有的都是非常抽象的理性推导,而这些理性的推导对浓度对化学平衡的影响还比较容易理解,到了温度和压强就显得特别困难。所以有一些老师尝试这走K、Q线索,用它去解释,能走下来说明还是找到了一个解释平衡移动规律的途径的。但是要想在教学中进行实践,还是需要具体的教学活动进行支撑。而且看来是一个系统性的问题,不是说到了第二节讲平衡移动规律的时候,想拿出来用就可以用的,可能这时候就会连带着引起化学平衡常数的教学设计的变化。
下 部
三、化学反应限度教学设计改进及研讨
1. 化学反应限度第一课时的教学设计改进及研讨
徐敏:我们认为第一课时是第二课时的基础,第一课时可以这样来设计:首先让学生弄明白什么是化学反应的限度,与平衡常数之间的关系。鲁科版教材中有一个交流研讨活动,有一个碘和氢气反应生成碘化氢的实验数据,就是相同温度下不同投料方式,当各组分浓度不再变化,就是反应达到限度了,怎么让学生感受到限度的标度是什么。教材的意图就是让学生通过数据分析发现,达到平衡的时候生成物浓度的次方比上反应物浓度的次方是一个定值了,由此就引出了化学平衡常数。如果这个活动就此结束的话,实际上功能还是不够的,还要继续引申,让学生理解平衡常数K是化学反应限度的标度,与平衡态之间的关系。通过数据观察,发现原来温度不变的时候,K对应着多个平衡态。学生依然会认为这个很抽象,在具体教学策略上就可以选用溶解度这个概念。学生对溶解度的概念还是相对清楚的,就是在一定温度下物质溶解达平衡之后对应的溶解度是一个固定的值,但是在实验过程中可能选用的溶剂、溶质的量并不相同,而比值是一样的。通过这样一个类比的方式,学生对K与平衡态之间的关系理解相对比较到位。还可以再加一个活动,可以给学生提供一个很抽象的反应,如A和B间的转化,给学生一个平衡常数的数据,让学生进行具体的赋值,感受一下在一个温度下一个K可以对应无数多个平衡态。我们先把化学反应限度、平衡常数、平衡态三者之间的关系弄清楚之后,还要把功能体现出来,教材在这方面实际上是有所提示的。教材中提到了这样一句话:“同类型的反应,平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度,平衡常数数值越大,反应进行的就越完全。”这实际上就体
现了平衡常数K的功能,但需要将其转化为思考性的问题,所以在前面基础之上我们还要问平衡常数的大小意味着什么?让学生分析。然后接着问学生平衡常数有了之后它有什么价值?在课堂上我们可以把这个问题抛给学生,学生实际上是可以做到的。有学生就说可以判断一个反应是否达到平衡态,老师追问如何判断?学生就回答可以测任意时刻三个浓度之间的比值,如果与K 相等了就达平衡了,这样一来浓度商的概念就引出来了,同时K的功能也体现出来了。这样自然而然就可以让学生判断当K、Q不等的时候,化学反应正朝着什么方向进行,相等的时候又是什么情况。
专家点评及教学建议
王磊:这是一个非常典型的概念教学,但是徐老师教平衡常数的概念教学与其他老师教平衡常数的概念教学的味道是不一样的,境界也是不同的。很多老师是为了把这个公式得出来,这一部分可能还差不多,完了之后基本上就停住了,就放在注意事项的解读上,然后就开始小题目训练,没有功能与意义,也没有理解,更没有变式。而徐老师的教学则先建立了K和反应限度的关系,这个确实很重要,这就是引入K最直接的一个功能,是对反应限度的一个定量标度。必修的时候,我们对反应限度是一个模糊认识,到了选修因为有了K,我们就可以有一个准确的认识,在一定温度下反应达到了一个极限值。怎么理解极限值,与必修学的平衡状态是什么关系?徐老师在教学中将其作为了一个重点,而不是简单的放在括号中什么能写,什么不能写,解决了一定温度下对应到着多个平衡态。我也认为这个非常关键,如果没有这个观点,就没有所谓的平衡移动的建立,因为平衡移动就是在限度一定的情况下,不同平衡状态的转移。当然还有一种移动,是由限度引起的。在这儿徐老师还用了一个类比的策略,就更成功了,一举两得:一方面把平衡态与限度的关系弄清楚了,另一方面也为Q的引出埋下了伏笔,对溶解度的理解做了提升。还有一个就是她把K值本身打开了,告诉学生面对K值我们应该怎样思考。徐老师挖掘了教材中的陈述性语言,并将其转化为教学问题,同时引出了一个很重要的问题:学了K还能有什么用?这就相当于我们必修讨论氧化还原,氧化还原是一个核心概念,它的教学大家都特别轻车熟路,但是大部分的氧化还原教学都停留在概念的建立和概念的基本理解,而没有引申到概
念功能的实现上。而老师成功的案例其实改造的也就是最后一个部分,立刻氧化还原的教学就不一样了。刚才徐老师平衡常数这节课的这个案例也告诉我们,最后这个环节太有价值了,这一下就超出了具体知识,平衡常数的建立可以帮助我们分析是否达到平衡态了、怎么达到,这就有方法论功能,就是强调了左边。平衡常数的意义可以帮助我们看到程度和趋势,Q就可以自然而然的引出和应用。 2 化学反应限度其他课时教学设计及研讨
主持人:通过这样的教学,学生对平衡常数的认识应该会有非常大的变化。后面的课时又是怎么设计的呢?
徐敏:后面的课时主要围绕两个核心问题来进行设计的:一是探究温度对平衡移动规律的影响;二是探究浓度对平衡移动的影响。进行温度对平衡移动规律的影响的教学时,首先给学生选定了一个探究体系,就是二氧化氮和四氧化二氮的平衡,让学生先分析K随温度的变化,这是作为一种数据给出的,让学生认识到在放热反应中的K随温度的升高而降低。然后在这个基础之上让学生设计实验,探讨温度如何影响平衡。学生会想到将其放到冷水浴与热水浴中看有什么不同,通过实验现象让学生用K、Q关系解释和分析平衡移动的原因,最后得出平衡移动的规律。浓度对平衡移动的影响也是类似的,也是让学生设计实验,学生就会想到增大或减少反应物浓度,学生操作具体的方案,看到现象之后用K、Q关系进行解释,最终归纳得出平衡移动的规律。第三个环节将规律做一个具体的应用,让学生具体分析二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫及工业合成氨这两个体系,体会在工业生产中的应用。
王磊:在这样的教学中我也很关心学生接受K、Q关系的分析过程中,是自己将K、Q关系与实验事实关联起来的,还是都是老师在做解释呢?
徐敏:这个学生还是可以做到的。可以实现把实验事实与K、Q关系对起来,形成一个自洽性的解释。学生自己做出解释没有太大的障碍。
主持人:这一部分我也见到过这样一个课例,它实际上是源于学生的认识障碍,因为一般老师讲到平衡移动规律时,上来就直接给出三个影响因素:浓度、温度和压强,有些老师会说这些会影响速率,会不会影响平衡呢?我在听课的过程中发现有些学生会在底下嘀咕:为什么就会想到这三个?这就促动了我们形成这样一个想法。后来就在第一课时与徐老师设计类似的情况下,在第二课时稍微
做了一点调整,因为第一课时已经总结出了用K、Q的关系判断平衡移动的方法,学生已经知道K、Q相等的时候达到平衡,小于的时候什么样,大于的时候什么样了。所以在这一节课设计了一个衔接性问题,就是给学生一个反应,提供各组分的浓度,让学生判断这个时候有没有达到平衡状态?如果没有达到平衡态,这个反应在向哪个方向进行?这个问题回答清楚之后,马上就提出来一个问题,就是对于一个已经达到平衡态的反应,那么想让它不平衡,要让其发生移动,可以怎么办?因为通过第一个问题的分析,K、Q的关系就放在那,这是学生判定的依据,所以学生印象很深,通过讨论,学生很容易迁移出来只要让K、Q不相等。老师追问怎样可以让K、Q不相等?可以通过什么手段让它两不相等?学生首先想到温度改变K值,因为在第一课时中已经说了温度变了K值就变了,所以改变温度让限度整个都变了。也有学生想到改变浓度,老师追问改变浓度有几种方式?学生说可以就改变一个物质的浓度,K、Q就不相等。因为老师给了一个前后计量数不相等的反应,所以就有学生想同时等倍数的改变所有物质的浓度,那么这个比值与原来也发生变化了。老师就引导学生思考这两种改变浓度的途径,如果做到实验条件的控制上,怎么实现?学生就是想到改变浓度,或者改变压强,特别是对于气体的反应,通过缩小容器的体积。这样就差不多用了十来分钟的时间就把这三个因素是怎么来的讨论清楚了,接下来就来看一看改变这三个因素的时候平衡是怎么移动的?首先还是从比较低点入,因为温度变了,K值大小如何变对学生来讲很困难,只能给事实,不能让学生有特强烈的成就感。所以老师先讨论的是浓度,让学生预测增大或减小反应物浓度平衡如何移动?这时候学生就先预测得出结论然后让学生设计实验。到了压强,就很容易的一脉相承下来了。而且讨论完了浓度、压强对平衡移动的影响之后,老师让学生反思浓度和压强的改变会对化学平衡产生影响在本质上的相同点和不同点是什么?这其实就解决了这样一个问题:学生弄不清楚一些复杂平衡移动体系,如充惰性气体,到底浓度变不变?压强变不变?或氢气和碘蒸气化合生成碘化氢,充氢气的时候什么样?充碘化氢的时候什么样?通过这个问题的讨论,学生就明白了其实本质上都是改变的Q值,只不过一个是改变单一组分,一个是等倍数的改变所有物质的浓度。然后就进入温度,温度这部分的处理就跟徐老师的类似。
专家点评及教学建议
王卫平:我觉得支老师刚才说的教学设计让人感到非常的舒服,因为整个过程教师不断的提出驱动性问题,在最关键的地方提最关键的问题,然后一直带着学生走下去。从第一课时到第二课时的过渡时,让学生先验证,也就是说之前第一课时已经先理解K了,也建立了K、Q之间的关系了,也知道K对应的平衡状态,那么给学生提供任意时刻各组分的浓度关系,让学生先看看它是否在平衡状态,然后学生就开始验证。现在我们知道不平衡,知道往哪个方向走是到平衡,如果给出的是一个平衡状态,应该怎么改?这个问题实际上是学生由先前的知识领悟去验证,到现在开始主动的用其所学的知识来去干预和设计平衡移动的方向。也就是我们刚才说的一直在带动着学生,学生自然而然就是会被老师牵着去找K和Q的变化。还有整个问题的驱动解决了教学中的一贯难点,因为在这一部分无论是落实知识还是落实学生的思维判断能力、方法意识的时候,学生一般理解不了压强的改变事实是浓度的改变而导致的,因为学生在这建立不起合适的模型,不能很直接的接受压强的改变是通过浓度的改变而造成的这种事实,老师只能说,让学生去想象。如果能用这样的一些问题驱动,让学生自己感受到浓度改变和压强改变的相同点都是改变反应物和生成物的浓度,不同之处只在于是一起变还是单独变。所以我认为这样的话,就可以将浓度和压强放在一起讨论其对化学平衡移动的影响,而不是割裂开来讨论。
王磊:大家可以看到这几个处理,围绕着K的不同的层次,其实也是学生培养能力的几个空间层次的定位。最简单的层次就是接受K,这就是常规教学,不用说了。但是这样的话,核心知识的价值就没有展开。第二个层次就是理解K,就像徐敏老师对第一课时的改造,就是要把数值的含义和功能体现出来。同时要能理解数值含义的体系要素构成,通常认为平衡常数就是一个数,这个没有意义。但是这个数背后是有物理意义的,就是这个可逆反应体系的浓度组合,是一个关系变量。还拿初中的溶解度来理解,溶解度是个概念,通常老师也认为它是一个数值,但是这是不对的。如果把它当做一个数值,那么影响数值大小的因素是什么,这么去进行教学的话是打不开的。老师们应该想象到溶解度的概念和平衡常数的概念都是一类概念,都叫关系概念。这个数值的含义表达了一个体系中的不同组分的数量关系,溶解度表达的是溶质、溶剂的数量关系,K表达的是反应体