基于STSE教育理念的“化学反应的限度”教学设计

    夏竹青　关凌霄 梁永锋

    

    

    [摘要]基于维果斯基“由外向内”的文化历史发展理论，在学生了解影响化学反应速率因素的基础上，创新性地在“化学反应的限度”教学中贯穿STSE教育理念，通过提出化学科学问题，结合生活启示，以工业生产事实为依据，生成教学主题，以促进高中生“变化观念与平衡思想”化学学科核心素养的发展，使学生能够利用新生成的知识与能力有效认识和解决社会与环境等问题。

    [关键词]STSE教育;化学反应的限度;教学设计;化学学科核心素养

    [中图分类号]G633.8? [文献标识码]A? [文章编号]1674-6058（2020）02-0055-03

    STSE作为一种新的教育理念，重视从实际问题出发组织学习，强调学生的积极参与，引导学生从科学、技术、社会和环境相互联系的视角去认识实际问题，去思考社会问题。在高中化学教学中引入STSE教育理念，其目的在于引导学生从科学、技术、社会和环境相互联系的角度去理解现实生活中的化学问题，正确认识化学对技术、社会和环境发展的积极作用和造成的不利影响，以及社会和技术的进步对化学科学发展的促进作用;引导学生认识化学在环境保护和资源开发中的作用，初步使学生形成可持续发展的价值观念，培养学生以正确的态度有理有据地参与社会决策的意识。在化学教学中实施STSE教育，对社会可持续发展、学科发展、课程改革和学生个体全面发展都有重要意义[1]。

    下面以《化学反应的速率和限度》的第二课时“化学反应的限度”的教学设计为例进行说明。教学设计是在学生了解影响化学反应速率因素的基础上，基于维果斯基“由外向内”的文化历史发展理论，通过科学技术问题引申出化学反应限度的教学主题，最后再落回到利用新生成的知识、能力有效地去认识和解决社会与环境的问题，与STSE教育理念不谋而合。

    一、教学内容、学情及教学思路分析

    （一）课标要求及教学内容分析

    2017年版高中化学课程标准中对该部分内容的要求是：了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡;知道化学反应平均速率的表示方法，能通过实验探究影响化学反应速率的因素;认识化学变化是有条件的，学习运用控制变量法研究化学反应;了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用[2]。在教学过程中，不宜针对化学反应的速率进行过多过细的考查和评价。

    “化学反应的限度”属于人教版必修2第二章第三节《化学反应的速率和限度》中第二课时的内容，既是“化学反应与能量变化”的拓展和延伸，也为选修4的“化学平衡移动”的知识学习奠定了基础。这节课是在学生了解了影响化学反应速率的因素的基础上着重从限度和快慢两个方面去认识和调控化学反应的。而人类要利用和控制化学反应，如提高燃料的利用率，必须对这些问题有深入的了解和创新运用。同时也通过学习本节内容，使学生对化学反应特征的认识更加深入全面，在头脑中建立起一个有关化学反应与能量的合理且完整的知识体系。

    （二）学生情况分析

    1.已有知识与能力

    学生通过对必修1中SO2与H2O的反应及合成氨反应的学习，已经初步了解了可逆反应;通过对本节第一课时的学习，对化学反应速率有一定的认识，知道影响化学反应速率的因素，能够正确表示化学反应速率;会对数据进行基本的处理，并能够基本概括出数据所蕴含的规律，具备了一定的思考和综合分析问题的能力。

    2.学习障碍

    学生的抽象思维能力较弱，在图表计算与概念之间的模型转化中存在较多问题;较难将所学内容与生活问题联系起来。

    （三）教学设计思路

    在学生由易到难的认知结构基础上，基于学生对合成氨等可逆反应的基本了解，通过科学史话引入“化学反应的限度”的概念和本质，从而引导学生利用所学知识，更好地解释和解决生产生活中的问题。

    二、教学设计方案

    （一）教学目标

    （1）了解化学反应限度的概念和产生原因，知道达到化学反应限度的特征。

    （2）认识控制反应条件在生产生活和科学研究中的意义。

    （3）通过对实验现象的观察和原因探究，了解化学反应限度的概念，并培养实验观察、分析、探究能力，体验科学探究的过程和化学研究的基本方法，培养自主学习和与他人交流的能力以及严谨细致的科学态度和质疑精神。

    （二）评价目标

    （1）通过对学生对合成氨可逆反应的掌握程度进行点评，诊断学生的知识迁移水平。（基于经验、概念原理水平）

    （2）通过学生对某一化学平衡状态的判断和分析，诊断学生对数据图像模型的理解水平（定量、定性水平）

    （3）通过对控制反应条件来更好地服务生产生活进行举例和设计方案措施的讨论和点评，诊断学生对于化学价值的认识水平。（学科价值视角、社会价值视角）

    （三）? 教学重难点

    教学重点：化学反应限度的概念和影响因素。

    教学难点：化学反应限度的本质及外部特征。

    （四）教学过程

    1.以化学科学问题为导向，旧知回顾设置悬念

    [教师]引导学生回顾第一课时“化学反应的速率”的相关知识，PPT展示合成氨及SO2与H2O的可逆反应，并讲解在同样条件下，氨也可以转化为氮气和氢气的可逆特点，并提出问题：氢气或氮气能否百分之百轉化为氨气？

    [学生]观察PPT，回顾合成氨及SO2与H2O的可逆反应，从宏观上观察可逆反应的特点。思考并尝试回答问题。

    设计意图：教学引入;引导学生思考并建立可逆反应与化学反应速率之间的关系;使学生通过观察方程式，回忆起可逆反应是在同等条件下反应物与生成物相互转化的反应，激发学生的学习兴趣。

    评价：检验学生是否能回忆起高一学习过的合成氨及SO2与H2O的可逆反应，以及相关的可逆反应特点，从而决定学习节奏和进度。

    2.以工业技术史引入主题，启示新学习

    [教师]让学生阅读“炼铁高炉尾气之谜”科学史话[2]，并提问：“出现焦炭实际用量高于计算所需量的现象的原因是什么？说明了什么问题？”

    点拨启示：类比在饱和溶液中加入溶质，溶液浓度不会再发生变化一样（举例：糖水的浓度到达一定程度后加糖不会改变甜度），可逆反应也是有限度的。

    [学生]认真阅读科学史话并思考问题;根據教师点拨，按问题寻找相关信息;推测出焦炭实际用量高于计算所需量的原因是高炉炼铁的过程中发生了可逆反应，致使反应不完全。

    设计意图：锻炼学生从阅读中提取信息的能力，将生产问题和学习内容联系起来，并且通过类比提问的方式引发学生思考，完成对“化学反应的限度”这一课题的引入，使学生产生学习欲望，从而培养学生知识学习的迁移能力。

    评价：判断学生能否从饱和溶液添加溶质的例子迁移到化学反应限度的概念理解。

    [教师]小结可逆反应即是在相同条件下正逆反应同时进行的反应，而可逆反应的限度则是在一定条件下反应进行的最大程度;引导学生思考并判断人教版教材P51“思考与交流”中水的电解、电池充放电等是否属于可逆反应。

    [学生]小组讨论判断水的电解及电池充放电是否为可逆反应，并和教师归纳出可逆反应的特点，即双向性、同时性和共存性;明确因为反应限度的存在，可逆反应中反应物不能完全转化为生成物。

    设计意图：采用让学生小组讨论、分析的方法，促使其主动积极地投入学习，进一步认识可逆反应，建立可逆反应与化学反应限度之间的联系，培养学生的合作精神。

    评价：分析考查学生是否完全掌握了可逆反应的概念特点，是否理解了双向性、同时性和共存性的具体意思。

    3.工业数据分析，引出化学平衡状态的概念

    [教师]展示工业合成氨数据表，让学生通过观察表中的数据，思考究竟反应到达什么状态是最大程度，并讨论下列问题。

    问题1：各物质的浓度如何变化？

    问题2：从反应开始至达到化学反应限度，反应的速率如何变化？（提醒：浓度的变化由多种因素造成，不能用表中数据计算出平均速率）

    问题3：达到化学反应限度表示化学反应停止了吗？[学生]观察并分析表中数据，回答问题。

    回答1：反应进行到最后，反应物、产物的物质的量即浓度逐渐趋于保持不变。

    回答2：随着反应的进行，反应物浓度降低，生成物浓度增加。正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当反应物、产物的浓度不变时，正逆反应速率相等。

    回答3：反应中的物质依然存在，意味着反应虽达到限度，但化学反应并未停止，只是达到一种表面静止的状态，即平衡状态。

    设计意图：引导学生思考、讨论、交流，并从学生的回答中了解学生对上节课学习的影响化学反应速率知识的掌握程度。学生通过观察表格数据，在头脑中建立反应过程的抽象模型，从而引出化学平衡状态的概念特征。

    评价：诊断学生是否能通过数据或图表判断是否为平衡状态，发展学生对数据图像模型的理解水平。

    [教师]带领学生共同回顾本节知识（同一物质;微观角度）;2.动态平衡，各组分浓度不变（各组分浓度不一定相等;宏观角度）;3.化学反应的限度或者化学平衡状态可以通过改变反应的条件来改变。小结化学平衡状态的特征可用五个字表示，即逆、动、等、定、变;化学反应的限度决定了反应物的最大转化率。

    [学生]思考、理解、明确平衡状态的研究对象是可逆反应，达到平衡状态后是动态平衡，正、逆反应的速率相等，反应物、产物浓度不变，但条件改变会破坏平衡状态，建立新的平衡;完成练习题并阐述原因：对于反应N2+3H2=2NH3，下列情况中处于化学平衡状态的是??? 。（①u（N2生成）=u（N2消耗）;②N2、H2、NH3的分子数之比为1：3：2;③单位时间内生成2 mol NH3，同时消耗1 mol N2;④N2、H2、NH3的物质的量不再发生变化。）

    设计意图：通过师生互动总结归纳，使学生积极参与课堂，加深对知识的理解与掌握;对前面所学内容进行检测，了解学生的知识掌握程度，查漏补缺，便于及时反馈。

    评价：通过对学生对于某一化学平衡状态的判断和分析，诊断学生对数据图像模型的理解水平，对学生是否形成系统知识网络和是否深度掌握知识进行判断。

    4.服务社会生活，形成环保意识[教师]我们知道可以通过改变反应条件来控制化学反应的速率与限度，那么研究化学反应的快慢与限度究竟对于生产生活有何意义？

    创设情境：煤是我国能源的主要来源，能否充分提高煤的燃烧效率对我国经济建设、环境保护以及资源的利用有着重要意义。阅读课文46-47页，提问：“要提高煤的燃烧效率可以采取哪些措施？”

    引导学生思考提高煤燃烧效率的方法：①使煤充分燃烧（提高能量转化率），如用煤粉（增加固体的表面积）、空气或氧气适当过量（增加反应物浓度）等;②充分利用释放的能量（提高能量利用率），如炉膛采用保温材料、废气用以烧水取暖等。

    拓展：事实上，在我们的生活中有许多反应需要通过抑制或延缓来达到我们的目的，比如森林灭火。还有哪些例子呢？

    [学生]再度思考生活中还有哪些反应是需要抑制的，有哪些措施，举例说明，比如瓜果的保鲜;并做相应练习，回忆知识点，各抒己见，学以致用，进行练习反馈。

    （1）解释“燃着的蜡烛一扇就灭，而炉火却越扇越旺”这一事实。

    （2）在2019年3月30日，四川凉山木里县发生了严重的森林火灾，无情地夺走了30位消防队员年轻的生命。通过今天的学习，大家有什么启示或建议来避免类似的悲剧事件发生呢？

    设计意图：培养学生将化学学科知识与生活实践相结合的能力，增强社会责任感;清楚该节知识之间的联系，形成知识网络;学生通过课后思考，使所学知识得到自然延伸;作业练习体现问题设置的生活性和时代性，促使学生查漏补缺，拓展并完善知识体系。

    评价：通过观察学生对生活中控制反应条件来更好地服务生产生活的理解和设计方案与措施的水平，了解学生对于化学价值的认识水平。

    三、教学感悟

    大部分教学设计会依据教材从KI与FeCl3溶液反应的实验出发，通过改变反应浓度来促使学生从实验中的颜色变化来引出课题[3]，但这对于实验条件和学生的能力有较高要求。本教学设计通过学生熟悉的合成氨可逆反应和科学史话引人主题，提升学生的学习兴趣，再结合社会生产、生活实际和即时练习，贯穿“学生为主体，教师为主导”的教育理念，将“化学反应的限度”这个抽象概念具体化。同时通过设计预设评价目标，及时掌握学生的学习目标的实现程度，进行查漏补缺。此外，教学过程中还添加了当前社会关注的热门话题，让学生参与进来，渗透了STSE教育理念，促进学生“变化观念与平衡思想”化学学科核心素养的提升，同时也对培养学生的科学精神和社会责任感大有裨益。

    [参考文献]

    [1]徐娣.基于STSE教育理念的高中化学教学设计探索[D].西安：陕西理工大学，2018.

    [2]中华人民共和国教育部.普通高中化学程标准（2017年）[M].北京：人民教育出版社，2018.

    [3]尹猛.探讨高中化学理论课教学趣味性的途径：以苏教版必修2“化学反应限度”教学为例[J].化学教与学，2016（9）：21-23.