基于“变化观念与平衡思想”的情境教学设计——以“化学反应限度”为例

河南大学化学化工学院（475004）田营营 王玉霞

《普通高中化学课程标准（2017 年版）》中明确提出化学学科核心素养的五个维度，同时提出“以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实”［1］，并设置“情境素材建议”栏目，提供与教材知识相关的情境素材，供教育工作者参考。这充分说明情境在化学学科核心素养落实中不可或缺，是化学教学的构成要素之一［2］。

2017 年版课程标准颁布后，以核心素养为导向的情境教学法被赋予了更多的意义。情境教学法可强化学生的学习动机，培养学生的学习能力，提高学生的学习效率；可帮助学生全面了解信息，深化对知识的理解，提高学习成绩；能有效挖掘学生的社会经验，培养学生多角度思考和探索知识的能力，让学生具备能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格［3］。在实际化学教学中，教师应有目的地引入或创设情境，让学生在情境中学习，理解教材内容，实现学习目标，并落实核心素养的培养。

“化学反应限度”一节，内容较为抽象，教师应充分挖掘相关情境素材，找到其与教学内容相关的衔接点，有效创设情境，帮助学生理解教材内容，培养学生的“变化观念与平衡思想”核心素养。本文以“化学反应限度”为例阐述基于“变化观念与平衡思想”的情境教学设计。

一、教材分析

“化学反应限度”一节主要包括两个方面内容：可逆反应和化学平衡状态。该部分知识的学习是在为后期化学平衡常数、影响化学平衡的因素等内容的讲授做铺垫。掌握可逆反应及化学平衡状态的相关知识，有助于学生“变化观念与平衡思想”核心素养的培养。这一核心素养不仅是化学学科的重要观念，是解决化学问题的思维视角，还是对化学反应条件、限度、变化和规律的基本认识［4］。与之前的元素化合物知识相比，“化学反应限度”这一概念的构建过程具有更丰富的核心素养发展价值。

二、教学重难点

“化学反应限度”是一个重要概念，要求学生从可逆的角度理解有关反应，并解释实验现象，在充分理解可逆反应的基础上，进一步学习平衡状态。而初学化学平衡时，受静态平衡的影响，学生易形成“化学平衡是静态平衡”的错误观念［5］。再加上“化学反应限度”概念与学生已学的知识有一定差异，而反应限度的可观性不强，对抽象思维能力要求较高［6］。因此，该概念的教学一直是高中化学教学的重难点。

学生之前学过的反应中有不少是可逆反应，如Cl2与H2O 生成HCl与HClO、工业合成氨、沉淀溶解平衡等，因此教师在讲解可逆反应时要注意与学生之前所学知识相结合，以便学生能更好地理解。

三、教学情境创设

为突破教学难点，实现教学目标，培养学生的“变化观念与平衡思想”核心素养，教师可结合科学史实、生活场景、实验探究等创设情境，设计教学环节（见表1）。

表1 教学环节设计

续表

四、情境教学实施过程

在教学实施过程中让情境贯穿整个课堂，各环节围绕合适的情境针对性地提出问题并引发学生思考。

【环节一】

创设情境：工业制硫酸。

主要内容：基于化工生产引出可逆反应的概念。

教师提问：硫酸是非常重要的化工产品，工业制硫酸的三个主要反应为：4FeS2+11O2＝2Fe2O3+8SO2；2SO2+O2⇌2SO3；SO3+H2O＝H2SO4。在实际生产过程中会产生一定量的大气污染物二氧化硫，这说明反应中的二氧化硫无法完全转化。请同学们思考一下，产生这种现象的原因可能是什么？

学生回答：有可能2SO2+O2⇌2SO3进行到一定程度后不再继续，SO2未完全反应，因此还会有SO2。

知识分析：经研究发现，工业制硫酸的三个反应中，2SO2+O2⇌2SO3是可逆反应。可逆反应即正向反应（反应物→生成物）和逆向反应（生成物→反应物）在同样条件下同时进行的反应。研究表明，大多数化学反应都具有可逆性。

设计意图：基于实际生产过程创设真实情境，可激发学生的学习兴趣，且此前学生学过硫元素的相关知识，对相关反应有所了解，有利于可逆反应和化学平衡知识的导入；利用实际生产中面临的问题向学生提问，可提高学生探索的积极性，有利于可逆反应概念的构建。

【环节二】

创设情境：生活或学习中的平衡现象。

主要内容：静态平衡向动态平衡过渡。

问题1：在生活或学习中你见过哪些静态平衡场景？

学生回答：化学实验中用天平称量物质、公园里小朋友们玩跷跷板、物体受力平衡等。

问题2：为什么这些场景下的相关物体可达到平衡？

学生回答：天平称量时两边达到相同重量故可实现平衡，跷跷板同理。受力平衡是因为物体受到作用在其身上的各个力的合力为零。

问题3：有人健身时选择在跑步机上跑步（播放视频），为保持在跑步机上的相对位置不变，他们是怎么做的？

学生回答：在跑步机上跑步时，要和跑带做速度相同且方向相反的运动来保持相对位置不变。

教师在学生回答的基础上引出“动态平衡”，将学生的思维从静态平衡转到动态平衡，形成“平衡不只有静态”的观念。

知识分析：人与跑步机有相对的运动，说明系统处于动态之中，人在跑步机上的水平位置不变可认为该系统处于一种动态平衡。“动态平衡”就是在相对运动速率相等、方向相反的情况下保持整体状态不变。

设计意图：将学生学习的注意点转移到平衡上，帮助学生总结平衡原因，培养学生的平衡思想；让学生的思维从静态平衡过渡到动态平衡，帮助学生抓住动态平衡的本质特征，将抽象的概念直观表现出来，形成有助于学生学习化学平衡概念的思维。让学生分析与情境相关的问题，保持学生的学习热情。

问题4：可逆反应与人在跑步机上跑步有何相似之处？

学生回答：都是两方同时向相反的方向运动。

问题5：人在跑步机上跑步是一种动态平衡，但一直处于运动状态，那可逆反应在最后不再生成新物质时是处于静止状态还是运动状态？

先由学生小组讨论自行猜测，再由教师总结：可逆反应能达到平衡状态，且达到的是一种动态平衡。

设计意图：让学生在了解可逆反应概念的前提下对可逆反应的终态进行讨论。情境教学贯穿整个课堂，可使课堂教学变得轻松有趣，有效改变“一言堂”“灌输式”教学模式。

【环节三】

创设情境：氯化铁与碘化钾反应实验。

主要内容：化学反应限度。

实验探究：学生分组进行氯化铁与碘化钾反应的实验。取少量FeCl3溶液与过量KI 溶液充分反应，再滴加KSCN溶液，溶液显血红色。

学生由实验现象得出结论：即使KI 溶液过量也不能使FeCl3完全反应，说明2FeCl3+2KI ⇌2KCl+2FeCl2+I2为可逆反应。

教师总结：可逆反应不能进行到底，存在反应限度，最终达到一种动态的化学平衡状态。

教师给出一组FeCl3与KI反应时各阶段物质浓度变化数据，请学生画出反应过程中正逆反应的速率变化图（见图1），并思考为何有这种变化。

知识分析：从上节内容（化学反应速率）可知增加反应物的量会加快反应速率，在反应开始阶段反应物较多，因此正反应速率大于逆反应速率；随着反应的进行，生成物的量不断增加，逆反应速率加快，最终正反应速率与逆反应速率相等，反应物与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应能达到或完成的最大程度，即化学反应限度。

设计意图：该实验探究可强化学生对可逆反应、动态平衡概念的理解，将理论与实际相联系。

【环节四】

创设情境：在氯化铁与碘化钾反应体系中加入碘单质。

主要内容：条件改变，平衡改变。

实验探究：常温下，向KI 与FeCl3反应体系中（2FeCl3+2KI ⇌2KCl+2FeCl2+I2）加入碘单质，即增加碘单质的浓度，观察实验现象。

实验时，向反应体系中加入KSCN，溶液在加入碘单质后红色加深，说明体系中Fe3+浓度增加。

知识分析：原有的条件不变，反应达到的化学平衡状态也就不会改变。加入碘单质之后，逆反应反应物的浓度增加，改变了原有的平衡条件，原有平衡被打破，反应向逆反应方向进行，Fe3+浓度随之改变，最终整个反应体系达到一个新的化学平衡状态。

设计意图：在实验过程中让学生进一步理解平衡的动态性，可加深学生对可逆反应的认识，知道改变反应条件平衡会随之改变；通过情境问题的解决理解平衡与变化的关系，在情境中认识问题、解决问题，培养学生的“变化观念与平衡思想”核心素养。

五、情境教学反思

在本节课中，最重要的还是对概念的准确理解，了解可逆反应，对化学反应限度有一个定性的认识，体会化学平衡状态的特征。

具体教学过程中，知识导入以及知识分析都是基于创设的情境来进行的，在情境选择方面要与学生现有认知相符合，同时保证学生在整个课堂中能感受到真实问题的存在，将抽象知识具体化；要从学生对平衡的已有认知出发，通过知识类比，层层递进，使学生充分理解化学平衡状态，从而落实核心素养的培养。