自主、合作、探究教學模式在化學教學中的應用——以《質量守恒定律》教學為例

高薛琴

（無錫市江南中學 江蘇 無錫 214000）

一、教材分析與教學思路

1．教材分析

質量守恒定律的發現為化學研究打開了一扇大門，它為化學家從量變的角度去研究化學變化提供了最精確的理論依據，也為后來發現的有關化學變化的一些規律奠定了基礎。人教版九年級化學教材第五單元課題1引入了質量守恒定律的內容。這一課題的引入也使學生開始走進了從量變研究化學變化的的大門。

質量守恒定律是初中化學的一個重要化學規律，是分析物質在化學反應中的質量關系的理論依據，它的應用貫穿于整個中學化學。本節教材在初中化學里有著承上啟下的作用。本單元的學習能使學生建立“世界是由物質組成、物質是由元素組成、物質是由微粒構成”和“物質是不滅的、物質是可變的、物質是不斷運動”的化學基本觀念。本節課的教學將引領學生對化學反應的認識開始了從“質”到“量”的過渡，也為之后化學方程式的書寫和計算的教學構建了理論鋪墊，所以本課內容不僅是本單元的一個重點，也是整個中學化學的教學重點之一。

2．學情分析

（1）學生的知識狀況：已了解了元素符號、化學式、化學反應的實質，初步掌握了一些簡單的化學反應。

（2）學生的能力狀況：初步掌握了簡單的化學實驗基本操作技能，而對化學探究學習方法的了解尚處于啟蒙階段。

（3）學生的心理狀況：學生剛開始化學學習，情緒和心理都處于比較興奮、好奇狀態，這一點必須緊緊抓住。

針對本課題內容而言，學生對化學反應前后質量變化的認知發展大致經歷以下過程：首先是以單一物質的質量為基準去想去看化學反應前后的質量變化；其次是以各物質質量總和為基準去想去看化學反應前后的質量變化；再者是以參加化學反應的各物質質量總和為基準去想去看化學反應前后的質量變化； 在這一過程中，還有兩個能力發展區：其一是從微觀水平和本質上理解質量為什么會守恒；其二是從實驗水平上證明質量是守恒的。在這兩個能力發展區中，可能存在著若干認知障礙，比如：從開放體系到密閉體系、從分步稱量到整體稱量的實驗思維轉換；從物質質量到微粒質量的理性思維轉換。

3．教學思路與方法

學生經過幾個單元的學習，已具備一定的實驗操作能力和解決問題的科學水平， 對實驗問題充滿好奇心，具有強烈的探究欲望，教師只需啟發點撥，引導學生采用自主實驗探究的學習方式。又由于學生心理發展不夠成熟，認知水平有限，為克服認識的膚淺和片面，還需要采用合作交流的學法，實現資源共享，優勢互補。

在質量守恒定律發現過程中， 我采用實驗引探法，按科學探究實驗的一般程序即 “發現問題——提出假設——設計實驗——實驗求證——得出結論”來引導學生，學生經歷初次探究的挫折后，分析原因，優化設計，再次探究，最終發現質量守恒定律；為理解質量守恒定律，我采用多媒體輔助教學法，借助多媒體展示電解水及鎂條的燃燒的微觀過程，讓學生領悟到質量守恒定律的精髓，在于化學反應前后原子的“三不變”。

二、教學流程

1．教學設計流程

2．教學實錄

環節一：創設情境，引出新課

師：學習化學的一個重要途徑就是科學探究。實驗是科學探究的重要手段。今天老師帶來了一些實驗儀器和藥品，你認識它們嗎？

生：鎂條、坩堝鉗、石棉網、酒精燈、火柴

師：那這些實驗儀器和藥品可以完成一個什么實驗呢？ （生：鎂條的燃燒）

師：我還特意帶來了另一樣儀器（展示儀器：托盤天平）要讓它一起參與整個實驗過程。你們覺得今天我們探究的主題肯定和什么有關？ （生：質量）

環節二：實驗探究，引導發現

師：物質發生化學變化的前后，總質量是否發生改變呢？ （并板書）

生：（有的說增大、有的說不變，有的說變小）

師：同學們眾說紛紜，那物質發生化學變化的前后，總質量到底變不變呢？ 就讓我們用實驗和智慧來求證吧！

師：在這里，老師設計了一個實驗方案且當拋磚引玉吧！ 請注意觀察以下實驗中反應物、生成物的狀態及其它變化現象，記錄實驗中觀察到的質量變化情況。

實驗一：鎂條的燃燒

師：看來化學變化前后質量會改變啊？ 這個結論正確嗎？ 讓我們自己來嘗試下（先與學生一起研究方案，全班分兩大組，一組完成鐵與硫酸銅的反應；另一組完成碳酸鈉與稀鹽酸的反應。）

師：下列兩個式子反映了不同的化學變化，請我們用此原理，設計實驗，來研究變化前后的質量問題：

實驗方案 實驗二：鐵和硫酸銅溶液反應 實驗三：碳酸鈉和稀鹽酸反應實驗儀器、藥品系有細線的鐵釘、硫酸銅溶液、燒杯、托盤天平（帶砝碼） 碳酸鈉、稀鹽酸、燒杯、托盤天平（帶砝碼）、藥匙（1）將盛有稀鹽酸溶液（約小試管容積的2／3）的小試管、裝有碳酸鈉（約3 藥匙）的燒杯放在托盤天平上稱量。（2）將稀鹽酸溶液加入盛有碳酸鈉的燒杯中，觀察現象。并稱量總質量。（3）比較反應前后物質的總質量的變化。實驗現象 反應后， 鐵釘表面覆蓋著一層 色的物質， 溶液由＿＿＿＿＿＿＿＿ 色變成 色。實驗步驟（1）1 支系有細線的鐵釘、盛有硫酸銅溶液（約20mL）的燒杯放在托盤天平上稱量。（2）將光亮的鐵釘放入硫酸銅溶液中，觀察現象，并稱量總質量。（3）比較反應前后物質的總質量的變化。碳酸鈉是 色固體， 稀鹽酸呈＿＿＿＿ 色， 反應后，有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 生成。質量是否相等分析實驗，得出結論

師：請仔細閱讀實驗步驟，完成實驗，并填寫表格。（同時屏幕上打出具體的操作步驟，并用圖片表示）

學生開始實驗，教師巡視，并和個別小組進行討論。

實驗完畢后：

師：同學們，請你們每個小組派一代表闡述一下你們小組的實驗情況，其他同學可以補充

生1： 我們做的是鐵絲和硫酸銅反應的實驗， 反應后，鐵釘表面覆蓋著一層紅色的物質，反應前后質量不變。

生2：我們做的是碳酸鈉和稀鹽酸反應的實驗，看到大量的氣泡，但總質量減小了。

師：一組的結果是反應前后質量不變，另一組的結果是反應前后質量改變。看來我們還得再用實驗來證明。

實驗四：白磷的燃燒

師：這個實驗呢，我想請一位同學和我一起完成。我操作，同學作解釋。

操作一：燃燒前先稱量（學生解釋稱量的物品：錐形瓶、玻璃導管、細沙、氣球、白磷）

師追問：還稱量了什么？ 全班一起回答：還有空氣。

師：這里的細沙有何作用？氣球又有何作用？請同學們邊觀察邊思考（教師操作：在酒精燈上加熱玻璃導管，然后迅速伸入錐形瓶，蓋好瓶蓋。）

師：你觀察到什么現象？

生：白磷燃燒，產生大量白煙，放熱；氣球先膨脹后縮小。

師：很好！ 同學們觀察得很仔細。那細沙有何作用？

生： 可能和鐵絲燃燒實驗中的細沙一樣的作用，防止錐形瓶底受熱而炸裂。

師：很棒！ 氣球為何會先膨脹后縮小？

生：白磷燃燒放熱，使瓶內氣體膨脹，所以氣球鼓起了。后來白磷燃燒消耗氧氣，使瓶內氣體壓強減小，所以氣球又癟了。

師：真厲害！ 那如果沒有氣球會怎樣？

生：瓶塞會沖出。所以，氣球在這里起了個緩沖的作用。

師繼續操作：繼續放上天平，再次稱量。學生觀察天平是否偏轉。

師：在這個實驗中，反應前后質量又不變。讓我們一起來分析這個實驗（學生回答、屏幕上一邊演示）

生：反應前的質量：錐形瓶、細沙、橡皮塞、玻璃管和氣球、白磷、空氣。反應后的質量：錐形瓶、細沙、橡皮塞、玻璃管和氣球、生成的五氧化二磷、空氣（減少了氧氣）。

師：對比得知：參加反應的白磷和氧氣的質量之和等于生成的五氧化二磷的質量。

（發現參加反應的各物質的總質量等于生成物的總質量）

師：我們再來分析下其他實驗呢。（鐵和硫酸銅的反應）

生：反應前的質量：燒杯、參加反應的鐵、參加反應的硫酸銅；反應后的質量：燒杯、生成的銅、生成的硫酸亞鐵。前后質量相等，說明參加反應的鐵和硫酸銅的質量總和等于生成的銅和硫酸亞鐵的質量總和。

師：通過這些實驗，你發現了什么？

生：參加化學反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和

師：這個規律就是質量守恒定律（板書并請學生在書上劃出相應的內容）

環節三：突破難點，獲得結論

2.3 第三次記筆記 第三次筆記發生在第二次筆記后，通常發生于考前復習時。此時學生已經具備了一定的實踐經驗與素材，對概念知識有了較好的認知與理解，對方法與技能的應用有了一定的經驗。此時，需要對筆記作進一步的升華，使學生能從生物學角度分析、認知生物學現象，提出方案解決生物學問題，實現學生生物學核心素養的發展。第三次筆記主要呈現的是學生從不同角度去建構概念圖(如生物學基本觀念、科學方法等)、歸納問題解決的模型等內容。

師：為什么鹽酸與碳酸鈉反應后，“生成物”的質量小于反應物的質量？

生：因為二氧化碳氣體散逸了，沒有稱量。

師：那如果稱量了會怎樣？ （生：前后質量相等。）

師：那你能在這個實驗的基礎上，重新設計，讓其符合質量守恒定律？

學生思考，而后有學生舉手：把裝置改成密封的，就如白磷燃燒的裝置，這樣產生的二氧化碳氣體就在整個裝置中，不會散逸掉。（教師展示裝置并及時表揚）

師：還能更簡單嗎？ （學生思考良久沒有回答）教師點撥：必須在一個封閉體系內，而產生的二氧化碳氣體使瓶內壓強很大，為避免其沖出橡皮塞，我們加了個氣球起到緩沖作用， 那是否可以換一個耐膨脹的儀器呢？（學生中有人叫了起來：用塑料瓶）

教師展示：塑料瓶（螺旋口）塑料瓶內膨脹，螺旋口密封性好，且不易彈出。裝置很簡單，操作也很方便，讓我們拿這個實驗裝置來試一下。（教師演示實驗）

師：為什么鎂條燃燒前后總質量不相等？

生：不在封閉體系中，消耗的氧氣和散逸的白煙沒稱量。

生：消耗氧氣的質量小于散逸的白煙的質量。

師：那如果稱量下來質量增加了，這又是什么原因？

生：消耗氧氣的質量大于散逸的白煙的質量。

師：有沒有可能前后質量相等？

生：有。消耗氧氣的質量正好等于散逸的白煙的質量。

師：所以我們要用鎂條的燃燒來探究的話，必須在封閉體系中。由此可以知道質量守恒定律的適用范圍：一切化學變化。

環節四：動畫模擬，微觀解釋

師：為什么化學變化會遵循質量守恒呢？ （動畫模擬水的電解、氧化汞的生成）

宏觀上：化學反應前后元素種類不變、質量不變。

微觀上：化學反應前后原子的種類、數目和質量均不發生變化。

提問：質量守恒定律適用于所有變化嗎？

10g 水加熱后沸騰，變成10g 水蒸氣，此變化符合質量守恒定律嗎？ （不符合）

師：為什么？ （生：這是物理變化）

得出結論：1．質量守恒定律僅適用于化學變化。

師：若2g 氫氣與16g 氧氣恰好完全反應，則生成水的質量是多少？現有4g 氫氣與16g 氧氣反應則生成水的質量又是多少？ （生：18g；還是18g）

2．質量守恒定律中的“質量”必須是真正參加化學反應的物質質量，而不是各物質質量的簡單加和。

師：有人說：“蠟燭燃燒后質量變小，說明質量守恒定律不是普遍規律。”這種說法對嗎？ 為什么？ 若要使蠟燭燃燒前后質量不變，實驗可做什么改動？

3．總和：應當包括各種物質，不能忽略反應物或生成物中的氣體。

4．質量守恒定律指的是“質量守恒”，不是其他物理量的守恒。

三、教學反思

1．堅持“以生為本”，培養學生能力

現代社會“以人為本”，現在教學更要以學生為本。如何逐漸摒棄以往的教師一言堂，真正體現學生的主導性， 切實關注學生對知識概念的認知脈絡是非常必要的。課堂上不再是教師牽著學生的鼻子走，而是教師順應學生的理解過程逐步推進教學進程。

在這節課前學生并不是對質量守恒定律一無所知，從字面上他們也能體會到模糊的質量相等的感覺，那教學重點就放在了是探究到底是哪些物質的質量相等？ 真正有效的提問方式應該是：首先舉具體的化學反應帶學生分析，明確分析程序，并且貫穿始終地問學生：是什么的質量沒有變？反應物有哪些，生成物有哪些？不滿足于他只說出反應物的總質量等于生成物的總質量。最后是最深層次的定量實驗的分析和理論概念的概括過程。為了解決理論問題，學生在最初實驗操作中加上了儀器的質量，這是理性思維到實驗思維的過渡，后來為了找到理論問題的本質學生們從實驗數據中又剝離掉儀器的質量，在這樣一個實驗思維又回到理論思維的反復的過程，學生初步體會到化學學科中這兩種重要思維的交互性的關系。只有這樣，才能形成和確立學生正確、合理的化學反應及其質量的分析方式和習慣。這對于后續的學習，如化學方程式的書寫、質量守恒定律的應用等都是非常基本又是非常重要的。

2．充分利用實驗作為化學研究的手段

化學實驗，尤其是探究性實驗，不僅可以成為學生獲取直觀感性認識，積累直觀感性經驗的源泉，而且也是培養學生觀察能力，讓學生親身體驗通過實驗進行化學規律探索活動的一種重要手段。本節課的探究實驗不僅可以幫助學生形成質量守恒定律的概念，還可以培養學生分析和解決問題的能力，實驗評價和設計能力。因此通過探究實驗教學，對培養學生的創新意識和創新思維能力無疑是最有效的方法之一。

3．小組合作學習，積極參與探究過程

本節課的學習任務主要是通過學生自主探究和合作學習來完成的。在探究過程中，小組成員既有分工，又有合作， 學生要積極主動地利用各種信息工具獲取、分析、處理信息，并在活動中學會與人交流、合作來共同完成學習任務。在小組合作探究活動中，學生能以積極的態度參與到課堂教學中， 但有一些小組的學生操作生疏，在具體實驗操作中所用的時間太多，對問題的思考與分析的時間相對較少， 而有些小組的學生操作較快，對問題的思考與分析時間較多， 課堂總量時間不變，勢必造成一部分學生的思維代替了另一部分學生的思維，這種思維上的落差，對學生的發展是不利的。這就對老師提出了更高的要求，第一，盡可能在課前對學生有充足的了解，如學習能力、動手能力等，將學生按能力層次合理分組，盡量做到各組搭配合理、實力均衡；第二，在探究實驗過程中，老師要多觀察、多指導，可以給予方法上的點撥，也可以是思路上的引領，甚至可以是手把手的合作，總之老師一定要參與其中，以平等的身份參與學生的實驗、討論和交流之中。