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以Fe3+催化过氧化氢分解机理为例的项目式学习

——基于化学学科核心素养培养的实验探究

一、教学与评价目标

1.教学目标

（1）通过实验体验催化剂能够加快化学反应速率。

（2）通过实验探究Fe3+对过氧化氢分解催化的机理，测定不同催化剂下反应路径的改变是否对化学反应

反应热造成改变，完善过氧化氢分解的能量变化图像。

（3）通过实验仪器、实验试剂的研究改进，促使学生领会研究化学问题的方法。

（4）通过制作负载Fe3+的硅胶颗粒并验证效果，体验“学以致用”，增强社会责任感。

2．评价目标

（1）通过对实验装置设计方案的交流与点评，诊断并发展学生的实验探究水平（定性水平）。

（2）通过对“反应路径的改变确实不会改变反应热”的感知与分析，诊断并发展学生对催化分解过程的

能量变化图像的认识进阶（宏观现象、微观认识）以及认识思路的结构化水平（视角水平、内涵水平）。

（3）通过对实验试剂改进（负载FeO、MnO等难溶颗粒物）方案的提出及实施，诊断并发展学生对化

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学价值的认识水平（学科价值视角、社会价值视角、学科和社会价值视角）。

二、教学与评价思路

Ⅰ宏观现象Ⅱ微观本质Ⅲ问题解决

化学科学实践化学科学思维化学科学价值

科学探究与创新意识宏观辨识与微观探析科学态度与社会责任

实验设计证据推理与模型认知体现社会价值的

诊断实验探究水平发展知识关联结构化水平方案的评价与选择

发展认识思路结构化水平

三、教材与学情分析

1.教材分析

本实验项目选自人教版高中化学教材选修4——《化学反应原理》。

新课程标准要求：通过实验探究催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律。

2.学情分析

学生在初中化学学习中最早接触到了催化剂的概念——在化学反应里能改变反应物化学反应速率（一

般是提高）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。但是这

个概念使学生产生了一个较大的误解，大多数学生认为催化剂在改变化学反应速率时是不参加化学反应

的，学生更不可能知道有中间体的存在；此外，概念中也完全没有提及催化剂的工作原理，使学生对此概

念感觉“神秘莫测”。

在高中化学必修2模块中，【实验3-3】探究乙醇的催化氧化过程中使用了铜丝作为该实验的催化剂，

实验中铜丝经历先变黑、后恢复红色的过程，实际上CuO便是该催化过程的中间体，但是基于该内容承载

的有机物性质，教师通常忽略了对催化机理的分析。事实上，在很多时候我们会将该过程主要表示为：

CHCHOH+CuO→CHCHO+Cu+HO，这也是教教学中不重视催化机理教学的一种体现。

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在高中化学选修4模块中，催化剂被再次重提，这一次则被表述为“降低反应的活化能”，对于相当

一部分学生来说则更显得抽象难懂。教材中为了解释催化剂参与过程中的能量变化，在原有曲线的下方绘

制了一条光滑的曲线，但回避了（不能反映）催化反应中（过程中）物质能量的真实变化情况，学生依然

不能准确理解催化剂的工作原理。

四、理论依据和设计理念

1.教学设计的理论依据——化学学科核心素养的培育

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，其特征是

从微观层次认识物质，以符号形式描述物质，在不同层面创造物质。

普通高中《化学课程标准》（2017版）中指出，学生应该能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、

结构、性质和变化，形成“结构决定性质”的观念。能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。

化学实验是化学教学的重要组成部分，也是学生建构化学学科素养的必经之途。尤其在《化学反应原

理》模块的学习中，学生需要在原有对化学反应速率的表观认识逐步深入到微观层面的认知。只有借助深

入的实验探究，学生才可能实现从宏观辨识到微观探析、通过实验证据的推理形成对化学抽象理论的模型

认知。

2．教学设计理念——关注学生“痛点”