陳曦明

(廣東省深圳市南山區(qū)華僑城中學 518053)

圖示法是化學學科思維的重要類型，是中學化學核心素養(yǎng)的組成要素.它是一種以圖形為主要方式，揭示事物現(xiàn)象或本質(zhì)特征，激發(fā)學生思維，使其更好地掌握知識，加快教學進程的教學策略.其實質(zhì)是使科學知識形象化，抽象知識具體化，復雜問題簡明化，便于學生接受、學習.

模型法是指對問題進行抽象、簡化、類比、概括，抓住主要特征，以不同的表征形式來呈現(xiàn)現(xiàn)象、概念、過程等.有的借助于具體的事物來描述，有的則通過抽象的形式(如符號、文字、公式等)來描述.以達到形象、鮮明的功能及目的.

該文以創(chuàng)新圖示法剖析教學重難點.為了達成學生對重難點的理解，激發(fā)學生核心素養(yǎng)的發(fā)展.歸納提煉了四步教學模型：(1)問題呈現(xiàn)：通過感知的實驗現(xiàn)象，歸納并呈現(xiàn)問題.(2)問題分析：根據(jù)已有的知識或?qū)嶒灲Y(jié)論，通過類推、類比等提煉需要分析的問題.(3)圖示模型：選擇恰當簡練的圖示.將要分析的問題實質(zhì)完全呈現(xiàn).(4)解決問題：通過圖示上呈現(xiàn)的問題實質(zhì)，深入理解并得出要分析的問題.

該文教學設(shè)計充分考慮學習過程的實際.利用四步教學模型，使學生在學習意識形成、學習方法選擇、學習進程評估調(diào)控等綜合表現(xiàn)方面的核心素養(yǎng)得以充分發(fā)展，在理性思維方面，能邏輯清晰運用科學的思維方式認識事物、解決問題的核心素養(yǎng)得以充分培養(yǎng).

選修四影響化學反應速率的因素是化學反應原理的重要內(nèi)容.在本節(jié)內(nèi)容教學中，從微觀上理解其實質(zhì)是教學的重難點.根據(jù)緒言部分學習，我們掌握了活化分子濃度增加，化學反應速率加快.本文通過四步教學模型，將外界條件對化學反應速率的影響，通過問題分析步驟設(shè)計，轉(zhuǎn)化成外界條件改變對微觀活化分子濃度的影響.再通過圖示設(shè)計，將外界條件改變引起的活化分子百分數(shù)、活化分子濃度變化完全清晰的呈現(xiàn)出來，使學生輕松達到深刻理解、掌握的目的；使學生理性思維、意識形成、解決問題、求知欲等核心素養(yǎng)得以充分培養(yǎng)與發(fā)展.

一、教學過程

影響化學反應速率的因素：

1．內(nèi)因(主要因素)：化學反應速率大小主要由參加反應物本身的性質(zhì)決定.

2．外因：一個反應物確定的化學反應，內(nèi)因已確定了.外界條件改變成為影響化學反應速率的主要因素.

(1)濃度對化學反應速率的影響：

[實驗2-2]：在溫度不變的情況下，取兩支試管，各加入4mL 0.01mol/L KMnO4酸性溶液，然后分別加入2mL 0.1mol/L H2C2O4、2mL 0.2mol/L H2C2O4，記錄褪色所需時間.對比實驗見表1.

實驗中發(fā)生了如下反應：

K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O

通過實驗可知，在其它條件相同時，增大反應物濃度，反應速率越大.反之，反應速率越小.

[問題呈現(xiàn)]為何在其它條件相同時，增大反應物濃度，反應速率越大.反之，反應速率越小，如何從微觀上理解？

學生小組討論1分鐘后.

教師引導：活化分子濃度越大，反應速率越大，那么就轉(zhuǎn)化成了“在其它條件相同時，增大反應物濃度，活化分子濃度增大”.

[問題分析]為何“在其它條件相同時，增大反應物濃度，活化分子濃度增大”？

教師引導：假設(shè)將分子能量由小到大按由下向上的順序排列.活化能為E0(設(shè)濃度由c增大到2c，體積為1L)，如何通過圖示模型將其示意出來.

學生小組討論1分鐘后并在紙上畫出.

圖1

[圖示模型]設(shè)E0為活化能，能量大于E0的分子為活化分子.如圖1所示,通過圖示容易直觀理解.在其它條件相同時，增大反應物濃度，反應物中活化分子的百分數(shù)是一定的；反應物濃度越大，活化分子濃度越大(單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目與單位體積內(nèi)反應物的總數(shù)成正比，即與反應物濃度成正比).

[解決問題]結(jié)合“單位體積內(nèi)活化分子數(shù)(活化分子濃度)增加，化學反應速率加快”.可知反應物濃度越大，化學反應速率越大.

設(shè)計意圖：讓學生通過圖示教學設(shè)計簡單、直觀的理解濃度改變活化分子百分數(shù)不變；反應物濃度越大，活化分子濃度越大.通過四步模型教學設(shè)計充分培養(yǎng)與發(fā)展學生的核心素養(yǎng).

(2)壓強對化學反應速率的影響

對于氣體來說，在一定溫度下，一定質(zhì)量的氣體所占的體積與壓強成反比.所以有氣體參加的反應，增大壓強，體積減小，物質(zhì)濃度增大，化學反應速率增大.

所以分析壓強對化學反應速率影響的思想是：壓強變化→體積變化→濃度變化→速率變化.所以有氣體參加的反應，增大壓強，反應速率增大；減小壓強，反應速率增大.

[問題呈現(xiàn)]如何從微觀上理解“在其它條件相同時，增大壓強，反應速率增大；減小壓強，反應速率增大”？

學生小組討論1分鐘后.

教師引導：活化分子濃度越大，反應速率越大，那么就轉(zhuǎn)化成了“在其它條件相同時，增大壓強，活化分子濃度增大；減小壓強，活化分子濃度減小”.

[問題分析]為何“在其它條件相同時，增大壓強，活化分子濃度增大；減小壓強，活化分子濃度減小”？

教師引導：假設(shè)將分子能量由小到大按由下向上的順序排列.活化能為E0(設(shè)容器體積由VL壓縮至V/2L，壓強由p增大到2p，則濃度由c增大到2c)，如何通過圖示模型將其示意出來.

學生小組討論1分鐘后并在紙上畫出.

圖2

[圖示模型]設(shè)E0為活化能，能量大于E0的分子為活化分子.如圖2所示,通過圖示容易直觀理解.在其它條件相同時，增大壓強，反應物中活化分子的百分數(shù)是一定的；活化分子濃度增大.

[解決問題]結(jié)合“單位體積內(nèi)活化分子數(shù)(活化分子濃度)增加，化學反應速率加快”.可知壓強越大，化學反應速率越大.

設(shè)計意圖：讓學生通過圖示教學設(shè)計簡單、直觀的理解壓強改變活化分子百分數(shù)不變；壓強越大，活化分子濃度越大.通過四步模型教學設(shè)計充分培養(yǎng)與發(fā)展學生的核心素養(yǎng).

(3)溫度對化學反應速率的影響

[實驗2-3]：往①②2支試管各加入5ml 0.1mol/L Na2S2O3溶液；將①試管置于T1℃的冷水中，②試管置于T2℃的熱水中，再往①試管中加入T1℃的5ml 0.1mol/L H2SO4溶液，往②試管中加入T2℃的5ml 0.1mol/L H2SO4溶液，并攪拌.記錄出現(xiàn)渾濁的時間(見表2).

反應的化學方程式：

表2

通過實驗可知，在其它條件不變時，升高溫度化學反應速率增大，降低溫度化學反應速率減小.

[問題呈現(xiàn)]如何理解“在其它條件不變時，升高溫度化學反應速率增大，降低溫度化學反應速率減小”？

學生小組討論1分鐘后.

教師引導：活化分子濃度越大，反應速率越大，那么就轉(zhuǎn)化成了“在其它條件相同時，升高溫度，活化分子濃度增大”.

[問題分析]為何“在其它條件相同時，升高溫度，活化分子濃度增大”？

教師引導：假設(shè)將分子能量由小到大按由下向上的順序排列.活化能為E0.

教師提示：在其它條件相同時，升高溫度，使得分子均吸收能量.反應物分子的能量均相應的升高.但活化能E0不變.

如何通過圖示模型將其示意出來.

學生小組討論1分鐘后并在紙上畫出.

圖3

[圖示模型]設(shè)E0為活化能，能量大于E0的分子為活化分子.如圖3所示,通過圖示容易直觀理解.由于溫度升高，使得分子均吸收能量，使原來能量較低的分子部分變成活化分子，所以活化分子百分數(shù)增大；使得活化分子濃度增大.

[解決問題]結(jié)合“單位體積內(nèi)活化分子數(shù)(活化分子濃度)增加，化學反應速率加快”.可知升高溫度，化學反應速率越大.同理，降低溫度，反應速率減小.

設(shè)計意圖：通過圖示教學設(shè)計簡單、直觀的理解溫度升高活化分子百分數(shù)增加；溫度升高，活化分子濃度越大.通過四步模型教學設(shè)計充分培養(yǎng)與發(fā)展學生的核心素養(yǎng).

升高溫度化學反應速率增大有兩個原因.主要原因是溫度升高使分子獲得更高的能量，活化分子百分數(shù)增大，活化分子濃度增大.次要原因是分子運動加劇，使得分子間碰撞頻率加大，活化分子碰撞頻率也隨之加大.

(4)催化劑對化學反應速率的影響

[實驗2-4]：按下列實驗步驟完成實驗：①向錐形瓶內(nèi)加入10mL 10%的H2O2；②將插有短導管和漏斗的雙孔膠塞塞到錐形瓶上；③將帶余燼的木條通過短導管插入錐形瓶，觀察實驗現(xiàn)象；④經(jīng)漏斗向錐形瓶內(nèi)加入少量MnO2后，觀察實驗現(xiàn)象.

列表并記錄(見表3)：

表3

通過實驗可知，上述實驗的反應中MnO2是催化劑，起著加快化學反應速率的作用.

[問題呈現(xiàn)]如何理解“在其它條件不變時，加入催化劑，化學反應速率增大”？

學生小組討論1分鐘后.

教師引導：活化分子濃度越大，反應速率越大.那么就轉(zhuǎn)化成了“在其它條件相同時，加入催化劑，活化分子濃度增大”.

[問題分析]為何“在其它條件不變時，加入催化劑，活化分子濃度增大”？

教師引導：假設(shè)將分子能量由小到大，按由下向上的順序排列.活化能為E0.

圖4

教師提示：加入催化劑，改變了反應過程，降低了反應所需的活化能.在其它條件相同時，無催化劑時活化能為E0，加入催化劑，降低了化學反應的活化能.活化能由E0降低為E0′(E0′

學生小組討論1分鐘后并在紙上畫出.

[圖示模型]設(shè)E0為活化能，能量大于E0的分子為活化分子；加入催化劑，活化能降低為E0′(E0′

[解決問題]結(jié)合“單位體積內(nèi)活化分子數(shù)(活化分子濃度)增加，化學反應速率加快”.可知加入催化劑，化學反應速率越大.

圖5

設(shè)計意圖：讓學生通過圖示教學設(shè)計簡單、直觀的理解加入催化劑活化分子百分數(shù)增加；活化分子濃度越大.通過四步模型教學設(shè)計充分培養(yǎng)與發(fā)展學生的核心素養(yǎng).

二、教學評價

筆者以四步教學模型展開“影響化學反應速率的因素”的教學設(shè)計.充分考慮了學生已有知識儲備，結(jié)合學習過程實際.歸納提煉學生學習過程中的重難點，以創(chuàng)新圖示法加以剖析.恰當?shù)脑O(shè)計使學生更深刻的理解問題呈現(xiàn)、問題分析、圖示模型、解決問題這四步教學模型的過程及對日后學習的意義.不僅將外界條件改變引起的活化分子百分數(shù)、活化分子濃度變化完全清晰的呈現(xiàn)出來，使學生輕松達到深刻理解掌握的目的；還能使學生理性思維、意識形成等核心素養(yǎng)得以充分培養(yǎng)與發(fā)展.遇到理解困惑時能獨立應用.并增強了學習自信心，學習欲望大大增強.

筆者經(jīng)過多年實踐，在同教學年同層次不同班級采用對比教學，發(fā)現(xiàn)采用創(chuàng)新圖示法剖析教學重難點.通過四步教學模型的教學設(shè)計.不僅課堂進展順利，學生理解到位且深刻，課后作業(yè)也完成的特別好，而且日久復習學生自主性更強，而且?guī)缀醪灰處熤v解引導，效果甚佳.以下是筆者三教學年同層次不同班級教學效果對比表格(見表4)：

表4

從表4中發(fā)現(xiàn)，采用四步模型教學設(shè)計的班級學生在課堂、課后及日久復習均掌握的更好，說明四步模型教學設(shè)計，使學生在問題轉(zhuǎn)化、圖示呈現(xiàn)方面理解深刻、掌握牢固；并使學生理性思維、意識形成及自主學習等核心素養(yǎng)得以充分培養(yǎng)與發(fā)展.