关于新版高中化学教材“有效碰撞理论”的教学研究

59
一、新旧教材对比
在有效碰撞理论方面，新旧教材在三方面有明显变化。

第一，在旧版选修四教材中，将有效碰撞模型和活化能内容放在绪言中阐述，并没有在化学反应速率一节出现。

而有效碰撞理论对解释和理解影响化学反应速率的因素中起着很重要的作用，引领学生从微观探析的角度对反应速率建立全新认识。

新版选择必修一教材将活化能作为第二章第一节《化学反应速率》第三部分教学内容去单独研究，放在影响化学反应速率的因素之后去深入探索，更方便学生理解化学反应机理，方便教师引导学生建立“改变条件→单位体积内活化分子数目变化→单位时间内有效碰撞次数变化→化学反应速率变化”的分析模型。

第二，在新教材中简单介绍了基元反应和反应历程等内容，为了下一步讲催化剂改变活化能的图像做好铺垫，也为学生认识化学反应历程做好铺垫。

在初中阶段，化学反应的本质是分子破裂成原子，原子又重新结合成新的分子，但这只是为了引导学生从微观层面上去认识化学反应本质，让学生能够把分子和原子区别开，只是一种比较笼统的说法，并不真正代表所有的化学反应的机理，所以新教材在初中的基础上进行了更加科学准确的描述，明确了基元反应的发生是反应物分子间有效碰撞的结果，是化学反应众多反应机理中的一种，教师应把握教学的深度，让学生知道基元反应、有效碰撞的概念即可，不深入讨论。

第三，新教材使学生明确催化剂是通过改变反应历程、改变反应的活化能来改变反应速率的。

在初中阶段对于催化剂的作用，学生知道催化剂可以改变化学反应速率，但质量和化学性质在反应前后不变，在高中旧版教材中，关于化学反应体系中反应物、产物的能量和活化能的关系图（如图1），并不能准确地体现催化剂改变了反应历程，因为研究表明大多数化学反应都不是一步完成的，一步反应的活化能太高了，而是经过多步反应才能完成[1]。

图2是新教材中表
示无催化剂和有催化剂两种情况下反应物及生成物
的能量与活化能的关系，通过观察图2，我们可以很明显看到催化剂的使用可以改变反应历程，改变活化能，在这张图上可以看到一个反应由多个基元反应构成，使用催化剂时每个基元反应的活化能都比不使用催化剂时低很多。

新教材帮助学生理解能量与反应进程图像的变化，更好地解释了化学反应机理，进行了初高中的对比衔接，帮助学生一步步构建认知。

使学生真正理解催化剂参与了化学反应，
只不过全身而
退，在反应前后质量和性质保持不变，新教材帮助学生从更深层次掌握影响化学反应速率的因素[2]。

图1旧教材插图 图2新教材插图
二、对教师教学的启示
1.新教材中有效碰撞和活化能概论在新教材中，有效碰撞和活化能部分在影响化学反应速率的因素之后，并且在讲解影响速率因素时首先渗透了定性实验和定量实验思想，对培养学生实验思维意识很有帮助。

但只有宏观辨识，同学们很难解释为什么升高温度可以使化学反应速率增大，有的同学从初中所学的分子热运动角度去理解，那就没办法在头脑中建构有效碰撞模型，而合理的化学模型，是学习和研究化学反应原理的基础，化学反应速率与平衡这部分是最能体现化学理科特点的一部分，所以必须对以前的教学方法进行改进[3]。

那么使用新教材的教师应该如何进行这部分内容的教学呢？应根据图3的教学流程模型进行，首先要介绍有效碰撞的定义和条件，接着介绍活化分子和活化能，这里要结合能量与反应进程图像就会更生
关于新版高中化学教材“有效碰撞理论”的教学研究
□北京师范大学海口附属学校 刘方舒
□海南省海口市教育研究培训院 李 燕
【摘要】基于旧版和新版高中化学教材在“有效碰撞理论”方面的内容设置不同展开研究，解析新教材的变化内涵，采用新知识与生活情境相结合的方式将难点易化，力求使学生更快理解抽象知识，建立有效碰撞模型。

【关键词】有效碰撞；活化能；教学改进
Copyright©博看网 . All Rights Reserved.
60
动，学生知道只有活化分子能发生有效碰撞，而有效碰撞是发生化学反应的前提，通过能量与反应进程图像可以得出以下结论：活化能越低，一般分子成为活化分子越容易，活化分子越多，单位体积内活化分子数越多，有效碰撞次数越多，化学反应速率越快。

进一步解释了以前解释不了的问题，比如为什么有的化学反应快，有的化学反应慢，这与活化能大小主要由反应物自身性质决定有关，再比如为什么有的放热反应也需要加热、点燃或高温，是因为需要吸收能量使反应物分子成为活化分子。

图3 教学流程模型
2.难点突破
用有效碰撞理论解释影响化学反应速率的因素是这部分的重点也是难点，怎样才能使学生更容易理解和掌握四大外因对化学反应速率的影响呢？笔者将难点易化，引导学生建立分析模型，通过类比同学们生活中的例子进行研究。

在讲授之前，可以让学生从这次入学考试各班的及格人数去研究，及格人数与班级人数和及格率有关，及格人数等于班级人数乘以及格率，然后分别从六个方面去研究用有效碰撞理论解释影响速率的因素：分子总数、活化分子百分数、活化分子数、单位体积内活化分子数、有效碰撞次数、最后归到化学反应速率，将分子总数类比为班级人数，将活化分子百分数类比为及格率，将活化分子类比为及格人数多少，将单位体积内活化分子数类比为单位空间内及格人数，就会使从因素到化学反应速率的研究变得简单好理解，各因素变化见表1。

表1 用有效碰撞理论解释影响化学反应速率的因素
分子
总数
活化分子百分数活化分子数单位体积活化分子数有效碰
撞次数
化学
反应
速率浓度增大↑不变↑↑↑↑压强增大缩小容积不变不变不变↑↑↑恒容加反应物
↑不变↑↑↑↑温度升高不变↑↑↑↑↑催化剂
不变
↑
↑
↑
↑
↑
这些问题的研究情境都是如何提高班级的及格人数，使及格人数更密集，提升整个班级的学习能力。

在浓度因素上，增大反应物的浓度，相当于将两个相同的班级放在一个教室里上课，这里的相同指的是两个班级的班级人数和及格率均相同，把两个班放在一起以后，那么班级人数增大，分子总数增大；及格率不变，活化分子百分数不变；及格人数增多，活化分子数增多；单位空间内及格人数增多，单位体积内活化分子数增多；有效碰撞次数增多，化学反应速率加快。

增大压强有两种方式，对于有气体参加的反应，缩小容积或在恒容条件下加反应物，分别结合两种生活情境去分析。

恒容条件下加反应物与增大浓度的情况是一致的，也可类比为把两个班放一起上。

升高温度相当于来了高水平教师帮助每个同学提高了能力，班级人数不变，分子总数不变；及格率升高，活化分子百分数增大；及格人数增多，活化分子数增多；单位空间内及格人数增多，单位体积内活化分子数增多；有效碰撞次数增多，化学反应速率加快。

使用合适的正催化剂可以有效地降低反应所需的正活化能和逆活化能，催化剂参加了化学反应，只不过全身而退，相当于将及格线从60分降到了20分，班级人数不变，分子总数不变；及格率升高，活化分子百分数增大；及格人数增多，活化分子数增多；单位空间内及格人数增多，单位体积内活化分子数增多；有效碰撞次数增多，化学反应速率加快。

三、总结
新教材将有效碰撞和活化能放在影响化学反应速率的因素之后，增加了基元反应等内容，有利于学生更深刻地理解影响化学反应速率的因素，但对教师的教学改进工作提出了新的挑战，如何更好地帮助学生从微观层面上理解化学反应原理，帮助学生更快地建构化学模型，并学会运用化学模型去解释化学现象、解决具体问题，是提高课堂教学效率的最佳途径。

【参考文献】[1]徐敏，王磊.有效碰撞理论对促进学生认识发展的价值分析及其教学策略[J].化学教育，2013（1）.
[2]王晶，郑长龙.普通高中教科书：选择性必修一化学反应原理[M].北京：人民教育出版社，2019.
[3]郑超.溯源辨析国内大学化学教材关于碰撞理论中活化能的定义[J].化学教育，2020（22）.【基金项目】海南省教育科学规划2021年度课题：基于高中化学新教材的数字化实验教学应用研究。

（课题编号：QJH202110069）
建立概念
解释运用
构造模型深化理解Copyright©博看网 . All Rights Reserved.。