教學(xué)目標(biāo)

1.通過實(shí)踐操作與理論探究相結(jié)合的方式，養(yǎng)成物質(zhì)變化伴隨能量變化的系統(tǒng)觀念。

2.運(yùn)用宏觀觀察與微觀分析的方法，從“反應(yīng)物與生成物的能量變化”及“化學(xué)鍵的斷裂與形成”兩個(gè)維度全面理解化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原理。

3.通過原電池的構(gòu)造與工作原理的學(xué)習(xí)，樹立運(yùn)用科學(xué)模型的意識(shí)，進(jìn)一步激發(fā)科學(xué)探究的熱情。

4.借助多樣化的信息來源，全面了解人類如何利用化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。

五、教學(xué)過程

第一課時(shí)：氧化還原反應(yīng)的微觀視角與能量變化

1.能量變化探究

師：大家看看我們的長征火箭成功發(fā)射升空的壯觀場景。這一刻，有什么特別的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生了嗎？

生：火箭發(fā)射時(shí)產(chǎn)生了巨大的推力和火焰，應(yīng)該是燃燒反應(yīng)。

師：正確！火箭燃料的燃燒是一個(gè)典型的化學(xué)反應(yīng)，伴隨著能量的大量釋放。接下來，我們將混合氫氣和氯氣，觀察它們反應(yīng)生成鹽酸的過程，在這個(gè)反應(yīng)中，能量是如何轉(zhuǎn)化的呢？（準(zhǔn)備氫氣和氯氣，提醒安全措施，演示化學(xué)反應(yīng)）。

生：反應(yīng)發(fā)生得很快，釋放了很多熱，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了熱能。

師：在微觀層面，氫氣和氯氣反應(yīng)時(shí)發(fā)生了什么變化？

生：氫氣和氯氣的分子之間的化學(xué)鍵斷裂了，然后氫原子和氯原子重新結(jié)合形成了鹽酸分子。

師：精確地說，這個(gè)過程中舊的化學(xué)鍵斷裂，新的化學(xué)鍵形成。在這一過程中，能量如何變化呢？我們來分析一下。（如圖1）

師：當(dāng)新的化學(xué)鍵形成時(shí)，釋放的能量多于斷裂舊鍵時(shí)所需的能量，因此整個(gè)反應(yīng)是放熱的。這背后的原理正是我們熟悉的能量守恒定律。

（設(shè)計(jì)意圖：教師利用“問題式”學(xué)習(xí)引領(lǐng)學(xué)生通過實(shí)際操作和觀察，深刻理解化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)。教師提出問題，激發(fā)學(xué)生的好奇心，促使其思考、探索并找到問題的答案，進(jìn)而培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力、批判性思維。）

2.能量變化的應(yīng)用與討論

師：大家知道自熱火鍋是如何工作的嗎？自熱火鍋的鈣氧化物與水反應(yīng)生成熱量的過程是一個(gè)放熱的過程，為火鍋提供了所需的熱量。這個(gè)例子告訴我們什么？

生：說明我們可以通過設(shè)計(jì)特定的化學(xué)反應(yīng)來滿足實(shí)際生活中的需要。

師：正是這樣，化學(xué)反應(yīng)中的能量變化在我們的日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。大家有沒有關(guān)注過能源問題？

生：能源問題一直是個(gè)大難題，既然化學(xué)反應(yīng)能轉(zhuǎn)化能量形式，是不是意味著我們可以通過化學(xué)反應(yīng)來開發(fā)新能源呢？

師：非常棒，實(shí)際上，化學(xué)反應(yīng)對于新能源開發(fā)來說至關(guān)重要。例如，通過水的電解，我們可以獲得氫氣——干凈的未來能源。同樣，太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能的過程也涉及一系列化學(xué)反應(yīng)。

第二課時(shí)：構(gòu)建氧化還原反應(yīng)認(rèn)識(shí)模型

師：誰能告訴我“天宮”空間站需要哪種能源來維持運(yùn)作？

生：空間站需要電能來維持運(yùn)作。

師：太陽翼上安裝有大量的太陽能電池板，它們由高效率的多晶硅或單晶硅材料制成，能在極端的太空環(huán)境中穩(wěn)定工作。在地球上，我們?nèi)绾卫迷姵啬兀?/p>

生：通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能？

師：對，原電池通過氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。其實(shí)這一反應(yīng)在我們的生活中無處不在，比如自然界的生物呼吸過程，甚至是你們?nèi)粘Ｊ褂玫碾姵?。讓我們先來了解一下什么是氧化劑和還原劑。

生：氧化劑是獲得電子的物質(zhì)，還原劑是失去電子的物質(zhì)。

師：非常好！這是氧化還原反應(yīng)的核心?，F(xiàn)在，我們用一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)來觀察氧化還原反應(yīng)——銅絲放入含有硫酸銅溶液的試管中會(huì)發(fā)生什么？（演示實(shí)驗(yàn)：Cu+2AgNO3===Cu（NO3）2+2Ag）

生：銅絲的表面有銅沉積。

師：銅絲表面的銅沉積是因?yàn)殂~離子獲得電子還原，而銅絲本身失去電子被氧化。讓我們討論一下原電池是怎么工作的？為什么它能產(chǎn)生電能？

生：原電池中的化學(xué)反應(yīng)使一端積累了負(fù)電荷，另一端積累了正電荷，產(chǎn)生了電位差，從而產(chǎn)生了電流。

師：非常棒！這個(gè)電位差正是由于化學(xué)反應(yīng)中的氧化劑和還原劑電子轉(zhuǎn)移造成的。（板書：鋅作為還原劑被氧化，而銅（II）離子作為氧化劑被還原）最后讓我們探討一下生活中都有哪些常見的化學(xué)電池，以及它們是如何工作的？

生：比如我們手機(jī)中的鋰離子電池。

師：正是，鋰離子電池通過鋰離子在陽極和陰極之間的移動(dòng)來工作，這也是一種氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用。

（設(shè)計(jì)意圖：通過“問題式”學(xué)習(xí)深化學(xué)生對氧化還原反應(yīng)的理解，特別是銅絲放入硫酸銅溶液這一具體實(shí)驗(yàn)的探討，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際現(xiàn)象出發(fā)，逐步探索、發(fā)現(xiàn)背后的化學(xué)原理，促使其主動(dòng)思考、積極尋找答案。）

第三課時(shí)：化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)限度

1.化學(xué)反應(yīng)速率探究

師：誰能告訴我什么是化學(xué)反應(yīng)速率？

生：指化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的快慢，或者說單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物的消耗或生成物的產(chǎn)生量。

師：那么我們怎么可以直觀地觀察到這一點(diǎn)呢？我們來進(jìn)行一個(gè)實(shí)驗(yàn)：向溶有碘化鉀的淀粉溶液中滴入少量的過氧化氫。

實(shí)驗(yàn)步驟：

①在一個(gè)試管中加入10mL的碘化鉀溶液和5mL的淀粉溶液，再加入幾滴硫酸溶液作為催化劑。

②準(zhǔn)備兩個(gè)試管，分別加入5mL的0.1M和0.5M過氧化氫溶液。

③將過氧化氫溶液從兩個(gè)試管中分別滴加到含碘化鉀和淀粉的試管中，同時(shí)開始計(jì)時(shí)。

④觀察并記錄溶液顏色變化的時(shí)間，從溶液開始變色到完全變成深藍(lán)色所需的時(shí)間。

生：溶液的顏色變了，這是因?yàn)檫^氧化氫溶液和碘化鉀反應(yīng)生成了碘，和淀粉反應(yīng)產(chǎn)生了藍(lán)色復(fù)合物。

師：如果改變反應(yīng)物的濃度或溫度，會(huì)發(fā)生什么呢？

生：反應(yīng)速率可能會(huì)變化。比如，增加反應(yīng)物濃度或提高溫度可能會(huì)使反應(yīng)速率加快。

師：在接下來的實(shí)驗(yàn)中，我們將改變過氧化氫的濃度，并觀察顏色變化的速度。（準(zhǔn)備不同濃度的過氧化氫溶液，重復(fù)實(shí)驗(yàn)并填寫如表1的觀察表）

生：看起來高濃度的過氧化氫反應(yīng)速度更快，顏色變化也更快。

師：非常好，這說明了什么？

生：說明反應(yīng)物濃度越高，提供的反應(yīng)分子越多，碰撞的機(jī)會(huì)也就越多，從而加快了反應(yīng)速率。

（設(shè)計(jì)意圖：利用“問題式”學(xué)習(xí)探究化學(xué)反應(yīng)速率，鼓勵(lì)學(xué)生通過觀察、思考和實(shí)驗(yàn)來主動(dòng)學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)，幫助學(xué)生建立對化學(xué)反應(yīng)速率的直觀認(rèn)識(shí)和深刻理解，同時(shí)培養(yǎng)其科學(xué)探究能力和實(shí)驗(yàn)技能。）

2.化學(xué)限度的理解與應(yīng)用

師：有人能告訴我化學(xué)反應(yīng)限度意味著什么嗎？

生：是不是指反應(yīng)不能無限進(jìn)行下去，最終會(huì)到達(dá)一個(gè)平衡狀態(tài)，反應(yīng)物和生成物的比例不再改變？

師：化學(xué)反應(yīng)限度指的是反應(yīng)在特定條件下能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)化程度。讓我們來開展實(shí)驗(yàn)（板書方程式：AgNO3+HCl=AgCl↓+HNO3，演示實(shí)驗(yàn)：向含有硝酸銀的溶液中滴加鹽酸，觀察沉淀的形成）。

生：隨著反應(yīng)的進(jìn)行，沉淀的形成似乎停止了。

師：當(dāng)我們看到沉淀不再增加時(shí)，意味著反應(yīng)物之一已經(jīng)完全消耗，反應(yīng)達(dá)到了它的限度。如果我們想要控制這個(gè)反應(yīng)的速率，可以采取哪些辦法？

生：我們可以通過改變溫度，使用冷熱水浴來調(diào)節(jié)反應(yīng)速率，或調(diào)整反應(yīng)物的濃度，濃度高的可能會(huì)加快反應(yīng)速率。（自主探究，完成實(shí)驗(yàn)填寫表2）

師：化學(xué)反應(yīng)的限度對于確?；瘜W(xué)工程的效率和安全性至關(guān)重要。了解反應(yīng)何時(shí)達(dá)到限度可以幫助我們更有效地設(shè)計(jì)化學(xué)過程和控制產(chǎn)品質(zhì)量。

六、教學(xué)反思

在實(shí)踐操作與理論探究結(jié)合的過程中，學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、反應(yīng)速率以及化學(xué)限度等核心概念有了更深入的理解。尤其在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過觀察、記錄、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，其科學(xué)探究能力和批判性思維均有所強(qiáng)化。然而，在實(shí)施過程中，我發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生在初次面對復(fù)雜實(shí)驗(yàn)操作時(shí)有一些緊張，對此，教師需要詳細(xì)指導(dǎo)，增加學(xué)生的操作信心。

（作者單位：寧縣第一中學(xué)）

編輯：李琴芳

作者簡介：羅瑩（1986—），女，漢族，甘肅慶陽人，職稱：中學(xué)一級(jí)，研究方向：課程思政視角下的高中化學(xué)教學(xué)。