于磊

摘要：運(yùn)用Excel的函數(shù)圖像繪制功能和公式編輯計(jì)算功能，對(duì)可逆反應(yīng)平衡濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行探究式的分析處理，使學(xué)生能夠通過猜想、驗(yàn)證、歸納、演繹等理性思考方式來推導(dǎo)化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式，讓化學(xué)平衡常數(shù)概念自然地、順利地融入到學(xué)生原有的知識(shí)體系當(dāng)中。

關(guān)鍵詞：化學(xué)平衡常數(shù)；探究式教學(xué)；Excel表格應(yīng)用

文章編號(hào)：1005–6629（2016）6–0048–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

化學(xué)平衡常數(shù)在促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)、反應(yīng)的限度及平衡移動(dòng)規(guī)律的理解、提升學(xué)生應(yīng)用平衡移動(dòng)規(guī)律分析問題的能力方面具有重要價(jià)值[1]?？墒腔瘜W(xué)平衡常數(shù)與自然常數(shù)不同，學(xué)生在此之前毫無認(rèn)知基礎(chǔ)，因而化學(xué)平衡常數(shù)的建立要注重過程而非運(yùn)用[2]，也就是說必須要對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的建立過程進(jìn)行充分解構(gòu)和深入剖析。因此，通過實(shí)驗(yàn)、對(duì)數(shù)據(jù)歸納得出的結(jié)論進(jìn)行解釋或論證，是實(shí)現(xiàn)化學(xué)平衡常數(shù)功能價(jià)值的有效途徑[3]。筆者在教學(xué)中運(yùn)用Excel處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而讓學(xué)生通過自己的努力探索出化學(xué)平衡常數(shù)，取得不錯(cuò)效果。

1 設(shè)計(jì)思路

高中階段所學(xué)習(xí)的化學(xué)平衡常數(shù)是實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)，所以化學(xué)平衡常數(shù)的建立過程就是對(duì)若干實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理過程。以往，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理主要存在著兩方面的問題：一是數(shù)據(jù)處理過程教師干預(yù)過多、引導(dǎo)過度，造成學(xué)生偽思考、假探究；二是數(shù)據(jù)處理過程受課堂時(shí)間所限，淺嘗輒止，不能讓學(xué)生算得明明白白，造成學(xué)生認(rèn)識(shí)上有偏差。因此對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析過程和處理方法要符合科學(xué)探究思維習(xí)慣，要保證探究的真實(shí)性，要讓學(xué)生品嘗到原汁原味的探究過程。運(yùn)用Excel可以實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證學(xué)生的猜想、輔助學(xué)生方便快捷地處理繁瑣數(shù)據(jù)、改善教師的主導(dǎo)角色、節(jié)約課堂時(shí)間，進(jìn)而開展真正的探究式學(xué)習(xí)。具體設(shè)想如下：

2HI（g）反應(yīng)體系起始、平衡濃度數(shù)據(jù)和大學(xué)無機(jī)化學(xué)教材上合成氨反應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為探究對(duì)象，基于第四步得到的一般性的規(guī)律，運(yùn)用Excel驗(yàn)證規(guī)律的正確性和普適性，得到化學(xué)平衡常數(shù)的一般表達(dá)式，完成化學(xué)平衡常數(shù)的建立過程。

2 教學(xué)過程

引入：可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，如果溫度不變，反應(yīng)的限度就不會(huì)改變。所以溫度恒定時(shí)，一個(gè)可逆反應(yīng)由不同的路徑、不同的起始濃度達(dá)到同一限度必然存在著一種共性的東西或者一種不變的量。

提示：這組數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是數(shù)值較小，數(shù)值間隔較大，直觀感受不強(qiáng)烈，也就是說我們通常所采用的觀察法在此行不通。那我們用什么辦法處理以下數(shù)據(jù)來增強(qiáng)直觀感受呢？

學(xué)生1：數(shù)學(xué)上經(jīng)常采用數(shù)形結(jié)合的方法解決不明朗的問題，那么在此是否可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像呢？

教師：這個(gè)想法非常好！可以用Excel辦公軟件來畫出這組數(shù)據(jù)的函數(shù)圖像。具體操作：框選出平衡濃度兩列數(shù)據(jù)，在功能區(qū)選擇“插入”選項(xiàng)卡，在“圖表”組中依次單擊“散點(diǎn)圖→帶平滑線的散點(diǎn)圖”（如圖2所示）。

提示：需要我們注意的是這個(gè)圖像是經(jīng)過原點(diǎn)的，因?yàn)楫?dāng)這個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，如果其中一個(gè)物質(zhì)的平衡濃度為0，那么另一個(gè)物質(zhì)的平衡濃度一定也為0。

學(xué)生1：這個(gè)圖像看著好像一個(gè)正比例函數(shù)圖像。

教師：如果是正比例函數(shù)，又能得到什么呢？

學(xué)生1：如果是正比例函數(shù)，那么[N2O4]/[NO2]就是一個(gè)常數(shù)。

教師：很好！那么[N2O4]/[NO2]到底是不是一個(gè)常數(shù)呢？可以用Excel來計(jì)算[N2O4]/[NO2]的值。具體操作：在E3單元格輸入“=D3/C3”，點(diǎn)擊回車鍵，就會(huì)產(chǎn)生計(jì)算結(jié)果（如圖3上所示）。選中E3單元格，把光標(biāo)放在右下角出現(xiàn)“黑十字”，按住鼠標(biāo)左鍵下拉，那么每一行的計(jì)算結(jié)果就都出現(xiàn)了（如圖3下所示）。

總結(jié)、提問：通過計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)[N2O4]/[NO2]的值并不是一個(gè)常數(shù)，說明這不是正比例函數(shù)，請(qǐng)同學(xué)們繼續(xù)觀察，它還像什么函數(shù)圖像呢？

學(xué)生2：這段曲線也可以是一元二次函數(shù)圖像的一部分。按照前面的分析對(duì)應(yīng)的這四個(gè)點(diǎn)應(yīng)該在函數(shù)y=kx2上，也就是說y/（x2）=[N2O4]/[NO2]2是一個(gè)常數(shù)。

教師：是不是這樣呢？如上計(jì)算方式，將E3單元格中的公式“=D3/C3”改為“=D3/C3^2”，計(jì)算出結(jié)果（如圖4所示）。

學(xué)生2：所得結(jié)果近似一個(gè)常數(shù)！我猜測的是正確的！

教師：非常好！運(yùn)用Excel來實(shí)現(xiàn)這位同學(xué)的想法（如圖7所示）。

學(xué)生4：果然是近似等于一個(gè)常數(shù)！

問題：我們歸納、總結(jié)一下這個(gè)“重大發(fā)現(xiàn)”，如何敘述呢？

學(xué)生：可以歸納為可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，“所有的生成物”平衡濃度的“化學(xué)計(jì)量數(shù)”次方的乘積與“所有的反應(yīng)物”平衡濃度的“化學(xué)計(jì)量數(shù)”次方的乘積的比值是一個(gè)定值。

問題：那這個(gè)規(guī)律是不是這個(gè)反應(yīng)的特例呢？具有普遍適用性嗎？

3 教學(xué)反思

化學(xué)平衡常數(shù)是抽象的概念，對(duì)于概念的理解和掌握要側(cè)重概念建立的過程，而化學(xué)平衡常數(shù)教學(xué)從現(xiàn)狀來看是不具備實(shí)驗(yàn)探究條件的。本例運(yùn)用Excel將“死”的數(shù)據(jù)變得“活”了起來，從而能夠吸引住學(xué)生的眼球，使學(xué)生對(duì)課程有思考、有期待，學(xué)生經(jīng)過不斷的猜想與驗(yàn)證，不斷地突破思維定勢，最終建立起化學(xué)平衡常數(shù)概念。從教學(xué)過程來看，由于Excel的使用，增強(qiáng)了課堂的趣味性，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性、增強(qiáng)了學(xué)生的參與感，營造出了一種創(chuàng)新和高效的氛圍，達(dá)到了與實(shí)驗(yàn)探究同樣的效果。

因此，在實(shí)際教學(xué)中，教師要注重教學(xué)技術(shù)和工具的靈活運(yùn)用。信息化教學(xué)模式不只是播放PPT，還有很多其他軟件、數(shù)字化工具可供選擇使用。教師應(yīng)該針對(duì)每一堂課的特點(diǎn)，結(jié)合教室里的多媒體平臺(tái)，合理選擇教學(xué)技術(shù)和工具，能起到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1][3]支瑤，王磊，張緒姝.化學(xué)平衡常數(shù)對(duì)促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展的功能價(jià)值分析及其教學(xué)實(shí)現(xiàn)[J].化學(xué)教育，2010，31（6）：29～34.

[2]顧曄.如何向高中生引入化學(xué)平衡常數(shù)[J].化學(xué)教育，2012，33（8）：20～22.

[4]馬夏君，張文華.對(duì)“化學(xué)平衡常數(shù)”教學(xué)的反思與探索[J].化學(xué)教學(xué)，2014，3（3）：37～41.