鐘秀芬

摘要：將“化學(xué)平衡影響因素”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重組，結(jié)合濃度商和平衡常數(shù)進(jìn)行表征，以適應(yīng)不同興趣和能力的學(xué)習(xí)者，以“化學(xué)平衡影響因素”課題為例闡述運(yùn)用學(xué)科核心素養(yǎng)PCK視野下的教學(xué)設(shè)計(jì)框架，有效地對(duì)化學(xué)平衡學(xué)科知識(shí)進(jìn)行建構(gòu)是本課例的主要內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：學(xué)科核心素養(yǎng);PCK

PCK（Pedagogical Content Knowledge，以下簡(jiǎn)稱PCK）是學(xué)科教學(xué)知識(shí)的簡(jiǎn)稱，是教師個(gè)人獨(dú)一無(wú)二的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，教師獨(dú)特學(xué)科內(nèi)容領(lǐng)域和教育學(xué)的特殊整合，是教師對(duì)自己專業(yè)理解的特定形式。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于 PCK 的研究主要集中在基于PCK結(jié)構(gòu)提出建構(gòu)化學(xué)教師PCK模型的策略和基于PCK理論指導(dǎo)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究。但在化學(xué)反應(yīng)原理教學(xué)中如何運(yùn)用PCK 指導(dǎo)具體的教學(xué)實(shí)踐研究卻較少。

1 學(xué)科核心素養(yǎng)PCK視野下的教學(xué)設(shè)計(jì)框架

2 基于學(xué)科核心素養(yǎng)PCK視野下化學(xué)平衡移動(dòng)的教學(xué)思路

本課例以人教版《化學(xué)反應(yīng)原理》為教材，把教材的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，在建立了化學(xué)平衡的知識(shí)系統(tǒng)，學(xué)生初步建立平衡觀后，先學(xué)習(xí)平衡常數(shù)和濃度商，再學(xué)習(xí)化學(xué)平衡影響因素。參考了魯教版《化學(xué)反應(yīng)原理》的教學(xué)思路，結(jié)合本校學(xué)生情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生從宏觀辨析與微觀探析維度分析濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，結(jié)合濃度商與平衡常數(shù)的關(guān)系進(jìn)行理論驗(yàn)證，建立平衡移動(dòng)規(guī)律的模型認(rèn)知。再通過(guò)數(shù)據(jù)推理，進(jìn)一步運(yùn)用認(rèn)知模型驗(yàn)證壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響。最后將“勒夏特列原理”與認(rèn)知模型整合，運(yùn)用模型來(lái)解決實(shí)際問題。

3 基于學(xué)科核心素養(yǎng)PCK視野下化學(xué)平衡移動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 基于學(xué)科核心素養(yǎng)PCK視野下化學(xué)平衡移動(dòng)的課程知識(shí)

現(xiàn)今高中課堂，對(duì)該知識(shí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)主要有2種不同的教學(xué)處理。其中一種沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方法與策略，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究溫度、濃度、壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響，通過(guò)不完全歸納得出平衡移動(dòng)規(guī)律，并使用速率圖像來(lái)進(jìn)行解釋。

本教學(xué)案例是從平衡常數(shù)K與濃度商Q的關(guān)系出發(fā)，深度挖掘平衡常數(shù)在整個(gè)化學(xué)平衡學(xué)習(xí)中的核心作用，站在化學(xué)學(xué)科的高度建構(gòu)學(xué)生對(duì)平衡移動(dòng)的認(rèn)識(shí);此教學(xué)充分利用Q、K理論理性探究和建構(gòu)溫度、濃度、壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響以及平衡移動(dòng)規(guī)律，輔以實(shí)驗(yàn)對(duì)規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證。

從認(rèn)識(shí)方式角度出發(fā)，該教學(xué)處理對(duì)學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展以及科學(xué)思維培養(yǎng)有著更長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義，尤其為日后希望繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)并從事化學(xué)研究的學(xué)生建立了符合學(xué)科邏輯的平衡移動(dòng)模型。所以無(wú)論從學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展，還是化學(xué)學(xué)科的角度來(lái)說(shuō)，從Q、K 關(guān)系入手的平衡移動(dòng)教學(xué)顯然占有顯著的優(yōu)勢(shì)，這也更加凸顯了新課程標(biāo)準(zhǔn)將K引入高中化學(xué)平衡的重要價(jià)值與功能，唯有K的引入才能使學(xué)生基于熱力學(xué)科學(xué)建立化學(xué)平衡的概念。

3.2 基于學(xué)科核心素養(yǎng)PCK視野下化學(xué)平衡移動(dòng)的學(xué)生知識(shí)

學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的認(rèn)識(shí)的思維進(jìn)階，在初中階段學(xué)生對(duì)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)還不存在“反應(yīng)限度”角度，學(xué)生的平衡觀建立于高一化學(xué)《必修2》，建立從靜態(tài)的認(rèn)識(shí)角度，認(rèn)識(shí)“反應(yīng)限度”問題。到高二化學(xué)《選修4》，學(xué)生對(duì)“反應(yīng)限度”的問題進(jìn)入動(dòng)態(tài)、定性的認(rèn)識(shí)階段。知道當(dāng)外界條件改變時(shí)平衡狀態(tài)會(huì)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(dòng);并且能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)事實(shí)知道影響平衡狀態(tài)的3個(gè)因素（溫度、濃度、壓強(qiáng)）。依據(jù)高中新課程標(biāo)準(zhǔn)，在知識(shí)目標(biāo)維度需要學(xué)生了解溫度、濃度、壓強(qiáng)對(duì)平衡狀態(tài)的影響，并掌握平衡移動(dòng)規(guī)律。

3.3 基于學(xué)科核心素養(yǎng)PCK視野下化學(xué)平衡移動(dòng)的教學(xué)目標(biāo)

（1）能基于濃度商與平衡常數(shù)的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)推理，解釋化學(xué)平衡移動(dòng)規(guī)律，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的變化觀念與平衡思想;

（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生從宏觀辨識(shí)與微觀探析維度分析濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響;

（3）培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析、證據(jù)推理建立化學(xué)平衡移動(dòng)規(guī)律的模型認(rèn)知。

3.4 教學(xué)過(guò)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(shí)，K=1。恒溫恒容的容器中，起始時(shí)，CO、H2O濃度均為0.010.mol/L。

（1）反應(yīng)至t1時(shí)刻，CO2的濃度為0.0020mol/L，反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡？

（2）該條件下反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)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(shí)還是平衡狀態(tài)嗎？再次平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率如何變化？

（4）其化學(xué)平衡常數(shù)和溫度T的關(guān)系如下表：

通過(guò)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(lái)提高CO的轉(zhuǎn)化率？

【設(shè)計(jì)意圖】利用工業(yè)實(shí)際情境，回顧反應(yīng)限度、平衡狀態(tài)，激發(fā)新認(rèn)識(shí)需求。

3.4.2 課中環(huán)節(jié)

環(huán)節(jié)一、化學(xué)平衡狀態(tài)的影響因素

【課題導(dǎo)入】通過(guò)課前測(cè)評(píng)與討論，請(qǐng)同學(xué)預(yù)測(cè)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(guān)系

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

②Q

②Q>K，反應(yīng)向_______進(jìn)行，，ひ正_____ひ逆;

2.平衡移動(dòng)的實(shí)質(zhì)破壞Q與K的關(guān)系：

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

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生在新需求中尋找相關(guān)舊知識(shí)Q、K判據(jù)與平衡狀態(tài)的關(guān)系，奠定本節(jié)課的核心理論工具。

環(huán)節(jié)二、探究濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響

【實(shí)驗(yàn)探究】已知反應(yīng)Fe3++3SCN- ? Fe（SCN）3濃度商：Q = ____________________________

無(wú)色? 無(wú)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(shí)驗(yàn)記錄

2.理論解釋：請(qǐng)用Q與K的關(guān)系解釋改變反應(yīng)物或生成物的濃度對(duì)平衡移動(dòng)的影響。

3.微觀解釋：請(qǐng)運(yùn)用有效碰撞原理，從活化分子百分?jǐn)?shù)的角度分析濃度對(duì)平衡移動(dòng)的影響。

【小結(jié)1】對(duì)于一個(gè)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的反應(yīng)，①反應(yīng)物濃度增大或生成物濃度減小時(shí)，Q_______K，平衡狀態(tài)被破壞，平衡向______方向移動(dòng);②生成物濃度增大或生成物濃度減小時(shí)，Q_____K，平衡狀態(tài)被破壞，平衡向______方向移動(dòng);

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)宏觀的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，進(jìn)行數(shù)據(jù)推理，解釋化學(xué)平衡移動(dòng)規(guī)律，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的變化觀念與平衡思想;建立化學(xué)平衡移動(dòng)規(guī)律的模型認(rèn)知;通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生從宏觀辨識(shí)與微觀探析維度分析濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響。

環(huán)節(jié)三、探究壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)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(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)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(yīng)：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(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)

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(guò)比較Q與K 的關(guān)系解釋平衡移動(dòng)的原因。

4.微觀解釋：請(qǐng)運(yùn)用有效碰撞原理，從活化分子百分?jǐn)?shù)的角度分析濃度對(duì)平衡移動(dòng)的影響。

【小結(jié)2】對(duì)于一個(gè)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的反應(yīng)，壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響：

（1）當(dāng)反應(yīng)前后氣態(tài)物質(zhì)計(jì)量系數(shù)相等時(shí)，改變壓強(qiáng)，化學(xué)平衡狀態(tài)_____________;

（2）當(dāng)反應(yīng)前后氣態(tài)物質(zhì)計(jì)量系數(shù)不相等時(shí)，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向___________的方向移動(dòng);

（3）對(duì)于只涉及固體或液體的反應(yīng)，壓強(qiáng)對(duì)平衡體系的影響________________________________。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)數(shù)據(jù)分析，討論壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)的影響;發(fā)展模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)，利用已建立的認(rèn)知模型解決新問題，即模型應(yīng)用過(guò)程;結(jié)合有效碰撞原理進(jìn)行微觀分析。

環(huán)節(jié)四、勒夏特列原理

【學(xué)生討論】結(jié)合上面的實(shí)驗(yàn)探究及其結(jié)論，分析影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素的規(guī)律

勒夏特列原理：_____________________________

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

【設(shè)計(jì)意圖】提煉規(guī)律共性，提出勒夏特列原理，強(qiáng)調(diào)作為經(jīng)驗(yàn)型原理其使用的限制;明確平衡移動(dòng)本質(zhì)模型：Q、K關(guān)系。

【課堂檢測(cè)】

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(zhì)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(yīng)達(dá)到平衡后增大壓強(qiáng)，平衡都向逆反應(yīng)方向移動(dòng)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(xué)反思

作為使用人教版《化學(xué)反應(yīng)原理》教學(xué)的前提下，本次教學(xué)案例大膽地將教材地教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，參考魯教版《化學(xué)反應(yīng)原理》的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行開展教學(xué)。教學(xué)過(guò)程中立足平衡常數(shù)與濃度商的關(guān)系進(jìn)行自主理論探究獲得平衡移動(dòng)規(guī)律，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)推理，建立學(xué)生對(duì)平衡狀態(tài)的新認(rèn)識(shí)。本教學(xué)案例沒有使用人教版?zhèn)鹘y(tǒng)的運(yùn)用動(dòng)力學(xué)模型“反應(yīng)速率”進(jìn)行影響化學(xué)平衡移動(dòng)因素的教學(xué)，而是從熱力學(xué)視角進(jìn)行分析，建構(gòu)合理科學(xué)的理論模型，對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)的電解質(zhì)溶液、鹽類水解、沉淀溶解平衡的內(nèi)容，大大地降低學(xué)生迷思概念的出現(xiàn)。最后教學(xué)案例合理地創(chuàng)建生活、生產(chǎn)情景，讓學(xué)生在實(shí)際問題背景中體會(huì)化學(xué)平衡移動(dòng)的實(shí)際意義，形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的學(xué)科態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。

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（作者單位：廣州市增城區(qū)荔城中學(xué)）