高中化学第一单元 化学反应速率教学设计

基于“学情-学法”的学习设计和课后反思

            ——以“ 化学平衡常数”为例

    摘要：以“化学平衡常数”为例，基于学情和学法研究，设计了学习内容、展开了教学反思，努力使学习设计和教学改进顺应学生的认知规律、符合探究学习法的内涵。

    关键词： 学情    学法    学习设计   课后反思   化学平衡常数 

   “一堂好课，学得好才是真好，教得好不是真好。教师教得好，如果学生没学，就等于无效教学。当教师关注怎么教时，课前准备出来的只是教案，当教师关注学生怎么学时，把学生的学习过程设计出来，这叫学案，将学生真正当作推进教学的主体”[1]。这种以“学生为主体”的课堂变革要求教师基于学情研判来设计学习内容。那么，如何了解学情，如何再针对性地选择学法？这就需要教师在课前做好学情和学法的研究。一堂课后，教师还会及时反思，也需要从学情和学法两个角度去重新审视原有的设计并积极寻找改进措施。本文尝试基于“学情—学法”研究展开学习设计和课后反思。

    一、基于学情和学法的教学策略

    1.分析学情

    平衡常数是从定性转入定量层面继续深入研究化学平衡状态的一节内容。在学习平衡常数之前，学生已经认识了化学反应速率及影响因素、化学平衡的基本特征及判断方法，这些都为本节课学习作了铺垫，也是学习平衡常数的逻辑起点。但是学生的现实起点未必与理论的逻辑起点相一致。教师有必要通过课前的预习事先掌握学生的实际情况，再针对性地安排教学进度与难度。为此，可以设计课前预习发放给学生，并要求完成；之后上交批改，再到课堂上针对性分析。学生已会的知识只需简要展示，需要特别指出的是他们不足之处，加以分析引导，并在课堂上强化，力使课前掌握的学情资源有效转化为解决学生问题的抓手。

除了知识起点外，充分了解并设计符合学生生理特点和心理特点的学习内容也是顺利推进教学的关键。刚刚经历高一的学生，认知发展水平还处于“形式运算”的初级阶段，思维方法处于由经验型向推理性的过渡期，形象思维向逻辑抽象思维发展，习惯于粗糙的定性观察，精确的定量计算意识还比较薄弱。无论从生理还是心理上，要求学生从定性认识提升到定量认识，对不同的学生来说，或多或少会都存在一些阻力。因此，设置问题情境突显定量分析的必要性可以激发学生的认知需求，减少心理上的学习阻力，并通过本节课定量研究的体验建立起自觉使用定量意识分析问题的思维模式。

    2.研究学法

    了解学情后，我们的焦点就落在学法上。新课改挑战传统的学习方式，要求我们走出传统学习方式的误区，变单一为综合，变被动为主动，变机械接受为意义建构，从而实现学习方式的当代革新。根据化学知识的产生来源，化学平衡常数属于事实性的知识类型。事实性知识需要通过探究学习方法，因为它本是来源于化学家用理性之光对客观世界不断探索的结果，不是静态的科学结论，而是动态的科学探究过程，学生学习这类知识需要借鉴它的生成方式，即探究性的学习方式，模仿和体验这一类知识的获得过程[2]。

从探究对象看，本节课以科学探究为主，可以借鉴针对数理逻辑问题进行的数学探究和针对符号体系进行的符号探究；从探究目的看，本节课以发现型和表达型为主，可适当融入应用和技能探究；从探究的方法来看，主要是资料分析、思考与讨论、设计与表征，但可以渗透实验探究的科学意识[2]。本节课是通过提供数据、表格等素材，让学生体验自主学习获取信息、再进行信息加工、信息表达、信息评价、信息应用的一系列过程，从而学会使用探究学习法建构新知，也实现了课堂中“不是教师在前面传递信息，而是在后面保证学生实现学习信息的自我转换的深度学习。”

 二、基于学情和学法的学习设计

     1.课堂环节

     在弄清学情和学法后，笔者以此为据，设计了本节课的学习内容，以下是教学框架。

                            图1 教学框架   

    选择的情境是来自初中教材的一个习题，给学生熟悉的感觉，也很快将他们吸引到本节课的主题中。除了引导学生从定性转入定量角度去思考，也意在让学生通过本节课的学习解决情境中的问题，使之成为知识应用的一个有力载体。

课前预习的内容分别从速率和浓度两个方面让学生回顾化学平衡状态的建立过程，再利用提供数据计算化学平衡时刻的浓度关系。速率、浓度是与本节课最密切相关的两个因素，为理解平衡常数起了重要的铺垫作用，尤其是几种物质浓度关系的计算是得出平衡常数的前提，但若在课堂上完成会占用太多时间。因此，笔者尝试将教学重心前置，以分散难点，使课堂节奏更为紧凑。笔者在批改学案时还发现部分学生在计算能力方面存在明显不足，因此在学习内容的设计上有意关注这个问题，设计了“环节5”和“环节6”（见后），并在学生完成过程中加强巡视和重点指导，以强化化学学科中的计算意识与计算能力。最后，针对不同学生绘制的图中浓度大小各不相同，设置问题激发学生的认知需求：“平衡时刻浓度究竟是多少？”，引发他们定性思维向定量思维模式转变，也由此提出了整节课的探究问题：“平衡时刻各物质浓度是否存在一定关系？”。之后，让学生以具体反应的探究为例，计算分析平衡时刻几种物质浓度的关系式，思考其中规律，初步感知平衡常数。

学习新知主要分为五个部分：一是在课前预学的基础上，继续给出探究素材：相似的三组化学反应及平衡常数，让学生观察对比后尝试定义“化学平衡常数”，并思考它们之间的关系。二是结合另外几组化学反应的平衡常数，探究并模仿书写平衡常数表达式的规律。三是通过练习陌生反应的平衡常数的表达式，推广探究所得规律，再通过研读教材，确立这一规律，满足心理上的认知需求。四是结合教材认识平衡常数的意义并将之应用于特定条件下某些物质性质的判断（非金属性、酸性等）、总结温度与平衡常数的关系并能解释实际工业生产中的条件选择问题。这一环节属于检验和应用原理阶段，是学生认知成就感产生的源泉，学生体会到了探究学习法的价值。五是让学生完成平衡常数和转化率的计算，强化了计算能力和计算意识。

最后环节是学习评价，设置的两个问题是作为本节课学习目标达成度的检测工具：一是回归课堂开始的情境，学会在生活象中自觉使用定量思维模式；一是利用平衡常数解决新问题，在计算中进一步深化定量思维模式。

    2.学习内容

   【情境导入】

    “有人说在煤炉上放一壶水就能防止一氧化碳中毒”，这种说法对吗？为什么？

   【课前学习-课堂反馈】

环节1：知识回顾

①已知可逆反应：2NO2≒N2O4。请绘制从反应开始到平衡状态的浓度变化图和速率变化图。说一说：画图时应注意什么？

    ②已知反应温度，你能确定图中达到平衡时反应物和生成物的浓度吗？猜想它们之间是否存在一定的关系？

    环节2：感知“K”

已知反应：2NO2≒N2O4。在25oC时，用不同起始浓度的NO2或N2O4进行反应，平衡后得到以下实验数据，请填写表格中的空白部分，并思考下列问题：

根据求算结果，你发现了什么规律？

   【学习新知】

环节3：认识“K”

    ①观察下面三组平衡常数表达式，你能给“平衡常数”下一个定义吗？K1,K2,K3有什么关系？

        ②结合这个表格，讨论：认为书写平衡常数的表达式有哪些注意事项？

    ③运用上述规律，书写下面方程式的平衡常数表达式。

    ④阅读教材并思考：你探索得到的规律正确吗？

环节4：应用“K”

    阅读教材第48页，思考下列问题：

    ①表2-7说明了什么？你能说一说平衡常数与非金属性顺序的关系吗？

    ②表2-8说明了什么？你能用数据分析合成氨气（放热反应）宜在高温还是低温？

环节5：计算“K”

已知：CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）△H=QkJ·mol-1，其平衡常数随温度变化如表所示：

    温度/℃    400     500     800

    平衡常数 9.94      9      1

请回答下列问题：

    ①该反应的Q______0．

    ②在一密闭容器中，CO与H2O混合加热到800oC达到下列平衡。若反应开始时，CO与H2O的浓度不同，会分别对应平衡时刻的不同浓度，见下表：

  I填写表格中的空白部分，并分析：从三组数据看，该反应达到的限度相同吗？如何衡量？

     II计算三种条件下的“α”（参考教材第49-50页格式），你有什么看法？

    【学习评价】

     ①结合本节课的知识，交流讨论：“有人说在煤炉上放一壶水就能防止一氧化碳中毒”，这种说法对吗？为什么？

     ②CO让人中毒的原因是CO与血红蛋白（Hb）结合成Hb·CO，使血红蛋白失去输送O2的功能。已知CO进入血液后有如下平衡：CO+Hb·O2==O2+Hb·CO。该反应平衡时，K=220（在体温37oC下）。实验表明，Hb·CO的浓度即使只有Hb·O2浓度的0.02，也足以使人智力受损。若家中发生煤气泄漏后，测得吸入肺部的空气中CO和O2的浓度分别为10-6mol·L-1和10-2mol·L-1，这时是否达到损伤人的智力的程度？

     ③总结：通过本节课的学习，你对反应问题的分析，是否增加了新的认识角度？本节课我们是怎样认识平衡常数的，你认为还可以采用哪些手段来探究它？

    三、基于学情和学法的课后反思

课后，组里老师进行了交流。他们先是肯定了本节课“以学生为主体”的教学理念，课堂能充分借助学情和学法资源对重难点进行突破，并围绕平衡常数，设置了几个环环相扣的学习内容，有效帮助学生掌握新知，并在落实知识的同时，注重能力与素养的提升。整堂课也切实做到了让学生自主思考、自由发挥和异步学习。同时，他们也提出了教学中存在的两个问题：一是问题设计应更具有层次性，以顺应学生认知规律；二是加强思维培养的全面性和深刻性，以符合探究学习法的内涵。针对他们提出的问题，笔者随后进行了深入反思，努力寻找改进措施。

1.关注问题的层次性，顺应学生的认知规律

如何让问题更具有层次性，使学生对每一个问题都有“跳一跳能摘到”的美好感觉，并能逐步推进，产生愈走愈远的兴奋感，而不是一开始就存在“距离好遥远”的畏难情绪呢？反观第一次上课，在分析完课前预习的表格计算后，直接告诉学生：科学家做了大量实验，发现对于很多可逆反应，达到平衡时都有一个类似的关系式呈定值，科学家把这个关系式就称为平衡常数。然后提问：你认为平衡常数定义的关键词是什么？学生回答：浓度、系数。再让学生看书了解平衡常数的定义和意义，之后就让学生完成陌生反应平衡常数表达式的练习。事实上，在只观察一个反应的平衡常数后，学生是很难马上对平衡常数产生联想的，答案即使是对的，也不是基于对多个材料进行逻辑推理的缜密思考得到的结果。之后，让学生直接看书认识平衡常数的定义，就相当于机械灌输。这种没有经历深层思维整合的学习过程，是被动的、机械的。后面又要求学生去书写表达式，显然跨度太大，缺乏层次感。平衡常数表达式的书写应该是基于观察分析多条反应式的基础才能归纳得出的规律。因此，原来的学习设计让概念的理解成了葫芦吞枣，这也就造成了后面学习的困难。笔者也的确发现他们在完成环节3时显得颇有难处，不少学生是无从下手的。于是，笔者重新进行了修证：在完成对“2NO2≒N2O4”的分析后，先让学生对比分析三条反应（2NO2≒N2O4；N2O4≒NO2;NO2≒1/2N2O4）的平衡常数表达式，然后去定义平衡常数并讨论三组平衡常数的关系。之后，给出另外三条方程式的平衡常数表达式，让学生在观察的基础上寻找规律并提炼出书写平衡常数的注意事项。最后再设置三条陌生反应的方程式，及时训练，验证所得规律的正确性。这样学生从观察到感知，接着定义，最后表征，才是主动完成对平衡常数探究认识的完整过程。这样的修改获得了同组老师的认可，它同时也给了我一个重要启示：一个好的问题应有层次性，尽量贴近学生的学情，能充分展开思维，带领学生解决一个又一个问题，最后提升能力，走向科学的深处。这种学习方式还将有利于学生今后在进行复杂问题的思考时也能条理性地给自己一步一步设置问题，最终化解难题，顺利攻下艰巨的工作任务。化学课堂不仅要让学生自主获知，还应该让学生学会一种程序，掌握一种工作方法，发展一种思想方法。

    2.加强思维培养，符合探究学习法的理念

如何才能更好地培养学生思维的全面性和深刻性，让学生体会到探究学习法的内涵呢？我们理科教师特别需要关注的是，许多探究学习的结论一定要更客观、更科学。笔者参看了大学教材，从中受到很大启发。大学教材是先用反应“CO2+H2==CO+H2O”引出平衡常数的表达式，然后再问：上述反应的反应式中各物质的计量数都是1，对于计量数不是1或者不全是1的可逆反应，这种关系又怎样体现呢？教材再用“2HI=H2+I2”的例子作分析。通过不同类型反应的分析，教材才总结出平衡常数的定义。这样的呈现方式告诉我们教学中可以通过变式分析、多次演绎的方式来呈现科学原理，避免过于片面或者过于草率地得出一些科学结论，这就体现了思维培养的全面性。其实，人类的思考方式都是一致的，即使是高一的学生也如此。笔者在课后追问学生：学了这一节的内容，你对平衡常数还有什么疑问或者看法？学生提到：从一个例子或者从几组数据就得出平衡常数的规律是不是过于草率？还有学生问：为什么吸热反应与放热反应，平衡常数随温度变化趋势是不同的？这是学生思维的深刻性表现所在。笔者在震惊之余，静下心来重新审视自己在教学过程中对定义或原理的表述方式是否过于片面或者绝对化，也想到了课前应该事先准备平衡常数与温度的关系式作为拓展视野来补充说明这个规律，以满足学生的好奇心，也让他们更全面地看到科学家们精确研究的结果，这也是在落实本节课的目标之一——定量意识的培养。化学学科能力本身就包含着定量化能力、模型思维能力等，它是化学探究学习法所需要形成的能力。这一次的教学体验还让笔者明白了原理教学要展现科学家在探索自然界求得真理的过程中所蕴含的思维方式，从而让学生领悟到化学探究的思维品质，这也是深深吸引学生的学科之美。唯有如此，化学学科的文化内涵才能得以充分展现，化学学科的观念才能被被学生认同，化学素养的培养才能落到实处。