摘 要：化學(xué)平衡是高中化學(xué)課程的重要內(nèi)容，學(xué)習(xí)難度較大，對此，教師可基于數(shù)形結(jié)合思想開展可視化教學(xué)，以此提高課堂教學(xué)效果。分析了高中化學(xué)平衡問題教學(xué)中存在的問題，如學(xué)生難以理解抽象概念、難以想象變化過程、解題思路不清晰等，并從借助圖形呈現(xiàn)化學(xué)平衡狀態(tài)、通過圖像分析化學(xué)平衡移動、結(jié)合數(shù)據(jù)表格深入理解知識、運用多媒體工具實現(xiàn)知識可視化幾方面探討了基于數(shù)形結(jié)合思想的高中化學(xué)平衡問題可視化教學(xué)策略，旨在為高中化學(xué)教學(xué)提供新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)形結(jié)合；高中化學(xué)；化學(xué)平衡；可視化教學(xué)

基金項目：本文系甘肅省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2024年度一般課題“數(shù)形結(jié)合思想在高中化學(xué)平衡問題中的數(shù)學(xué)建模與可視化教學(xué)實踐研究”（課題立項號：GS［2024］GHBO171）的研究成果。

作者簡介：蕭艷霞（1984—），女，甘肅省蘭州市第十八中學(xué)。

化學(xué)平衡問題是高中化學(xué)課程中的重要內(nèi)容，具有較強的抽象性和復(fù)雜性，涉及動態(tài)平衡、正逆反應(yīng)速率相等以及各物質(zhì)濃度保持不變等內(nèi)容。對于這部分內(nèi)容，學(xué)生往往難以在腦海中構(gòu)建出清晰的認(rèn)知圖像［1］。傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以有效呈現(xiàn)化學(xué)平衡的動態(tài)變化過程，因此無法讓學(xué)生形成直觀的認(rèn)識，這影響了學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提升［2］。隨著教育理念的不斷更新和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，可視化教學(xué)逐漸成為一種新的教學(xué)趨勢。數(shù)形結(jié)合思想是一種重要的思想方法，教師將其應(yīng)用于高中化學(xué)平衡問題的可視化教學(xué)中，能有效提高教學(xué)效果。通過圖形、圖像、數(shù)據(jù)表格以及多媒體工具等，教師可以將抽象的化學(xué)平衡問題轉(zhuǎn)化為直觀、形象的內(nèi)容，從而讓學(xué)生更好地理解化學(xué)平衡的概念、變化過程以及分析思路。本文主要探索基于數(shù)形結(jié)合思想的高中化學(xué)平衡問題可視化教學(xué)方法，旨在解決當(dāng)前高中化學(xué)平衡問題教學(xué)中存在的問題，提高化學(xué)教學(xué)質(zhì)量，有效培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新精神。

一、高中化學(xué)平衡問題教學(xué)中存在的問題

（一）難以理解抽象概念

化學(xué)平衡的概念較為抽象，涵蓋了動態(tài)平衡、正逆反應(yīng)速率相等以及各物質(zhì)濃度保持不變等內(nèi)容。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生常常難以深入理解化學(xué)平衡的本質(zhì)［3］。比如，在學(xué)習(xí)化學(xué)平衡的建立過程的知識時，學(xué)生可能只是生硬地記住了定義，沒有真正領(lǐng)會動態(tài)平衡的狀態(tài)。此外，化學(xué)平衡常數(shù)這一概念也較為復(fù)雜，學(xué)習(xí)起來有一定難度。部分學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)平衡常數(shù)知識時往往會感到困惑，難以快速準(zhǔn)確地理解其內(nèi)涵。這會導(dǎo)致他們在解決相關(guān)問題時出現(xiàn)錯誤。

（二）難以想象變化過程

化學(xué)平衡受溫度、壓強、濃度等多種因素影響，這些因素的改變會導(dǎo)致平衡出現(xiàn)變化。然而，學(xué)生很難想象這些變化的具體過程［4］。在學(xué)習(xí)化學(xué)平衡知識時，部分學(xué)生雖然能記住勒夏特列原理，但卻無法深入理解該原理的內(nèi)涵，也無法直觀感知平衡移動過程中各物質(zhì)濃度、反應(yīng)速率等的變化情況。這種抽象的變化過程容易使學(xué)生在分析問題時陷入迷茫狀態(tài)，無法準(zhǔn)確判斷平衡移動的方向和結(jié)果。

（三）解題思路不清晰

在解決化學(xué)平衡問題時，部分學(xué)生常常感到無從下手，解題思路不清晰［5］。一方面，化學(xué)平衡問題的題型豐富多樣，包括圖像分析、計算、平衡狀態(tài)判斷等，而每種題型都有其獨特的解題方法和技巧，學(xué)生難以全面掌握。例如，在圖像分析題中，學(xué)生需要準(zhǔn)確理解圖像的內(nèi)涵，分析曲線的變化趨勢，從而得出正確的結(jié)論；而在計算問題中，學(xué)生則需要熟練運用相關(guān)的計算公式進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算。另一方面，學(xué)生在面對復(fù)雜的平衡問題情境時，不能有效地提取關(guān)鍵信息，并運用所學(xué)知識進(jìn)行分析和推理。這會導(dǎo)致他們在解題過程中出現(xiàn)錯誤，無法快速、準(zhǔn)確地解決問題。

二、數(shù)形結(jié)合思想在高中化學(xué)平衡問題可視化教學(xué)中的具體應(yīng)用策略

（一）圖形繪平衡，組成清晰現(xiàn)狀態(tài)

教師將抽象的化學(xué)平衡體系以圖形的方式展示出來，可以讓學(xué)生直觀地了解各物質(zhì)在平衡體系中的存在形式和相互關(guān)系，快速理解化學(xué)平衡狀態(tài)。學(xué)生通過圖形可以清晰地了解不同因素對化學(xué)平衡狀態(tài)的影響，深入理解化學(xué)平衡的本質(zhì)。

例如，在教學(xué)“化學(xué)平衡”一課時，首先教師可通過展示日常生活中的平衡現(xiàn)象，如天平的平衡、生態(tài)系統(tǒng)的平衡等，引出化學(xué)平衡的概念，并向?qū)W生提出“化學(xué)平衡與這些平衡現(xiàn)象有哪些相似之處和不同之處？”等問題，以此引發(fā)學(xué)生的思考。然后，教師可繪制化學(xué)平衡體系的組成圖，并結(jié)合圖形介紹化學(xué)平衡的定義和特征，強調(diào)動態(tài)平衡、正逆反應(yīng)速率相等、各物質(zhì)濃度保持不變等要點。比如，教師可以合成氨反應(yīng)為例，繪制化學(xué)平衡體系組成圖。在圖中，教師可用不同顏色的實心圓分別表示N?、H?和NH?分子，展示平衡狀態(tài)下各物質(zhì)的分子數(shù)量，并標(biāo)注反應(yīng)容器的體積、溫度、壓強等數(shù)據(jù)。在繪制圖形的基礎(chǔ)上，教師可引導(dǎo)學(xué)生觀察圖形，分析在平衡狀態(tài)下正逆反應(yīng)速率的關(guān)系、各物質(zhì)濃度的變化趨勢以及影響平衡的因素。在練習(xí)環(huán)節(jié)，教師可以給出一些化學(xué)平衡反應(yīng)體系，讓學(xué)生繪制相應(yīng)的組成圖，并分析平衡狀態(tài)下各物質(zhì)濃度與壓強、溫度的關(guān)系。最后，教師可總結(jié)通過繪制圖形分析化學(xué)平衡問題的方法和優(yōu)勢，強調(diào)數(shù)形結(jié)合思想在化學(xué)平衡問題可視化教學(xué)中的重要性，并鼓勵學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)中積極運用圖形來分析化學(xué)平衡問題，以此提高學(xué)生解決化學(xué)平衡問題的能力。

（二）圖像析移動，方向明確知變化

圖像能夠?qū)⒒瘜W(xué)平衡的移動過程直觀地展示出來，幫助學(xué)生更好地理解平衡移動的方向和變化趨勢。學(xué)生通過分析圖像的特征，如曲線的斜率等，可以快速判斷平衡移動的方向和影響因素。圖像的視覺沖擊力較強，教師在化學(xué)平衡教學(xué)中引入圖像，能加深學(xué)生對相關(guān)知識的記憶，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在高中化學(xué)平衡問題可視化教學(xué)中，教師可以先找出影響化學(xué)平衡移動的因素，如溫度、壓強、濃度等，然后根據(jù)影響因素與平衡移動的關(guān)系，繪制相應(yīng)的圖像，如濃度—時間圖像、溫度—平衡常數(shù)圖像等。在此基礎(chǔ)上，教師可引導(dǎo)學(xué)生觀察圖像的特征，分析平衡移動的方向和原因。

例如，在講解化學(xué)平衡移動知識時，首先，教師要明確影響化學(xué)平衡移動的主要變量為溫度、壓強和濃度。然后，教師可以合成氨反應(yīng)為例，告訴學(xué)生改變溫度、壓強或各物質(zhì)濃度都可能使平衡發(fā)生變化。教師可以假設(shè)在一個密閉容器中進(jìn)行合成氨反應(yīng)，起始時加入一定量的N?和H?。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，N?和H?的濃度會逐漸降低，NH?的濃度會逐漸升高。根據(jù)以上情況，教師可繪制反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度隨時間變化的圖像。通過圖像，學(xué)生可以直觀地看出反應(yīng)物濃度的下降趨勢和生成物濃度的上升趨勢。對于合成氨反應(yīng)來說，其正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，教師可以在不同溫度下進(jìn)行實驗，測定平衡常數(shù)K的值。在此基礎(chǔ)上，教師可以溫度為橫坐標(biāo)、平衡常數(shù)K為縱坐標(biāo)繪制圖像。根據(jù)圖像，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)K逐漸減小。對于濃度—時間圖像，教師要引導(dǎo)學(xué)生觀察圖像中N?和H?濃度下降的速率以及NH?濃度上升的速率，并讓學(xué)生思考，改變其中某種物質(zhì)的濃度，平衡會向哪個方向移動。對于溫度—平衡常數(shù)圖像，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析溫度和平衡常數(shù)K之間的關(guān)系，并讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識，分析溫度變化對該化學(xué)平衡的影響。通過這樣的教學(xué)，教師可以讓學(xué)生更好地理解化學(xué)平衡移動的知識，學(xué)會運用圖像分析化學(xué)平衡的移動方向。

（三）表格助理解，數(shù)據(jù)明晰悟平衡

用表格整理化學(xué)平衡相關(guān)數(shù)據(jù)，能使復(fù)雜的數(shù)據(jù)關(guān)系變得清晰。教師借助表格可以直觀地分析不同條件下的化學(xué)平衡的情況，幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)平衡的影響因素和變化規(guī)律。另外，學(xué)生借助表格能更好地計算和分析，快速掌握化學(xué)平衡計算的知識。

例如，在教學(xué)“化學(xué)平衡”一課時，教師可以先展示一個化學(xué)平衡的例子：在密閉容器中進(jìn)行的合成氨反應(yīng)。同時，教師可提出“在這個反應(yīng)體系中，哪些因素會影響化學(xué)平衡？”等問題，以此引發(fā)學(xué)生思考，引出本課的主題——利用表格分析化學(xué)平衡。然后，教師可引導(dǎo)學(xué)生明確合成氨反應(yīng)中的化學(xué)平衡數(shù)據(jù)：反應(yīng)體系的溫度、壓強，各物質(zhì)的起始濃度、變化濃度、平衡濃度，平衡常數(shù)等。在此基礎(chǔ)上，教師可在黑板上畫出表格，表頭內(nèi)容如下：反應(yīng)條件（溫度、壓強）、起始濃度（N?、H?、NH?）、變化濃度（N?、H?、NH?）、平衡濃度（N?、H?、NH?）、平衡常數(shù)K。接著，教師可給出如下數(shù)據(jù)：在溫度為T?、壓強為P?的條件下，N?的起始濃度為a，H?的起始濃度為b，經(jīng)過一段時間后反應(yīng)達(dá)到平衡，此時N?的濃度變?yōu)閏。教師可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)化學(xué)計量關(guān)系計算出H?和NH?的起始濃度、變化濃度和平衡濃度以及平衡常數(shù)K，并將數(shù)據(jù)填入表中。之后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察表格中的數(shù)據(jù)，分析溫度、壓強等因素對各物質(zhì)濃度和平衡常數(shù)的影響，以此讓學(xué)生理解化學(xué)平衡與溫度、壓強等因素的關(guān)系。同時，教師可給出不同的合成氨反應(yīng)體系的數(shù)據(jù)，讓學(xué)生自己設(shè)計表格，并分析、填寫數(shù)據(jù)，以此讓學(xué)生更好地理解化學(xué)平衡的知識。最后，教師可總結(jié)表格分析法在化學(xué)平衡問題可視化教學(xué)中的重要性，鼓勵學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)中合理運用表格整理數(shù)據(jù)，以此提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

（四）多媒體工具促可視，動畫虛擬展過程

多媒體工具可以將化學(xué)平衡的抽象過程生動地展示出來，讓學(xué)生直觀地理解化學(xué)平衡建立及變化的過程。教師在化學(xué)平衡教學(xué)中合理運用多媒體工具，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，降低化學(xué)平衡知識的學(xué)習(xí)難度，有效地幫助學(xué)生突破難點，加深學(xué)生對知識的理解。

例如，在教學(xué)“化學(xué)平衡”一課時，首先，教師可以播放一段在生活中應(yīng)用化學(xué)平衡知識的視頻，如合成氨工業(yè)生產(chǎn)視頻等，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并引出化學(xué)平衡的概念。然后，教師可提問學(xué)生：“大家在視頻中看到了哪些與化學(xué)平衡有關(guān)的現(xiàn)象？”這一問題能引導(dǎo)學(xué)生思考化學(xué)平衡的重要性。在介紹化學(xué)平衡的建立過程時，教師可以使用相關(guān)動畫軟件展示可逆反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物濃度的變化情況，讓學(xué)生直觀地看到化學(xué)平衡建立的過程。在講解化學(xué)平衡的移動時，教師可通過虛擬實驗平臺展示改變溫度、壓強、物質(zhì)濃度等條件對化學(xué)平衡的影響。教師要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀看動畫和虛擬實驗，深入分析化學(xué)平衡移動的原因和規(guī)律，并展示一些化學(xué)平衡問題，讓學(xué)生結(jié)合多媒體設(shè)備展示的內(nèi)容進(jìn)行分析和解答。比如，教師可給出一個化學(xué)反應(yīng)方程式和相應(yīng)的條件，讓學(xué)生判斷化學(xué)平衡移動的方向，并在虛擬實驗平臺上進(jìn)行驗證。最后，教師可以總結(jié)多媒體工具在化學(xué)平衡問題可視化教學(xué)中的作用，鼓勵學(xué)生在課后利用多媒體資源鞏固所學(xué)知識。

結(jié)語

總而言之，教師基于數(shù)形結(jié)合思想開展化學(xué)平衡問題可視化教學(xué)，能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)。在教學(xué)過程中，教師通過圖形、圖像、數(shù)據(jù)表格和多媒體工具等多種可視化手段，使抽象的化學(xué)平衡問題變得形象直觀，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解。未來，廣大化學(xué)教師可以進(jìn)一步研究化學(xué)可視化教學(xué)方法，結(jié)合先進(jìn)的信息技術(shù)，不斷創(chuàng)新教學(xué)手段，為高中化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提升做貢獻(xiàn)。

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