李登海

化學(xué)概念是在大量觀察和實驗的基礎(chǔ)上，運用邏輯的思維方法，把化學(xué)研究對象的共同特征加以概括而形成的，具有高度的概括性和抽象性。化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容之一是概念教學(xué)，而概念教學(xué)因為概念本身的抽象性，教師在實際教學(xué)過程中往往更多地關(guān)注概念本身的知識屬性以及概念的遷移應(yīng)用，缺少了對概念生成的教學(xué)實踐探索。結(jié)合概念教學(xué)中的教學(xué)模式和化學(xué)學(xué)科的特點，根據(jù)學(xué)生認知發(fā)展的水平，筆者提出如圖1 所示的基于實驗探究的概念生成型教學(xué)步驟。

圖1 基于實驗探究的概念生成型教學(xué)步驟

“化學(xué)反應(yīng)速率”是高中化學(xué)的重要概念，是后續(xù)學(xué)習化學(xué)平衡的基礎(chǔ)。筆者嘗試運用基于實驗探究的概念生成型教學(xué)進行有效教學(xué)。

1.引出已有概念

師：《龜兔賽跑》的寓言故事眾所周知，請同學(xué)們提供兩種具體規(guī)則來確定比賽的冠軍。

生：比較一定距離內(nèi)時間的長短或一定時間內(nèi)距離的長短。

師：比賽的冠軍一定是比賽期間平均速率較大的那一方。日常生活和化學(xué)實驗中，反應(yīng)的快慢不同，請舉例說明。

通過《龜兔賽跑》寓言故事中比賽規(guī)則的制定這一輕松的活動引出已有概念——平均速率，這有助于學(xué)生進行遷移，實現(xiàn)同化。讓學(xué)生舉出反應(yīng)快慢不同的實例，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活，幫助學(xué)生初步了解化學(xué)反應(yīng)快慢主要是由反應(yīng)本身決定，其次才是外界條件。

2.提出模糊概念

實驗1：取兩支試管，分別加入5 mL 1 mol/L和5 mL 4 mol/L 的H2SO4溶液，并滴加2～3 滴起泡試劑，再同時分別加入一粒鋅粒（顆粒大小基本相同）于試管中，觀察現(xiàn)象并記錄。

實驗2：取兩支試管各加入5 mL 0.1 mol/L的Na2S2O3溶液，另取兩支試管各加入5 mL 0.1 mol/L的H2SO4溶液，將四支試管分成兩組（每組各有一支盛有Na2S2O3溶液和H2SO4溶液的試管），一組放入自來水中，另一組放入熱水中，經(jīng)過2～3min 后，分別混合后再放在原處。觀察現(xiàn)象并記錄。

師：上述實驗都同時進行了兩組對照實驗，請同學(xué)們利用控制變量思想，找到影響反應(yīng)快慢的因素。

生：由實驗1 得出，其他條件相同時，增大反應(yīng)物濃度，反應(yīng)進行得更快一些；由實驗2 得出，其他條件相同時，提高溫度，反應(yīng)進行得更快一些。

筆者在教學(xué)中安排了兩個典型的實驗，一方面引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會利用變量控制法研究多變量問題，得出影響化學(xué)反應(yīng)進行快慢的因素；另一方面則是基于實驗探究，通過觀察進行抽象概括得出化學(xué)反應(yīng)速率的模糊概念，有助于從定性觀察逐漸引導(dǎo)學(xué)生過渡到定量計算。

3.定義精準概念

師：為什么教材中用單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加來表示反應(yīng)速率呢？

實驗3：取兩支試管，分別加入5 mL 4 mol/L 和10 mL 4 mol/L 的H2SO4溶液，取兩只氣球，分別將一粒和兩粒鋅粒（顆粒大小基本相同）塞在氣球中，然后將氣球套在試管口處，同時將鋅粒投向H2SO4溶液中，觀察現(xiàn)象并記錄。

小組交流：（1）實驗3 中兩支試管中的反應(yīng)快慢能否通過氣球膨脹大小來判斷？（2）為什么實驗1 中兩支試管中的反應(yīng)快慢可以通過產(chǎn)生泡沫的多少來判斷？

結(jié)論：實驗3 中兩支試管中進行的化學(xué)反應(yīng)速率是相等的，廣度性質(zhì)物理量（氣體體積、固體質(zhì)量）的變化量呈現(xiàn)倍數(shù)關(guān)系，而強度性質(zhì)物理量（物質(zhì)的量濃度）的變化量相同。用物質(zhì)的量濃度這種強度性質(zhì)的物理量來定義化學(xué)反應(yīng)速率更具有普適性。因此公式中的B自然不包括純固體或純液體。

當化學(xué)反應(yīng)速率的模糊概念不能同化化學(xué)反應(yīng)快慢的客體時，借助實驗3 的探究活動，先讓學(xué)生產(chǎn)生新的認知沖突，采用問題驅(qū)動式的小組交流方式，借助模型的建構(gòu)與演示來幫助學(xué)生定義化學(xué)反應(yīng)速率的精準概念。

4.發(fā)展概念外延

作業(yè)：密閉容器中，合成氨反應(yīng)開始時：c（N2）=8 mol/L，c（H2）=20 mol/L；2 min后：c（N2）=4 mol/L。那么（1）分別用N2、NH3、H2的濃度變化表示這段時間內(nèi)的反應(yīng)速率為多少？（2）對同一反應(yīng)，用不同物質(zhì)的濃度變化所表示的反應(yīng)速率的數(shù)值可能不同。為什么？它們之間有什么關(guān)系？

通過基礎(chǔ)性的典型例1，讓學(xué)生認識到同一反應(yīng)中用不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率數(shù)值上可能相同，也可能不同，這取決于化學(xué)計量系數(shù)是否相同。

本節(jié)課基于學(xué)生的認知發(fā)展規(guī)律，從學(xué)生的已有概念出發(fā)，引導(dǎo)其逐步建構(gòu)新概念；同時，基于真實的實驗探究情境，從定性觀察出發(fā)，通過問題驅(qū)動、交流合作、抽象歸納、模型建構(gòu)與演示，幫助學(xué)生完成從定性觀察到定量計算的轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會利用變量控制法研究多變量問題。