聚焦化學核心素養 培養實驗探究能力
——以《水的組成》教學設計為例

李瑩瑋

一、研究背景

《自然界的水》是課程標準中課程內容“身邊的化學物質”的重要組成部分。關于水的組成學生在元素和分子原子的學習中已經了解，所以在本節課設計上以人類認識水的組成的化學史實貫穿于始終。對水的組成的認識是通過科學家們的氫氣燃燒實驗、水的電解實驗和對實驗現象的探究分析獲得的。通過證據推理與模型認知建立守恒觀念，初步了解推斷化合物組成的思維方法。

二、課堂教學實施環節

課題引入：水是我們身邊的重要物質，你知道水的組成嗎？證據是什么？

設計意圖：開門見山，引領學生回顧已有知識，明確本節課的主題。

1.環節一：揭秘水的組成

閱讀資料：18世紀末，普利斯特里把空氣和“易燃空氣”(氫氣)混合后盛在干燥、潔凈的玻璃瓶中，當用電火花點火時，發出震耳的爆鳴聲，且玻璃瓶內壁上出現了液滴。不久另一位英國科學家卡文迪許用純氧代替空氣進行上述實驗，確認所得液滴是水。

學生活動1：請自主閱讀材料，回答下列問題。

(2)水是由什么元素組成的？你的證據是什么？

設計意圖：該環節由科學史引出問題，吸取前人的經驗與思路，收集相應的證據解釋氫氣氧氣在點燃的情況下生成水，利用元素守恒觀念可以推知水是由氫、氧元素組成的。

整理推斷水的組成的方法(從宏觀角度)：由合適的化學反應、定性實驗、元素守恒、定性組成。

2.環節二：探究水的組成

演示實驗：電解水。

學生活動2：觀察實驗現象，記錄所觀察到的實驗現象，并分析實驗結論。

實驗結論(宏觀角度)：水由氫、氧兩種元素組成。

選擇SPSS22.00軟件進行分析，計量資料與計數數據的表示方法分別為、率、百分比，對比方法分別為獨立樣本t檢驗、χ2檢驗、配對t檢驗等，檢驗值為α=0.05。

引導學生分析得出：水由氫、氧兩種元素組成。同時得出利用元素守恒研究物質組成的思路，利用將已知單質化合為未知的化合物，推之其元素組成，反之，利用把未知的化合物分解為已知單質，也能推知其元素組成。

教師提問：該反應的化學本質是什么？水分子中氫原子、氧原子個數比為多少？

實驗獲得：兩電極產生氣體體積比為：

提供信息：(1)在同溫同壓下，氣體的體積比等于相應的氣體分子個數比；(2)氫氣和氧氣分子皆是雙原子分子。

學生討論：分析水分子中氫原子、氧原子個數比為多少？

研究結論：水分子中氫原子、氧原子個數比為2 ：1

引導學生分析：根據信息里所提供“氣體的體積比等于相應的氣體分子個數比” 可以推知生成的氫分子、氧分子的個數比為2:1；“氫氣和氧氣分子皆是雙原子分子”，可以了解氫氣分子、氧氣分子的微觀構成，再根據反應前后原子的個數和種類守恒，可以推知水中氫、氧原子個數比為2:1。

教師講授(微觀角度)：根據精確的實驗測定每個水分子是由2個氫原子和1個氧原子構成的，因此水可以表示為H2O。

設計意圖：從宏觀角度觀察實驗現象分析得出水分解可以生成氫氣、氧氣，利用元素守恒，推知水是由氫、氧元素組成的。從微觀角度通過對化學反應本質的分析，讓學生在已有證據的基礎上結合所給信息得出每個水分子是由2個氫原子和1個氧原子構成的。體會物質構成和化學反應的特點與實質。

整理推斷水的組成的方法(從微觀角度)：由合適的化學反應、定量實驗、原子守恒、定量組成。

3.環節三：鞏固提升

【閱讀資料】

1.1805年法國化學家蓋

●呂薩克精確測定水的組成：

2.同溫同壓下，氣體的體積比等于分子個數比。

學生活動3：

(1)畫出水分子、氧氣分子和氫氣分子(如圖1所示 )。

圖1

(2)繪制出化合成水的微觀過程。

設計意圖：該活動可以讓學生在已有證據的基礎上充分發揮想象力，利用畫圖的方式表示微粒在化學變化中的變化，利用模型體會物質構成和化學反應的特點與實質，對本節課所學內容進行應用和提升。

4.課程小結

(1)水的組成。宏觀：水由氫、氧兩種元素組成。

微觀：一個水分子由兩個氫原子和一個氧原子構成。

(2)歸納整理研究純凈物組成的方法(如圖2所示)。

圖2

板書設計如圖3所示。

圖3

三、教學反思

本課題在設計上重在落實知識基礎的同時，培養學科素養。以人類認識水的組成的化學史實為載體，對水的組成的認識是通過科學家們的氫氣燃燒實驗、水的電解實驗的討論分析獲得的。在課程的傳授過程中，注重建立守恒觀念，在認識水的組成的基礎上建構微觀模型，深化學生對分子模型的認識。同時讓學生初步了解、推斷純凈物組成的方法，為學生的后續學習打下基礎。