基于化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展的單元整體教學設計

《普通高中化學課程標準》中提到，要整體規(guī)劃教學內(nèi)容的深廣度和合理組織化學教學內(nèi)容。化學教學內(nèi)容的組織，應有利于促進學生從化學學科知識向化學學科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化，而內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化是實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的有效途徑。下面，筆者以必修二《化學反應的速率與限度》為例，結(jié)合教材中的“化學與職業(yè)”欄目，讓學生以一個煉鐵廠工程師的身份，在工作中面臨的實際問題為情境，結(jié)合本節(jié)的教學目標和評價目標，進行單元整體教學設計。

一、教材分析

《化學反應的速率與限度》是人教版（2019）化學教材必修第二冊第六章第二節(jié)內(nèi)容，是學生在認識了化學反應有物質(zhì)變化和能量變化的基礎上，再次從動力學和熱力學角度更加深入認識化學反應。通過本節(jié)內(nèi)容的學習，要讓學生體會到化學反應是有條件的，條件是可以控制的，在實際生產(chǎn)生活中我們能夠依據(jù)調(diào)控反應的速率和限度，從而更深層次體會化學反應原理的價值和應用。同時，本節(jié)的內(nèi)容更加深入系統(tǒng)地研究化學反應的規(guī)律，真正使學生從研究者的角度認識反應，可讓學生初步建立基于條件改變來控制化學反應的觀念，發(fā)展學生“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學態(tài)度與社會責任”等學科核心素養(yǎng)，也將為選擇性必修一《化學反應原理》中進一步研究化學反應的方向、限度和速率奠定基礎。

二、學情分析

學生在初中已經(jīng)學習過MnO2催化分解H2O2制O2，知道化學反應有快慢、知道可逆反應的存在，在技能上具備了簡單化學實驗方案設計和評價能力，學生之間能夠合作完成實驗探究。

三、單元整體教學設計

（一）第一課時

【情境】假設你是某鋼鐵廠的工程師，公司要求一個煉鐵高爐的日產(chǎn)鐵量不低于134.4噸，相當于每小時產(chǎn)鐵量約5.6噸，在煉鐵時需鼓入熱空氣與焦炭反應產(chǎn)生一氧化碳，若現(xiàn)有的設備的鼓風口鼓入壓縮熱空氣后，與爐中的足量焦炭每小時產(chǎn)生4×106mol一氧化碳，理論上這個鼓風速率能否滿足生產(chǎn)需求？

【問題】1.煉鐵高爐中涉及的化學反應有哪些？2.若按5.6噸/小時的產(chǎn)鐵量，煉鐵主反應的速率是多少？3.現(xiàn)有設備的鼓風速率能否滿足需求？若不能，可以怎樣改進？

【活動】觀看鋼鐵廠高爐煉鐵的視頻

【設計意圖】第一課時主要學習化學反應快慢的定量描述——化學反應速率。在本課時，從一個鋼鐵廠高爐煉鐵的視頻開始，通過了解煉鐵的流程，煉鐵過程中需要的原料、發(fā)生的反應，思考各反應間的關系，了解計算反應速率的必要性。引入新課教學，化學反應速率的定義、計算方法，再讓學生根據(jù)新知，應用到情境討論中，理論計算煉鐵主反應的速率，通過數(shù)據(jù)判斷設備的鼓風口能否滿足需求。在這個真實情境中，通過解決問題的需求，激發(fā)學生的學習興趣和主動性，讓學生感受到定量描述化學反應快慢的重要意義，領悟化學反應速率的表示和計算的方法，培養(yǎng)學生“證據(jù)推理與模型認知”的學科核心素養(yǎng)。

（二）第二課時

【情境】假設你是某鋼鐵廠的工程師，在實際生產(chǎn)過程中，你發(fā)現(xiàn)煉制1噸生鐵所需原料焦炭的實際用量遠超出按照化學方程式計算所需的量，而且從高爐頂部出來的尾氣中總是含有許多未被利用的一氧化碳。

【問題】1.是否所有的化學反應都能進行到底，即反應物完全轉(zhuǎn)化？2.一個化學達到反應限度有哪些特征？3.增加煉鐵爐的高度能提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率嗎？

【活動】1.教師演示實驗：向2mL 0.01mol·L-1 KI溶液中加入5滴 0.01mol·L-1 FeCl3溶液，充分反應后，再加入2mL的CCl4，取上層溶液于另一支試管中，加入幾滴 0.1mol·L-1 KSCN 溶液。學生觀察現(xiàn)象并分析原因。

2.學生觀察2SO2+O22SO3，反應過程中SO2、O2、SO3的濃度變化，畫出濃度-時間圖像。

3.總結(jié)化學反應達到平衡狀態(tài)的特征，思考“增加煉鐵爐的高度能否提高一氧化碳的利用率？”

【設計意圖】第二課時通過煉鐵高爐尾氣中始終有未反應完的一氧化碳這個事實，結(jié)合課堂上的演示實驗，讓學生知道并不是所有的化學反應都可以進行完全的，即使其中一種反應物足量，另一種反應物也不能完全轉(zhuǎn)化，這種反應進行不徹底，是進行到一定程度停止了嗎？反應不徹底的原因是什么？教師引導學生提出猜想→尋找證據(jù)→驗證猜想→解釋論證→得出結(jié)論，總結(jié)可逆反應的特征，發(fā)展“證據(jù)推理與模型認知”的學科核心素養(yǎng)。教師給出反應過程中SO2、O2、SO3的濃度數(shù)據(jù)，讓學生畫出濃度-時間圖和速率-時間圖。學生可直觀看到對于一個可逆反應，在一定時間后，反應物和生成物濃度保持不變，v正=v逆，此時可逆反應達到限度，這種狀態(tài)稱之為平衡狀態(tài)。教師再與學生總平衡狀態(tài)的建立、本質(zhì)與特征，讓學生掌握如何判斷一個可逆反應是否達到平衡狀態(tài)。本課時的結(jié)尾，回到“增加煉鐵爐的高度能否提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率”問題，科學研究表明 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2是一個可逆反應，因此，反應進行不完全，在一定條件下達到反應限度后，即使延長反應時間，也無法提高反應物的轉(zhuǎn)化率。

（三）第三課時

【情境】假設你是某鋼鐵廠的工程師，你將如何調(diào)控反應條件來為工廠創(chuàng)造最大的效益？

【問題】1.工廠的效益需要考慮哪些方面的問題？2.如何提高煉鐵反應的速率？這些舉措都切實可行嗎？3.化學反應的限度可以改變嗎？

【活動】探究影響化學反應速率的因素實驗

實驗試劑提供：5%H2O2溶液、1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/L鹽酸、1mol/L鹽酸、蒸餾水、塊狀碳酸鈣

【設計意圖】本課時的教學重點是讓學生運用變量控制的方法探究影響化學反應速率的因素，并能初步運用到解決生產(chǎn)中反應條件的選擇中。在化學反應速率影響因素的探究實驗中，催化劑對反應速率的影響在初中已經(jīng)學過，因此主要探究溫度、濃度這兩種因素，逐步幫助學生建立變量控制的思維模型：確定研究對象→確定自變量和因變量→確定實驗操作→確定因變量觀測指標→得出結(jié)論。在對濃度的影響探究時，緊密聯(lián)系高考，從易到難，遞進設計，由給出的不同濃度試劑到只給出一種濃度的試劑，通過調(diào)節(jié)蒸餾水的量來控制單一變量，可以拓寬學生的思路，更加深刻地理解變量控制法，發(fā)展學生“科學探究與創(chuàng)新精神”的學科核心素養(yǎng)。

四、總結(jié)與反思

綜上，本節(jié)內(nèi)容的單元整體設計不僅涵蓋了教材的核心知識點，還將宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新精神、變化觀念與平衡思想、科學態(tài)度與社會責任的化學學科核心素養(yǎng)滲透于教學過程中，并且充分運用真實情境串聯(lián)，用問題牽引學生對化學反應進行了快慢和限度兩方面的理解和科學實驗探究，并最終回歸到解決生產(chǎn)過程中面臨的實際問題，以達到培養(yǎng)學生綜合運用化學的能力，發(fā)展學科核心素養(yǎng)的目標。

責任編輯 邱 麗