培养学生化学变化观念与平衡思想的教学设计

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基于学生已掌握的化学反应速率和化学平衡的基础上，认识工业合成氨的简单生产过程与工艺。学习工业生产条件的优化与工艺流程，引导学生探索学科前沿理论，在实际教学中培养学生对于化学学科的核心素养。

一、课程内容与学科本质

１．内容体系分析。

本课是化学反应原理第二章第四节的内容，是以掌握了化学反应速率和化学平衡为基础，认识工业合成氨的简单生产过程与工艺。在本设计中，重点突出化学反应速率和化学平衡移动原理等理论在实际工业生产中的指导作用，引导学生相信工业生产中必须依靠科学和技术来提高经济效益。

２．学情分析。

本节课重点通过讨论合成氨的适宜条件，体现了化学科学理论对实际工业生产的正向指导作用，同时在运用理论分析实际问题的过程中，也可让学生对所学理论有更进一步的理解与思考。引导学生认识并充分利用化学反应原理，并全面考虑在合成氨生产中设备、材料、动力等实际情况，综合各个影响因素，再选择合理的合成条件。此外，在教学中引导学生关注提高综合经济效益和减少环境污染为目的的思想。

３．核心素养的构建。

学生通过几种模型的综合学习，才能更充分地理解并更好地掌握化学平衡知识，让学生建立化学平衡的动态思维。在化学平衡内容的教学中：主要包含了“模型认识与证据推理、变化与平衡的思想观念”这两大化学核心素养内容。建立化学核心的模型是掌握化学平衡这节内容的重要方法，即：数学模型和概念模型。概念模型的重要性更为突出在教学中引入概念模型，能将看似关联性不大的分散的知识点串成一个完整的知识网络，方便记忆的同时也加深理解。

在化学平衡这节中涉及到的核心概念模型主要有：化学反应速率概念模型、化学平衡状态概念模型、有效碰撞概念模型、可逆反应概念模型、化学平衡常数概念和化学反应方向等概念模型。概念模型的建立可从四个步骤实施：（１）选择相关概念。（２）绘制概念模型图。（３）给概念模型增加关联关系。（４）给概念模型增加属性关系。

二、“变化观念与平衡思想”素养的培养

１．细化课程目标，打牢核心知识的基础。

以提高“变化观念与平衡思想”的核心素养为目的，核心知识的把握在教学过程中应突出强调。要想使学生充分掌握各种学习方法，必须打好知识基础，才能进一步形成各项能力，综合能力提升后，才能达到“变化观念与平衡思想”素养下要求达到的各级水平。要想做到这些，就要摒弃过于偏向研究解题方法的做法，重视学生以化学变化为核心的知识体系的建立。统领核心知识教学过程的是核心素养中的课程目标。“变化”是“变化观念与平衡思想”这一核心素养的课程目标中的核心，围绕变化展开几个方面的不同要求，这些方面并不是无关联的，它们都以变化为中心，并解释了在方方面面中的变化。在培养学生“变化观念与平衡思想”这一核心素养时，需要对该阶段核心素养的课程目标进一步细致分解，将素养的各项要求分化成具体知识的教学内容。

２．创设情境教学，形成良好的基本观念。

化学可以让学生对这个世界的构成形成完整的认知体系，这也是化学有别于其他学科本质的不同。构建化学基本观念的最好方法就是情境的构建。高中生已具有相当多的生活经验，以符合学生认知水平的经验为基础，通过创设情境这一手段将事实和结论的讲授转变为通过学生实践来进行的过程，有利于促进学生对化学基本概念的了解，将化学课堂从知识的传授转向素养的培养，养成这基本观念就是形成这二者之间的桥梁。“变化观念与平衡思想”这一素养中蕴含着高中化学最基本的变化观和平衡观，作为化学认知水平中的重要环节，形成以变化为核心的基本观念，是培养“变化观以及平衡观”这一维度素养，乃至整个化学核心素养的关键。

３．增强探究意识，打破学生的定势思维。

在变化观的形成与建立过程中，教师应有常远的眼光和整体的部署。观念的养成需要在横向上与其他学科的交叉和相关联，纵向上前后学习内容的紧密联系与层层交叠，从而建立起整个变化观体系，使学生在不同学段达到不同的、应有的水平，逐步满足不同层次水平的要求，科学变化与发展的认知体系得到了充分的建立。而完善的观念是学生形成良好思维方式的基础。在教学活动中可以适当增加探究活动，有利于提高学生的探究意识。学生在具备了动态的变化观念与严谨的探究意识的基础上，在思考问题时会具有更发散的思维方式，从而消除掉受经验和思维局限影响的定势思维。

三、教学过程

１．创设情境，导入新课。

【媒体引入】对热销产品的成本和生产效率有什么要求？

【设计意图】开门见山的切入主题，激发兴趣。借助例子引出本堂课的重点以及学习方法，确定学习目标。培养学生模型认知为主的化学核心素养。

２．合作探究，学习新知。

【交流·研讨】合成氨反应是一个可逆反应：Ｎ２（ｇ）＋３Ｈ２（ｇ）幑幐２ＮＨ３（ｇ），已知２９８Ｋ时，△Ｈ＝－９２．２ｋＪ·ｍｏｌ－１△Ｓ＝－１９８．２Ｊ·Ｋ－１·ｍｏｌ－１，请根据正反应的焓变和熵变分析２９８Ｋ下合成氨反应能否自发进行？【学生讨论回答后教师讲述】

【设计意图】为下一步讨论合成氨的合适生产条件做铺垫。引导学生学习研究问题的常规思路：第一步是化学热力学数据的分析，判断化学反应的方向，再利用平衡移动原理，判断平衡的移动方向，这有利于培养学生变化观念与平衡思想为主的化学核心素养。

【交流·研讨】根据合成氨的反应特点，应分别采用什么方法提高反应速率和平衡转化率？由化学平衡原理分析再结合工业上的实际生产（高压对加工制造、设备材质、的要求和能耗多少、温度对催化剂活性的影响等）。讨论：（１）低温有利于氨气的生成，那么工业生产中，温度是不是越低越好？（２）增大压强在提高氨气产量的同时也能提高速率，是不是压强越大越好呢？

【设计意图】体现如何用理论知识解决实际问题，除了需要考虑理论上热力学与动力学的影响因素，还必须结合实际生产工艺等各方面技术的限制。分析总结出合成氨的最佳条件，引导思考的方向，结合生产数据介绍合成氨实际合成条件，通过实际问题的解决，加深理论知识的理解。通过小组讨论的方式，将ＳＴＳＥ的教育理念引入到教学当中，以探究合成氨的最优条件来解释传统与前沿化学之间的区别与联系，培养学生科学精神与社会责任为主的化学核心素养。

３．联系实际，知识拓展。

【讲述】合成氨的生产流程：（１）原料气的来源Ｈ２来自电解水，Ｎ２从自然界获得ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ＋３Ｈ２；ＣＯ＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ２＋Ｈ２；（２）净化：除杂，保护催化剂，防止其中毒。

【设计意图】提高学生的创新意识与科学思维，贴合化学核心素养的教育思想。

４．归纳总结，巩固提高。

【布置作业】复习本节课所学内容，自行查阅国内外有关合成氨的相关文献，小组之间交流讨论我国在合成氨领域的情况，并以多媒体演示文稿的形式向全班进行讲解。

四、教学反思

本节课在新课讲授时提供了关于工业合成氨反应的热力学、动力学的具体实验数据，学生利用数据对该反应的热力学、动力学问题分别进行详细的讨论并得出正确的结论。在“交流研讨”的环节，学生活动进行得较为充分，体现以学生为主体的同时，不仅使学生掌握应用反应速率和平衡原理综合分析合成氨的最优条件，也使学生掌握利用化学反应原理深入分析工业生产条件的探究思路和研究方法。在理论分析的同时，结合实际工艺选择合成氨的最佳条件，引导学生多方面，深层次的综合考虑，在合成氨工业生产过程中设备、材料生产效率、动力等因素，使学生认识化学平衡在工业生产中的重要指导作用，提升学生对化学反应重要性的认识，从而肯定化学学科在工业生产和社会发展中发挥的不可替代的作用。

探究合成氨最佳条件的选择是一个具有强综合性的问题，应正确引导学生在课堂上进行有效的互动环节。但可能由于学生在课前对预习等工作没有准备到位。在课堂上，学生缺乏相关的知识铺垫来进行讨论。总之，本节课充分地结合了ＳＴＳＥ教育理念，把最前沿的科学技术同课本中的理论知

识相结合，培养学生科学精神与社会责任等化学核心素养。

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