“依據(jù)化學(xué)方程式的計算”教學(xué)再設(shè)計

徐愛華

新課標(biāo)指出：“評價設(shè)計與實施應(yīng)科學(xué)、簡潔易行；定性評價與定量評價相結(jié)合，能有效評價學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果；任務(wù)真實和公平，能提供給學(xué)生充分展示的機會，并符合學(xué)生不同階段心理發(fā)展的特征……”所以教學(xué)中不斷嘗試，加以設(shè)計中體現(xiàn)“真實、實驗和有用的化學(xué)”理念，促進初中化學(xué)教學(xué)朝著“在實驗中學(xué)化學(xué)”加以改革。

許多教師認為：化學(xué)方程式的計算屬于一種計算技能，所以教學(xué)中往往采用講原理、講例題、講解題格式與步驟，由學(xué)生模仿解題，再配以各種變式訓(xùn)練促進學(xué)生熟練掌握這樣的設(shè)計思路。筆者查閱了不少雜志和網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于此課題的教學(xué)設(shè)計，核心內(nèi)容多是如此，不同之處在于導(dǎo)入情景和習(xí)題選擇上。

這樣的設(shè)計用于應(yīng)試教育能有效幫助學(xué)生解題、得分，不足之處在于：

在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面似乎有所欠缺。“依據(jù)化學(xué)方程式的計算”是為了解決實際生產(chǎn)、實驗中的用量、產(chǎn)量問題。可是學(xué)生學(xué)了之后有沒有真正運用到實際中呢？沒有。初中階段幾乎沒有哪個實驗真正用到依據(jù)化學(xué)方程式計算出的數(shù)據(jù)，也沒有真正驗證過依據(jù)化學(xué)方程式計算得到的數(shù)據(jù)在實際中有多少誤差。學(xué)生只是在不斷變化的解題環(huán)境中運用它，至于計算得到的數(shù)據(jù)符不符合實際情況，或?qū)嶋H情況有多少指導(dǎo)價值不再關(guān)心、思考。長此以往學(xué)生只會紙上談兵，碰到實際問題缺乏變通和靈活，而且對自己所學(xué)知識有多少實用價值沒有深刻認識，不會養(yǎng)成用書本知識解決實際問題的思維方式。

沒有考慮學(xué)生學(xué)習(xí)心理變化。一些基礎(chǔ)不太扎實、學(xué)習(xí)能力不強的學(xué)生在經(jīng)歷“構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒”、“組成物質(zhì)的化學(xué)元素”、“物質(zhì)的組成”再到“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”這些化學(xué)理論知識的輪番轟炸下，學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情已經(jīng)所剩無幾，此時“化學(xué)方程式的書寫與應(yīng)用”可能成為壓倒駱駝的最后一根稻草。因此在老師眼中“依據(jù)化學(xué)方程式的計算”這部分知識條理清晰，步驟簡單，計算也不復(fù)雜，在某些學(xué)生眼里卻成為跨不過的鴻溝，實在是之前的化學(xué)理論知識不夠扎實及消極學(xué)習(xí)心理問題的總爆發(fā)。此時老師在這里用題海戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練學(xué)生的計算能力將是一項枯燥又低效的活動。我們能不能將這種課上得更生動一點呢？

為此，我們需要對這堂課重新設(shè)計，以彌補以上不足。筆者嘗試插入實驗體現(xiàn)“真實、實驗和有用的化學(xué)”的理念。以“如何利用高錳酸鉀加熱分解順利收集三瓶氧氣？”作為貫穿整節(jié)課的線索，先由教師講解化學(xué)方程式中各物質(zhì)之間存在的質(zhì)量關(guān)系，再安排學(xué)生進行計算，最后進行定量實驗驗證，用真實的實驗結(jié)果而不是解題答案檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

一、用什么方式導(dǎo)入課題

學(xué)生在完成基礎(chǔ)實驗一“氧氣的制取與性質(zhì)”過程中普遍遇到一個問題，就是高錳酸鉀的用量問題。書本上的實驗步驟是這樣寫的：“向試管中加入少量高錳酸鉀粉末……”“連續(xù)收集三瓶氣體，并使其中一瓶存留少量水”。（2）當(dāng)時學(xué)生認為固體沒有具體說明用量時應(yīng)當(dāng)取蓋滿試管底的量，后經(jīng)老師提醒大約取三藥匙的量，但大部分學(xué)生還是不敢多取，結(jié)果沒收集到三瓶氣體反應(yīng)就結(jié)束，最后只能重新添加高錳酸鉀再次收集，耽誤了不少時間。這件事很多學(xué)生都有印象，教師告訴他們，以后有辦法解決這一問題。所以將這件事作為新課導(dǎo)入：“同學(xué)們還記得上次做高錳酸鉀分解制氧氣的實驗嗎？有些同學(xué)高錳酸鉀放少了，結(jié)果收集不滿三瓶氧氣，還有的同學(xué)后來又加多了，導(dǎo)致三瓶氧氣收滿了還在不斷放出氧氣，造成高錳酸鉀浪費。要想正好收集到三瓶氧氣到底需要分解多少克高錳酸鉀呢？掌握一定計算方法完全可以在實驗前把所需的高錳酸鉀預(yù)算出來。今天我們就來學(xué)習(xí)這種計算方法，并且你是不是‘精算師通過實驗就能進行檢驗。”這樣的導(dǎo)入給學(xué)生明確的、富有挑戰(zhàn)性的、與學(xué)生經(jīng)歷有關(guān)系的學(xué)習(xí)任務(wù)，更好地激起他們的學(xué)習(xí)興趣和解決問題的迫切愿望。

二、為什么選擇高錳酸鉀分解實驗

這節(jié)課該安排哪個實驗？很多老師選擇以下反應(yīng)作為本課插入實驗，但是幾乎沒有老師真正愿意將實驗中的質(zhì)量關(guān)系測量給學(xué)生看。原因是：鎂條燃燒由于產(chǎn)物有大量白煙生成，不容易收集會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。鎂條和稀硫酸反應(yīng)制氫氣，反應(yīng)速度夠快，但是由于氫氣密度太小，要有明顯的質(zhì)量差需生成的氫氣體積太大，對收集造成麻煩。雙氧水分解制氧氣，石灰石和稀鹽酸制二氧化碳，這兩個反應(yīng)都是速度越來越慢，反應(yīng)終點難以判斷，耗時太多。生成沉淀的反應(yīng)要把沉淀進行過濾、洗滌、干燥、稱重，更是操作復(fù)雜。經(jīng)實驗認證加熱堿式碳酸銅、高錳酸鉀制氧氣和氯酸鉀制氧氣這幾個反應(yīng)較適合用來驗證化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量關(guān)系，它們都符合實驗裝置簡單、實驗快速、誤差合理這樣幾個特點。因為之前實驗中學(xué)生對高錳酸鉀制氧氣有過困惑，將它作為教學(xué)情境會對學(xué)生更具吸引力。

三、做實驗會浪費時間嗎

有教師認為插入一個學(xué)生做過的實驗會耗費時間，壓縮學(xué)生做課堂練習(xí)的時間，降低整節(jié)課的教學(xué)效率。其實安排實驗充分體現(xiàn)了化學(xué)的真實性、實用性，它能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使乏味的計算變得實實在在，變得輕松愉快。這樣設(shè)計滲透了更多的學(xué)科思想，不僅提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，還為學(xué)生終身發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。這節(jié)課中學(xué)生有更多機會體驗探究過程，豐富的探究活動能促進學(xué)生多方面能力發(fā)展，啟發(fā)學(xué)生將書本知識和實際應(yīng)用相結(jié)合。另外，整個實驗從稱取裝置和藥品的質(zhì)量到搭好裝置進行加熱，到排水法收集氧氣完畢，最后稱取裝置和固體殘留物質(zhì)量，總計耗時不超過十分鐘，動靜相宜，確保課堂時間的高效利用。

四、如何保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性

可計量和準(zhǔn)確性是定量實驗的關(guān)鍵，實驗室里有量筒和精確度達0.01克的電子天平，基本能滿足測量精度要求。本實驗圍繞“如何利用高錳酸鉀加熱分解順利收集三瓶氧氣”開展計算，只有用計算所得的高錳酸鉀加熱恰好收集到三瓶氧氣才能讓學(xué)生信服這種化學(xué)計算的巨大應(yīng)用價值。首先要計算出三瓶氧氣的總體積，使用的方法是水替代法，利用量筒量出集氣瓶中水的總體積。再從書上查出氧氣的密度，算出三瓶氧氣的總質(zhì)量，這里純在誤差，但不大。利用方程式計算出所需的高錳酸鉀質(zhì)量并利用電子天平稱取，為準(zhǔn)確收集到氧氣，必須采用排水法，準(zhǔn)確判斷開始收集的時機，為防止換瓶時有氣體逸出，筆者采用一個約350毫升的礦泉水瓶裝上與三瓶氧氣等體積的水進行排水法收集。理論上當(dāng)瓶中水排盡時恰好是反應(yīng)停止時，實際操作效果很好，給學(xué)生不小的震撼，堅定他們化學(xué)是“真實的、有用的”這樣的思想。

五、學(xué)生會有更多收獲嗎

因為安排實驗演示而放棄更多學(xué)生練習(xí)的機會，學(xué)生學(xué)到的東西會減少嗎？實際上圍繞做實驗這一環(huán)節(jié)學(xué)生學(xué)習(xí)了如何測量集氣瓶容積，如何將氣體體積換算成質(zhì)量，如何稱出裝置中藥品的質(zhì)量，如何通過裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量差算出生成氣體質(zhì)量。實際操作中學(xué)生還發(fā)現(xiàn)電子天平的讀數(shù)是跳動的，帶裝置稱量要比將藥品取出稱更簡便準(zhǔn)確，這些經(jīng)驗的獲得都是紙上演算達不到的。由此實驗還可引出延伸思考：為什么實際制氧氣中高錳酸鉀用量比理論計算的多一些？如何計算并驗證反應(yīng)中生成的二氧化錳的質(zhì)量？如果所用高錳酸鉀中含有不分解的雜質(zhì)，該如何計算雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？