朱衛(wèi)華（江蘇省無(wú)錫市第一中學(xué)　江蘇無(wú)錫　214031）

化學(xué)理論教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生反思性學(xué)習(xí)能力的實(shí)踐——以“化學(xué)反應(yīng)的方向”的教學(xué)為例

朱衛(wèi)華
（江蘇省無(wú)錫市第一中學(xué)江蘇無(wú)錫214031）

摘要：高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)提出要提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)化學(xué)的能力，反思性學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效方式。文章以“化學(xué)反應(yīng)的方向”的教學(xué)為例，介紹了在理論教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生反思性學(xué)習(xí)能力的教學(xué)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：化學(xué)理論教學(xué)；反思性學(xué)習(xí)；化學(xué)反應(yīng)的方向

中圖分類號(hào)：

文章編號(hào)：1008-0546（2015）02-0042-03G633．8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2015．02．013

一、化學(xué)理論教學(xué)中進(jìn)行反思性學(xué)習(xí)的思考

高中化學(xué)課程目標(biāo)中提出要提高學(xué)生“自主學(xué)習(xí)化學(xué)的能力”［1］，反思性學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效方式。所謂反思性學(xué)習(xí)，就是通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程的反思來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。用元認(rèn)知的理論來(lái)描述，就是學(xué)習(xí)者對(duì)自身學(xué)習(xí)活動(dòng)的過(guò)程以及活動(dòng)過(guò)程中所涉及的有關(guān)事物、材料、信息、思維、結(jié)果等學(xué)習(xí)特征的反向思考。它包含兩層意思：一是對(duì)整個(gè)思維過(guò)程進(jìn)行檢查，檢驗(yàn)策略是否合理，答案是否正確等；二是評(píng)估問(wèn)題的解決過(guò)程中值得吸收的經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的調(diào)整。因此，反思性學(xué)習(xí)不僅僅是對(duì)學(xué)習(xí)的一般性回顧或重復(fù)，而是探究學(xué)習(xí)活動(dòng)中所涉及的知識(shí)、方法、思路、策略等，具有較強(qiáng)的科學(xué)研究性質(zhì)。反思的目的也不僅僅是為了回顧過(guò)去或培養(yǎng)元認(rèn)知意識(shí)，更重要的是指向未來(lái)的活動(dòng)。通過(guò)反思性學(xué)習(xí)可以幫助學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)；可以使學(xué)生的學(xué)習(xí)成為探究性、研究性的活動(dòng)；可以增強(qiáng)學(xué)生的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)造力，促進(jìn)他們的全面發(fā)展［2］。

反思性學(xué)習(xí)的基本環(huán)節(jié)可以概括為以下七個(gè)階段：反省階段、評(píng)判階段、察覺問(wèn)題階段、界定問(wèn)題階段、確定對(duì)策階段、實(shí)踐驗(yàn)證階段、總結(jié)提高階段。實(shí)際的反思活動(dòng)中，以上七個(gè)階段往往前后交錯(cuò)，界限不甚分明［2］。

化學(xué)基本理論的學(xué)習(xí)能幫助學(xué)生深入理解元素化合物知識(shí)，能促進(jìn)學(xué)生的化學(xué)反應(yīng)知識(shí)系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，能幫助學(xué)生發(fā)展邏輯推理能力，能促進(jìn)學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)。以化學(xué)反應(yīng)的方向?yàn)槔?，它可以讓學(xué)生了解化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控原理，讓學(xué)生更全面地認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)，拓展學(xué)生的視野，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。但是這節(jié)課的理論性較強(qiáng)，概念比較抽象，學(xué)生理解有一定的難度。因此，教學(xué)過(guò)程中，要避免填鴨式地羅列理論，應(yīng)盡可能啟發(fā)學(xué)生開動(dòng)腦筋、動(dòng)手實(shí)踐，經(jīng)過(guò)反省、評(píng)判、界定等理性思考之后確定方案，再通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證歸納生成理論，而這恰恰是反思性學(xué)習(xí)的基本環(huán)節(jié)。

這節(jié)課的實(shí)施能讓學(xué)生初步根據(jù)反應(yīng)的焓變、熵變判斷化學(xué)反應(yīng)的方向；在反思探討影響化學(xué)反應(yīng)自發(fā)因素時(shí)，使學(xué)生體會(huì)事物的發(fā)展變化常常受多種因素制約，培養(yǎng)學(xué)生分析、研究問(wèn)題的全面性，通過(guò)反思性學(xué)習(xí)會(huì)幫助學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，提高自主學(xué)習(xí)化學(xué)的能力；通過(guò)聯(lián)系生產(chǎn)生活，認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)原理在生產(chǎn)生活中的重要作用，發(fā)展學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

二、教學(xué)過(guò)程

1．認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的方向性

為了能使學(xué)生直觀地感受化學(xué)反應(yīng)的方向，教師設(shè)計(jì)了以下的實(shí)驗(yàn)。

［引入］向盛有雞蛋殼的燒杯中加入鹽酸，其中發(fā)生了怎樣的化學(xué)反應(yīng)？

［學(xué)生］CaCO3＋2HCl=CaCl2＋H2O＋CO2↑

［追問(wèn)］倒過(guò)來(lái)，向氯化鈣溶液中通入CO2氣體，會(huì)生成沉淀嗎？

［學(xué)生］思考，猜想。

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］用塑料吸管向氯化鈣溶液中吹入CO2氣體驗(yàn)證，無(wú)明顯現(xiàn)象。

［小結(jié)］看來(lái)化學(xué)反應(yīng)具有方向性，許多反應(yīng)的正反應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行，而其逆反應(yīng)無(wú)法自動(dòng)進(jìn)行，又如鋅與硫酸銅溶液的反應(yīng)、鹽酸和氫氧化鈉的中和反應(yīng)等等。

設(shè)計(jì)意圖：熟悉的化學(xué)反應(yīng)可以讓學(xué)生很自然地進(jìn)入探究狀態(tài)，簡(jiǎn)單易行的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以順暢引出本節(jié)課的主題。

2．反省評(píng)判，察覺能量因素

［教師］像這些正反應(yīng)一樣，在一定溫度和壓強(qiáng)下，無(wú)需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)，我們稱之為自發(fā)反應(yīng)。這些化學(xué)反應(yīng)為什么能自發(fā)進(jìn)行，具有怎樣特征的化學(xué)反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)呢？

［提問(wèn)］請(qǐng)大家列舉你熟悉的自然界中的自發(fā)過(guò)程。

［學(xué)生］水由高處自發(fā)往低處流，石頭從山坡上自發(fā)滾下。

［教師］這些自發(fā)過(guò)程有什么共同點(diǎn)？

［學(xué)生］自發(fā)過(guò)程發(fā)生后，體系的能量降低。

［教師］那么，怎樣的化學(xué)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行？

［學(xué)生］放熱反應(yīng)，反應(yīng)后，體系的能量降低。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)反省、廣泛搜集有關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)它們進(jìn)行認(rèn)真地分析，察覺到問(wèn)題的根源，并提出假設(shè)。在反思性學(xué)習(xí)的七個(gè)階段中，察覺問(wèn)題階段是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，反思集中體現(xiàn)在此階段。

3．實(shí)踐驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)僅從能量因素研究反應(yīng)自發(fā)性的局限性

［教師］研究表明，對(duì)于化學(xué)反應(yīng)而言，絕大多數(shù)的放熱反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行，且反應(yīng)放出的能量越多，反應(yīng)就越完全。

［學(xué)生］驗(yàn)證剛才的三個(gè)自發(fā)反應(yīng)。

［教師］放熱反應(yīng)一般能自發(fā)，那么吸熱反應(yīng)就一定不是自發(fā)反應(yīng)嗎？

［學(xué)生］思考，猜想，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。少量氯化銨固體和氫氧化鋇晶體置于小氣球中，扎緊密封小氣球后，手捏混勻固體，用手摸氣球外壁。

［教師］C（s）＋H2O（g）=CO（g）＋H2（g）ΔH＝＋131．3kJ ／mol、CaCO3

=CaO＋CO2都是吸熱反應(yīng)，在高溫下也是自發(fā)反應(yīng)。

［學(xué)生］吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)，只根據(jù)焓變判斷反應(yīng)是否自發(fā)是不全面的，焓變只是制約化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素之一。

設(shè)計(jì)意圖：氯化銨固體和氫氧化鋇晶體的反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生刺激性氣體氨氣，利用小氣球設(shè)計(jì)成微型實(shí)驗(yàn)，既環(huán)保又節(jié)約試劑。學(xué)生通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)以上階段所形成的規(guī)律，這時(shí)，如果能夠解釋當(dāng)前的疑惑，說(shuō)明檢驗(yàn)成功，問(wèn)題解決了，于是進(jìn)入總結(jié)提高階段；如果不能，或者在檢驗(yàn)過(guò)程中遇到新的具體問(wèn)題，又會(huì)進(jìn)入反思的第一環(huán)節(jié)，開始新的循環(huán)。

4．認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中的熵變因素

［教師］還有什么因素會(huì)制約反應(yīng)能否自發(fā)呢？能不能也從生活中的現(xiàn)象得到啟發(fā)？

［學(xué)生探索］拿出火柴盒，里面的火柴井然有序，倒出來(lái)立刻就亂了，很難恢復(fù)到原來(lái)的井然有序。

［教師］墨水滴入水中能自發(fā)擴(kuò)散成無(wú)序的狀態(tài)，恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)很難；房間收拾整齊，弄亂很容易，重新恢復(fù)原樣很困難；體育課解散，同學(xué)自由活動(dòng)很容易，重新集合整隊(duì)很困難。

［學(xué)生領(lǐng)悟］有序體系都趨向于變?yōu)闊o(wú)序體系，趨向于混亂?；瘜W(xué)反應(yīng)也是如此，如果反應(yīng)體系的混亂度增大，該反應(yīng)往往能自發(fā)進(jìn)行。

［資料］1850年，德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯引入了一個(gè)新的物理量——熵，用符號(hào)S表示，來(lái)表示任何一種能量在空間中分布的混亂程度，能量分布得越混亂，熵就越大，也可以用來(lái)衡量一個(gè)體系的混亂度，體系越混亂，熵值也就越大。

［閱讀］根據(jù)所給的《無(wú)機(jī)化學(xué)》中附表一些物質(zhì)的熵值，歸納熵值的特點(diǎn)。

［學(xué)生］熵（S）——S（氣）＞S（液）＞S（固）；氣體越多，體系熵越大。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生翻閱大學(xué)教材，查找所需的信息，有利于培養(yǎng)學(xué)生查閱資料的能力，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

［提問(wèn)］為什么那三個(gè)吸熱反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)？

［學(xué)生］熵增的反應(yīng)，所以能自發(fā)。

5．焓變和熵變走向融合

［追問(wèn)］熵減的反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行嗎？工業(yè)上合成氨的反應(yīng)和鎂條燃燒的反應(yīng)是熵增的反應(yīng)還是熵減的反應(yīng)？

［學(xué)生疑問(wèn)］熵減的反應(yīng)。

［教師］為什么這兩個(gè)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行？

［學(xué)生領(lǐng)悟］因?yàn)檫@兩個(gè)反應(yīng)是放熱反應(yīng)ΔH＜0?？磥?lái)，只根據(jù)熵變來(lái)判斷反應(yīng)是否自發(fā)也是不全面的，熵變也只是制約化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)因素。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)提出新的對(duì)策、實(shí)踐驗(yàn)證，可以不斷地總結(jié)優(yōu)化，最終發(fā)現(xiàn)焓變和熵變是制約化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)的兩個(gè)因素。

［教師］要判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)是否能自發(fā)進(jìn)行，必須綜合考慮反應(yīng)的焓變和熵變，怎么綜合考慮呢？

［學(xué)生］思考以下反應(yīng)能否自發(fā)以及焓變和熵變：

化學(xué)反應(yīng)　自發(fā)性　焓變?chǔ)熵變?chǔ) ①2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)　自發(fā)　ΔH<0　ΔS>0 ②NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)　低溫自發(fā)　ΔH<0　ΔS<0 ③CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)　高溫自發(fā)　ΔH>0　ΔS>0 ④O2(g)+2H2O(l)=2H2O2(l)　不自發(fā)　ΔH>0　ΔS<0

［學(xué)生小結(jié)］ΔH＜0、ΔS＞0的反應(yīng)，必定自發(fā)進(jìn)行；ΔH＞0、ΔS＜0的反應(yīng)，必定不自發(fā)；ΔH＜0、ΔS＜0的反應(yīng)，低溫自發(fā)進(jìn)行；ΔH＞0、ΔS＞0的反應(yīng)，高溫自發(fā)進(jìn)行；看來(lái)，兩個(gè)因素只滿足一個(gè)的反應(yīng)，能否自發(fā)取決于溫度。

［化學(xué)史］1878年美國(guó)著名科學(xué)家吉布斯經(jīng)過(guò)大量研究，提出了一個(gè)綜合考慮焓變和熵變的公式，可以判斷恒溫恒壓體系下化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行：ΔH－T ΔS＜0

［學(xué)生］利用上面的四個(gè)化學(xué)反應(yīng)驗(yàn)證此公式。

［教師］為何向氯化鈣溶液中吹入CO2，不能發(fā)生反應(yīng)？

［學(xué)生］ΔH－TΔS＞0，不能自發(fā)進(jìn)行。

［教師］汽車尾氣中的主要污染物是NO和CO，為了減輕大氣污染，人們提出通過(guò)以下反應(yīng)來(lái)處理汽車尾氣：2NO（g）＋2CO（g）＝N2（g）＋2CO2（g），此方案可行嗎？（298K、100kPa下，該反應(yīng)的ΔH＝－746．8kJ／mol ΔS＝－197．5J·mol－1·K－1）

［學(xué)生］低溫即可自發(fā)。

［教師］低溫時(shí)反應(yīng)速率太慢，怎么辦？

［學(xué)生］使用催化劑加快反應(yīng)速率。

［教師］通常使用鈀、鉑作為催化劑，將其裝入汽車尾氣凈化器中，并將凈化器與汽車尾氣排放管道連接在一起。利用這個(gè)裝置，可以有效地將汽車尾氣中的污染物NO和CO同時(shí)除去。

［教師］2H2O（g）=2H2（g）＋O2（g）是焓增熵增的反應(yīng)，理論上來(lái)講高溫自發(fā)，通過(guò)數(shù)據(jù)可以計(jì)算出它的分解溫度為10500℃左右的高溫，很難實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)際可認(rèn)為此反應(yīng)不自發(fā)。那么如何使此反應(yīng)發(fā)生呢？

［學(xué)生］電解

［教師］不自發(fā)的反應(yīng)要發(fā)生需要外界幫助，主要就是指電解等方式。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)于自發(fā)反應(yīng)的定義中的“無(wú)需外界幫助”，學(xué)生會(huì)誤認(rèn)為加熱、加壓等方式，通過(guò)這個(gè)反例，可以讓學(xué)生體會(huì)其真正含義。

［教師］值得注意的是，研究反應(yīng)自發(fā)性只是研究了反應(yīng)的可能性，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的時(shí)候，還要考慮兩個(gè)方面：1．反應(yīng)的速率，有些反應(yīng)比如2H2（g）＋O2（g）=2H2O（g）室溫能自發(fā)，但常溫下因?yàn)榉磻?yīng)速率太慢幾乎不反應(yīng)，此類反應(yīng)為了加快反應(yīng)速率，一般采用高溫；2．大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都是可逆反應(yīng)，存在反應(yīng)的限度，也要選擇合適的反應(yīng)條件，達(dá)到所需的限度。

設(shè)計(jì)意圖：如果學(xué)生將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)、生活實(shí)踐中，可以對(duì)化學(xué)有關(guān)的社會(huì)和生活問(wèn)題做出合理的判斷，發(fā)展學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

反思性學(xué)習(xí)是提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的一種有效方式，當(dāng)然，讓學(xué)生學(xué)會(huì)反思、提高反思性學(xué)習(xí)能力，并非一朝一夕的事，它需要教師遵循“循序漸進(jìn)”的原則和“始終如一”的耐心對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，使反思性學(xué)習(xí)成為一種常態(tài)的學(xué)習(xí)方法，而不是特例。這樣，常態(tài)的方法成為習(xí)慣，長(zhǎng)期的習(xí)慣成為意識(shí)，長(zhǎng)期的意識(shí)養(yǎng)成能力，實(shí)現(xiàn)真正意義上的反思性學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

［1］教育部．普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）［S］．北京：人民教育出版社，2003：7－8

［2］鄭菊萍．反思性學(xué)習(xí)簡(jiǎn)論［J］．上海教育科研，2002，（8）：43－45