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摘要：本课例选择实际生产中的真实情境，以石油化工中正丁烷催化脱氢反应为例，在理论与实际对比的矛盾冲突中建构思维模型，运用模型解决真实情境中化学反应调控问题，培养“证据推理与模型认知”“变化观念与平衡思想”的核心素养。
关键词：化学反应速率;化学平衡;模型建构;核心素养
文章编号：1008-0546（2020）04-0068-05
中图分类号：G632.41
文献标识码：B
doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.04.017
一、指导思想与理论依据
《普通高中化学课程标准（2017年版）》[1]（下称“新课标”）中提出化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”。新课标对化学反应、限度和速率这一主题中化学反应调控的要求为：认识化学反应速率和化学平衡在生产、生活和科学研究中的重要作用。知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。
结合新课标中的要求，选择实际生产中的化学反应调控问题为真实情境，经过文献调研[2-6]，选择了提高石油化工中碳四烃的利用率为主题，以正丁烷催化脱氢制正丁烯反应的调控为研究对象。本课例的指导思想是从理论分析与真实情景的矛盾出发，建立思维模型，引导学生基于实际结果，结合模型进行分析，形成解决真实情境中化学反应速率和化学平衡问题的方法，体现化学反应速率和化学平衡对于调控化学反应的作用，培养学生“证据推理与模型认知”“变化观念与平衡思想”的核心素养。
二、教学背景知识分析
化学反应速率、化学平衡和反应进行的方向等化学反应原理知识，在人教版教科书中属于高中化学选修4《化学反应原理》第二章内容[7]。化学反应速率和化学平衡体现了以下价值：（l）学科价值，化学反应速率和化学平衡是中学理论化学的基础，是学习后续章节水溶液中的离子平衡、沉淀溶解平衡的基础;（2）社会价值，应用化学反应速率和化学平衡理论实现对生产生活中化学反应的调控和利用，使反应符合人们的需求;（3）学生价值，化学反应速率和化学平衡使学生更深刻、更全面地理解化学反应，有助于培养学生的学科素养。
本章虽然没有具体地介绍化工生产内容，但选择化工生产最适宜的条件必然涉及化学反应速率和化学平衡等理论的应用。可以引导学生学习分析具体反应的特点，进而利用所学理论知识进行合理选择。同时要学习全面思考各种条件的相互影响，在比较中趋利避害，取得最优化的条件，使学生了解化学理论对于实际生产的指导作用[8]。
三、学生学习困难分析
高三一轮复习中，已完成对于化学反应速率和化学平衡的章节复习，学生对于该章节的基础概念掌握熟练。在前测中，96%以上的学生可以对于熟悉的可逆反应，仅改变一个外界条件时，准确地分析化学反应速率的变化和化学平衡的移动。
但是，对于真实情境的分析，如体系中有多个化学反应同时发生，尤其是对于工业生产中复杂图表的分析（如2019年北京理综27（1）④题，2018年北京理综26（4）题等），学生缺乏有效的分析方法，往往还是靠猜测。在前测中，51%的学生难以从复杂图表中提取出有效的信息，87%的学生对于有多个化学反应同时发生的复杂体系，感觉无从下手。这是重点要去解决、突破的问题。
四、基于模型建构的教学活动设计与实施
1.整体教学思路
基于上述分析，本课例的教学目标是：教会学生从图表、文字中提取有效信息，并结合已有知识体系，运用“全面搜索”的方法对于信息进行加工;从理论向实际应用迁移，帮助学生逐步建立并扩展思维模型，掌握实际生产中化学反应调控问题的解题思路。
为达到该目标，如表1所示，本课例将实际生产主题下真实情境中的化学反应调控问题设计为3个活动：（l）活动一模型建立;（2）活动二模型应用;（3）活动三模型扩展应用。这一设计能够体现学生思维和能力提升的过程，即从对理论的分析上升到对具体实例的分析，将这种分析的思维路径概括为思维模型并转化为解决问题的能力。
2.教学实施与目的分析
环节1：情境引入
[问题1]我国石油化工发达吗？判断依据是什么？
[素材1]除乙烯外，碳四烴也是一种重要的石油化工产品。目前我国碳四烃产量高，但利用率低。为解决上述问题，可用碳四烃中的正丁烷催化脱氢制正丁烯，进一步转化得到高附加值化工产品。本课例以正丁烷催化脱氢反应为背景，研究如何调控化学反应，提高生产效率。
[设置意图1]创设与实际生产相关的真实情境，引入课题，体现化学学科的应用价值。
环节2：活动一模型建立
[素材2.1]介绍正丁烷催化脱氢反应装置，给出
[学生活动1]画出只改变一个外界条件对反应“C4H10（g）
C4H8（g） H2（g）
H= 123kj/mol”中正丁烷平衡转化率的影响。
[学生学习表现]对于熟悉的改变外界条件对于化学平衡移动影响的问题，如图1所示，学生能够快速地从三个角度，即浓度（进料比）、压强和温度作图进行正确的回答。
[设置意图2.1]从基础概念出发，体现检测功能，强化落实基础知识。
[素材2.2]实际生产中，由氢气和正丁烷组成的进料气持续通入反应装置中，反应不一定到达平衡状态，实际测得不是正丁烷平衡转化率而是单位时间正丁烯产率。
[问题2]单位时间正丁烯产率和正丁烷平衡转化率有什么不同？ [学生活动2]画出只改变一个外界条件对单位时间正丁烯产率的影响。
[学生学习表现]学生运用所学知识，大多能够想到单位时间产率相比平衡转化率，既受化学平衡影响同时也受化学反应速率影响，如图2（a）所示，也能想到从浓度（进料比）、压强、温度和催化剂活性四个角度作图进行回答，但部分学生遇到外界条件对化学反应速率与化学平衡的影响方向不同时，不能很好地判断主要影响因素，遇到了一些困难。
如图2（h）所示，左图学生未能区分单位时间产率和平衡转化率的区别，只考虑了化学平衡的影响而忽略了化学反应速率的影响;右图学生想法是相同条件下，催化剂活性越高反应速率越快，但是忽略了该反应为可逆反应，反应达到化学平衡状态时，单位时间产率不再变化。应要求学生分别思考外界条件对于化学反应速率和化学平衡的影响，当化学反应速率较慢时，反应可能未达平衡，以化学反应速率的变化为主要影响因素，当化学反应速率较快时，反应可能已达平衡，以化学平衡的移动为主要影响因素。
[设置意图2.2]从理论向实际发展，建立改变外界条件，应分别从化学反应速率和化学平衡两个角度调控化学反应的思维模型，如图2 （c）所示。关注图2（a）中的部分图像不是单调变化，存在拐点，应强调出是不同因素影响导致的，为后续的教学做好铺垫。
[素材2.3]实际生产中一个大气压和一定温度下单位时间正丁烯产率与进料比[n（氢气）/n（正丁烷）]的关系如图3所示，与图2（a）中图形进行对比。
[学生活动3]使用思维模型，结合化学反应原理解释图中曲线变化趋势。
[学生学习表现]学生通过对比不难发现，图3中只有拐点之后的变化趋势符合之前图2（a）中所画的图形，这部分通过增大进料比反应物浓度增大，生成物浓度减小，从化学反应速率和化学平衡两个角度均可解释。但对于拐点之前的变化趋势，与图2（a）中所画出图形变化趋势相反，学生在解释时遇到了一定障碍，正丁烷是反应物，氢气是生成物，增大进料比即降低反应物浓度同时增大生成物浓度，使化学反应速率减小同时化学平衡向左移动，均无法解释单位时间正丁烯产率的增大，引发了学生的认知冲突。在讨论过程中，有部分学生感觉困惑，也有学生对实验结果进行逆向推理，寻找使化学反应速率增大的过程中，关注信息中的深度脱氢反应“C4H10高溫4C 5H2”，增大进料比能抑制该反应发生，抑制催化剂表面积炭，保证了催化剂的活性。
[设置意图2.3]理论分析与实验结果对比，形成认知冲突，对思维模型进行完善。尤其是拐点前图像与预期相反，只能用信息中反应进行推测，发现催化剂表面生成积炭会对催化剂活性产生影响，从化学反应速率的角度进行解释。值得注意的是，即使只改变一个外界条件，也可能造成多种影响因素的变化，如图3中的增大进料比，不仅会使反应物浓度减小，生成物浓度增大，还能够抑制催化剂表面生成积炭，所以应结合实验结果进行逆向推理，找出主要影响因素。
环节3：活动二模型应用
[素材3]实际生产中在进料比[n（氢气）/n（正丁烷）=1]时生成物单位时间产率和反应温度的关系曲线，如图4和表2所示。
[学生活动41590℃时，单位时间正丁烯的产率达到最大值，结合化学反应原理分析可能的原因。
[学生学习表现]学生观察单位时间产率随温度的变化，也呈现先增大后减小的趋势，只有拐点前的曲线符合图2（a）所画图形，学生能使用思维模型，分别从化学反应速率和化学平衡这两个角度进行解释。对于拐点后的变化趋势，学生也能从思维模型中获得启示，去寻找不同的影响因素。有学生关注了图4中副产物1产率和反应物的转化率均随温度升高而增大，说明反应物正丁烯浓度降低，从主反应化学平衡向左移动的角度进行了解释。
[问题3]从图像可知，590℃后单位时间正丁烯产率呈“断崖式”下降，除了化学平衡的影响外，还可能是什么原因呢？
[学生学习表现]学生通过思考，除了化学平衡影响外，只能是化学反应速率的影响。关注了催化脱氢反应使用了催化剂，只能是温度升高，导致催化剂活性降低，使反应速率下降的结果。
[设置意图3]应用已建构的思维模型讨论实际问题，通过提示，使学生形成对影响化学反应速率和化学平衡的外界因素逐一进行思考，即称为“全面搜索”的思维方式，使用思维模型的过程中，学生从以往单一正向推理的思路，转换为基于实验结果的，寻找多因素影响的“全面搜索”型思路。让学生明确改变外界条件调控化学的目的是：提高催化剂选择性和主反应的竞争性，使原料在主反应中的转化率升高。同时思考改变外界条件对于主反应和副反应的影响，进一步形成在复杂体系中调控化学反应的思维模型，如图5所示。
环节4：活动三模型扩展应用
[素材4]有研究者认为，催化脱氢法存在缺点：（l）催化脱氢为吸热反应需持续供能提高生产成本;（2）需定期清除催化剂表面积炭。
[问题4]参考表3中材料，能否解决上述问题？
[学生活动5]讨论催化脱氢体系中引入新物质的优缺点。
[学生学习表现]学生关注表3中的热化学方程式，分析了发生的反应和能量变化讨论了O2与CO2的优缺点。引入O2的优点有：（l）清除积炭，（2）与H2反应降低生成物浓度使平衡向右移动，（3）发生放热反应提供能量，缺点是与产物正丁烯发生深度氧化反应;引入CO2的优点有：（1）清除积炭，（2）与H2反应降低生成物浓度使平衡向右移动，（3）抑制深度氧化反应发生，缺点是发生吸热反应不能提供能量，通过对比，发现二者的优缺点是互补的，将二者按照一定比例使用会有更好的效果，而实际生产中也确实采用了这种方法。 [设置意图4]在使用思维模型研究更复杂的体系时，可以将新“变量”，如表3中的新物质、新化学反应和能量变化融入到原有的思维模型中，在基于化学反应速率和化学平衡调控化学反应思路不变的前提下，对原有的思维模型进一步扩展，如图6所示。通过对比O2与CO2的优缺点，激发学生思维，获得最优的调控方法。该环节说明当模型存在不足，就对于模型进行发展，即引入新物质后，发生新反应，产生能量变化，对主反应产生影响的同时，可能抑制原有副反应，也可能引入新的副反应，需要在评价时权衡利弊。
五、教学效果分析与教学反思
1.教学效果分析
教学后对于学生的学习效果进行了后测，如表4所示，结果显示：86%的学生能够从复杂图表中提取出外界条件对于化学反应速率或化学平衡具体影响的变化方向（课前只有49%的学生能做到这一点），93%的学生会主动地使用“全面搜索”型思路逐一寻找符合真实情境实验结果的影响因素，76%的学生能够在多个化学反应同时发生、多因素影响的体系中找出主要的影响因素。通过与学生交流得到，学生感到本节课的情境挑战性较强，但同时也提升了解决该类问题的能力;遇到一些真实情境中的图表图像含有“拐点”等异常现象，从最初的靠感觉碰运气，到参考思维模型，可以有针对性地从浓度、压强、温度、催化剂和固体接触面积对化学反应速率的影响以及从浓度、压强和温度对化学平衡的影响去逐一分析。 2.教学反思 此教学设计是在真实情境中基于核心素养建构思维模型的教学，具有以下两个特点：（1）在教学过程中，关注了学生思维路径和思考过程的细节，将抽象的表格和图形转化为可被学生提取利用的化学信息，通过建构思维模型，培养学生建立外界條件、图表和实验结果之间的逻辑关系，让学生学会了处理真实情境下问题的方法，分别从外界因素对于化学反应速率和化学平衡的影响这两个角度进行思考，根据实验结果，找出主要的影响因素，培养了学生“证据推理与模型认知”的核心素养;（2）提高了学生对于化学反应速率与化学平衡的认知水平，通过真实情境中的化学反应调控问题，认识化学变化有一定的限度和速率，是可以通过改变外界条件甚至加入新的物质进行调控的，在分析改变外界条件对于复杂体系影响时，也能从多角度分别进行具体的分析，解决简单的实际问题，培养了学生“变化观念与平衡思想”的核心素养。
参考文献
[1] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：2-6
[2]胥月兵，陆江银，钟梅，王吉德.v02/Si02催化剂上正丁烷催化脱氢制正丁烯[J].天然气化工，2008，33（3）：26-30
[3] 胥月兵，陆江银，王吉德 正丁烷脱氢制正丁烯催化剂[J].化学进展，2007，19（10）：1481-1487
[4]杨朋坤，陆江银，胥月兵.C02氛围中低碳烷烃制烯烃催化剂的研究进展[J].化工进展，2009，28（4）：639-645
[5]Shanhai Ge. Changhou Liu， Shouchen Zhang， Zhihua LiEffeCt of carhon dioxide on the reaction performance of oxi-dativedehydrogenation of n-butane over V-Mg-0 catalyst[J].Catal.Commun.， 2003， 94（2）：121-126
[6]Florentina Urlan， loan- Cezar Marcu， loan Sandulescu.Oxi-dative dehvdrogenation of n-butane overtitanium pyrophos-phate catalystsinthe presence ofCarhon dioxide[J].Chem.Eng.J. 2008，9（14）：2403-2406
[7] 宋心琦.化学反应原理[M].北京：人民教育出版社，2007：16-38
[8] 支瑶，王磊.基于促进学科素养发展的高中化学新课程教材研究[J].中学化学教学参考，2009（10）：3-8
关键词：化学反应速率;化学平衡;模型建构;核心素养
文章编号：1008-0546（2020）04-0068-05
中图分类号：G632.41
文献标识码：B
doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.04.017
一、指导思想与理论依据
《普通高中化学课程标准（2017年版）》[1]（下称“新课标”）中提出化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”。新课标对化学反应、限度和速率这一主题中化学反应调控的要求为：认识化学反应速率和化学平衡在生产、生活和科学研究中的重要作用。知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。
结合新课标中的要求，选择实际生产中的化学反应调控问题为真实情境，经过文献调研[2-6]，选择了提高石油化工中碳四烃的利用率为主题，以正丁烷催化脱氢制正丁烯反应的调控为研究对象。本课例的指导思想是从理论分析与真实情景的矛盾出发，建立思维模型，引导学生基于实际结果，结合模型进行分析，形成解决真实情境中化学反应速率和化学平衡问题的方法，体现化学反应速率和化学平衡对于调控化学反应的作用，培养学生“证据推理与模型认知”“变化观念与平衡思想”的核心素养。
二、教学背景知识分析
化学反应速率、化学平衡和反应进行的方向等化学反应原理知识，在人教版教科书中属于高中化学选修4《化学反应原理》第二章内容[7]。化学反应速率和化学平衡体现了以下价值：（l）学科价值，化学反应速率和化学平衡是中学理论化学的基础，是学习后续章节水溶液中的离子平衡、沉淀溶解平衡的基础;（2）社会价值，应用化学反应速率和化学平衡理论实现对生产生活中化学反应的调控和利用，使反应符合人们的需求;（3）学生价值，化学反应速率和化学平衡使学生更深刻、更全面地理解化学反应，有助于培养学生的学科素养。
本章虽然没有具体地介绍化工生产内容，但选择化工生产最适宜的条件必然涉及化学反应速率和化学平衡等理论的应用。可以引导学生学习分析具体反应的特点，进而利用所学理论知识进行合理选择。同时要学习全面思考各种条件的相互影响，在比较中趋利避害，取得最优化的条件，使学生了解化学理论对于实际生产的指导作用[8]。
三、学生学习困难分析
高三一轮复习中，已完成对于化学反应速率和化学平衡的章节复习，学生对于该章节的基础概念掌握熟练。在前测中，96%以上的学生可以对于熟悉的可逆反应，仅改变一个外界条件时，准确地分析化学反应速率的变化和化学平衡的移动。
但是，对于真实情境的分析，如体系中有多个化学反应同时发生，尤其是对于工业生产中复杂图表的分析（如2019年北京理综27（1）④题，2018年北京理综26（4）题等），学生缺乏有效的分析方法，往往还是靠猜测。在前测中，51%的学生难以从复杂图表中提取出有效的信息，87%的学生对于有多个化学反应同时发生的复杂体系，感觉无从下手。这是重点要去解决、突破的问题。
四、基于模型建构的教学活动设计与实施
1.整体教学思路
基于上述分析，本课例的教学目标是：教会学生从图表、文字中提取有效信息，并结合已有知识体系，运用“全面搜索”的方法对于信息进行加工;从理论向实际应用迁移，帮助学生逐步建立并扩展思维模型，掌握实际生产中化学反应调控问题的解题思路。
为达到该目标，如表1所示，本课例将实际生产主题下真实情境中的化学反应调控问题设计为3个活动：（l）活动一模型建立;（2）活动二模型应用;（3）活动三模型扩展应用。这一设计能够体现学生思维和能力提升的过程，即从对理论的分析上升到对具体实例的分析，将这种分析的思维路径概括为思维模型并转化为解决问题的能力。
2.教学实施与目的分析
环节1：情境引入
[问题1]我国石油化工发达吗？判断依据是什么？
[素材1]除乙烯外，碳四烴也是一种重要的石油化工产品。目前我国碳四烃产量高，但利用率低。为解决上述问题，可用碳四烃中的正丁烷催化脱氢制正丁烯，进一步转化得到高附加值化工产品。本课例以正丁烷催化脱氢反应为背景，研究如何调控化学反应，提高生产效率。
[设置意图1]创设与实际生产相关的真实情境，引入课题，体现化学学科的应用价值。
环节2：活动一模型建立
[素材2.1]介绍正丁烷催化脱氢反应装置，给出
[学生活动1]画出只改变一个外界条件对反应“C4H10（g）
C4H8（g） H2（g）
H= 123kj/mol”中正丁烷平衡转化率的影响。
[学生学习表现]对于熟悉的改变外界条件对于化学平衡移动影响的问题，如图1所示，学生能够快速地从三个角度，即浓度（进料比）、压强和温度作图进行正确的回答。
[设置意图2.1]从基础概念出发，体现检测功能，强化落实基础知识。
[素材2.2]实际生产中，由氢气和正丁烷组成的进料气持续通入反应装置中，反应不一定到达平衡状态，实际测得不是正丁烷平衡转化率而是单位时间正丁烯产率。
[问题2]单位时间正丁烯产率和正丁烷平衡转化率有什么不同？ [学生活动2]画出只改变一个外界条件对单位时间正丁烯产率的影响。
[学生学习表现]学生运用所学知识，大多能够想到单位时间产率相比平衡转化率，既受化学平衡影响同时也受化学反应速率影响，如图2（a）所示，也能想到从浓度（进料比）、压强、温度和催化剂活性四个角度作图进行回答，但部分学生遇到外界条件对化学反应速率与化学平衡的影响方向不同时，不能很好地判断主要影响因素，遇到了一些困难。
如图2（h）所示，左图学生未能区分单位时间产率和平衡转化率的区别，只考虑了化学平衡的影响而忽略了化学反应速率的影响;右图学生想法是相同条件下，催化剂活性越高反应速率越快，但是忽略了该反应为可逆反应，反应达到化学平衡状态时，单位时间产率不再变化。应要求学生分别思考外界条件对于化学反应速率和化学平衡的影响，当化学反应速率较慢时，反应可能未达平衡，以化学反应速率的变化为主要影响因素，当化学反应速率较快时，反应可能已达平衡，以化学平衡的移动为主要影响因素。
[设置意图2.2]从理论向实际发展，建立改变外界条件，应分别从化学反应速率和化学平衡两个角度调控化学反应的思维模型，如图2 （c）所示。关注图2（a）中的部分图像不是单调变化，存在拐点，应强调出是不同因素影响导致的，为后续的教学做好铺垫。
[素材2.3]实际生产中一个大气压和一定温度下单位时间正丁烯产率与进料比[n（氢气）/n（正丁烷）]的关系如图3所示，与图2（a）中图形进行对比。
[学生活动3]使用思维模型，结合化学反应原理解释图中曲线变化趋势。
[学生学习表现]学生通过对比不难发现，图3中只有拐点之后的变化趋势符合之前图2（a）中所画的图形，这部分通过增大进料比反应物浓度增大，生成物浓度减小，从化学反应速率和化学平衡两个角度均可解释。但对于拐点之前的变化趋势，与图2（a）中所画出图形变化趋势相反，学生在解释时遇到了一定障碍，正丁烷是反应物，氢气是生成物，增大进料比即降低反应物浓度同时增大生成物浓度，使化学反应速率减小同时化学平衡向左移动，均无法解释单位时间正丁烯产率的增大，引发了学生的认知冲突。在讨论过程中，有部分学生感觉困惑，也有学生对实验结果进行逆向推理，寻找使化学反应速率增大的过程中，关注信息中的深度脱氢反应“C4H10高溫4C 5H2”，增大进料比能抑制该反应发生，抑制催化剂表面积炭，保证了催化剂的活性。
[设置意图2.3]理论分析与实验结果对比，形成认知冲突，对思维模型进行完善。尤其是拐点前图像与预期相反，只能用信息中反应进行推测，发现催化剂表面生成积炭会对催化剂活性产生影响，从化学反应速率的角度进行解释。值得注意的是，即使只改变一个外界条件，也可能造成多种影响因素的变化，如图3中的增大进料比，不仅会使反应物浓度减小，生成物浓度增大，还能够抑制催化剂表面生成积炭，所以应结合实验结果进行逆向推理，找出主要影响因素。
环节3：活动二模型应用
[素材3]实际生产中在进料比[n（氢气）/n（正丁烷）=1]时生成物单位时间产率和反应温度的关系曲线，如图4和表2所示。
[学生活动41590℃时，单位时间正丁烯的产率达到最大值，结合化学反应原理分析可能的原因。
[学生学习表现]学生观察单位时间产率随温度的变化，也呈现先增大后减小的趋势，只有拐点前的曲线符合图2（a）所画图形，学生能使用思维模型，分别从化学反应速率和化学平衡这两个角度进行解释。对于拐点后的变化趋势，学生也能从思维模型中获得启示，去寻找不同的影响因素。有学生关注了图4中副产物1产率和反应物的转化率均随温度升高而增大，说明反应物正丁烯浓度降低，从主反应化学平衡向左移动的角度进行了解释。
[问题3]从图像可知，590℃后单位时间正丁烯产率呈“断崖式”下降，除了化学平衡的影响外，还可能是什么原因呢？
[学生学习表现]学生通过思考，除了化学平衡影响外，只能是化学反应速率的影响。关注了催化脱氢反应使用了催化剂，只能是温度升高，导致催化剂活性降低，使反应速率下降的结果。
[设置意图3]应用已建构的思维模型讨论实际问题，通过提示，使学生形成对影响化学反应速率和化学平衡的外界因素逐一进行思考，即称为“全面搜索”的思维方式，使用思维模型的过程中，学生从以往单一正向推理的思路，转换为基于实验结果的，寻找多因素影响的“全面搜索”型思路。让学生明确改变外界条件调控化学的目的是：提高催化剂选择性和主反应的竞争性，使原料在主反应中的转化率升高。同时思考改变外界条件对于主反应和副反应的影响，进一步形成在复杂体系中调控化学反应的思维模型，如图5所示。
环节4：活动三模型扩展应用
[素材4]有研究者认为，催化脱氢法存在缺点：（l）催化脱氢为吸热反应需持续供能提高生产成本;（2）需定期清除催化剂表面积炭。
[问题4]参考表3中材料，能否解决上述问题？
[学生活动5]讨论催化脱氢体系中引入新物质的优缺点。
[学生学习表现]学生关注表3中的热化学方程式，分析了发生的反应和能量变化讨论了O2与CO2的优缺点。引入O2的优点有：（l）清除积炭，（2）与H2反应降低生成物浓度使平衡向右移动，（3）发生放热反应提供能量，缺点是与产物正丁烯发生深度氧化反应;引入CO2的优点有：（1）清除积炭，（2）与H2反应降低生成物浓度使平衡向右移动，（3）抑制深度氧化反应发生，缺点是发生吸热反应不能提供能量，通过对比，发现二者的优缺点是互补的，将二者按照一定比例使用会有更好的效果，而实际生产中也确实采用了这种方法。 [设置意图4]在使用思维模型研究更复杂的体系时，可以将新“变量”，如表3中的新物质、新化学反应和能量变化融入到原有的思维模型中，在基于化学反应速率和化学平衡调控化学反应思路不变的前提下，对原有的思维模型进一步扩展，如图6所示。通过对比O2与CO2的优缺点，激发学生思维，获得最优的调控方法。该环节说明当模型存在不足，就对于模型进行发展，即引入新物质后，发生新反应，产生能量变化，对主反应产生影响的同时，可能抑制原有副反应，也可能引入新的副反应，需要在评价时权衡利弊。
五、教学效果分析与教学反思
1.教学效果分析
教学后对于学生的学习效果进行了后测，如表4所示，结果显示：86%的学生能够从复杂图表中提取出外界条件对于化学反应速率或化学平衡具体影响的变化方向（课前只有49%的学生能做到这一点），93%的学生会主动地使用“全面搜索”型思路逐一寻找符合真实情境实验结果的影响因素，76%的学生能够在多个化学反应同时发生、多因素影响的体系中找出主要的影响因素。通过与学生交流得到，学生感到本节课的情境挑战性较强，但同时也提升了解决该类问题的能力;遇到一些真实情境中的图表图像含有“拐点”等异常现象，从最初的靠感觉碰运气，到参考思维模型，可以有针对性地从浓度、压强、温度、催化剂和固体接触面积对化学反应速率的影响以及从浓度、压强和温度对化学平衡的影响去逐一分析。 2.教学反思 此教学设计是在真实情境中基于核心素养建构思维模型的教学，具有以下两个特点：（1）在教学过程中，关注了学生思维路径和思考过程的细节，将抽象的表格和图形转化为可被学生提取利用的化学信息，通过建构思维模型，培养学生建立外界條件、图表和实验结果之间的逻辑关系，让学生学会了处理真实情境下问题的方法，分别从外界因素对于化学反应速率和化学平衡的影响这两个角度进行思考，根据实验结果，找出主要的影响因素，培养了学生“证据推理与模型认知”的核心素养;（2）提高了学生对于化学反应速率与化学平衡的认知水平，通过真实情境中的化学反应调控问题，认识化学变化有一定的限度和速率，是可以通过改变外界条件甚至加入新的物质进行调控的，在分析改变外界条件对于复杂体系影响时，也能从多角度分别进行具体的分析，解决简单的实际问题，培养了学生“变化观念与平衡思想”的核心素养。
参考文献
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