韩彬

摘 要： 文章分析了《高中化学课程标准》指导下编写的新人教版化学教材在“影响化学反应速率的因素”教学内容上的编排特点，结合学生已有的认知结构，对教材中的探究实验进行了合理改进，并对部分内容进行了合理的取舍和补充，基于学生认知的发展规律设计了“影响化学反应速率的因素”一节内容的教学过程。

关键词： 化学反应速率 教学设计 认知规律 实验改进

一、教材分析

对比《高中化学课程标准》指导下编写的新人教版化学教材[1]与《高中化学教学大纲》指导下编写的旧人教版化学教材内容上的编排特点：新人教版教材以培养学生的科学兴趣、创新精神和实践能力为出发点，设计了更多的实验探究和交流讨论环节，但弱化了对一些基本概念和基本原理的理论解释，给学生更深地理解这些基本概念和基本原理造成困难。笔者就如何基于学生的认知规律对教材内容进行合理取舍和补充，以及对教材中的部分探索实践活动的改进谈谈经验。下面以“影响化学反应速率的因素”教学设计为例。

“影响化学反应速率的因素”是新人教版化学选修4《化学反应原理》中第二章第二节的内容。本节内容从教材编排的知识体系来看，既是前一节“化学反应速率”的延续，又为下一节学习“化学平衡”做好了铺垫，起着承上启下的作用。本节内容主要是对影响化学反应速率的外部因素（浓度、压强、温度、催化剂）进行探究。综观整个高中阶段化学知识体系的编排特点，本节内容既是必修2第二章第三节“化学反应速率和限度”的递进[2]，又与该教材前言中介绍的有效碰撞理论相呼应。基于教材的编排特点和学生已有的认知基础，本节课设计教学时从学生已有的认知结构出发，基于学生认知发展的规律[4]，引导学生从本质上理解新知识，进一步完善学生的认知结构。

二、教学目标

（一）知识与技能

1.了解影响化学反应速率的主要因素：内因、外因；

2.了解定性或定量比较化学反应速率快慢的方法和实验方案的设计；

3.能从微观角度运用有效碰撞理论和过渡态理论模型解释外界因素影响化学反应速率的实质。

（二）过程与方法

1.通过引导和启发学生设计和改进实验方案，探究不同外界因素对化学反应速率的影响结果。

2.通过投篮的例子启发学生思考和讨论，运用有效碰撞理论和过渡态理论从微观解释影响化学反应速率的实质。

（三）情感态度与价值观

理论联系生活实际，强化学生运用化学知识解决实际问题的意识；通过设计实验方案并亲自动手操作，培养学生的科学探究兴趣和实事求是的科学态度。

三、教学难点重点

重点：影响化学反应速率的外因（浓度、压强、温度、催化剂等）。

难点：运用有效碰撞理论、过渡态理论解释影响反应速率的实质。

四、教学过程

（一）回忆影响化学反应速率的因素

【引入】生活中为了防止食物腐败变质，延长食品可供食用的期限，我们通常可以采取哪些措施？

【学生】放在冰箱里冷藏或冻藏，在食品包装袋里放置除氧剂……

【追问】这样做的依据是什么呢？

【学生】食品的腐败变质实质上是食品中蛋白质、碳水化合物、脂肪等被微生物代谢分解作用或自身组织酶催化所发生的某些生物化学变化过程。采取以上措施主要是为了减缓反应速率。

【教师】对，同学们回答得非常准确。

【过渡】生活中有许多反应需要控制条件加快反应速率，也有许多反应需要控制条件减缓反应速率，大家一起回忆我们在必修2第二章第三节“化学反应的速率与限度”内容的学习过程中了解了哪些能够影响化学反应速率的因素。

【学生】内因：物质本身的性质，外因：温度、浓度、固体的表面积、催化剂……

设计意图：这一环节笔者联系生活实际，以生活中常见的食品保鲜问题引出教学任务（影响化学反应速率的因素），激发学生的兴趣，将学生的注意力吸引到本节课的学习任务上来。紧接着通过引导学生对必修2相关章节知识的回顾，唤醒学生已有的知识储备，激活学生的认知结构。

（二）设计实验探究影响化学反应速率的因素

【过渡】实验是检验真知的唯一标准，科学实验为科学结论的得出提供了支持。下面就请大家一起来思考、设计实验方案，并检验不同外界因素对化学反应速率的影响。

【问题1】如何设计实验获取数据，定性或定量地比较化学反应速率的快慢？

【学生】通过对比溶液颜色发生变化所需的时间，生成沉淀所需的时间，固体消失的时间，产生气泡的快慢，单位时间内产生气体的体积大小……

【过渡】大家回答得非常好。为了使实验所用试剂种类较少且便于观察，我们打算对教材上的实验2-2、2-3和2-4加以改进，均以FeCl■催化过氧化氢分解反应（2H■O■=2H■O+O■↑）定量探究不同外界因素对化学反应速率的影响。请同学们根据实验报告单中给大家的图示、仪器和试剂，选择一种自己感兴趣的因素并设计方案探究其对化学反应速率的影响。

【学生】学生分组讨论决定将检验的因素，设计实验方案并进行实验，最后汇报实验结论。

【教师】在各小组中不断巡回和观察，指导和帮助学生完成实验。

【总结】通过同学们刚才亲自动手实验，得出温度、浓度和催化剂三种因素对化学反应速率的影响分别是：

1.温度：其他条件相同时，升高温度，化学反应速率加快；降低温度，化学反应速率减小。

2.浓度：其他条件相同时，增大反应物浓度，则反应速率加快；减小反应物浓度，则反应速率减小。

3.催化剂：其他条件相同时，加入催化剂反应速率加快。

设计意图：影响化学反应速率的因素是学生已经了解的知识，而且学生已具备根据所提供的仪器和试剂设计并进行实验的技能。这一环节笔者根据学生的现有知识和技能，设置驱动性问题，创建互动交流环节，通过教师的激发和指引，使学生在问题的意境中发散思维，在原有认知结构的基础上继续丰富和发展新的认知。实验探究环节采用引导启发式教学模式，引导学生根据提供的药品、仪器，自己选择感兴趣的因素加以探究，通过实验亲自观察和分析实验现象，从而发现“新知识”，得出“新规律”。最后，学生在教师的帮助下归纳总结，将实验探究得出的陈述性知识转变为有利于运用的程序性知识，加深学生对已有知识的理解。

3.用有效碰撞理论解释影响化学反应速率的原因

【问题2】为什么以上几个条件的变化会影响化学反应速率呢？如何运用化学原理解释以上规律呢？

【学生】交流讨论，展示讨论结果。

【追问】同学们还能记起我们在绪言中所学的有效碰撞理论和过渡态理论吗？请大家回忆什么是有效碰撞？什么是活化分子？什么是活化能？

【学生】能发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞，把能够发生有效碰撞的分子称为活化分子，同时把活化分子所多出的那部分能量称做活化能。

【过渡】发生化学反应就好比打篮球时的投篮，能得分的投篮才可以算是有效投篮。而要使篮球能够准确落入筐中，不仅需要有足够高的能量，而且需要有合适的取向。请同学们从活化分子的角度分析温度影响化学反应速率的实质。

【学生】思考、讨论。升高温度，使反应物分子能量增加，一部分能量较低的分子吸收能量后也成为活化分子，活化分子的百分数增大，加之温度升高，分子运动加快，使单位体积内有效碰撞的频率增加，反应速率加快。

【追问】那么浓度影响化学反应速率的实质是什么呢？

【学生】思考、讨论。浓度的改变相当于改变了单位体积内反应物分子的总数，当其他条件不变时，单位体积内的活化分子数与单位体积内反应物分子总数成正比，反应物浓度增大时，单位体积内活化分子数目增多，有效碰撞的频率增加，反应速率加快。

【过渡】对于气体来说，在一定的温度下，一定质量的气体所占的体积与压强成反比，也就是说压强的变化会影响体积的变化，而体积的变化会导致浓度的变化。请结合浓度影响化学反应速率的实质思考压强影响化学反应速率的实质是什么？

【学生】对于气体，其他条件相同时，压强越大，一定质量的气体的体积就越小，单位体积内的分子数目增多，单位体积内的活化分子数也相应增多，有效碰撞的频率增加，反应速率加快。其实质相当于改变了浓度。

【过渡】我们在绪言里给大家介绍了化学反应的过渡态理论和活化能的概念，请大家阅读教材22页最下面的这一段内容，了解催化剂影响化学反应速率的实质。

【学生】催化剂能降低反应所需要的活化能，使单位体积内活化分子的百分数增大，有效碰撞的频率增加，化学反应速率加快。

设计意图：学生对实验结论的了解和记忆应属于对知识的感性认识阶段，为了使学生建立更完整的知识体系，应在深度和广度上继续拓展，从而上升到理性认识阶段。利用有效碰撞理论和过渡态理论从微观角度解释已经得出的实验事实，会使学生获得用所学知识解决实际问题的成就感，从对知识的感性认识上升到理性认识，从而避免了机械记忆，加深了对新知识的理解。

五、教学反思

《高中化学课程标准》指导下编写的新人教版化学教材与《高中化学教学大纲》指导下编写的旧人教版化学教材相比在本节内容的编排上变化较大。新人教版教材只结合基本知识，编排了更多丰富、新颖、现象明显的探究实验，易激发学生浓厚的学习兴趣，但在从微观角度阐释各种外界因素影响化学反应速率的实质上相对简单了一些，造成了学生理解上的困难。

本节课如果仅按教材中编排的内容和思路设计和组织教学，那么虽然有利于激发学生的兴趣，也符合学生的认知规律，但忽略了学生已经掌握的现有知识和新授知识之间的联系，造成学生对新知识理解的深度和广度不够，不能建立完整的学科知识体系。

本节课的成功得益于笔者在绪言的教学过程中，对解释化学反应的概念模型——有效碰撞理论和过渡态理论做了更加形象细致的讲解，拓展了学生的知识储备，为帮助学生从微观角度理解外界因素影响化学反应速率的实质做了铺垫。另外，笔者在细致分析教材的编写特点后对教材中的探究实验做了改进，更加方便了学生在课堂上的操作与探究。在具体设计教学时，笔者从学生的认知规律为出发，首先引导调取学生已有的知识储备，激活学生的原认知结构，并对教材内容和实验加以改进和补充，启发学生对原认知结构进行拓展，帮助学生建立完整的认知体系。

参考文献：

[1]宋心琦.何少华.普通高中课程标准实验教科书？化学选修4[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]宋心琦.普通高中课程标准实验教科书？化学必修2[M].北京：人民教育出版社，2007.

[3]人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学教科书（必修加选修）·第二册.北京：人民教育出版社，2007.

[4]胡久华.促进学生认识发展的单元整体教学[J].中学化学教与学，2014（11）：3-4.

此文系甘肃省教育科学“十二五”规划2015年度“陇原名师”工作室专项课题《基于认知规律的高中化学课堂设计策略研究》【编号】GSGB[2015]MSZX101阶段性研究成果。