基于真實情境的化學計算教學——以“依據化學方程式的計算”教學設計為例

沈紅英

（蘇州市高新區第二中學 江蘇 蘇州 215129）

化學計算是化學基本技能的重要組成部分。化學計算既要從質的方面來揭示物質的變化規律，又要從量的方面來研究物質的變化結果， 兩方面互相聯系，互為補充?；瘜W計算的根據是化學反應遵循質量守恒定律和純凈物具有確定的化學元素組成的原理。掌握好化學計算技能的關鍵是正確理解題意，正確使用化學基本術語和原理，善于找出其中的等量關系、比例關系或函數關系。

根據化學方程式進行計算是化學計算中的重要組成部分， 是質量守恒定律和化學方程式的重要應用，在進行教學時要引導學生復習舊知識。在滬教版教材的第三章學生已經學習了利用化學式計算化合物中元素的質量分數，在本節中又學習了質量守恒定律和化學方程式，將這三個知識點融合起來，對學習根據化學方程式的計算非常有幫助。教學中要充分運用學生已有的知識，引導學生以化學計算為主線構建新的知識網絡，在化學計算中加深對化學反應中元素不變和質量守恒的理解。對化學計算題的編制不應該僅僅局限于計算技巧，更應該讓學生認識到化學計算是真實的、有用的計算，并非紙上談兵，毫無實際意義。中考計算題的命題已逐步走出人為編制的、沒有實際價值的偏、難、怪的誤區，重新走到基本的思想和方法上來，具有真實情境的化學計算更能讓學生體會到化學計算的實用價值。

下面以“依據化學方程式的計算”教學案例為例，試圖創設一個真實的又可以隨著學生知識的生成持續變化的教學情景， 引導學生逐步認識到化學計算并非單純的數學運算，而是真實的、具有實際意義的計算。

一、教學目標設計

1．知識與技能：根據化學方程式中各物質的相對質量關系，能正確計算出反應物、生成物的質量。

2．過程與方法：能正確分析實驗數據，開拓思路，鍛煉思維能力。

3．情感態度與價值觀：①通過化學方程式計算與化學實驗的融合， 體會化學計算中數據的實際意義。②認識化學變化中的定量研究對于科學實驗的應用價值。

二、教學過程設計

1．原始教學情境

［視頻］太湖美

［問題1］寫出生成水的化合反應的化學方程式。這個化學方程式告訴你哪些事實、信息？

［學生活動1］從分析反應事實和微觀角度兩方面得出化學方程式的含義。

設計意圖：優美的旋律讓學生興趣大增，水是生活中最常見的物質，激活學生已有的知識經驗：書寫化學方程式。同時提高了難度：有水生成的化合反應，且提出了化學方程式的含義。

［問題2］能否從質量角度再思考一下化學方程式的含義？ 能否算出2H2的相對質量？

［學生活動2］得出化學方程式量方面的含義并加以應用。

［小結］化學方程式的含義。強調依據化學方程式進行計算的依據。

設計意圖： 通過已學過的氫氣燃燒這個化學反應，明確化學方程式所體現出的量的關系，得出依據化學方程式進行計算的依據，學生比較容易接受。

［學生活動3］閱讀滬教版教材P107 例題：“碳酸鈣與鹽酸反應生成二氧化碳， 若需制備二氧化碳8．8g，至少需要碳酸鈣多少克？ ”歸納計算步驟、規范計算格式。

設計意圖：培養學生閱讀能力、理解能力、歸納能力。

2．教學情境的延續一

［過渡］在自然界中二氧化碳可以轉化成什么氣體？ 實驗室里的氧氣從哪里來？

［問題3］滬教版教材P55“基礎實驗1 氧氣的制取和性質” 中“向試管中加入少量高錳酸鉀……連續收集三瓶氣體……”， 結果有的同學只收集到一瓶氧氣。若三個集氣瓶的規格均125mL，請問高錳酸鉀至少為多少克？ （已知氧氣的密度為1．43g·L－1）（計算結果精確到0．1）

［學生活動4］板演過程，糾錯。

設計意圖：用學生的基礎實驗再次進行格式的規范。在計算題的編制過程中，利用學生進行過的實驗，用125mL 的集氣瓶收集氧氣， 數據的選擇真實可靠，實驗與計算進行了融合，讓學生感受到實驗的可計量性。從體積到質量，對學生的計算要求更進了一步。

3．教學情境的延續二

［過渡］制取氧氣的量可以用集氣瓶直接計量，能否有別的辦法呢？ （提示：質量守恒定律，稱量固體質量）

［視頻］加熱高錳酸鉀至完全分解

［問題4］取一定量的高錳酸鉀放入一大試管中，稱量；加熱至無氣體產生，冷卻，再次稱量。有關數據記錄如下：

?

求①生成多少克氧氣？②參加反應的高錳酸鉀的質量是多少？

［學生活動5］實物投影，糾錯

［學生活動6］取一定量的高錳酸鉀放入一大試管中，稱量；加熱，一段時間后，熄滅酒精燈，冷卻，再次稱量。有關數據記錄如下：

藥品和儀器 加熱前質量/g 一段時間后，停止加熱，完全冷卻后質量/g大試管、棉花 58.59固體、大試管、棉花 63.33 63.17

求①參加反應的高錳酸鉀的質量是多少？

②高錳酸鉀的分解率是多少？

［問題5］小明同學用如下圖所示裝置，加入一定量的雙氧水和二氧化錳，進行反應，錐形瓶內有大量氣泡產生，觸摸錐形瓶外壁發燙。小明同學認為產生氧氣的質量為：m1－m2，你認為呢？ （操作過程均正確）

［學生活動7］學生討論分析，得出改進裝置。

設計意圖：學生掌握了計算題的格式后，對于計算題主要進行數據分析。用學生熟悉的實驗室制取氧氣的兩種方法， 通過視頻或圖片進行計算題的編制，讓學生進行分析、討論，不僅活躍了課堂氣氛，讓學生感受到學過的知識可以進一步延伸、深化，更能讓學生體會到差量法求算氧氣質量的差異性和可操作性。

4．教學情境的延續三

［問題6］電解一定質量的水，產生了0．66L 氫氣，同時能產生多少升氧氣？ （密度：氫氣0．09g·L－1，氧氣1．43g·L－1）（計算結果精確到0．01）

提示：同溫同壓下，相同體積的任何氣體含有相同的分子數。

設計意圖：依據體積和質量之間的關系，根據化學方程式或質量守恒定律， 很容易計算出氧氣的體積。學生也可以根據電解水這個實驗得到的結論：氧氣和氫氣的體積比約為1∶2，馬上得出答案。而根據提示，對于氣體而言，分子數之比就是氣體的體積比，根據電解水的化學方程式，答案顯而易見，這為高中化學的計算教學埋下了伏筆，奠定了一定的基礎。

三、教學設計反思

本課設計的目標是希望學生能根據化學方程式中 “各物質的相對質量之比與實際質量之比一致”這一關系，正確根據一種純凈物的質量計算其他物質的質量。希望學生能根據教材例題掌握根據化學方程式計算的步驟，規范格式上的要求，培養學生從量的方面去認識化學變化。在本課設計過程中，創設的計算情境始終圍繞“氧氣”這種學生熟悉的、學習過的氣體展開。

1．教學情境的創設真實可靠

為了讓學生認識到化學計算不是憑空捏造，而是有真實情境的，在例題的選擇過程中，務求學生熟悉的反應， 筆者想到了基礎實驗： 氧氣的制取和性質。筆者所任教班級學生在進行這個實驗時，確實有幾位同學并沒有收集到三瓶氧氣， 而裝置的氣密性良好，主要原因就在于取的高錳酸鉀的量太少了，所以筆者就想讓學生算一算， 究竟至少需要稱量多少高錳酸鉀。集氣瓶的規格有60mL、125mL、250mL、500mL，學生實驗時，用了125mL 的集氣瓶，故在編制計算題時，就用了該容積的集氣瓶。當學生掌握了計算的要求和格式后， 下面的計算主要是數據的分析和處理， 筆者依然選擇了高錳酸鉀制氧氣這個實驗，為了得到這個實驗數據，筆者做了很多次實驗，由于錳酸鉀在加熱情況下也可以產生氧氣， 故每次實驗產生氧氣的質量比理論值略大， 若選擇3．16g高錳酸鉀加熱至無氣體產生，幾次實驗下來，實際上產生氧氣的質量比理論值多0．01－0．03g 左右， 當然0．01g 的電子天平對于第二位小數也存在誤差，總體誤差不是太大。對于初中學生，筆者認為可以用這些數據采用差量法求算氧氣質量。這個實驗難度不大，最關鍵的是在加熱高錳酸鉀時， 為了使高錳酸鉀盡量全部分解，加熱時要時不時移動一下酒精燈，最好從離試管口近的固體部位加熱到試管底部的固體部位，最終要完全冷卻下來再次稱量，耗時較長，所以筆者把它拍攝成視頻。高錳酸鉀完全分解和不完全分解，產生氧氣的質量都是固體減少的質量，在完全分解的計算題的基礎上， 筆者讓學生練習了高錳酸鉀不完全分解的計算，著重強調對實驗數據的分析是解題的關鍵。那是不是這種差量法計算氣體的量可用于其他反應呢？ 筆者提出雙氧水制氧氣是放熱反應，容器內物質質量的減少不僅有氧氣，還有水蒸氣，若不想辦法使水蒸氣留在反應容器內，減少的質量就不僅僅是氧氣的量，所以仔細審題是正確計算的關鍵。最后借助于電解水這個實驗編寫了一道計算題， 是想讓學生從多角度進行化學計算，開拓一下學生的解題思路，同時為高中化學的學習奠定基礎。

在上述計算例題的選擇過程中，無一不是學生學習過的化學反應，而且數據的獲得都有真實的實驗情境，并非隨便臆造，學生在進行計算學習時，感覺很熟悉，但確實又能獲得新知。

2．教學情境的連續性變化以氧氣為主線展開

教學情境的變化不能隨意設置， 必須找到一條主線，才能使教學形散而神不散。原始的教學情境來源于教材， 激活學生頭腦中有關水的化學方程式的知識，引導學生分析化學方程式的含義，最終得出根據化學方程式進行計算的依據并進行有關計算，歸納計算步驟，規范計算格式。延續的教學情境都以氧氣為主線步步展開。不管是加熱高錳酸鉀、雙氧水與二氧化錳混合還是電解水， 在編制計算題時都用到了實驗過程中產生的氧氣： 用體積和密度求算氧氣質量、差量法得到氧氣質量、用阿伏加德羅定律計算氧氣體積。計算方法多樣化， 但都緊扣氧氣這種物質。以“氫氣燃燒”開始，以“電解水”收尾，頭尾呼應，也都涉及到了氧氣。整個教學情境呈現的每個連續性變化，都以“氧氣”為主線展開，有利于學生在探究過程中自主有序地在原有知識的基礎上對新知識進行有效構建。

［1］鄭麗梅．淺談基于真實情境的化學課堂教學 ［J］．理科考試研究，2014，（7）