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基于学生核心素养发展的实验设计 　　摘要：中学生从微观层次上认识物质具有一定的难度，巧妙的实验设计可以变抽象为形象，帮助学生克服认知困难。精心设计了3个实验：影响化学反应速率的因素及液态均相体系中催化剂作用机理的探究、熵增吸热反应和铁离子颜色的探究。这些实验能生动、直观地呈现化学学习的对象，有助于学生理解知识，以及促进学生在宏微结合、变化守恒、实践创新等方面学科核心素养的发展。　　关键词：核心素养；实验设计；化学反应速率；熵变与焓变；铁离子颜色　　文章编号：1005?C66297?C0052?C04 中图分类号： 文献标识码：B　　化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化及其应用的一门基础学科。对于中学生来说，从微观层次认识物质具有一定的难度。化学实验能适应中学生的认知特点，为他们形成化学知识技能提供直观、生动、具体的感性材料和例证，帮助他们克服认知困难和提高认知质量[1]。在多年的教学实践中，笔者发现教学中有一些难以讲清讲透的知识点和学生困惑的问题，为解决这些问题进行了实验设计。如学生对于催化剂参与化学反应的过程十分感兴趣，但教材中没有均相体系中催化剂参与反应过程的相关实验，因此在学习相关内容时设计了氯化钴催化酒石酸钾钠与过氧化氢的实验，通过溶液颜色的变化证明催化剂参与了化学反应；熵变与焓变比较抽象，学生难以理解，一直是教学的难点之一，用生活中常用的自发热热敷袋和学生熟悉的碳酸氢盐与氯化钙的反应实验，通过观察物态和温度的变化来帮助学生理解熵变与焓变；铜盐和铁盐在生活中很常见，但它们的颜色却令人困惑，铁离子颜色的探究实验能帮助学生答疑解惑。通过这些实验设计，巧妙地变抽象为形象，破译教材难点，解答学生困惑，促进学生在宏微结合、变化守恒、实践创新等方面学科核心素养的发展。　　1 影响化学反应速率的因素及液态均相体系中催化剂作用机理的探究　　化学反应速率是高中化学的重要内容。温度、浓度、压强、催化剂对化学反应速率的影响，教材中通过不同类型的典型实验来展现。其中，催化剂对化学反应速率的改变最为显著，学生对催化剂改变化学反应速率的作用机理十分感兴趣。与温度、浓度、压强这几种因素对反应速率的影响机理相比，催化剂的催化原理较难理解。各版本高中选修教材《化学反应原理》中均有阐述：催化剂能改变反应的路径，使发生反应所需的活化能降低，从而加快反应速率。但这一反应机理光靠理论阐述和图示讲解很难使学生信服。通过以下实验可让学生明白催化剂确实参与了化学反应，但反应前后的质量及化学性质并未改变。　　实验1 液态均相体系中催化剂作用机理的探究　　在锥形瓶中加入5%的酒石酸钾钠溶液40mL和10%的过氧化氢溶液10mL，加热至40℃。　　在锥形瓶中再加入2%的氯化钴溶液10mL，注意观察锥形瓶内溶液及其颜色变化。　　[反应现象]加入氯化钴后，溶液呈钴离子的淡红色，很快变为浅棕色，有小气泡产生。随着反应的进行，溶液逐渐变为绿色。反应最剧烈时，溶液呈深绿色，并伴随着大量气体放出。然后颜色逐渐变浅，反应结束后又恢复为原来的淡红色。　　酒石酸根离子与过氧化氢反应生成二氧化碳，加入氯化钴作为催化剂，气体迅速产生。反应中钴离子颜色的变化十分清楚地显示催化剂参与了反应，有中间体生成。催化反应的途径不是越过单一的高能垒，而是越过两个较低的能垒。　　酒石酸钾钠与过氧化氢的反应不仅可以揭示催化剂的催化原理，也能用于其他有关影响化学反应速率因素的实验。　　扩展实验1 浓度对化学反应速率的影响　　取两个锥形瓶，在锥形瓶1中加入5%的酒石酸钾钠溶液40mL和10%的过氧化氢溶液10mL；在锥形瓶2中加入10%的酒石酸钾钠溶液40mL和15%的过氧化氢溶液10mL，均加热至40℃。　　在两个锥形瓶中均加入2%的氯化钴溶液10mL，注意观察锥形瓶内溶液的变化并加以比较。　　[实验现象]两锥形瓶溶液颜色的变化一致，但可以观察到瓶2中产生的气泡更多，比瓶1反应更剧烈。　　扩展实验2 温度对化学反应速率的影响　　取两个锥形瓶，均加入10%的酒石酸钾钠溶液40mL和15%的过氧化氢溶液10mL。　　瓶1加热至40℃，停止加热；瓶2继续加热，观察现象并加以比较。　　[实验现象]瓶1中无现象；瓶2加热至近沸，看到有小气泡产生，停止加热，仍有气泡产生，用盛过澄清石灰水的烧杯罩在锥形瓶口，可看到烧杯壁出现白色浑浊。　　此组实验直观明了地诠释影响化学反应速率的因素及其机理，尤其是将催化剂参与化学反应这一微观过程通过颜色变化形象鲜明地呈现在学生眼前，帮助学生理解有效碰撞模型、活化分子和活化能的概念。有助于培养学生的证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析等学科核心素养。　　2 生活中的实例与化学反应的熵变与焓变　　化学反应进行的方向是一个比较复杂的