化学平衡与化学反应速率的中学化学课程内容研究——基于学科本体和学生认识发展

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化学平衡与化学反应速率是化学学科、社会工业生产中必须讨论的问题,在中学化学课程内容中也是化学反应原理内容中的重要组成部分。长期以来,关于高中化学平衡与化学反应速率的课程内容研究显得比较缺乏,很少有研究讨论化学平衡或化学反应速率内部的课程内容选择或组织问题。随着新课程改革的进行,课程标准相对于大纲以及依据课程标准编写的三个版本教科书关于化学平衡与化学反应速率这两个专题在具体内容的选择方面存在着一些共性与差异,由此引发出一些课程论问题。比如,高中阶段是否该引入化学平衡常数?如果引入化学平衡常数是必要的,具体选择哪些与平衡常数相关的内容?是否需要在平衡移动规律中使用平衡常数?必修阶段化学反应的速率的表达这一内容是否需要进入的定量水平?选修阶段影响化学反应速率因素规律这部分内容是否需要进入定量水平?是否需要进入活化能的解释水平?   本研究为了解决这些课程论的问题,拟从学科本体与学生认识发展两个视角对中学化学课程内容中的化学平衡与化学反应速率两个专题进行研究。具体研究思路为:对中学教科书、学科本体中的化学平衡与化学反应速率这两个内容进行认识方式特征分析,即分析中学教科书与学科本体中所体现的学生认识化学平衡或化学反应速率的认识角度与认识水平。结合中学教科书与学科本体认识方式特征的分析结果,建立学生关于化学平衡与化学反应速率的认识发展模型。依据这两个模型对教科书进行评析,在此基础上提出本研究对教科书编写的建议并解决之前所提出的课程论问题。   研究的主要结果如下:   (1)本研究在化学平衡与化学反应速率两个专题研究中均构建了学生认识发展模型,这两个模型能够明确体现学生从中学必修到选修再到大学认识角度的具体内容,以及认识角度之间的层级关系。本研究认为认识化学平衡与化学反应速率的基本角度主要是平衡或速率的本体、影响因素、调控这三个角度。此外,笔者对各个子认识角度下的认识水平进行了划分与具体的描述。学生关于化学平衡的认识水平可以从中学的经验-半定量-设计水平上升到大学的热力学-定量-控制水平;学生关于化学反应速率的认识水平可以从中学的基元-半定量-解释水平上升到大学的微观-定量-设计水平。   (2)本研究依据模型对教科书进行评析发现,三个版本教科书关于“外界条件对化学平衡或反应速率的影响规律”在课程内容选择方面存在的差异性非常大。笔者依据已建立的学生认识发展模型和教科书评析结果,建议教科书编写时对于课程内容的选择主要依据学生认识发展的阶段性和学科本体的科学性。在必修阶段需要学生在定性的水平上更可能全面的认识化学平衡与化学反应速率所涉及的方方面面,而在选修阶段可能要发展学生对化学平衡与化学反应速率更为深入的认识,能够对平衡与速率进行定量的描述,能够借助定量指标对一些规律进行解释。   (3)本研究依据学生认识发展模型、教科书评析、教科书编写建议的提出这些研究结果,对提出的课程论问题做了回答。高中阶段引入化学平衡常数是非常必要的,需要选择的具体内容为平衡常数的表达式,平衡常数的数值大小或范围与反应进行程度的关系,平衡常数与温度的关系。另外,借助平衡常数让学生认识平衡移动规律也是非常必要的。本研究还认为必修阶段关于化学反应速率的表达是可以进入定量水平的,但不是必须达到定量水平。选修阶段影响化学反应速率因素规律这部分内容可以通过引入速率方程、Arrhenius公式等而进入半定量的水平的,用活化能去解释温度对速率影响的一些问题,以及解释催化剂的催化原理能够发挥很好的作用,可能让学生更为深入地认识温度、催化剂对速率的影响。   总体来说,运用学科本体与学生认识发展视角对化学平衡与化学反应速率的中学课程内容选择问题进行研究,所得到的学生认识发展模型能够解决一些教科书编写的问题。但是影响课程内容选择的因素有很多如学生已有经验、教学实施,本研究对课程内容选择的仍然处于静态的文本研究,得到的结果可以通过学生认识方式的测查、专家访谈、教学实践等多种方式进行修正。
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