倪志剛

摘要：梳理了中學(xué)化學(xué)中化學(xué)平衡單元的主要內(nèi)容，認為化學(xué)平衡單元教學(xué)可養(yǎng)育學(xué)科核心素養(yǎng)。提出化學(xué)平衡教學(xué)中培育學(xué)生核心素養(yǎng)的基本策略與思路，要重視解決教學(xué)難點，培養(yǎng)關(guān)鍵的抽象思維能力。簡述化學(xué)平衡單元教學(xué)設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞：化學(xué)平衡教學(xué)；核心素養(yǎng)培育；教學(xué)策略；教學(xué)思路；單元教學(xué)設(shè)計

文章編號：1005–6629（2017）12–0019–06 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

1 中學(xué)化學(xué)中化學(xué)平衡單元的主要內(nèi)容

物質(zhì)為什么會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、怎樣判斷化學(xué)反應(yīng)的方向、改變化學(xué)反應(yīng)進行的程度、控制化學(xué)反應(yīng)的快慢，是深入認識化學(xué)反應(yīng)的幾個重要問題。前兩個問題跟反應(yīng)體系的自由能變化有關(guān)，全國版化學(xué)選修教材是有所涉及的，上海教材根據(jù)上海市《高中化學(xué)課程標(biāo)準》及《上海市高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗本）》*沒有涉及。后兩個問題跟化學(xué)平衡理論和化學(xué)反應(yīng)速率理論有關(guān)。這兩個理論對深化認識化學(xué)反應(yīng)、指導(dǎo)科學(xué)實驗和生產(chǎn)實踐有重要價值，是學(xué)生深入學(xué)習(xí)元素化學(xué)以及電解質(zhì)電離理論等知識的重要理論基礎(chǔ)。

筆者根據(jù)全國《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準（實驗）》、上海市《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準（征求意見稿）》以及現(xiàn)行的《上海市高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗本）》制成表1，分別列出了它們對化學(xué)平衡教學(xué)內(nèi)容的安排情況。

由表1可見，中學(xué)化學(xué)中化學(xué)平衡單元的內(nèi)容主要包括可逆反應(yīng)、化學(xué)平衡狀態(tài)、化學(xué)平衡移動、影響化學(xué)平衡移動的因素、勒夏特列原理及其應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)表達式與應(yīng)用等。

化學(xué)反應(yīng)速率概念、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素等跟化學(xué)平衡有著密切的聯(lián)系，可以作為學(xué)習(xí)化學(xué)平衡單元的基礎(chǔ)。

2 化學(xué)平衡內(nèi)容的教育功能

本文所謂“學(xué)科核心素養(yǎng)”是受學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)約束和指導(dǎo)，為學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的養(yǎng)成服務(wù)的。它包含3個層面的內(nèi)容：化學(xué)教學(xué)層面、科學(xué)教育層面和涵蓋所有教育教學(xué)領(lǐng)域的上位層面。各層面都包含核心觀念、關(guān)鍵能力及方法策略和重要品格3方面的內(nèi)容。

弄清具體教學(xué)內(nèi)容對培育學(xué)科核心素養(yǎng)的可能性，是學(xué)科教學(xué)中培育學(xué)科核心素養(yǎng)的重要前提。根據(jù)對內(nèi)容的深入分析和教學(xué)經(jīng)驗，我們認為化學(xué)平衡單元的主要內(nèi)容具有養(yǎng)育表2中所列學(xué)科核心素養(yǎng)的可能性。

對表2右列內(nèi)容進行概括、整理，得到化學(xué)平衡單元可養(yǎng)育的學(xué)科核心素養(yǎng)如表3。

基本觀念是核心素養(yǎng)的重要組成部分。有人提出，“平衡觀”是化學(xué)的基本觀念，在化學(xué)平衡教學(xué)中必須重視“平衡觀”的教育。對此我們認為，通過化學(xué)平衡教學(xué)使學(xué)生體驗?zāi)酥琳J識到平衡是可變的而不是不變的、是相對的而不是絕對的、是動態(tài)的而不是靜態(tài)的、是一時的而不是永遠的，平衡是客觀世界的一種運動狀態(tài)……這是有必要的。不包含上述內(nèi)容的“平衡觀”是有重大殘缺的，跟上述內(nèi)容對立的“平衡觀”則是錯誤的。然而，把平衡觀說成是化學(xué)的基本觀念也是不妥的。其理由是：

（1）平衡現(xiàn)象在許多領(lǐng)域或?qū)W科中都存在，不是化學(xué)學(xué)科專有。例如，物理學(xué)中有力的平衡、生物學(xué)中有生態(tài)平衡，在社會領(lǐng)域中有產(chǎn)銷平衡、進出口平衡、各種發(fā)展平衡等等。

（2）“平衡”不是化學(xué)的基本問題。作為基本問題，應(yīng)該是貫穿于化學(xué)的全部歷史，長期發(fā)揮作用、具有永恒魅力的問題，而“平衡”不是這樣的問題，很難拓展、帶動、包容化學(xué)學(xué)科中其他內(nèi)容發(fā)展，很難在化學(xué)學(xué)科及其發(fā)展中起核心作用，其根本原因在于：物質(zhì)及其化學(xué)運動并不依賴于“平衡”，反倒是“不平衡”常常引發(fā)化學(xué)變化。人們研究化學(xué)平衡的目的，也并不是為了保持平衡狀態(tài)不變，而是有效地改變外界條件，使化學(xué)平衡向有利的方向移動。

化學(xué)平衡狀態(tài)在宏觀上是難以直接觀察的，其微觀解釋涉及微觀粒子的統(tǒng)計表征，學(xué)生難以把它跟宏觀描述直接聯(lián)系起來，因而理解和掌握化學(xué)平衡需要有較強的抽象思維能力，其難度高于化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)鍵等。這意味著抽象思維能力是學(xué)習(xí)化學(xué)平衡的關(guān)鍵能力。

同時，沒有基本觀念的指引，沒有探求真理鍥而不舍的精神，沒有應(yīng)對復(fù)雜問題的從容、冷靜態(tài)度，沒有合作、討論的意識意愿與能力態(tài)度等優(yōu)良品質(zhì)“保駕護航”，學(xué)生是難以自主、有效地完成化學(xué)平衡學(xué)習(xí)的。

3 化學(xué)平衡教學(xué)中培育學(xué)生核心素養(yǎng)的基本策略

學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)具有社會性、實踐性、發(fā)展性和后天養(yǎng)成性等基本屬性，由此可以制訂它的養(yǎng)育策略：

●構(gòu)建適宜的社會性教學(xué)環(huán)境。學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)反映了一定時代社會的特點和要求。只有在良好的社會環(huán)境中才能有效地養(yǎng)育、穩(wěn)定與強化學(xué)生的社會性素養(yǎng)。為此，應(yīng)積極設(shè)置蘊含社會性內(nèi)容的教學(xué)情境，包括應(yīng)用聲像材料和現(xiàn)場考察等。必備品格通常在社會交往中表現(xiàn)，教學(xué)交往是一種社會性活動，是教學(xué)的社會性微環(huán)境，要重視通過教學(xué)交往活動使某些必備品格萌生、強化、校正。

●設(shè)計相應(yīng)的實踐活動。核心素養(yǎng)是社會性、實踐性活動的成果，離開了社會性、實踐性活動，它就難以形成，也談不上發(fā)展性，談不上后天養(yǎng)成性。就能力而言，能力是在活動中形成和發(fā)展的，實踐活動對于關(guān)鍵能力的養(yǎng)育是有特別意義、必不可少的。因此，設(shè)計好相應(yīng)的實踐活動，是化學(xué)平衡教學(xué)中培育學(xué)生核心素養(yǎng)的一個關(guān)鍵。

●提供必要的背景知識。背景知識既能揭示學(xué)習(xí)內(nèi)容的社會性蘊涵，又能揭示學(xué)習(xí)內(nèi)容的過程方法蘊涵、邏輯蘊涵、發(fā)展歷史蘊涵等等學(xué)科蘊涵，能強化教學(xué)情境，對學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)起到特別的作用?？傊?，要注意發(fā)揮背景知識對于核心素養(yǎng)培育與養(yǎng)成的特殊意義。endprint

●核心素養(yǎng)需要以有關(guān)的知識技能和心理活動等作為載體，否則，它既難以形成，也難以表現(xiàn)和發(fā)揮核心作用。它跟“三維目標(biāo)”不是替代關(guān)系，而是內(nèi)核與拓展、筋骨精髓與血肉、“結(jié)晶”與基礎(chǔ)的關(guān)系。要養(yǎng)育核心素養(yǎng)，必須明確“三維目標(biāo)”，切實實現(xiàn)“三維目標(biāo)”。

●知、情、行、意聯(lián)動。知、情、行、意聯(lián)動是形成優(yōu)良品格的重要途徑，對于優(yōu)良品格的養(yǎng)育具有特別的意義。只有實行知、情、行、意聯(lián)動，才能使學(xué)習(xí)活動有效地進行，并且實現(xiàn)活動效果最大化。

●注意發(fā)揮核心素養(yǎng)評價的激勵、強化和推動作用。

●按照計劃，逐步推進[4]。

從上述策略出發(fā)，在化學(xué)平衡教學(xué)中應(yīng)注意開展表4中的相應(yīng)學(xué)習(xí)活動。

由表4可見，“思考，交流討論”和“實驗研究”是化學(xué)平衡教學(xué)中培育核心素養(yǎng)的主要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵?！伴喿x資料”則可以彌補“實驗研究”和“思考，交流討論”的不足，可以從廣度和深度兩方面提升思考和交流討論的水平。

4 重視解決教學(xué)難點，培養(yǎng)關(guān)鍵的抽象思維能力

一般說來，學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)平衡的困難首先在于化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷。這部分內(nèi)容題型較多，學(xué)生如果只是一般地理解化學(xué)平衡狀態(tài)的概念和特征，就容易被表面現(xiàn)象迷惑，不能透過現(xiàn)象看本質(zhì)，仍難以判定化學(xué)平衡狀態(tài)，使化學(xué)平衡的概念建立和判斷成為教學(xué)難點（例如組分濃度/含量比較問題、涉及轉(zhuǎn)化率的問題、涉及守恒關(guān)系的問題等）。

其次，學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)平衡的困難還在于應(yīng)對復(fù)雜的平衡問題時感到困難，例如復(fù)雜的化學(xué)平衡曲線問題、密閉容器充氣問題、惰性物質(zhì)影響問題、等效平衡問題等。

解決不了化學(xué)平衡的學(xué)習(xí)困難，基本觀念的培育就沒有了基礎(chǔ)，優(yōu)良品格的培育也失去了依附。為了克服化學(xué)平衡抽象性導(dǎo)致的學(xué)習(xí)困難，可以采取下列對策：

（1）利用難度較小、比較直觀易懂的實驗（例如溶解平衡趣味實驗等），以及人類解決某些化學(xué)平衡問題的實際例子（例如高爐煤氣問題），來幫助學(xué)生建立有利的經(jīng)驗基礎(chǔ)。我們曾經(jīng)在研究中發(fā)現(xiàn)，同是“平衡”，對學(xué)生來說，物理學(xué)中的平衡和生物學(xué)中的生態(tài)平衡都不難理解和接受，唯獨化學(xué)平衡的學(xué)習(xí)困難很大[5]。這意味著：物理學(xué)中的平衡和生態(tài)平衡是可以作為學(xué)習(xí)化學(xué)平衡的“墊腳石”的。

（2）利用濃度、溫度等外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響等先學(xué)內(nèi)容進行遷移（同時也要防止干擾）。

（3）在學(xué)習(xí)影響化學(xué)平衡移動的因素時，首先著力抓好濃度影響的學(xué)習(xí)。

（4）通過典型實例的分析，引導(dǎo)學(xué)生概括學(xué)習(xí)內(nèi)容、總結(jié)有關(guān)的規(guī)則，用好化學(xué)平衡的“6字真經(jīng)”：“逆”——可逆反應(yīng)；“動”——動態(tài)過程；“等”——正、逆速率相等；“定”——各組分的濃度不變；“變”——條件改變后，建立新的平衡；“同”——無論正向反向，只要條件不變，平衡狀態(tài)相同，與路徑無關(guān)等等。突出關(guān)注前提條件“逆”，明確“等”是根本特點、“定”是外表特征，學(xué)習(xí)利用“同”（根據(jù)平衡不受路徑影響，設(shè)想適當(dāng)?shù)闹虚g步驟，分步解決問題）。

（5）讓學(xué)生學(xué)會用數(shù)形結(jié)合方法繪制有關(guān)的化學(xué)平衡圖像。

（6）復(fù)雜的平衡問題可以在復(fù)習(xí)階段再予以解決。

（7）針對學(xué)生學(xué)習(xí)存在的問題，適當(dāng)?shù)亟M織解題練習(xí)。

5 化學(xué)平衡單元教學(xué)設(shè)計要點

5.1 教學(xué)的基本思路

●讓學(xué)生自主地閱讀課本和補充材料、實驗、思考，以利抽象思維能力的養(yǎng)成。

●抓好集體交流討論，發(fā)揮教師的點撥、啟發(fā)、引領(lǐng)作用，保證教學(xué)效果。

●組織學(xué)生練習(xí)與自測；師生共同點評學(xué)習(xí)過程及學(xué)習(xí)結(jié)果。

●積極聯(lián)系化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素的學(xué)習(xí)成果；在后期學(xué)習(xí)電離平衡、水解平衡以及配位平衡時，注意強化、升華對化學(xué)平衡的認識。

●分層次、分步驟，有計劃地組織有關(guān)練習(xí)。

5.2 課的問題結(jié)構(gòu)

（觀察、閱讀）→

→如何解釋許多化學(xué)反應(yīng)不能百分百進行的事實？（提出化學(xué)平衡概念）→

→化學(xué)平衡有哪些特點？根本的特點是什么？如何進行判斷？→

→如何解釋可逆反應(yīng)進行程度變化的事實？（提出化學(xué)平衡移動概念）→

→影響化學(xué)平衡移動的因素有哪些？它們是怎樣影響的？怎樣進行概括？→

→研究化學(xué)平衡有哪些實際意義和理論意義？怎樣深化對化學(xué)平衡的研究？

5.3 課時結(jié)構(gòu)

學(xué)生按照學(xué)案自學(xué)→集體交流討論……反復(fù)進行。

附：閱讀材料1 煉鐵爐怎么成了煤氣爐[6]

說起煉鐵，我們都熟悉它的化學(xué)原理是用一氧化碳使鐵的氧化物還原，也能熟練地寫出有關(guān)的化學(xué)方程式：

C（焦炭）+O2=CO2

CO2+C=2CO

Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2

原料：鐵礦石、焦炭、氧氣（空氣）

產(chǎn)品：（生）鐵和高爐煤氣

主要設(shè)備：煉鐵（高）爐

可是，為什么要用高爐來煉鐵？煉鐵爐怎么會生產(chǎn)煤氣？為什么不把一氧化碳全部用于煉鐵呢？說起來，這里面還有故事呢！

15世紀時，由于鑄造火炮的需要，煉鐵技術(shù)在歐洲得到較快發(fā)展，到16世紀時歐洲已普遍采用豎爐冶煉。歐洲早期的豎爐多呈方形，用石塊砌成，爐身較矮，爐缸邊長1米多，有一個鼓風(fēng)口和一個流出口，日產(chǎn)量不到1噸。到了17世紀，爐子明顯加大增高，產(chǎn)品指標(biāo)也有顯著改善。

然而一個問題困擾著人們：豎爐排出的氣體中含有大量的CO，同時還含有大量的氮氣和二氧化碳，這種煤氣的熱值非常低，標(biāo)態(tài)下低位發(fā)熱量只有約3320kJ/m3（常用的人工煤氣熱值為16000～ 24000kJ/m3，天然氣熱值約為36000kJ/m3），使其應(yīng)用受到限制，降低了焦炭的利用率。為了解決這個問題，人們逐步加大煉鐵爐的高度，以增加CO和鐵礦石的接觸時間，讓CO充分地跟鐵的氧化物反應(yīng)。這樣做起初尚有效果，可是等到CO含量降低到25%左右后，再怎么增加煉鐵爐高度，CO含量基本上就不再降低了。endprint

類似的情況可不少，這引起了許多化學(xué)家的研究興趣。當(dāng)然，他們是選擇適宜在實驗室開展研究的化學(xué)反應(yīng)進行研究，而不是直接以煉鐵過程作為研究對象。例如，1850年，威廉米{L. F. Wilhelmy，[法]}用旋光儀測量蔗糖水解反應(yīng)；1861～1863年間，貝特羅{P. E. M. Berthelot，[法]}等人研究了醋酸和乙醇的酯化反應(yīng)；1864～1866年間，哈庫特{A. G. V. Harcourt，[英]}和艾遜{William ESSON，[英]}研究了高錳酸鉀氧化草酸的反應(yīng)；1864年，古德貝格{N. C. M. Guldberg，[挪]}和瓦格{P. Waage，[挪]}完成了大約300個實驗……

威廉米發(fā)現(xiàn)，在一定量水中，在時間間隔dt內(nèi)，轉(zhuǎn)化了的蔗糖量dM跟當(dāng)時尚存的蔗糖量M成正比，即-dM/dt=kM（k稱為速度常數(shù)，與M無關(guān)）。貝特羅等人的研究結(jié)果是：“在任何一瞬間，酯形成之量與反應(yīng)物質(zhì)量的乘積成比例，與溶液體積成反比?！彼麄冞€發(fā)現(xiàn)逆向的皂化與酯化反應(yīng)都不能進行完全，最后都會達到平衡狀態(tài)：各物質(zhì)（醋酸、乙醇、乙酸乙酯和水）間的比例總是確定的。哈庫特和艾遜則發(fā)現(xiàn)“一個化學(xué)反應(yīng)的速度跟反應(yīng)物的量成正比”。古德貝格和瓦格提出：一個化學(xué)過程，總有兩個方向相反的力同時在起作用，一個推動新物質(zhì)的生成，另一個幫助新物質(zhì)再生成原物質(zhì)，當(dāng)兩個力相等時，體系便處于平衡態(tài)。他們稱這種平衡為“可移動平衡”并總結(jié)出兩條規(guī)律：（1）質(zhì)量的作用，也就是力的作用，與它們本身的質(zhì)量的乘積成正比；（2）如果相同質(zhì)量的起作用物質(zhì)包含在不同的體積中，這些質(zhì)量的作用是與體積成反比，并把單位體積中的反應(yīng)物分子數(shù)（濃度）稱為“有效質(zhì)量”。上述研究成果后來被概括為“質(zhì)量作用定律”（化學(xué)反應(yīng)的速率跟反應(yīng)物濃度的乘積成正比）。當(dāng)時人們把濃度與質(zhì)量混淆不分，而且出于對牛頓力學(xué)的崇拜，把許多作用都稱為“力”，顯示了歷史的局限性。

1879年，古德貝格和瓦格根據(jù)分子碰撞理論來解釋反應(yīng)速率和質(zhì)量作用定律，并意識到在分子碰撞中僅僅有一部分導(dǎo)致反應(yīng)。至此，人們基本上弄清了化學(xué)平衡是怎么一回事。

現(xiàn)在，你能說清楚為什么高爐煤氣中總是含有不少一氧化碳了嗎？

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制訂.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]教育部基礎(chǔ)教育課程教材專家工作委員會普通高中課程標(biāo)準修訂組.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準（征求意見稿）. 2016. http：//www.doc88.com/p-9959763308966.html.

[3]上海市教育委員會教學(xué)研究室編.上海市高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗本）[S].上海：華東師范大學(xué)出版社，2016；上海市教育委員會.上海市中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準（試行稿）[S].上海：上海教育出版社，2004.

[4]吳俊明，楊健.對學(xué)生核心素養(yǎng)的再思考[J].化學(xué)教學(xué)，2017，（3）：3.

[5]薛俊梅. 3～12年級學(xué)生“物質(zhì)”和“平衡”科學(xué)概念的認知發(fā)展研究[D]. 上海：上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

[6]超級工程一覽.世界高爐之王——沙鋼5860立方米煉鐵高爐. http：//blog.sina.com.cn/s/blog_5a53af350100kbnw. html.endprint