“化学反应速率”单元教材分析和核心内容教学活动设计

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２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
图片展示，问
投影“奥运焰火”、“煤和石油的形成”、“食物变质”等图片，分析实例，说明定量描述化学反
教师引导。思 考交流
从镁与盐酸化学反应的方程式，在Ｈ＋、Ｍ矿＋、Ｍｇ、Ｈ２四个变量中，可选取什么变量测定？ 从实验操作考量，哪些变量可以方便地进行测量，从而测定该反应的反应速率 结合上述案例，理解课本中的论述“其中任何一种化学物质的浓度（或质量）相关的性质在测
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化学教育
２０１２年第３期
“化学反应速率＂单元教材
分析和核心内容教学活动设计‘
龚国祥１ 马春生２ 刘江田３
（１．南京师范大学附属中学２１０００３；２．南京市田家炳中学２１００３７；３．江苏南京市教研室）
摘要在培养学生科学素养的理念指导下，解析选修４《化学反应原理》中“化学反应速率” 单元，对比了３种教材的内容编排，分析学生的认知偏差和能力发展状况，给出突破认知偏差的教
３核心内容学生学习基础分析
３．１认知偏差１
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，这是对反应速率的 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的进一步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
譬出发，（１）固定＆，测定△ｆ，即测定单位时间 出
内Ｈ＋、Ｍ酽＋的浓度的变化，Ｈ＋的浓度的变化可 以用ｐＨ计测量出来；（２）固定Ａｃ，测定位，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＆。原理理清后，具体的实验方案学生也
就能完成了。
４核心内容教学活动设计
表３ 核心内容 化学反应速率 概念及研究化 学反应速率的 意义 题导引，师生 讨论 应速率的必要性。通过希望奥运焰火的燃烧变慢，煤和石油形成的速率加快。说明人们研究化学反 应速率的最终目的是希望能够控制反应速率，并为下一节的教学埋下伏笔 教学活动设计 。化学反应速率。核心知识教学设计 说明
１．３．２核心内容与其他相关内容的衔接
表２ 。化学反应速率”核心内容与相关内窖的衔接 相关内容 分散各章节中．感性认识反应的快慢 第二章第三节 第二章第一节 化学反应速率与限度 化学反应速率 教材（人教版） 九年级化学 高中必修２ 高中选修４
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。
完成反应速率测定的教学。
１单元教学内容分析
１．１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］。
１．２教材内容比较
１．３核心内容分析 １．３．１核心内容在学科学习中的作用 图ｌ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。
３种教材的核心知识及教材编写比较见表１。
表ｌ ３种教材。化学反应速率。核心知识的比较 人教ｒ２］ √ √ Ｊ √ 苏教［３］ √ √ √ √ 鲁科… ■ √
０
核心知识 １．化学反应速率的概念及定 量表示方法
２．有关陀学．反廊錾釉嘱津计算
３．测定化学反应速率的方法 ４．测定化学反应速率的实验 ５．化学反应速率。（Ａ）一
５核心内容教学活动课例
教学目标（略）
教学模式：情境激学一问题导学一实验促学一 迁移博学
万方数据
２０１２年第３期
化学教育
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【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
发展的形态。
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。
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Ｈ＋、Ｍ９２＋的浓度变化， Ｍｇ的质量变化、Ｈｚ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
３．２认知偏差２
２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
３．３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。
化学反应速率 的测定 问题导引，学 生激辩
量反应速率时都可以加以利用”的含义．即物质的一些与浓度成线性关系的性质都可以加以利用。 让学生通过自己的思考和与资料的对比，认识实验前思考的重要性。建立科学研究的自信心
从Ｖ＝篆公式出发，认识可从＆和＆两个角度，对测量方式进行设计
分组实验，数 化学反应速率 的内涵与外延； 化学反应速率 的定量计算； 化学反应速率 的规律 合作学习，小 组汇报 表格记录，教 师评价 教师引导学生分析异常数据出现的原因，说明科学实验需要细心和耐心，也要有坚强的意志和 科学的态度 通过４个问题的讨论，掌握化学反应速率的规律和定量计算 化学反应速率 的定量计算 化学反应速率 的规律 拓展迁移，巩 固训练 用有针对性的训练题．巩固所学习的概念和规律 布置课后的实践思考题：（１）化学反应速率测定实验可以做哪些改进？（２）在科学研究中．还 可以用哪些物理量来测定反应速率？（上网或图书馆中查询） 展示各组同学绘制的化学反应速率与时间的关系图 据处理 学生实验、记录数据、处理数据、描点作图
法。
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。
万方数据
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化学教育
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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ｕ一
资、Ｍｇ、Ｈｚ 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）？
反应速率的实验测定妊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２类测定方
非常必要的。
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”这句话的含
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。
【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？
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。
学方法建议并介绍一个教学案例。 关键词 化学反应速率 教材分析认知偏差 教学设计教学案例
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 《化学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。 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
化学反应速率72a一项的核心知识点在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种教材的编写略有不同
１△ｃ（Ａ）
ａ
√ Ｊ
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
＆
－教育部。高中化学精品课程建设”课题（南京实验区，主持人：羽江田）研究成果之一
万方数据
２０１２年第３期
化学教育
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探索“外界因素的改变对化学反应速率的影响”的
研究基础。
圈１
。化学反应速率”在本章教学中的地位