化學(xué)反應(yīng)速率教學(xué)中探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

化學(xué)反應(yīng)速率教學(xué)中探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

“化學(xué)反應(yīng)速率”安排在人教版高中必修2第二章《化學(xué)反應(yīng)與能量》第三節(jié)第一課時(shí)。筆者在教學(xué)實(shí)踐中，經(jīng)過教學(xué)設(shè)計(jì)、上課、反思及再設(shè)計(jì)，較好地將探究實(shí)驗(yàn)融入其中?，F(xiàn)將教學(xué)設(shè)計(jì)及思考介紹如下。一、“化學(xué)反應(yīng)速率”及其教學(xué)價(jià)值“化學(xué)反應(yīng)速率”主要討論了化學(xué)反應(yīng)速率的概念內(nèi)涵、定量表述、影響因素的探究及對(duì)實(shí)際問題的解釋。本課時(shí)內(nèi)容的重點(diǎn)為化學(xué)反應(yīng)速率的定量表達(dá)及影響因素的探究?；瘜W(xué)反應(yīng)的快慢問題在初中、高中必修和高中選修中各有涉及。必修2中化學(xué)反應(yīng)速率的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)了概念本身從定性到定量的提升，為選修4從微觀角度認(rèn)識(shí)反應(yīng)速率相關(guān)問題做了鋪墊。可以說該課時(shí)內(nèi)容對(duì)整個(gè)章節(jié)或概念本身的學(xué)習(xí)都起到了承上啟下的作用。本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)價(jià)值在于幫助學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的理解從定性描述上升到定量表述，通過實(shí)驗(yàn)的觀察和分析，切實(shí)感受到溫度、催化劑對(duì)反應(yīng)速率的改變作用，能夠應(yīng)用溫度、濃度、催化劑等調(diào)控反應(yīng)速率并解釋相關(guān)現(xiàn)象。同時(shí)讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感受以事實(shí)為依據(jù)得出結(jié)論的科學(xué)精神和從實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論的科學(xué)態(tài)度。二、學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)與發(fā)展基于對(duì)初高中教材的研究和學(xué)生的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，學(xué)生知道化學(xué)反應(yīng)存在快慢問題，能夠定性地描述反應(yīng)的快慢，如爆炸反應(yīng)瞬間完成，食物腐敗需要數(shù)天等；能夠從某些明顯的現(xiàn)象上比較反應(yīng)的快慢，如不同金屬與稀鹽酸或稀硫酸反應(yīng)單位時(shí)間內(nèi)生成氣泡的多少；能夠說出某些影響反應(yīng)速率的因素，以及改變反應(yīng)速率的具體實(shí)例，如加快的分解等。但對(duì)反應(yīng)速率的準(zhǔn)確表達(dá)和各種影響因素對(duì)改變反應(yīng)速率的規(guī)律方面還不夠準(zhǔn)確系統(tǒng)，如對(duì)于催化劑的影響往往只關(guān)注到了“加快”反應(yīng)進(jìn)行等。學(xué)生的這些困惑或誤區(qū)來源于初中階段沒有對(duì)反應(yīng)速率及其影響因素的系統(tǒng)講解。必修階段對(duì)反應(yīng)速率的學(xué)習(xí)，將散落在學(xué)生大腦中的知識(shí)串聯(lián)起來，形成由定性到定量，由感性到理性的提升。此外經(jīng)過義務(wù)教育及化學(xué)1科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)，學(xué)生能夠完成單因素影響的實(shí)驗(yàn)探究，而對(duì)于多個(gè)影響因素同時(shí)存在的實(shí)驗(yàn)探究如何處理是學(xué)生面對(duì)的一個(gè)有待突破的難點(diǎn)。三、以探究性實(shí)驗(yàn)促進(jìn)概念學(xué)習(xí)的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)（1）教學(xué)整體思路學(xué)生已具備一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，要激發(fā)學(xué)生興趣，理解化學(xué)反應(yīng)速率在實(shí)際應(yīng)用中的重要性及其影響因素的最好辦法，莫過于讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中親身體驗(yàn)化學(xué)速率不同帶來的影響，觀察改變反應(yīng)條件調(diào)控反應(yīng)速率的結(jié)果。為此，本節(jié)課的總體教學(xué)思路如表1。（2）探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)的主要環(huán)節(jié)①以實(shí)驗(yàn)小競賽為載體，引入概念本課以實(shí)驗(yàn)小競賽作為引入。其目的在于讓學(xué)生一開始就直接感受到化學(xué)反應(yīng)快慢，感知學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率的意義所在。各組活動(dòng)情況如下：第一組：（金屬為Mg）反應(yīng)迅速進(jìn)行，冒出大量氣泡，操作有點(diǎn)兒忙亂，但最終最先收集到了一試管純凈，此時(shí)反應(yīng)幾乎進(jìn)行完全。第二組：（金屬為Zn）反應(yīng)較快，操作從容，較快收集到一試管后，反應(yīng)仍在進(jìn)行。第三組：（金屬為Fe）反應(yīng)較緩慢，待以上兩組完成實(shí)驗(yàn)時(shí)只收集到了半試管（后期溫度升高造成速率加快，如果學(xué)生觀察到該情況可留作課后思考題）。教師：如果實(shí)驗(yàn)室選擇一種金屬制備，以上三種金屬選擇哪種更合適？為什么？學(xué)生：用Zn。因?yàn)镸g與稀硫酸反應(yīng)太快，不易控制，而Fe的反應(yīng)又太慢。教師：好。在解決以上實(shí)際問題的時(shí)候，同學(xué)們最關(guān)心的問題是什么呢？學(xué)生：化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢。教師：好，這就是我們這節(jié)課要討論的問題。選擇Mg、Zn、Fe與稀硫酸反應(yīng)作為活動(dòng)素材是基于學(xué)生對(duì)金屬與稀硫酸反應(yīng)很熟悉，能夠通過收集到相同體積的氫氣需要的時(shí)間長短不同判斷反應(yīng)快慢，這種直接的感受迅速將學(xué)生的關(guān)注焦點(diǎn)集中在了化學(xué)反應(yīng)快慢的問題上。反應(yīng)速率的判斷依據(jù)方面，“氣泡的多少”是學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的感受，確切地說應(yīng)該是“單位時(shí)間內(nèi)氣泡的多少”，但是很多學(xué)生往往容易忽略掉“單位時(shí)間內(nèi)”這一重要的指標(biāo)，不利于化學(xué)反應(yīng)速率這一概念的形成，因此才設(shè)計(jì)為收集相同體積（一試管）的氫氣。②探究溫度和催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響以雙氧水分解為素材，對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)做了再設(shè)計(jì)。將催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響放在了溫度之前，這主要是考慮到學(xué)生知道可以催化雙氧水的分解，但對(duì)溶液做催化劑并不熟悉，并且在溫度對(duì)催化劑的影響中使用的催化劑是溶液而不是，不知道原因，學(xué)生存在一些疑問。另外在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上諸多因素影響著分解。如何處理多個(gè)影響因素同時(shí)存在的問題呢？這也是必須思考的問題。為此，利用變量控制法，設(shè)計(jì)空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究的科學(xué)性。第一，不同催化劑對(duì)分解速率的影響探究。教師：影響雙氧水分解的主要影響因素有哪些？學(xué)生：溫度、催化劑、濃度等。教師：溶液和均能催化分解。除催化劑外其他的影響因素應(yīng)如何處理？為什么？學(xué)生：其他條件均相同，這樣可以避免其他因素不同對(duì)速率產(chǎn)生影響。教師：（給出實(shí)驗(yàn)條件）室溫下，在兩支大小相同的試管中，裝入2mL5%的溶液，分別放入溶液和。教師：要探究以上兩種物質(zhì)是否能催化的分解，還應(yīng)補(bǔ)充什么實(shí)驗(yàn)？學(xué)生：室溫下，取一支同樣的試管，加入2mL5%的溶液，不加催化劑，與以上實(shí)驗(yàn)同時(shí)反應(yīng)進(jìn)行對(duì)比。教師演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察并記錄結(jié)果如表2。對(duì)于該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，很多學(xué)生得出結(jié)論為：“催化劑加快了反應(yīng)速率”或“催化劑改變了反應(yīng)速率”。以上表述均夸大了實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，原因是學(xué)生將原有的知識(shí)或是聽到的結(jié)論生搬硬套，而不是依據(jù)實(shí)驗(yàn)本身的事實(shí)得出的結(jié)論。較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋硎鰬?yīng)該是：“在其他條件都相同的條件下，溶液和可以催化雙氧水的分解?！倍鴮?duì)于以往我們認(rèn)識(shí)的催化劑可以改變反應(yīng)速率的說法是基于大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)得到的結(jié)果。這樣的討論在知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)讓學(xué)生體會(huì)到了實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，這是科學(xué)研究中的重要品質(zhì)之一。第二，溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響。通過以上實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生對(duì)變量控制和空白實(shí)驗(yàn)有了一定的認(rèn)識(shí)，溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)可由學(xué)生分組設(shè)計(jì)并完成。為幫助其完成實(shí)驗(yàn)，筆者先提出幾個(gè)問題。教師：請(qǐng)同學(xué)們思考探究溫度對(duì)過氧化氫反應(yīng)速率的影響是否需要加催化劑？應(yīng)該加哪種催化劑？為什么？學(xué)生分組活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)方案展示如表3。學(xué)生：反應(yīng)需要催化劑，因?yàn)椴患哟呋瘎r(shí)在室溫下和冰水中均觀察不到氣泡。如果加的話，加熱、冰水、室溫下雙氧水的分解均很快，難以比較。選擇溶液能夠較好地克服上述問題。教師：好。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中“其他條件均相同”也需要考慮到有利于結(jié)果的觀察。教師：該實(shí)驗(yàn)?zāi)艿贸鍪裁唇Y(jié)論呢？學(xué)生：溫度升高，加快了分解，溫度降低，減慢了分解。以上設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在變量控制和空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)等方法支持下完成的探究實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生原有知識(shí)的驗(yàn)證和整合，具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象使學(xué)生對(duì)溫度、催化劑等因素對(duì)反應(yīng)速率的影響規(guī)律有了更加系統(tǒng)、準(zhǔn)確的理解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論也使學(xué)生更加重視實(shí)驗(yàn)本身，感受和培養(yǎng)了實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。由此可見，探究實(shí)驗(yàn)在這節(jié)課的教學(xué)中發(fā)揮了重要的作用，也正是基于