四川 張東貴 陳淑偉

(作者單位：四川省瀘州市瀘州老窖天府中學(xué))

一、理論基礎(chǔ)

《教育部關(guān)于全面深化課程改革 落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的意見(jiàn)》中強(qiáng)調(diào)要以學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系為主體，從不同維度發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，進(jìn)一步明確各學(xué)段、各學(xué)科具體的教書(shū)育人目標(biāo)和任務(wù)，強(qiáng)化各學(xué)段課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中凝練了化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，包括“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”五個(gè)方面。在化學(xué)課堂教學(xué)活動(dòng)中開(kāi)展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)改革，是深化課程改革，落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的重要方法。

本節(jié)內(nèi)容從教材編排的知識(shí)體系來(lái)看，既是必修2第二章第三節(jié)“化學(xué)反應(yīng)速率和限度”的內(nèi)容延伸與深化，又為后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)平衡奠定基礎(chǔ)，同時(shí)又與教材緒言中介紹的有效碰撞理論相呼應(yīng)，起著承上啟下的作用。本節(jié)內(nèi)容的知識(shí)在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究中有著廣泛的應(yīng)用和價(jià)值。通過(guò)必修2的學(xué)習(xí)，學(xué)生已具備了一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰屠硇运季S能力，但學(xué)生的抽象思維仍不夠成熟。因此本課時(shí)主要是對(duì)影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界條件(濃度、溫度、催化劑)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建有效碰撞理論模型，并應(yīng)用有效碰撞理論模型進(jìn)行微觀解釋?zhuān)瑥亩鴮?shí)現(xiàn)由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的升華，有助于學(xué)生從本質(zhì)上理解新知識(shí)，進(jìn)一步完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

(一)教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)

1.教學(xué)目標(biāo)

(1)通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)，研究濃度、溫度和催化劑等外在因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，通過(guò)獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新能力，形成并發(fā)展“對(duì)照實(shí)驗(yàn)”“控制變量”和“定量分析”的實(shí)驗(yàn)思想，發(fā)展學(xué)生演繹推理、系統(tǒng)思維(或假設(shè)思維)能力。

(2)通過(guò)組織學(xué)生討論宏觀條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響原因，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)微觀(碰撞)理論模型的建構(gòu)過(guò)程。理解學(xué)科素養(yǎng)中的宏觀辨識(shí)與微觀探析。

(3)通過(guò)外界因素對(duì)反應(yīng)速率的影響的理解，轉(zhuǎn)化為在生產(chǎn)、生活中的運(yùn)用，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生利用科技手段改善人們的生活條件，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，以及對(duì)學(xué)習(xí)的成就感。

2.評(píng)價(jià)目標(biāo)

(1)通過(guò)對(duì)濃度、溫度、催化劑等外界因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的探究，提高學(xué)生們對(duì)抽象的定性、定量概念的理解。

(2)通過(guò)運(yùn)用微觀碰撞理論來(lái)解釋宏觀條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響原因，提高學(xué)生從宏觀角度與微觀角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)進(jìn)階，以及視角層面及內(nèi)涵層面的深入。

(3)通過(guò)工業(yè)制硫酸的條件控制的討論，發(fā)展學(xué)生孤立水平及系統(tǒng)水平的解決生活中實(shí)際問(wèn)題的能力和學(xué)科價(jià)值及社會(huì)價(jià)值的認(rèn)識(shí)水平。

(二)教學(xué)與評(píng)價(jià)思路

圖1

(三)教學(xué)流程圖

圖2

(四)主要教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

1.課前預(yù)習(xí)

[問(wèn)題]回憶并查閱《必修2》中關(guān)于化學(xué)反應(yīng)速率的相關(guān)內(nèi)容，回答以下兩個(gè)問(wèn)題：

(1)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有哪些？列舉控制化學(xué)反應(yīng)速率在生活中的運(yùn)用實(shí)例，并思考改變的是影響化學(xué)反應(yīng)速率的何種因素？

(2)再利用互聯(lián)網(wǎng)或其他途徑查找在化學(xué)動(dòng)力學(xué)角度影響化學(xué)反應(yīng)速率的領(lǐng)域獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的情況，感悟研究化學(xué)動(dòng)力學(xué)的價(jià)值。

2.課中探究

(1)情景引入

[師]播放視頻——在研究化學(xué)動(dòng)力學(xué)角度影響化學(xué)反應(yīng)速率的領(lǐng)域獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的部分科學(xué)家。

[生]感受研究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素的巨大價(jià)值。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對(duì)探索新知識(shí)的渴望與追求。

(2)合作探究

①活動(dòng)元一：探索發(fā)現(xiàn)——外界條件影響化學(xué)反應(yīng)速率的宏觀辨識(shí)

[師]影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有哪些？

[生]結(jié)合課前學(xué)習(xí)情況進(jìn)行歸納總結(jié)。

[師]物質(zhì)自身的性質(zhì)沒(méi)法改變，能改變的是外界條件，外界條件是如何影響化學(xué)反應(yīng)速率的？研究其變化又可以選擇哪些方法？

[生]實(shí)驗(yàn)探究……

[師]今天我們就走“實(shí)驗(yàn)之道”，求“速率之理”，以草酸、高錳酸鉀和硫酸的反應(yīng)為例來(lái)探究同一個(gè)反應(yīng)在改變不同的外界條件下對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

[師]如何增大該反應(yīng)的速率？如何定量測(cè)定該反應(yīng)的速率？

[生]交流、討論得出一致意見(jiàn)：增大濃度、升高溫度、使用MnSO4作催化劑可增大反應(yīng)速率。應(yīng)選擇測(cè)定溶液褪色的時(shí)間來(lái)定量測(cè)定該反應(yīng)的速率。

[任務(wù)1]設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

[投影]實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄繚舛取囟?、催化劑等外界因素?duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

實(shí)驗(yàn)用品：KMnO4溶液(0.01 mol·L-1、0.05 mol·L-1)、H2C2O4溶液(0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1)、H2SO4溶液(4.6 mol·L-1)、MnSO4固體、熱水、試管、燒杯、秒表

[師]在研究某一因素對(duì)反應(yīng)速率的影響時(shí)，要學(xué)會(huì)控制變量。

[投影]對(duì)照實(shí)驗(yàn)

表1

[師]請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)用品和對(duì)照實(shí)驗(yàn)，在小組內(nèi)合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

[生]小組內(nèi)合作完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。

[生]各小組依次派代表匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生互相對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，體會(huì)“對(duì)照實(shí)驗(yàn)”“控制變量”和“定量分析”思想在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，最終形成具體的實(shí)驗(yàn)方案。

[投影]具體的實(shí)驗(yàn)方案

表2

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生經(jīng)過(guò)思考、討論、小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并運(yùn)用同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)完成三個(gè)影響因素的探究，充分體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)新性。由小組代表匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行相互評(píng)價(jià)，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素養(yǎng)，深刻感受“對(duì)照實(shí)驗(yàn)”“控制變量”和“定量分析”三大實(shí)驗(yàn)思想在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。

[任務(wù)2]動(dòng)手實(shí)驗(yàn)

[師]強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)安全和實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范，并明確要求應(yīng)認(rèn)真觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論并對(duì)結(jié)論進(jìn)行理論分析，做好展示準(zhǔn)備。

[生]小組合作，完成實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生分工合作，發(fā)展學(xué)生的合作探究意識(shí)和動(dòng)手能力。

[任務(wù)3]數(shù)據(jù)處理

[生]各小組逐一匯報(bào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

[師]在黑板上如實(shí)記錄各組匯報(bào)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

[生]分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找到變化規(guī)律，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂(lè)趣，收獲成功的喜悅。

②活動(dòng)元二：追根溯源——外界條件影響化學(xué)反應(yīng)速率的微觀探析

[任務(wù)1]構(gòu)建有效碰撞理論基本模型

[師]濃度、溫度、催化劑在微觀上是如何影響化學(xué)反應(yīng)速率的？能否從微觀的角度去解釋這些宏觀現(xiàn)象呢？接下來(lái)老師帶領(lǐng)同學(xué)們進(jìn)入微觀世界，一探究竟。

[師]化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的形成，舊鍵的斷裂和新鍵的形成必須經(jīng)過(guò)分子的有效碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)。是不是每一次碰撞都能發(fā)生反應(yīng)呢？

[資料卡片]在一密閉的容器中，在500℃和101 kPa時(shí)，0.001 mol·L-1的HI氣體，每升氣體，分子碰撞每秒達(dá)3.5×1028次之多，若每次碰撞都能發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)速率將達(dá)到5.8×104mol·L-1·s-1，但實(shí)際速率僅為1.2×10-8mol·L-1·s-1。

[生]不是每次碰撞都能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

[師]那怎樣的碰撞才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)呢？

[師]播放HI分解視頻。

[生]結(jié)合動(dòng)畫(huà)，提煉有效碰撞理論的核心概念：有效碰撞，活化分子，活化能。

[師]普通分子能否轉(zhuǎn)化為活化分子？

[生]升高溫度，可使普通分子吸收能量變?yōu)榛罨肿?；使用催化劑，降低反?yīng)活化能，可使普通分子變?yōu)榛罨肿印?/p>

【構(gòu)建模型】構(gòu)建有效碰撞理論的基本模型：

圖3

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)具體數(shù)據(jù)與視頻播放相結(jié)合的形式引導(dǎo)學(xué)生建立有效碰撞基本模型，并運(yùn)用模型解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理意識(shí)，發(fā)展學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)進(jìn)階和認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化水平。

[任務(wù)2]運(yùn)用有效碰撞理論基本模型，解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)論

[師]請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合有效碰撞理論模型解釋?zhuān)簽槭裁瓷邷囟?，化學(xué)反應(yīng)速率加快?為什么使用催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率加快?為什么增大濃度，化學(xué)反應(yīng)速率加快?

[生]運(yùn)用有效碰撞理論模型解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)模型解釋結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生利用宏微結(jié)合解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

③活動(dòng)元三：學(xué)以致用——感受調(diào)控外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響價(jià)值

圖4

[生]產(chǎn)生更大更好的經(jīng)濟(jì)效益。

[師]本節(jié)課你學(xué)到了什么？

[生]總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容。

設(shè)計(jì)意圖：在實(shí)驗(yàn)探究時(shí)要研究某一因素的影響時(shí)要控制單一變量，而在實(shí)際的生產(chǎn)中是多變量，產(chǎn)生認(rèn)知沖突的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生用辯證的觀點(diǎn)看待問(wèn)題和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和總結(jié)、歸納、表達(dá)能力。

三、教學(xué)反思

課堂教學(xué)內(nèi)容是指課堂上要教的東西，不只是學(xué)科基本知識(shí)、基本技能，還包括學(xué)生應(yīng)知道的教學(xué)設(shè)計(jì)思路、情境素材、評(píng)價(jià)方式以及師生交互過(guò)程中生成的學(xué)科思想、認(rèn)知模型、情感態(tài)度與價(jià)值觀等成分。教學(xué)就是“教”與“學(xué)”的雙邊活動(dòng)，最好的課堂就是讓學(xué)生做思維體操。本節(jié)課以三個(gè)活動(dòng)元貫穿始終，不斷制造認(rèn)知沖突，層層遞進(jìn)，層層深入，在解決問(wèn)題的過(guò)程中培養(yǎng)方法和能力，實(shí)現(xiàn)“教—學(xué)—評(píng)”一體化。