依托科学思维发展“变化观念与平衡思想”化学学科核心素养

山东省实验中学   李   辉

“变化观念与平衡思想”是化学学科核心素养的重要组成部分，要求学生能认识物质是运动和变化的，知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定的规律；认识化学变化的本质特征是有新物质生成，并伴有能量转化；认识化学变化有一定限度、速率，是可以调控的。学生通过学习，能多角度、动态分析化学变化，运用化学反应原理解决简单的实际问题。“变化观念与平衡思想”不仅与化学学科具有紧密的联系，同时也是科学思维的重要体现。因此，发展“变化观念与平衡思想”素养的化学教学，应重视科学思维的培养。

一、“条件控制”思维

“变化观念与平衡思想”强调，物质变化是有条件的，外因是变化的条件，内因是变化的依据，外因通过内因起作用。“条件控制”是高中非常重要的学科科学思维方法，控制变量也是一种重要的思维模型，它们能将复杂的问题简单化，给科学研究带来方便。因此，教师可以引导学生发展条件控制思维。比如在“化学反应限度”这一部分教学时，在“变化观念与平衡思想”核心素养指导下，运用“条件控制”的思维方法，引导学生借助实验研究外界条件对化学平衡的影响，理解化学平衡是一个动态平衡。当某一外界条件（温度、浓度、压强等）发生改变时，正、逆方向的化学反应速率发生变化，原化学平衡会被破坏，在新的条件下产生新的平衡。教师带领学生总结温度、浓度、压强对化学平衡的影响结果，得出结论：控制其他条件不变，当影响化学平衡的某一条件发生改变时，平衡会向削弱这种改变的方向移动，但是并不能完全消除这种改变，这也就是勒夏特列原理的基本内容。这一原理同样适用于水的电离、弱电解质的电离、盐类的水解、沉淀溶解平衡等。

除此之外，再如铵盐与碱液、钠与氧气加热和不加热产物是不同的，浓硫酸与铜、浓盐酸与二氧化锰不加热就不能反应；还有用量多少，比如铝盐和强碱、纯碱和盐酸、铁与稀硝酸、碳与氧气等反应，用量多少直接导致产物的不同。在中学化学教学中有很多内容都与条件有关，条件影响变化，条件影响产物。因此，借助“条件控制”思维可以有效地发展和培养学生的“变化观念与平衡思想”。

二、“定性与定量”思维

定性思维方法，主要从是否存在某种属性、存在程度深浅或大小等角度对物质性质进行初步确定。而定量思维方法，则是在定性的基础上精确地对物质的属性进行深度的、量化的表达。定性与定量思维符合学生的认知规律，是由“是什么”向着借助数学解释从而更令人信服的“确实是什么”迈进。

在高中化学教学中，外界因素对反应速率的影响，从定性的角度我们可以引入有效碰撞理论分析理解；从定量的角度我们可以引入速率常数、速率公式、阿仑尼乌斯经验公式等进行量化解释。外界条件对平衡的影响，从定性的角度需要学生知道改变影响平衡的一个条件，平衡如何移动，最后归纳到勒夏特列原理结论；从定量的角度需要结合Q和K的关系，利用浓度商规则判断反应进行的方向。当然，浓度和压强属于同一种解释，对于温度改变导致平衡的移动方向问题，可以适当使用范特霍夫公式作为工具进行支持。

另外，在教学中我们也发现，在定量计算中要注意“物质的量”为核心的计算体系，让学生明确方程式中化学计量数的意义所在。这在利用盖斯定律的焓变计算、可逆反应三段式定量计算中很有代表性。

三、“守恒”思维

恩格斯曾说：“化学是永恒的原子运动。”化学研究是基于原子核不变的前提下的研究，所以一切化学反应都遵守原子守恒、质量守恒。氧化还原反应中存在电子守恒；在电解质溶液中存在电荷守恒、物料守恒、质子守恒等关系，还有研究整体系统中能量守恒。学生若能把握守恒的本质，就可以为理解和解决众多化学问题奠定良好的基础。

在处理化学中的“守恒”问题时，教师采用归纳对比的方法，可以加深学生的理解。比如，质量守恒、物料守恒实质都是原子守恒或元素守恒；溶液电中性以及离子方程式、电极方程式的书写又都体现了电荷守恒；而质子守恒可以和电子守恒进行类比，酸碱中和反应质子酸失质子给了质子碱，类似于氧化还原反应中还原剂失电子给了氧化剂；具体到能量守恒，可以跟物理相类比，或者结合吸放热问题进行学习。

四、“对立统一”思维

对立统一规律就是事物矛盾运动的规律，存在着既相互依存又相互对立的两个方面。化学教学中存在着很多有关对立统一的内容，比如酯化反应和酯的水解、充电电池、反应热问题等。

化学平衡、电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡，这四大平衡是高中化学知识的重要组成部分，是高中教学的重点和难点。平衡中的基本思想和对立统一有比较紧密的联系。比如化学中可逆反应的认识，正、逆两个方向都在进行，都有速率；而平衡就是可逆反应的“终点”，此时正、逆反应速率相等，达到动态平衡，既对立又统一。平衡体系中这个问题搞清楚，对学生理解化学平衡、电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡都是十分有益的。

具体在教学过程中，一方面认识“变”，让学生对物质不断运动及变化的实质能够充分认识。另一方面认识“平”，有这样一类特别的反应“可逆”，它们的变化是双向的，反应的终态是平衡状态。教师可以运用辩证唯物主义思想，帮助学生建立对立统一的分析方法，并引导学生注意分析问题时抓住矛盾的主要方面。比如弱酸的电离体系中，一般考虑酸的电离大于水的电离，多元弱酸第一步电离大于第二步电离……抓大放小，依次推进，复杂的问题就变得简单起来。

发展学生的“变化观念与平衡思想”，需要教师在深刻分析所教内容的基础上，再结合具体的科学思维方法，借助一定的科学思维实现学生的能力提升和素质培养。

【注：本文为山东省教育科学“十三五”规划一般课题“基于高中化学学科核心素养的教学设计研究”（YC2019132）阶段性成果】

（《山东教育》2023年1、2月第3、4期）