解构式问题在高中化学学科中的教学应用

解构式问题在高中化学学科中的教学应用
任润武
(陕西省榆林市绥德县教研室ꎬ陕西榆林７１８０００)
摘㊀要:问题设计是教学活动设计的核心环节ꎬ探究解构式问题在高中化学学科中的应用ꎬ重点分析«氧化还原反应»和«化学反应与能量转换»两个核心章节的教学实践ꎬ对问题设计的实践优化有着积极意义.文章通过探讨解构式问题设计的方法ꎬ应用于具体的化学问题ꎬ采用分步解析的方式ꎬ阐述如何应用化学原理来解决复杂的化学问题ꎬ从而使学生能够在真实情境中应用所学知识.以此展示如何深入理解化学概念ꎬ提高学生的分析和解决问题的能力.
关键词:解构式问题ꎻ氧化还原反应ꎻ化学反应与能量转换ꎻ高中化学
中图分类号:Ｇ６３２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００８－０３３３(２０２４)０６－０１３７－０３
收稿日期:２０２３－１１－２５
作者简介:任润武(１９７５.８－)ꎬ男ꎬ陕西省榆林人ꎬ本科ꎬ正高级教师ꎬ从事高中化学教学研究.
㊀㊀化学学科作为高中阶段的核心学科之一ꎬ其知识的理解和应用对学生的科学素养发展至关重要.解构式问题在教学中的应用ꎬ能有效提升学生的逻辑分析能力和问题解决能力.本文着重以高中化学中的«氧化还原反应»和«化学反应与能量转换»两个章节ꎬ探讨如何将解构式问题应用于复杂概念教学中ꎬ以提高学生的学习效果.
１研究背景与意义
由于高中化学课程内容繁重ꎬ教学往往注重覆盖广度而非深度.这导致学生可能在面对复杂问题时缺乏必要的分析和解决问题的深层次思维能力.
高中化学解构式问题是一种教学策略ꎬ其要求学生深入分析问题的各个组成部分ꎬ理解问题内在逻辑和联系ꎬ从而更深刻地掌握知识和技能.
通过解构复杂的化学问题ꎬ学生可以更清楚地理解概念和原理之间的关联.这种深入分析使学生不仅仅停留在记忆表面知识的水平ꎬ而是能够深入理解化学概念的本质[１].解构式问题要求学生运用高阶思维技能ꎬ如分析㊁评估和创造ꎬ去解析和解决
问题.这样的过程有助于培养学生的批判性思维和解决问题的能力.
解构式问题通过提供更具挑战性和参与性的学习体验ꎬ能够激发学生的好奇心和探索欲.从而提高学生的学习动机.通过解构式问题ꎬ学生能够学会如何将理论知识应用于实际情境中.
解构式问题允许学生根据自己的理解和节奏来解析问题ꎬ这促进了个性化学习[２].学生可以根据自己的兴趣和强项来探索不同的问题解决路径.在团队合作解决解构式问题的过程中ꎬ学生可以相互学习㊁讨论和分享想法ꎬ这种协作方式有助于培养团队合作能力和沟通技巧.
２氧化还原反应的解构式问题应用
２.１概念介绍与基本原理
氧化还原反应是指在化学反应过程中ꎬ物质间
通过电子的得失或转移而导致氧化数发生变化的反应.氧化数的变化是识别氧化还原反应的关键.失去电子的物质被氧化ꎬ得到电子的物质被还原.氧化和还原总是同时发生ꎬ即所谓的 氧化剂 和 还原剂
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相互作用.氧化还原反应伴随着能量的释放或吸收.氧化还原反应在化学领域有着广泛的应用ꎬ如电池的工作㊁生物体内的代谢过程㊁工业制造等.２.２具体问题的解构与分析
在实验室制备氧气的实验中ꎬ常使用过氧化氢
(Ｈ２Ｏ２)分解产生氧气.当添加催化剂二氧化锰(ＭｎＯ２)时ꎬ过氧化氢分解的反应加速.解构及分析过程如下:
(１)识别反应物和产物
反应物:过氧化氢(Ｈ２Ｏ２)
生成物:氧气(Ｏ２)和水(Ｈ２Ｏ)催化剂:二氧化锰(ＭｎＯ２).(２)写出反应方程式
２Ｈ２Ｏ２ＭｎＯ２
２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２ʏ(３)分析氧化还原过程
在这一反应中ꎬ过氧化氢既是氧化剂也是还原剂ꎬ因为它既进行了失电子(氧化)又进行了得电子(还原)的过程.氧气(Ｏ２)是由过氧化氢(Ｈ２Ｏ２)分解产生的ꎬ因此Ｈ２Ｏ２中的氧经历了从－１氧化态ң
０氧化态的过程ꎬ即氧化.同时ꎬＨ２Ｏ２中的一部分氧化态从－１ң－２ꎬ成为水(Ｈ２Ｏ)ꎬ即还原.
(４)催化剂的作用二氧化锰(ＭｎＯ２)作为催化剂ꎬ加速了反应.(５)探讨能量变化这个反应通常伴随着能量的释放ꎬ表现为放热
反应.
(６)实验条件的考量
反应的条件包括温度㊁压力㊁催化剂的使用等ꎬ这些条件可以影响反应的速率和产率.
通过以上的解构与分析ꎬ不仅理解了氧化还原反应的基本原理ꎬ而且掌握了如何将理论知识应用于具体化学问题的解决过程中.这种方法有助于学生深化对化学反应本质的理解ꎬ并提高其解决实际问题的能力.
３化学反应与能量转换的解构式问题应用
３.１理论基础与教学重点化学反应与能量转换这个主题的核心在于理解
和分析化学反应过程中发生的能量变化ꎬ包括能量如何在不同形态之间转换以及这些转换如何影响反应的进程.核心理论包括能量守恒定律ꎬ它阐明能量不能被创生或消失ꎬ只能从一种形式转换到另一种形式.
化学反应中常见的能量形式包括化学能和热能.在这一过程中ꎬ焓变(ΔＨ)成为衡量化学反应中能量变化的关键参数ꎬ指出反应是放热还是吸热.熵变(ΔＳ)和吉布斯自由能(ΔＧ)的概念则帮助学生理解反应的自发性.
此外ꎬ化学平衡的概念强调了反应达到动态平衡时正逆反应速率的相等性ꎬ以及平衡状态如何受温度㊁压力和浓度的影响.最后ꎬ反应速率和催化作用的讨论揭示了反应速度的控制因素及催化剂如何通过降低活化能来加速反应的重要性.
通过解构式问题的方法ꎬ学生被引导去深入分析特定反应的能量变化ꎬ理解这些变化如何影响反应的方向和速率ꎬ使学生能够准确预测和解释复杂的化学现象.
３.２实例分析与解题策略
探究硫酸铜晶体(ＣｕＳＯ４ ５Ｈ２Ｏ)加热分解的
反应.此反应涉及能量的吸收和物质的状态变化ꎬ是理解焓变(ΔＨ)和反应热概念的良好案例.解构及分析过程如下:
(１)明确反应方程式
完整的化学反应方程式为:ＣｕＳＯ４ ５Ｈ２Ｏ(ｓ)
ә
ＣｕＳＯ４(ｓ)＋５Ｈ２Ｏ(ｇ)ꎬ这表示硫酸铜五水合物(ＣｕＳＯ４ ５Ｈ２Ｏ)加热时失去水分子ꎬ转化为无水硫酸铜(ＣｕＳＯ４).
(２)焓变(ΔＨ)的理解
在该反应中ꎬ焓变为正值(ΔＨ>０)表明系统从周围环境吸收能量ꎬ以克服水分子从晶体中逃逸所需的能量障碍.
(３)能量转换的讨论
反应过程中的能量转换是从化学能转化为热能.在加热过程中ꎬ能量被吸收使得ＣｕＳＯ４晶体中的水分子获得足够的能量逸出ꎬ表现为系统对环境的热能吸收.
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(４)化学平衡与条件变化
改变实验条件ꎬ如温度或压力ꎬ会影响反应的方向和程度.提高温度会加速分解ꎬ推动反应向生成无水ＣｕＳＯ４的方向进行.反之ꎬ降低温度或增加压力可能减缓水分的蒸发ꎬ甚至促使无水ＣｕＳＯ４重新吸收水分形成五水合物.
(５)实验操作和观察
实验操作中ꎬ学生应注意观察ＣｕＳＯ４晶体的颜色变化ꎬ从蓝色晶体转变为白色粉末ꎬ这是ＣｕＳＯ４五水合物脱水的直观证据.同时ꎬ应感受到容器的温度变化ꎬ即在吸热反应中ꎬ容器可能会感觉变冷ꎬ因为系统吸收了周围环境的热能ꎬ也可以借助温度传感器ꎬ采集数据进行精准的实验分析.
通过以上解构与分析ꎬ学生可以深入理解硫酸铜晶体加热分解反应的化学原理及其能量变化过程ꎬ从而更全面地掌握化学反应与能量转换的基本概念.这种方法不仅有助于提升学生的理论知识ꎬ也加强了他们的实验技能和观察能力.
４解构式问题应用的效果与反馈
４.１学生学习效果的提升
解构式问题要求学生不只是回忆信息ꎬ而是理解概念的核心和它们是如何相互关联的.这种深度学习促进了更持久和更深刻的理解和记忆.通过解析复杂的化学问题ꎬ学生被引导发展分析和批判性思维能力[３].他们学会了如何分解问题ꎬ识别关键元素ꎬ评估信息ꎬ并作出逻辑上的推断.㊀㊀
解构式问题的方法还包括了定期的反馈和自我评估ꎬ帮助学生识别自己的强项和需要改进的地方.这种持续的评估机制有助于学生及时调整学习策略ꎬ从而提高学习效果.
４.２教学方法的反思与优化
学生的学习风格各异ꎬ教师需要调整解构式问题的呈现方式ꎬ以适应不同类型的学习者.例如ꎬ对于视觉学习者ꎬ可以使用图表和模型来辅助解释ꎻ而对于动手操作型学习者ꎬ可以设计更多的实验操作.
解构式问题应与实验操作和实际案例结合起来ꎬ使理论知识与实践应用相辅相成.这不仅增强了学生对知识的理解ꎬ还提高了他们解决实际问题的能力[４].考虑到学生能力的差异ꎬ设计不同难度级别的解构式问题ꎬ以满足不同水平学生的需求.这有助于确保所有学生都能在自己的能力范围内受益.
教师应提供及时且具体的反馈ꎬ帮助学生理解他们的错误和不足.同时ꎬ教师的指导应更加个性化ꎬ以满足学生个别差异.通过小组讨论和合作解决问题的方式ꎬ促进学生之间的互动和知识分享.这不仅提高了学习效率ꎬ还培养了学生的团队合作能力.
教师需要根据学生的反馈和学习成果不断调整和改进教学方法.这包括更新教学材料㊁引入新的教学技术和方法ꎬ调整课堂互动方式ꎬ以及利用现代教育技术ꎬ如在线学习平台和交互式软件ꎬ为学生提供更丰富的学习资源和更灵活的学习方式.
５结束语
解构式问题在高中化学教学中的应用可以显著提高学生对复杂化学概念的理解.此方法不仅有助于学生在化学领域的学术成长ꎬ也为其他科目的教学提供了有益的参考.
参考文献:
[１]白京ꎬ袁莹. 双减 背景下高中化学教学策略分析[Ｊ].数理化解题研究ꎬ２０２３(１２):１１９－１２１.
[２]徐光静ꎬ经志俊.普通高中化学学业质量水平的解构与重组:来自一线教师的 学业质量水平 解读视角[Ｊ].化学教学ꎬ２０２２(０１):７２－７３ꎬ７８.
[３]王恩元.演绎归纳ꎬ解构同分异构体[Ｊ].数理化解题研究ꎬ２０１７(０７):９５.
[４]王先锋.化学课堂教学的解构与重构:为真学而教[Ｊ].中学化学教学参考ꎬ２０２１(０３):１－４.
[责任编辑:季春阳]
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