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摘要:《化学反应速率》在必修1、选修4中均有学习内容,从高考要求看,似乎必修内容学完就能应对了。那么选修中《化学反应速率》内容的到底要不要教?高考不考的内容是否可以不教?如果要教,应该怎样教?教到何种程度?该内容的学科价值何在?文章就以上内容做了阐述,并得出结论:对于该部分选修内容不但要教,而且要教学到位,确保化学教育价值的实现。
关键词:学科价值;课堂;教学
文章编号:1008-0546(2015)04-0016-04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2015.04.005
一、问题的提出
现行高中中学化学教材中,关于“化学反应速率影响因素”的内容,主要从两个阶段进行学习:
第一阶段:《化学2》(以鲁科版为例,下同)第2章第2节《化学反应的快慢和限度》。
教材主要通过“活动与探究”(给定试剂、仪器以及方法导引),要求学生设计实验并依据实验现象归纳总结出影响化学反应速率的因素(反应物的性质、外界条件如反应物浓度、固体颗粒大小、温度、催化剂等),以及从定性角度了解这些因素对反应速率将产生怎样的影响。
第二阶段:《化学反应原理》第2章第3节《化学反应速率》。
教材通过3个“交流·研讨”栏目,分别给出三组数据,要求学生通过分析这些数据,得出以下结论:
反应物浓度与反应速率之间的定量关系;
反应温度与反应速率之间的定量关系;
催化剂使用前后对反应速率影响的定量关系;
再通过反应碰撞理论和过渡状态理论解释为什么浓度变化、温度改变、使用催化剂能影响反应速率。
2013年全国高考化学考试大纲对于“反应速率影响因素”的要求是:“了解化学反应速率的概念,反应速率的表示方法,理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响。以合成氨工业生产为例,用化学反应速率和化学平衡的观点理解工业生产的条件。”
从考纲要求看,化学反应速率与反应物浓度、反应温度、催化剂之间的定量关系似乎不作要求,因而不少教师认为,既然高考不考反应速率与外界因素的定量关系,那么就没有必要或者可以简单教授这些内容,以免加重学生负担。究竟这些内容是否要教?如果要教,应该怎样教?教到何种程度?
二、化学反应速率的教育价值
要回答上述问题,我们应该先捋顺几个问题:为什么要教化学(即我们教化学的目的到底是什么)?学生通过相关内容的学习应该获得哪些方面的发展?高考真的不考这些内容吗?这些都涉及到《化学反应原理》模块的学科价值问题。
何为价值?哲学范畴的价值泛指客体对于主体表现出来的积极意义和有用性,它表示物(未必是商品)对人有用或使人愉快的特殊属性。从教育学范畴看,关于教育价值的观点很多,其中杜威的教育价值观点具有一定代表性。他认为教育价值可以分为两种——内在的价值(Intrinsic Values)(教育内容或者要素成为教育的直接目的,它具有内在价值属性,为了知识而教育、为了能力而学习、为了真理而学习和教育)和工具的价值(Instrumental Values),又称为“外在的价值”(External Values)(当它成为实现别的目的的手段、方法或途径时,具有外在价值属性)。
学科课程标准则从三个维度(知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观)对学科教育价值进行了阐述。
综合以上分析,对于“反应速率影响因素”教育价值,也可以从认知价值、迁移价值、情意价值三个方面进行概括。
1. 完善和升级认知结构
通过“化学反应速率影响因素”的学习,学生对化学反应速率的影响因素的认知结构得到完善和提升,具体见表1。
2. 迁移价值
通过本节学习,学生至少应该获得以下方面迁移与应用:
①学会利用化学反应速率相关理论,在实际情景中分析调控反应速率的方法,并且进行对比,找出最有效的方案;还能利用相关理论找到最适合的反应条件。
②将反应速率相关知识迁移到后续学习中,如水的电离平衡、弱酸弱碱电离平衡、盐类水解平衡、沉淀溶解平衡的建立。
③学习或进一步巩固从实验数据得出结论的科学研究方法;培养透过数据看到本质规律的能力;学习将具体数据进行分析、比较、归纳,抽象成数学模型的定量科学思维方法等。
④通过控制变量实验原理的理解、设计方法的学习,体会其应用价值,并能将该原理应用于其他探究课题中。
⑤给学生认识化学反应规律又增加了新视角。
3. 情意价值实现
本部分内容提供了大量的科学史实、数据,综合体现了化学家的观察能力、归纳概括能力、推理能力;学生通过这些素材的学习和领悟,可以体验科学家发现知识的过程;体验“实验→假设→再实验→修正理论→应用”科学发展历程,对帮助学生形成实事求是、刻苦钻研的科学态度也有重要的作用。例如,笔者在教学中发现,当学生在教材中看到反应CO NO2[=]CO2 NO的速率方程为v=kc(NO2)时,不少同学会产生好奇心和质疑,因为该方程表明反应速率与另一种反应物CO浓度无关,这和以前学习的知识(增大反应物浓度,反应速率加快)会产生思维冲突,因而能很好激发学生学习兴趣和探究欲望、求知欲望,从而又增加了学生学习的热情。
综上所述,本部分教材承载了大量的教学信息,对化学学科价值的实现具有十分重要的意义。高考中虽然“不要求反应速率与浓度、温度、催化剂的定量关系”,但是对于相关定量关系的获得方法、将相关方法迁移到实际情景中解决问题是必须学会的;况且,从定量视角审视化学反应速率的影响因素,牢固树立定量思维的思想正是课程标准对《化学反应原理》模块所要求的重要目标。高考不是化学教学的唯一目的,化学教学更重要的是促进学生全面发展,展现学科教育价值。所以该部分内容不但要教,而且要教学到位。 三、实现学科价值的教学策略
1. 挖掘知识的教育价值
要实现教育的学科价值,首先要善于发现和挖掘学科知识的教育价值。笔者认为,可以从以下几个方面来发掘:
(1)研读课程标准
课程标准对中学化学学科教育价值做了比较全面的阐述。包括整个高中阶段、模块、主题、乃至章节都有具体目标要求。例如课标中“化学反应速率影响因素”的目标是:
①知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响。
②通过实验探究温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响,认识其一般规律。
③通过催化剂实际应用的事例,认识其在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。
④认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
(2)研读教材首页、章节首页
在教材首页、每一章的首页都对相关知识的学习目标和方法作了阐述,要善于利用上述素材来挖掘知识教育价值。例如,《化学反应原理》模块在教材首页有如下一段描述:“第2章在同学们已经具有化学平衡和化学反应速率的初步概念并已经能够定量描述化学反应热效应的基础上,引导大家在更高层面上比较全面地认识化学反应的方向、限度、速率的有关规律,了解相应的理论及实验方法,学会定量描述反应限度和速率,能够综合分析各方面因素对实际化工生产的影响。具体内容包括如何从理论上分析化学反应的可能性、计算反应的最大限度和使平衡向需要的方向移动,如何通过实验获知化学反应速率并改变反应速率,如何优化反应条件等”。
(3)深入研究教材内容和编写者意图
教材内容是学习和教学的主要载体,教师应该花时间和精力,深入研究教材内容所承载的有效信息,挖掘学科教育价值。尽可能从认知价值、迁移价值、情意价值等方面深入分析,认真体会教材编写者的意图,发挥教材的最大教育价值功能,从而使学生得到应有的发展。如“催化剂对反应速率的影响”所隐含的学科价值主要有以下几个方面:
①催化剂能改变反应速率,是通过怎样的途径实现的?
②催化剂改变反应速率的程度远比其他因素对反应速率的影响程度大。
③催化剂具有选择性,在实际生产中利用催化剂来增大反应速率有何优势?
④该部分内容所隐含的科学方法、情意价值。
2. 从全局视野进行备课
这里所说全局视野,是指备课时应先从整个中学化学教学课程体系的角度做总体分析,理解各阶段、各模块编写意图和承载的学科教育价值,再进行教学设计,将学科价值教育落实到各模块、各章节、各课时中。由高到低的视角简单表示如下:
3. 落实栏目功能
鲁科版《化学反应原理》模块教材,选编了大量的各种栏目,而且功能侧重点不同,为化学学科价值的实现提供了很好平台,教学中应该充分利用栏目,认真分析栏目信息,开发各种教育功能,为落实教学目标提供手段和保证。
例如浓度对反应速率影响因素中的“交流与研讨”栏目(见表2)。
编写者给出该栏目的用意就是“人人参与讨论,分析归纳总结”。通过该栏目讨论、分析、归纳、总结,可以提高学生的分析、处理实验数据得出实验结论的能力;学会将变量控制实验数据抽象为数学模型的方法;根据所得到的数学模型,进一步理解反应速率与反应物浓度之间的定量关系。通过学习,学生还会进一步追问为什么会有这样的定量关系?所有反应都这样吗?因而又激发学生探究欲望。
4. “不考”的内容也要教
这里所说“不考”的内容,就是指在各种考试中,该部分内容本身不作要求。但是笔者在“不考”两个字加上引号,这是因为虽然该部分的内容本身(如反应速率方程、阿伦尼乌斯公式等)不作要求,但是该部分内容承载的科学方法、科学态度、科学思维等学科价值是学生必不可少的,能力考试也是重点考查的方面,教学中应该给予足够的重视。例如前述反应速率与反应物浓度之间定量关系的建立,在建立过程中涉及定量思维方法、思维方式的学习是必不可少的,考试也是有要求的;又如“拓展视野”、“追根寻源”、“历史回眸”栏目中内容虽然在各种考试中不作要求,但是化学教学的目标不只是考试,更多的是要实现化学教育的价值。通过这些栏目的内容学习,可以激发学生学习化学兴趣,体验科学家探究过程,学习科学家探究的方法,陶冶科学精神、培养科学态度。教师要转变教学观念,以实现教育价值为宗旨,为了学生发展的需要,不考的内容也要教而且要教到位。显然,该部分内容的教学,不但不会增加负担,还对学生的发展大有益处。
高考以能力测试为主,思维能力的形成需要载体,如果教师对这部分内容没有正确处理或干脆不教,那么学生思维方法习得、科学精神的培养就会成为无水之源,就可能导致教育价值缺失。
5. 尽可能在实际情境中教学
化学知识、技能、方法来源于实际,又应用于实际。让学生在实际情景中学习,在情景中发现化学知识,获得化学反应规律,可以激发学习兴趣,理解知识产生过程,了解知识的价值,因而使得学生在各方面得到较好发展,也能更好地将所学迁移到其他情境中,从化学视角分析问题、解决问题。例如浓度与化学反应速率定量关系的获得,教材提供了真实的实验素材,教师应该充分利用栏目内容,调动学生积极性,让每个学生主动参与,感受反应速率方程的获得过程与方法,体验控制变量实验的作用。教学中绝不能以讲代学,或直接告诉学生结论或干脆不教。只有这样,学生在以后碰到类似问题才会顺利迁移,解决相关问题就会有水到渠成的功效。
6. 实际应用中感悟化学学科价值
知识与能力的迁移需要较好的情景,尤其是比较陌生但又是真实的情景更佳。因此,在课后,应该鼓励学生尝试了解或分析或解决没有学习过的有关生产、生活中化学问题。例如,反应速率影响因素学习后,可以让学生思考以下问题:
关键词:学科价值;课堂;教学
文章编号:1008-0546(2015)04-0016-04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2015.04.005
一、问题的提出
现行高中中学化学教材中,关于“化学反应速率影响因素”的内容,主要从两个阶段进行学习:
第一阶段:《化学2》(以鲁科版为例,下同)第2章第2节《化学反应的快慢和限度》。
教材主要通过“活动与探究”(给定试剂、仪器以及方法导引),要求学生设计实验并依据实验现象归纳总结出影响化学反应速率的因素(反应物的性质、外界条件如反应物浓度、固体颗粒大小、温度、催化剂等),以及从定性角度了解这些因素对反应速率将产生怎样的影响。
第二阶段:《化学反应原理》第2章第3节《化学反应速率》。
教材通过3个“交流·研讨”栏目,分别给出三组数据,要求学生通过分析这些数据,得出以下结论:
反应物浓度与反应速率之间的定量关系;
反应温度与反应速率之间的定量关系;
催化剂使用前后对反应速率影响的定量关系;
再通过反应碰撞理论和过渡状态理论解释为什么浓度变化、温度改变、使用催化剂能影响反应速率。
2013年全国高考化学考试大纲对于“反应速率影响因素”的要求是:“了解化学反应速率的概念,反应速率的表示方法,理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响。以合成氨工业生产为例,用化学反应速率和化学平衡的观点理解工业生产的条件。”
从考纲要求看,化学反应速率与反应物浓度、反应温度、催化剂之间的定量关系似乎不作要求,因而不少教师认为,既然高考不考反应速率与外界因素的定量关系,那么就没有必要或者可以简单教授这些内容,以免加重学生负担。究竟这些内容是否要教?如果要教,应该怎样教?教到何种程度?
二、化学反应速率的教育价值
要回答上述问题,我们应该先捋顺几个问题:为什么要教化学(即我们教化学的目的到底是什么)?学生通过相关内容的学习应该获得哪些方面的发展?高考真的不考这些内容吗?这些都涉及到《化学反应原理》模块的学科价值问题。
何为价值?哲学范畴的价值泛指客体对于主体表现出来的积极意义和有用性,它表示物(未必是商品)对人有用或使人愉快的特殊属性。从教育学范畴看,关于教育价值的观点很多,其中杜威的教育价值观点具有一定代表性。他认为教育价值可以分为两种——内在的价值(Intrinsic Values)(教育内容或者要素成为教育的直接目的,它具有内在价值属性,为了知识而教育、为了能力而学习、为了真理而学习和教育)和工具的价值(Instrumental Values),又称为“外在的价值”(External Values)(当它成为实现别的目的的手段、方法或途径时,具有外在价值属性)。
学科课程标准则从三个维度(知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观)对学科教育价值进行了阐述。
综合以上分析,对于“反应速率影响因素”教育价值,也可以从认知价值、迁移价值、情意价值三个方面进行概括。
1. 完善和升级认知结构
通过“化学反应速率影响因素”的学习,学生对化学反应速率的影响因素的认知结构得到完善和提升,具体见表1。
2. 迁移价值
通过本节学习,学生至少应该获得以下方面迁移与应用:
①学会利用化学反应速率相关理论,在实际情景中分析调控反应速率的方法,并且进行对比,找出最有效的方案;还能利用相关理论找到最适合的反应条件。
②将反应速率相关知识迁移到后续学习中,如水的电离平衡、弱酸弱碱电离平衡、盐类水解平衡、沉淀溶解平衡的建立。
③学习或进一步巩固从实验数据得出结论的科学研究方法;培养透过数据看到本质规律的能力;学习将具体数据进行分析、比较、归纳,抽象成数学模型的定量科学思维方法等。
④通过控制变量实验原理的理解、设计方法的学习,体会其应用价值,并能将该原理应用于其他探究课题中。
⑤给学生认识化学反应规律又增加了新视角。
3. 情意价值实现
本部分内容提供了大量的科学史实、数据,综合体现了化学家的观察能力、归纳概括能力、推理能力;学生通过这些素材的学习和领悟,可以体验科学家发现知识的过程;体验“实验→假设→再实验→修正理论→应用”科学发展历程,对帮助学生形成实事求是、刻苦钻研的科学态度也有重要的作用。例如,笔者在教学中发现,当学生在教材中看到反应CO NO2[=]CO2 NO的速率方程为v=kc(NO2)时,不少同学会产生好奇心和质疑,因为该方程表明反应速率与另一种反应物CO浓度无关,这和以前学习的知识(增大反应物浓度,反应速率加快)会产生思维冲突,因而能很好激发学生学习兴趣和探究欲望、求知欲望,从而又增加了学生学习的热情。
综上所述,本部分教材承载了大量的教学信息,对化学学科价值的实现具有十分重要的意义。高考中虽然“不要求反应速率与浓度、温度、催化剂的定量关系”,但是对于相关定量关系的获得方法、将相关方法迁移到实际情景中解决问题是必须学会的;况且,从定量视角审视化学反应速率的影响因素,牢固树立定量思维的思想正是课程标准对《化学反应原理》模块所要求的重要目标。高考不是化学教学的唯一目的,化学教学更重要的是促进学生全面发展,展现学科教育价值。所以该部分内容不但要教,而且要教学到位。 三、实现学科价值的教学策略
1. 挖掘知识的教育价值
要实现教育的学科价值,首先要善于发现和挖掘学科知识的教育价值。笔者认为,可以从以下几个方面来发掘:
(1)研读课程标准
课程标准对中学化学学科教育价值做了比较全面的阐述。包括整个高中阶段、模块、主题、乃至章节都有具体目标要求。例如课标中“化学反应速率影响因素”的目标是:
①知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响。
②通过实验探究温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响,认识其一般规律。
③通过催化剂实际应用的事例,认识其在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。
④认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
(2)研读教材首页、章节首页
在教材首页、每一章的首页都对相关知识的学习目标和方法作了阐述,要善于利用上述素材来挖掘知识教育价值。例如,《化学反应原理》模块在教材首页有如下一段描述:“第2章在同学们已经具有化学平衡和化学反应速率的初步概念并已经能够定量描述化学反应热效应的基础上,引导大家在更高层面上比较全面地认识化学反应的方向、限度、速率的有关规律,了解相应的理论及实验方法,学会定量描述反应限度和速率,能够综合分析各方面因素对实际化工生产的影响。具体内容包括如何从理论上分析化学反应的可能性、计算反应的最大限度和使平衡向需要的方向移动,如何通过实验获知化学反应速率并改变反应速率,如何优化反应条件等”。
(3)深入研究教材内容和编写者意图
教材内容是学习和教学的主要载体,教师应该花时间和精力,深入研究教材内容所承载的有效信息,挖掘学科教育价值。尽可能从认知价值、迁移价值、情意价值等方面深入分析,认真体会教材编写者的意图,发挥教材的最大教育价值功能,从而使学生得到应有的发展。如“催化剂对反应速率的影响”所隐含的学科价值主要有以下几个方面:
①催化剂能改变反应速率,是通过怎样的途径实现的?
②催化剂改变反应速率的程度远比其他因素对反应速率的影响程度大。
③催化剂具有选择性,在实际生产中利用催化剂来增大反应速率有何优势?
④该部分内容所隐含的科学方法、情意价值。
2. 从全局视野进行备课
这里所说全局视野,是指备课时应先从整个中学化学教学课程体系的角度做总体分析,理解各阶段、各模块编写意图和承载的学科教育价值,再进行教学设计,将学科价值教育落实到各模块、各章节、各课时中。由高到低的视角简单表示如下:
3. 落实栏目功能
鲁科版《化学反应原理》模块教材,选编了大量的各种栏目,而且功能侧重点不同,为化学学科价值的实现提供了很好平台,教学中应该充分利用栏目,认真分析栏目信息,开发各种教育功能,为落实教学目标提供手段和保证。
例如浓度对反应速率影响因素中的“交流与研讨”栏目(见表2)。
编写者给出该栏目的用意就是“人人参与讨论,分析归纳总结”。通过该栏目讨论、分析、归纳、总结,可以提高学生的分析、处理实验数据得出实验结论的能力;学会将变量控制实验数据抽象为数学模型的方法;根据所得到的数学模型,进一步理解反应速率与反应物浓度之间的定量关系。通过学习,学生还会进一步追问为什么会有这样的定量关系?所有反应都这样吗?因而又激发学生探究欲望。
4. “不考”的内容也要教
这里所说“不考”的内容,就是指在各种考试中,该部分内容本身不作要求。但是笔者在“不考”两个字加上引号,这是因为虽然该部分的内容本身(如反应速率方程、阿伦尼乌斯公式等)不作要求,但是该部分内容承载的科学方法、科学态度、科学思维等学科价值是学生必不可少的,能力考试也是重点考查的方面,教学中应该给予足够的重视。例如前述反应速率与反应物浓度之间定量关系的建立,在建立过程中涉及定量思维方法、思维方式的学习是必不可少的,考试也是有要求的;又如“拓展视野”、“追根寻源”、“历史回眸”栏目中内容虽然在各种考试中不作要求,但是化学教学的目标不只是考试,更多的是要实现化学教育的价值。通过这些栏目的内容学习,可以激发学生学习化学兴趣,体验科学家探究过程,学习科学家探究的方法,陶冶科学精神、培养科学态度。教师要转变教学观念,以实现教育价值为宗旨,为了学生发展的需要,不考的内容也要教而且要教到位。显然,该部分内容的教学,不但不会增加负担,还对学生的发展大有益处。
高考以能力测试为主,思维能力的形成需要载体,如果教师对这部分内容没有正确处理或干脆不教,那么学生思维方法习得、科学精神的培养就会成为无水之源,就可能导致教育价值缺失。
5. 尽可能在实际情境中教学
化学知识、技能、方法来源于实际,又应用于实际。让学生在实际情景中学习,在情景中发现化学知识,获得化学反应规律,可以激发学习兴趣,理解知识产生过程,了解知识的价值,因而使得学生在各方面得到较好发展,也能更好地将所学迁移到其他情境中,从化学视角分析问题、解决问题。例如浓度与化学反应速率定量关系的获得,教材提供了真实的实验素材,教师应该充分利用栏目内容,调动学生积极性,让每个学生主动参与,感受反应速率方程的获得过程与方法,体验控制变量实验的作用。教学中绝不能以讲代学,或直接告诉学生结论或干脆不教。只有这样,学生在以后碰到类似问题才会顺利迁移,解决相关问题就会有水到渠成的功效。
6. 实际应用中感悟化学学科价值
知识与能力的迁移需要较好的情景,尤其是比较陌生但又是真实的情景更佳。因此,在课后,应该鼓励学生尝试了解或分析或解决没有学习过的有关生产、生活中化学问题。例如,反应速率影响因素学习后,可以让学生思考以下问题: