英国高中教材《高级化学》中化学平衡概念构建的四环节.

英国高中教材《高级化学》中化学平衡概念构建的四环节

陈伟1 周青1 刘光琼

2

（1陕西师范大学化学与材料科学学院 陕西 西安 710062；

2西安联合大学 陕西 西安 710061）

化学平衡概念与本质特征教学一直是中学化学教学中难以突破的重点与难点。英国高中化学教材《高级化学》中对于化学平衡概念内容的编写颇具特色，本文给予简介。

一、《高级化学》中化学平衡的内容

《高级化学》由牛津大学出版社于2000年首次出版，是英国主流高中化学教材，现仍然广泛使用。《高级化学》编排很有特色，由物理化学（physical chemistry ）、无机化学(inorganic chemistry)和有机化学(organic chemistry)三大部分组成，共32章，其中物理化学15章，无机化学5章，有机化学12章。《高级化学》中化学平衡由10节内容组成，编排如下：

二、《高级化学》中化学平衡概念建构的四环节

《高级化学》安排了两节内容帮助学生建立与巩固化学平衡概念。两节内容为：动态平衡的性质—1和动态平衡的性质—2。化学平衡概念的建立采用“平衡—动态平衡—物理平衡—化学平衡”四个步骤完成。

1.平衡概念的构建

学生在学习化学平衡之前，在实际生活中通过观察或者亲身体验，对“平衡”已经形成了他们自己的认识。例如，生活中物体位置的平衡, 物理学中有关力平衡、运动平衡等都是学生耳熟能详的概念。现代教育学认为，“前概念”有时与正确的科学概念并无冲突，对学习起到“先行组织者”的作用，为积极的前概念；但有时则与正确的科学概念和思维方式大相径庭，对学习起到影响、干扰的作用，为消极的前概念。学生在学习“化学平衡”之前已经形成“平衡”的概念就是“化学平衡”的“前概念”。《高级化学》首先对学生的“前概念”进行梳理，力图使学生的“前概念”对学习起到积极促进的作用。《高级化学》在明晰前概念时指出：“平衡是指物体或系统的一种状态。”并给出处于平衡状态的物体或系统的特征“除非受到外界的影响，它本身不能有任何自发的变化。”并以常见静态平衡的例子——压跷跷板时的平衡帮助学生理清“平衡”概念的本质。压跷跷板时，人的位置保持不变（系统没有任何自发的变化），人与跷跷板这个系统达到平衡状态。

2.动态平衡概念的构建

动态平衡也是系统的一种平衡状态，在“平衡”的基础上多了“大小相等方向相反的相对运动”这个条件。《高级化学》帮助学生理清了“平衡”概念后，以人在扶手电梯上保持在某一特定水平位置为例帮助学生构建动态平衡概念。一个人要在移动的手扶电梯上保持在某一固定的位置，就必须做与扶手电梯运动速度大小相等方向相反的运动（动态），人与手扶电梯这个系统处于动态平衡，即系统状态不变（平衡状态），这样就给学生构建起了动态平衡的概念。系统状态：保持位置不变；条件：有相对运动且运动速度大小相等方向相反。教材通过运用学生已有的经验甚至亲身体验，让学生不但构建起了“动态平衡概念”，而且通过分析电梯和人的相对运动突出强调“动态平衡”的特征：保持状态“位置不变”与“相

第一节

第二节

第三节

第四节

第五节 动态平衡的性质—1 动态平衡的性质—2 勒沙特列原理—1 勒沙特列原理—2 平衡常数（K C ） 第六节 第七节 第八节 第九节 第十节 平衡常数（K C ）的实验测定 平衡常数和产量 混合气体及平衡常数（K P ） 混合相平衡 溶度积和沉淀物

对运动大小相等方向相反”。帮助学生抓住动态平衡的本质特征，从而清晰地建立起帮助学生学习物理平衡概念的前概念。

3.物理平衡概念的构建

《高级化学》帮助学生构建起动态平衡概念后，将相对运动迁移至物理变化，指出：“如果一个系统发生物理变化且保持平衡状态，称为物理平衡。”《高级化学》以学生很容易观察的液溴的挥发这一实验现象为例给学生构建物理平衡概念。

物理平衡属于动态平衡的一种，其前提是物理变化，特征是物质处于各个物理相（气、液、固）的量一定，实质是发生物理变化的两个过程的速度大小相等方向相反。例如，溴的“液-气”相互转化是蒸发和冷凝两个方向相反的物理变化。《高级化学》用在实验室中特别容易观察到的溴蒸气颜色的变化，使学生清楚地得出溴蒸气的浓度（量）变化，从溴蒸气浓度的变化得出溴蒸发和冷凝速率变化关系，直观地了解两个方向相反的物理变化的快慢（速率），让学生感知物理平衡，从而构建起物理平衡概念：当溴蒸气的颜色不变时，溴蒸气的浓度就不变，即溴蒸气的量一定，而蒸发和冷凝同时发生，两者速度必然大小相等方向相反。通过这个直观的例子给出物理平衡：物质在各个物理相（气、液、固）的量一定，是两个相关速度大小相等方向相反的状态。学生通过观察过程性特别强的实验现象抓住物理平衡的特征，构建物理平衡概念。

4.化学平衡概念的构建

最后，《高级化学》在构建物理平衡概念的基础上，将物理变化迁移到化学变化来帮助学生构建化学平衡概念。教材指出，用可逆化学变化代替物理变化，化学变化也会建立起动态平衡，这个平衡就是“化学平衡”。教材通过物理平衡概念明确了在“平衡状态”时“物质在各个物理相（气、液、固）的量一定”，迁移到化学反应上是指“反应物和生成物的量一定”；“发生物理变化的两个过程的速度大小相等方向相反”，迁移到化学反应上是指“正、逆反应速率相等”。在此基础上给出了化学平衡的概念：当反应物和生成物的浓度保持恒定时就建立起了化学平衡。教材马上以氮气和氢气合成氨反应为例，清晰地给学生呈现出化学平衡建立的过程。氮气和氢气在450o C合成氨的反应就是可逆反应：

N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）

在这个反应中，氨气的浓度会达到一个最大值，而氮气和氢气的浓度不会降到零。而且，纯氨在相同条件下也会分解生成氮气和氢气。不管从氮气和氢气或者氨气开始，系统都会达到化学平衡状态。一旦达到化学平衡状态，正反应速率和逆反应速率相等，各组成成分的量保持不变。通过例子让学生体会真实的化学平衡建立过程。紧接着《高级化学》用二氧化硫、氧气和三氧化硫以及二氧化氮和四氧化二氮两个平衡体系建立过程的时间-浓度（t-c）图，从反应物和生成物浓度量的变化的角度给学生展现了化学平衡建立的过程。

《高级化学》从学生生活经验中已有“平衡”知识入手，通过对“前概念”的清晰化、精确化和科学化处理，并作为先行组织者，自然而然地给学生构建起了平衡的概念。用“逐渐分化的原则”完成从平衡概念（动态平衡概念）到构建物理平衡概念；用“整合协调的原则”完成从物理平衡概念到构建化学平衡概念。《高级化学》在构建概念时充分运用了奥苏贝尔认知同化学习理论，不但杜绝了学生已有的“前概念”对新知识的干扰，而且把“前概念”加工后作为学生学习新知识的“起固定作用的概念”，过程性很强，有利于构建学生的认知结构，有利于培养学生的知识迁移能力。

三、化学学科实证方法教育

《高级化学》通过四个步骤和迁移的方法帮助学生构建起化学平衡概念后，立即着手对概念进行巩固，并实施科学方法教育。《高级化学》化学平衡内容第一节和第二节的标题都是“动态平衡的性质”，但第二节的副标题是“化学平衡是动态平衡的实证（Practical proof that chemical equilibrium is dynamic）”。教材选用化学平衡的两个经典的化学实验，引导学生熟