“化学反应速率”单元教材分析和核心内容教学活动设计，本文主要内容关键词为：化学反应论文,速率论文,教学活动论文,核心内容论文,单元论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
新课程必修和选修模块的建立是为了适合不同学生的需要，必修模块是保证全体高中学生都能学习的基础内容，选修模块适用于对化学有较强兴趣的学生学习。新教材将化学反应速率的知识分散在必修2和选修4《化学反应原理》中。必修2作定性的描述，让学生定性建立起反应速率的概念，初步认识影响化学反应速率的因素。而选修4则对化学反应速率重点进行定量描述，有定量测量方法和实验操作实践。通过定量化学实验让学生得出温度、压强、浓度和催化剂对反应速率的影响效果。选修模块化学的学习更加综合，对学生的化学素养有进一步的要求，可见选修模块“化学反应速率”的教学承载着更多的对学生化学素养的培养和对知识深入学习的教学功能。
理解教材的编写意图、理解教材承载的教学功能，对教学有重要的指导作用。
一、单元教学内容分析
1.课标要求
课程标准是确定核心教学内容的依据。课程标准对本单元教学要求是：知道化学反应速率的定量表示方法，通过实验测定某些化学反应的速率[1]。
2.教材内容比较
3种教材的核心知识及教材编写比较见表1。
表1中，1项至4项的核心知识点在3种教材中都有，是重点教学内容，第5项化学反应速率的公式只有鲁科版教材有，这个公式的引入可证明无论用哪一种物质表示化学反应的反应速率都是相同的，同时为定量分析浓度、温度、催化剂等反应条件对化学反应速率的影响铺平了道路，避免了同一反应中在同一条件下，用不同物质表示反应速率数值上的差异（实质反应速率相同）而引起的错误理解。
3种教材的编写略有不同。人教版是用氮气与氢气反应的化学反应速率的定量计算揭示反应速率之比等于化学计量数之比的规律；苏教版通过双氧水的分解和五氧化二氮的分解反应两个表格数据来揭示速率与化学计量数关系规律。苏教版和人教版独立介绍了化学反应速率测量的基本原理和实验测量操作。鲁科版将实验和定量计算有机融合，从而完成反应速率测定的教学。
3.核心内容分析
（1）核心内容在学科学习中的作用
下页图1说明了本单元内容在本章学习中的地位。化学反应速率的理论是化学反应基本理论的重要组成部分，是化学平衡、水解平衡和电离平衡知识的学习基础，了解化学反应速率才能理解平衡移动原理，化学反应速率理论的学习可以指导合成氨、硫酸和硝酸等工业生产过程的学习及相关知识的理解；应用化学反应速率的数学表示方法，能定量研究和比较化学反应的快慢，达到控制化学反应快慢的目的。
化学反应速率的测定实验可让学生学会测定和比较化学反应快慢的方法，这种研究方法也是定量探索“外界因素的改变对化学反应速率的影响”的研究基础。
（2）核心内容与其他相关内容的衔接
初中教材中，金属与酸反应的快慢、铁丝与氧气和空气分别反应的难易程度，是对反应速率的感性认识。高一必修2的学习是对化学反应速率的定性认识，而选修4的学习则是从定量角度对化学反应速率的进一步认识，可见，化学反应速率的学习，有阶段性、层次性的特点，在具体学习中还存在前后交叉和重叠，形成认知的螺旋式上升发展的形态。
二、核心内容的价值解析
（1）建立化学反应速率定量表示方法，培养学生定量研究化学反应的意识和习惯。在初中和已有的高中学习中，对化学反应速率的描述仅仅是快和慢的定性描述。本单元以食物变质速率与奥运焰火、生成煤或石油的反应速率的相对快慢比较，引导学生从快与慢的（对焰火慢、对煤或石油快）看似矛盾的描述，引导学生了解建立定量描述反应速率的必要性，培养学生的研究意识。
（2）测定化学反应速率原理讨论和实验测定，让学生体验科学实验的一般过程，培养学生的科学素养。通过“镁与盐酸反应化学反应速率的实验测定”，让学生体验实验方案的设计，以及进行实验、记录实验现象和数据、对数据处理、讨论等过程，培养学生设计科学实验的思维方法，体验科学认识的过程。
（3）养成学生对科学研究“过程”与“结果”的全面认识。通过实验数据处理、列表计算，应用化学方程式计算，巩固学生对于化学反应速率定量表示方式的认识，揭示反应速率的变化规律。
三、核心内容学生学习基础分析
1.认知偏差1
缺乏定量计算与比较化学反应快慢的思维基础。学生在学习选修4之前，只定性认识了化学反应速率的快慢，对定量研究化学反应的快慢尚未接触。
突破方式：引发问题、建立概念。上课时通过“食物变质”、“奥运焰火”、“煤与石油的形成”等图片，引发思考：上述化学反应到底哪个反应快，哪个反应慢？比较它们的尺度是什么？引导学生建立定量研究化学反应速率的意识。再通过镁与稀盐酸反应的定量实验，讨论在给定条件下，如何表示镁离子、氢离子的反应速率，建立定量研究化学反应速率的概念和化学反应速率的定量表示方法。
2.认知偏差2
不会设计定量研究化学反应速率的实验方案。在学习本节内容之前学生对于化学反应速率的实验探究，仅停留在验证实验阶段。
突破方式：独立思考、小组合作、完成实验方案。教师引导学生，要定量研究化学反应的速率，就需要明确化学反应中可供测量的变量有哪些？从镁与盐酸反应的离子方程式分析，在给定条件下，该反应中的变量主要有
、
的浓度变化，Mg的质量变化、
的体积变化等。再从现有实验条件考虑和从实验操作的简便性进行思考，上述变量中哪些可以测量？学生进行独立思考，把自己的设想写在学案上，然后分组交流，小组合作讨论，形成合理的实验方案。教师再让各小组的同学在全班汇报实验方案，针对方案的不足提出问题，引导学生进行讨论，最终达成共识，形成几种可行的定量测定化学反应速率的实验方案：从公式
出发，（1）固定Δt，测定Δc，即测定单位时间内、,的浓度的变化，的浓度的变化可以用pH计测量出来；（2）固定Δc，测定Δt，即在相同的浓度变化时，测定反应所用的时间，利用针筒可以测量生成氢气的体积，当反应中生成氢气的体积达到所规定的体积时，记录所需的时间，即可测出Δt。原理理清后，具体的实验方案学生也就能完成了。
3.认知偏差3
定量实验的数据记录和数据处理的能力差。在新情境下，当问题与实际的图像、数据相联系后，学生处理问题的能力就会下降，找不到解决问题的切入点，难以与所学的相关知识进行链接。
突破方式：实验操作，问题讨论，数据记录处理。固定浓度变量测定反应所需的时间是镁与盐酸反应速率测量的首选方式。教师在教学中，首先让学生对教材中的实验装置进行评价，对实验进行改进（实验测定的装置图见下文），测定单位时间内氢气体积的变化。让学生记录实验数据，在坐标纸上画出反应速率随时间变化的曲线图，培养学生数据处理能力。再通过对数据提出4个问题（见下文）的讨论，培养学生数据分析能力和新情境下处理图表、图像的能力。
四、核心内容教学活动设计
（见表3）
五、核心内容教学活动课例
教学目标（略）
教学模式：情境激学→问题导学→实验促学→迁移博学
【情境激学】
投影一组图片：“奥运焰火”、“煤和石油的形成”、“食物变质”。
提问：“奥运焰火”、“煤和石油的形成”，它们的化学变化过程是快还是慢呢？在日常生活中你希望上述化学反应的速率是快还是慢？
分析：食物变质相对于焰火慢，相对于石油的形成快。这时我们对化学反应速率的定性描述就产生了矛盾，因此，定量建立化学反应速率的概念是非常必要的。
【问题导学】
提问：什么是化学反应速率？应如何表示化学反应速率？化学反应速率的单位？
学生讨论发言。
总结：化学反应速率的定义和计算公式。
【实验促学】
小组合作讨论，如何测定镁与盐酸反应的速率？
从反应速率的定义和、、Mg、4个变量考虑，可选取什么变量进行测量（理论思考）？从所给的实验条件和操作的可行性分析，可以测量的变量是哪些（实践思考）？
学生独立思考后，再分小组进行讨论并记录。培养学生独立思考和合作学习的能力。通过实验记录表展示学生的思维过程，教师根据学生的实验记录表和汇报情况，进行有针对性的教学。
在小组汇报中，教师从4个方面引导学生认识化学反应速率测量的方法和原理：
问题1：从反应的变量考虑，应如何测定？根据化学反应速率的定义和公式，可测量、的浓度变化。实际测量时，实验条件的要求比较高。
问题2：Mg、这两个变量没有浓度的变化，但能不能进行测量？
引导学生从、的浓度测定转化到对体积的测定和对Mg的质量变化的测定。使学生理解教材第18页“化学反应中发生变化的是体系中的化学物质（包括反应物和生成物），所以与其中任何一种化学物质的浓度（或质量）相关的性质在测量反应速率时都可以加以利用”的含义。
问题3：从所给的实验条件和操作的可行性分析，应该如何测量镁与盐酸反应的速率？
学生进行对比分析，可用pH计测氢离子浓度变化、可用电子天平测定反应中镁条与溶液总质量的变化、可用针筒测量生成氢气体积的变化。其中测量氢气体积的变化，操作最简单。
问题4：能不能用镁条在反应中的质量变化来测反应速率呢？如果能，应如何测量？
引导学生设计方案，用给定质量的镁条与盐酸反应，测量它在不同浓度的盐酸中消失的时间。通过上述问题的讨论和分析，使学生理解测定反应速率所需的控制变量的方法，培养学生逻辑分析的能力和多角度考虑问题的能力。
阅读下列资料，完善实验方案。
资料[5]
反应速率的实验测定必须准确测出不同时间反应物或生成物的浓度。这一点常常是困难的，尤其是对那些反应速率很快的反应。通常有两类测定方法。
（1）化学分析法。反应进行后，在某一时刻突然使反应终止（如用骤冷反应系统，冲稀或迅速除去反应物质等），再取样，做化学分析测定反应系统中物质的浓度。
（2）物理化学分析法。如果反应物和生成物的某种物理性质有较大的差别，则随着反应进行，这种物理性质就不断出现较显著的改变。测量不同时刻反应系统中的这一性质的改变情况，就可计算出浓度的变化和化学反应速率。通常可利用的物理性质有：压强、体积、颜色、吸光度、折射率、电导、电动势和光谱等。物理化学分析的方法可以连续进行，不像化学方法那样要中断反应，但须事先确定浓度—物理性质间的关系，即做一系列的标准曲线。
改进课本的实验装置图，进行镁与盐酸反应的速率测定实验。
实验装置和数据图如下页图2，与课本的装置图相比，改进的实验装置，克服了针筒实验中由于针管间的摩擦力不均，造成实验数据不准的缺点。
学生进行分组实验，记录数据、处理数据，描点作图。
实验问题：（1）计算每隔30 s气体体积的变化，以mL/s为单位计算每30 s时间间隔内的反应速率，并在坐标纸上画出反应速率对时间的图像，你发现了什么？（2）化学反应速率为什么一般为正值？上述测量的反应速率属于瞬时速率还是平均速率？（3）在某一条件下假设在某一段30 s内收集到氢气2.24 mL（已折算成标况），溶液体积仍约为20 mL，计算此条件下用表示的反应速率和表示的反应速率。用与表示的化学反应速率数值为什么不同？它们的比值有什么规律？（4）对于化学反应aA+bB=cC+dD，用不同物质表示化学反应的速率的数值不同，但它表示的意义相同。请问可以采取什么方法在一个化学反应中无论用哪种物质表示它们的化学反应速率，它们数值都是相同的？
由层层深入的实验讨论，引导学生发现规律，体验科学研究的一般过程，认识科学家建立化学反应速率这个化学量的必要性和意义。
【迁移博学】
再以多角度的习题，引导学生掌握化学反应速率的计算，达成学习目标。
[题1]可逆反应A（g）+2B（g）=C（g）+D（g）在4种不同情况下的反应速率如下，其中反应进行得最快的是（ ）
A.v（A）=0.15 mol/（L·min）
B.v（B）=0.6 mol/（L·min）
C.v（C）=0.4 mol/（L·min）
D.v（D）=0.01 mol/（L·s）
[题2]在密闭容器中A与B反应生成C，反应速率分别用v（A）、v（B）、v（C）表示。已知v（A）、v（B）、v（C）之间有以下关系2v（B）=3v（A），3v（C）=2v（B）。则此反应可表示为
A.2A+3B=2C
B.A+3B=2C
C.3A+B=2C
D.A+B=C
六、反思
（1）3个版本的教材设计各有特色，研究3本教材的编写思路，融合它们的优点，能使教学优化，达到“减负增效”的目的。
（2）认识事物本源才有助于学生对概念内涵与外延的掌握与运用。从实验探究入手，能使学生深刻理解定量描述化学反应速率的意义。
（3）通过原理讨论——分组实验——数据处理——数据分析——问题讨论——实验结论，将实验测定和定量计算有机结合，达成教学目标。
（4）在实验原理讨论中培养学生实验设计能力；在实验数据的处理，实验图像的制作和理解中使学生掌握化学反应速率的计算。教学中使学生充分认识到习题实验和自己真正动手实验的效果不同，认识实践操作的多样性和复杂性，认识数据处理对于科学发现的重要性，从而培养学生的科学素养，达到选修教材应有的教学功能。