核心素养视域下高中化学中“化学反应速率与化学平衡”主题的基本课程问题探析

黄鸣春 张彦婷

摘要：“化学反应速率与化学平衡”是高中化学课程的重要内容。以1978年改革开放以来的5版高中化学课程标准/教  学大纲及人民教育出版社出版的5版高中化学教科书作为研究对象，采用内容分析法，梳理“化学反应速率与化学平衡”内容的选取、组织与呈现问题。研究发现：高中化学课程中“化学反应速率与化学平衡”的内容选取深广度有所提升，主要体现在一级概念下位的概念和原理的精度上，相应的活动和素材更加丰富。内容组织逐步形成稳定的结构。内容呈现方式逐步丰富多样化。

关键词：高中化学;化学反应速率与化学平衡;课程问题

文章编号：1008-0546（2022）05-0002-06中图分类号：G632.41文献标识码： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.001

一、问题提出

“化学反应速率与化学平衡”是我国高中化学的重要内容，属于化学反应原理范畴。我们在研究一个化学反应时，必然要关注两方面的问题：一是反应的快慢，涉及反应速率;二是反应的趋势和限度，涉及反应方向和化学平衡，这就构成了“化学反应速率与化学平衡”的内容。

通过以“反应速率、化学平衡、反应限度”为主题，分别选定《化学教育》《化学教学》期刊，进行检索并在结果中再次以“教材”为主题进一步检索，发现目前文献中对“化学反应速率与化学平衡”的课程内容研究主要有四个方面：一是教科书中“化学反应速率与化学平衡”相关内容辨析和释疑[1-8];二是不同教科书中“化学反应速率与化学平衡”内容比较[9-12];三是国外教科书中“化学反应速率与化学平衡”相关内容推介与分析[13-14];四是教科书中“化学反应速率与化学平衡”的教学分析[15]。

已有文献立足于核心素养视域，即关联知识、活动、素材三角度，基于我国高中化学课程内容纵向变迁来探析化学反应速率与化学平衡主题的基本课程问题的研究较少，本文旨在对改革开放以来我国高中化学课程中“化学反应速率与化学平衡”内容的选取、组织和呈现进行初步的探讨。

二、分析框架

“化学反应速率与化学平衡”在高中化学课程中包括化学反应速率、化学反应限度与平衡、化学反应的方向和化学反應的调控四方面，本研究针对这四个方面，基于学生核心素养培养的视角，从知识、活动、素材的角度对内容的选取、组织、呈现进行分析，分析框架见图1。

三、研究对象与方法

研究对象为1978～2020年高中化学课程标准/教学大纲及相应人民教育出版社出版的高中化学教科书中的“化学反应速率与化学平衡”内容，涉及的高中化学课程标准/教学大纲及对应教科书见表1[16-25]，在后文中以年份表示课程标准/教学大纲和教科书。研  究方法采用内容分析法。

四、研究结果

1.历年课程标准/教学大纲中“化学反应速率与化学平衡”内容的变迁主要体现在内容要求和实验要求的精细化程度，以及知识选取的删减和新增情况。

（1）课程标准/教学大纲中“化学反应速率与化学平衡”内容要求日益精细。

1978年、1983年和1994年只是对概念的罗列，并没有明确提出对内容的要求，如“化学反应速度”;2003年和2020年提出了具体的内容要求，且2020年更加精细，如“通过实验认识化学反应的速率（2003年）”“知道化学反应平均速率的表示方法，通过实验探究影响化学反应速率的因素（2020年）”;1978年、1983年和1994年“化学反应速率与化学平衡”没有区分必修阶段和选修阶段，2003年区分了必修阶段和选修阶段，2020年区分为必修阶段和选择性必修阶段。

（2）课程标准/教学大纲中“化学反应速率与化学平衡”实验要求日益精细。

改革开放以来，高中化学课程标准/教学大纲在“化学反应速率与化学平衡”中提及的实验，都是针对“影响化学反应速率的因素”和“影响化学平衡的因素”。1978年、1983年和1994年将这两个实验规定为学生实验，但是没有对实验内容提出具体的建议;2003年没有将其规定为学生实验，但在活动探究建议部分对实验内容提出了较具体的建议;2020年既将其规定为学生必做实验，又对实验内容提出了具体的建议。

（3）课程标准/教学大纲中“化学反应速率与化学平衡”知识选取总体增加。

改革开放以来，高中化学课程标准/教学大纲在“化学反应速率与化学平衡”中知识选取的变迁如下：

①对于“化学反应速率”，1978年到2020年都对化学反应速率及其影响因素提出了要求;除1994年外，其他版本都要求学生认识活化能对化学反应速率的影响，1978年还介绍了催化原理，2020年新增了基元反应;

②对于“化学反应限度与平衡”，1978年到2020年都对化学平衡及其影响因素提出了要求;除1994年外，其他版本都对化学平衡常数提出了要求;2007年要求学生能利用化学平衡常数计算反应物的转化率，其他版本并没有这一要求;1978年、1983年和1994年并未对化学平衡影响因素的解释提出要求，2003年要求学生用相关理论解释，2020年明确要求学生用浓度商和化学平衡常数的相对大小来解释;

③对于“化学反应的方向”，1978年、1983年和1994年并未涉及，是2003年和2020年新增的部分，2003年要求学生用焓变和熵变说明化学反应的方向，而2020年只要求学生知道化学反应方向与焓变和熵变有关，要求程度有所降低;

④对于“化学反应的调控”，1978年、1983年和1994年要求学生应用化学反应速度和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件并了解其工业流程，2003年和2017年只要求学生认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用，对合成氨工业并未做具体要求。

2.教科书中“化学反应速率与化学平衡”中一级概念下位的概念和原理精度进一步提升，相应的活动和素材选取更加丰富;逐步形成稳定的内容组织结构;内容呈现也不断丰富。

（1）教科书中“化学反应速率与化学平衡”知识选取深广度呈现提升的趋势。

改革开放以来，高中化学教科书中“化学反应速率与化学平衡”在知识选取上一直不变的有：化学反应速率文字表达、影响化学反应速率的因素、可逆反应、化学平衡状态、影响化学平衡的因素、勒夏特列原理和选择反应的适宜条件。对主要变化进行详细阐述如下：

①化学反应速率表达方式日益精细。

对于“化学反应速率”这一概念，我国高中化学教科书在表达方式上存在明显的进阶，1979年和1984年只是用文字来表达“化学反应速率”这一概念，单位也是用文字来表示的;1995年把“化学反应速率”的单位由文字表达更换成了符号形式;2007年开始用公式来表达“化学反应速率”这一概念，但是并未区分反应物和生成物的化学反应速率的正负;2019年不仅区分了反应物和生成物的化学反应速率的正负，而且提出了参与反应的各物质的化学反应速率之间的关系及符号表达式。在这一变迁过程中，教科书对“化学反应速率”的表达越来越精确，说明高中化学课程对“化学反应速率”的要求越来越高，越来越注重科学表达和科学计算。

②对各因素影响化学反应速率的机理解释日益完善。

我国高中化学教科书在解释“化学反应速率影响因素”的影响机理时，也存在一定的进阶。1979年和    1984年只用“有效碰撞”“活化分子”“活化能”来解释温度和催化剂影响化学反应速率的机理;2007年还用“活化分子”和“有效碰撞”来解释浓度对化学反应速率的影响机理;2019年新增了“基元反应”，并用“基元反应”“有效碰撞”“活化分子”和“活化能”来解释所有因素的影响机理。在这一变迁过程中，教科书对“化学反应速率影响因素”机理的解释越来越全面和精细，说明高中化学课程对化学反应速率影响因素机理的解释日益完善。

③判断化学平衡移动的原理或方法更加全面。

从1979年到2007年，教科书中只提供了一条化学平衡移动原理，即勒夏特列原理，这是一条经验规律，且具有一定的局限性。2019年新增了一种判断化学平衡移动的方法，即利用浓度商Q 和平衡常数K 的相对大小来判断化学平衡移动的方向，精确的数据计算比纯理论的推断更具有说服力，且适用范围更广，体现了化学作为一门科学的严谨性和发展性。

④新增化学反应方向的判断。

1979年、1984年和1995年并没有提到如何判断化学反应的方向，2007年和2019年增加了“化学反应的方向”这一内容，这一内容的增加不仅符合学科逻辑，使《化学反应原理》更加完善，而且符合学生的认知发展。研究一个化学反应时，只知道化学反应速率是不够的，必须还知道反应进行的方向，才能判断出这个反应的终态。在“化学反应的方向”的内容中，还补充了“熵变”的概念，也是对高中化学课程内容的丰富。

⑤合成氨工业适宜条件的选取先删后加，合成氨工业简述被删减。

1979年、1984年和1995年除了介绍工业合成氨适宜条件的选择外，还简述了合成氨的工业流程，2007年将这部分内容完全删减，2019年重新加入了工业合成氨适宜条件的选择，且对工业合成氨适宜条件的介绍更加精确。然而这并不是一次简单的回归，这一内容对应的节标题由“合成氨工业”变化为“化学反应的调控”，这意味着从2019年开始，合成氨工业在教科书中只是帮助学生理解“化学反应调控”的手段，而非教学的最终目的，這一变化对学生理解化学反应速率和化学平衡的应用价值提出了要求，而弱化了对合成氨工业适宜条件的记忆;与此同时，合成氨工业简述并未被恢复，与前一讨论相呼应，应该是为了减轻学生学习和记忆的负担，更注重学生核心素养的发展。

（2）教科书中“化学反应速率与化学平衡”活动逐渐多样，实验活动的探究性和思路方法正在凸显。

改革开放以来，教科书中“化学反应速率与化学平衡”的活动数量有所增加，活动类型逐渐多样，且主要集中在“化学反应速率”和“化学平衡”部分。活动可被划分为实验类活动和思考类活动，其中实验类活动较多。因此对“化学反应速率”和“化学平衡”的实验类活动进一步展开分析。

①“化学反应速率”实验类活动有一定调整。

改革开放以来，高中化学教科书中“化学反应速率影响因素”都没有通过实验探究“压强对化学反应速率的影响”;2007年选修涉及了“测定化学反应速率的实验”，而其他教科书都没有，且2007年实验活动涉及的化学反应数量最多;2019年必修和选择性必修均设计了综合实验来探究“影响化学反应速率的因素”，且都有要求学生自行设计实验，对学生的要求有明显提高。

教科书中“化学反应速率影响因素”的实验都选用了“Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S ↓+SO2↑+H2O”和“H2O2=2H2O+O2↑”这两个反应，不同之处在于1979年到2007年 H2O2分解反应采用的催化剂都是MnO2，而2019年则改用FeCl3溶液。此外，2007年还涉及了“Zn+2H+=Zn2++H2↑”和“2KMnO4+5H2C2O4+ 3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+ 10CO2↑+8H2O”两个反应，实验活动更多，但也都是为了探究化学反应速率的影响因素。

②“化学平衡影响因素”实验类活动基本没有变化，但细节部分有所改动。

在探究浓度对化学平衡的影响时，教科书都选取了“FeCl3+3KSCN   Fe（SCN）3+3KCl”这一反应，在探究压强、温度对化学平衡的影响时，都选取了“2NO2      N2O4”这一反应;但在探究浓度对化学平衡的影响时，为改变 FeCl3溶液的浓度，2019年将滴加FeCl3溶液改为加入铁粉，是更加精确的控制变量法，对学生认知水平的要求有所提高。此外，2007年和2019年都只在选修/选择性必修中通过实验探究了“化学平衡影响因素”;2007年选修设置了2个实验来探究浓度对化学平衡的影响，但删减了压强对化学平衡的影响的实验。

（3）教科书中“化学反应速率与化学平衡”素材类型有所增加，数量上无明显变化。

高中化学教科书中素材的选取可以被分为自然界、生产生活、实验室、微观模型和化学史五种类型，前三种是从不同领域中获得的宏观经验，第四种是为了帮助学生理解而构建的微观示意图或结构图，第五种是从化学学科发展的历史出发，帮助学生建立化学概念和科学态度。本文中讨论的实验室素材是除实验类活动所涉及反应之外的补充反应。

①“化学反应速率”素材内容有增有减，新增化学史素材。

对改革开放以来高中化学教科书中“化学反应速率”部分的素材选取进行归类，见表2。

根据上表，可以发现：改革开放以来高中化学教科书在“化学反应速率”中，自然界、生产生活和微观模型类素材的选取存在删减和新增的反复，但总体来看变化不明显;2007年和2019年除了实验活动涉及的反应外，没有补充其他实验室素材;2007年和2019年新增了化学史素材，使教科书内容更加丰富。

②“化学平衡”素材内容有增有减，新增微观模型和化学史素材。

对改革开放以来高中化学教科书中“化学平衡”部分的素材选取进行归类，见表3。

根据上表，可以发现：改革开放以来高中化学教科书在“化学平衡”中，没有选取自然界素材;生产生活素材只有1个，在2007年被删减;2007年和2019年加入了两个化学史素材;2019年加入了1个微观模型素材;实验室素材最多，但存在删减和新增的反复，总体来看，最主要的变化是2019年删减了“固体溶解平衡/饱和溶液”这一素材。总体来看，改革开放以来高中化学教科书在“化学反应速率与化学平衡”中的素材在类型有所增加，在数量上无明显变化。

（4）教科书中“化学反应速率与化学平衡”内容组织逐步完善。

改革开放以来，高中化学教科书中在“化学反应速率与化学平衡”中有较为稳定的组织逻辑，图2表现了不同年代教科书中“化学反应速率与化学平衡”的组织结构，由于2007年和2019年分为必修和选修/选择性必修阶段，且选修/选择性必修阶段内容更加全面，与之前年代的教科书内容相似度更高，因此选择选修/选择性必修阶段来绘制“化学反应速率与化学平衡”的组织结构图。

从上图可以看出，教科书中不变的逻辑是“化学反应速率”→“影响化学反应速率的因素”→“化学平衡状态”→“影响化学平衡的因素”。1995年删减了“化学平衡常数”，2007年和2019年均加入了“化学平衡常数”;2007年把“可逆反应与不可逆反应”作为一个独立的节下标题来对待，而不只是在“化学平衡”中提及;2007年和2019年新增了“化学反应的方向”，而删减了“工业合成氨简述”;2007年选修删减了“化学反应的调控/选择工业合成氨的适宜条件”，2007年必修介绍了“化学反应的调控”，但是以“煤的燃烧”而不是“工业合成氨”为例。

目前人教版教科书中逐步形成的稳定组织结构如图3所示。

（5）教科书中“化学反应速率与化学平衡”内容呈现日益丰富。

改革开放以来，教科书中“化学反应速率与化学平衡”的内容呈现的丰富程度显著增大。1979年和1984年只通过正文、实验、图片和表格来呈现内容;1995年只增加了一个讨论活动;2007年和2019年内容呈现方式出现多样化，除了固有的正文、图片、表格和实验，还增加了丰富的活动和素材，主要以栏目的形式存在，包括思考与讨论、科学视野、科学史话、STS 栏目等。活动促使学生思考和探究，素材帮助学生理解和创新，这些呈现方式的增加，无疑会给我们的化学教学提供更可靠的辅助。

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