基于發(fā)展化學(xué)學(xué)科能力的教學(xué)實踐探索

周曉蕓

基于化學(xué)學(xué)科本質(zhì)及特殊要求，將化學(xué)學(xué)科能力要素確定為實驗?zāi)芰Α⒎柋碚髂芰Α⒛Ｐ退季S能力、定量化能力。作為有著啟蒙性和基礎(chǔ)性的初中化學(xué)，教師在平時的教學(xué)中也要著力發(fā)展學(xué)生的這些能力。然而，從化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀看，特別是中考化學(xué)復(fù)習(xí)的教學(xué)，“知識的簡單羅列加試題的操練講評”仍然是許多教師授課時的主要模式，“被動記憶和機械訓(xùn)練”仍然是不少學(xué)生復(fù)習(xí)的主要方式。筆者于2019年5月在江蘇省教學(xué)新時空“名師課堂”中進(jìn)行“質(zhì)量守恒定律”專題復(fù)習(xí)課的展播，以下是對這節(jié)課的回顧與思考。

一、教學(xué)目標(biāo)

1.教學(xué)內(nèi)容。

質(zhì)量守恒定律是自然科學(xué)最基本的定律之一，與能量守恒和轉(zhuǎn)化定律具有同等的重要性。質(zhì)量守恒定律在《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中的“物質(zhì)的化學(xué)變化”一級主題中呈現(xiàn)。從課程標(biāo)準(zhǔn)看，本節(jié)內(nèi)容對學(xué)生學(xué)習(xí)提出的要求是：認(rèn)識質(zhì)量守恒定律，能說明化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系;能正確書寫化學(xué)方程式;能根據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行簡單的計算;認(rèn)識定量研究對于化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重大作用。

其中，“認(rèn)識質(zhì)量守恒定律，能說明化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”主要是對質(zhì)量守恒定律這一概念本體的學(xué)習(xí)和理解，主要包括兩個方面：一是基于史實分析與實驗探究的概念建立，二是基于化學(xué)反應(yīng)實質(zhì)對質(zhì)量守恒定律的微觀解釋。“能正確書寫簡單的化學(xué)方程式，能根據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行簡單的計算”主要是關(guān)于質(zhì)量守恒定律的具體應(yīng)用。“認(rèn)識定量研究對于化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重大作用”強調(diào)的是對質(zhì)量守恒定律研究的一種價值認(rèn)同，關(guān)注的是學(xué)生在學(xué)習(xí)時應(yīng)有的態(tài)度與情感。

通過本節(jié)課學(xué)習(xí)，學(xué)生從宏觀到微觀、從定性到定量等層面深入思考，全面再認(rèn)識質(zhì)量守恒定律的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性以及應(yīng)用于化學(xué)科學(xué)、生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際意義，進(jìn)一步建立“變化觀”和“元素觀”，同時邏輯思維能力、信息加工處理能力和問題解決能力都得到提高。

2.目標(biāo)定位。

（1）通過重現(xiàn)科學(xué)家對質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程，體會質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是一個建立在大量實驗基礎(chǔ)上的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶剿鬟^程。

（2）通過實驗回顧，深化對質(zhì)量守恒定律內(nèi)涵的認(rèn)識，歸納總結(jié)實驗探究質(zhì)量守恒定律的方法，進(jìn)一步體驗科學(xué)探究的過程。

（3）通過微觀探析，從化學(xué)反應(yīng)的微觀層面解釋質(zhì)量守恒定律，并建立“宏觀一微觀一符號”的思維方式，形成“變化觀”和“元素觀”。

（4）通過質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用，提高用定量方法分析和解決問題的意識和能力，體會定量研究對于化學(xué)科學(xué)、生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要意義。

（5）通過對質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展的再認(rèn)識，形成質(zhì)量守恒定律作為科學(xué)定律是不斷發(fā)展的觀念，養(yǎng)成用發(fā)展的眼光看問題的習(xí)慣。

3.教學(xué)重點、難點。

重點：質(zhì)量守恒定律的含義及實質(zhì)再探究;質(zhì)量守恒定律在化學(xué)學(xué)科和生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

難點：認(rèn)識定量研究對于化學(xué)學(xué)科發(fā)展的重要作用。

二、教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：溫故知新，明確復(fù)習(xí)內(nèi)容。

【圖片】鎂條燃燒，鐵絲燃燒。

【設(shè)問】學(xué)生說實驗現(xiàn)象并用化學(xué)方程式表達(dá)。

設(shè)計意圖：教師選擇鎂條和鐵絲燃燒這兩個實驗，讓學(xué)生回顧實驗現(xiàn)象。一是因為這兩個實驗是教材中第二章所學(xué)，相隔時間有點長，現(xiàn)在回憶正好起到復(fù)習(xí)鞏同的效果;二是因為在初中化學(xué)的實驗中，這兩個實驗的現(xiàn)象是比較明顯的，在學(xué)生的頭腦中留下過深刻的印象，更容易引起學(xué)生的共鳴。通過對這兩個實驗的符號表達(dá)，學(xué)生在書寫化學(xué)方程式的過程中，更深刻地感受到化學(xué)方程式是建立在客觀事實基礎(chǔ)上的，同時遵守質(zhì)量守恒定律，從而明確今天的復(fù)習(xí)主題。

環(huán)節(jié)二：歷史再現(xiàn)，重現(xiàn)發(fā)現(xiàn)過程。

【圖片文字】回顧波義爾和拉瓦錫的研究。

【學(xué)生閱讀】羅蒙諾索夫的研究。

【設(shè)問1】通過3段文字信息，討論交流3位科學(xué)家的研究有哪些相同之處和不同之處。

設(shè)計意圖：教材中介紹波義爾和拉瓦錫對質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)史。在本節(jié)課中，增加了羅蒙諾索夫?qū)|(zhì)量守恒定律的研究。通過重現(xiàn)多位科學(xué)家對質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程，學(xué)生意識到質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了漫長又曲折的過程，是科學(xué)家在對參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量進(jìn)行定量研究的過程中總結(jié)出來的。這一定律的發(fā)現(xiàn)是建立在大量實驗基礎(chǔ)上的、非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶剿鬟^程。此環(huán)節(jié)培養(yǎng)了學(xué)生樂于探索、善于質(zhì)疑、精益求精的科學(xué)精神。

【設(shè)問2】為什么波義爾的結(jié)論是裝置中物質(zhì)的總質(zhì)量是增加的？

設(shè)計意圖：通過波義爾實驗，學(xué)生得到啟示，用實驗探究質(zhì)量守恒定律時，對于有氣體參加的反應(yīng)應(yīng)選擇密閉的裝置。由此可見，科學(xué)家對化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了從模糊到清晰并臻于嚴(yán)密的過程。

環(huán)節(jié)三：實驗回顧，總結(jié)提升。

【設(shè)問1】回顧新授課所做實驗，說出實驗探究過程中經(jīng)歷了哪些主要操作步驟。

【設(shè)問2】通過裝置和圖片，討論交流3個實驗的相同之處和不同之處。

【實驗探究】氣球作為緩沖裝置，能甭影響最終稱量結(jié)果呢？

【交流討論】用實驗探究質(zhì)量守恒定律時，應(yīng)該考慮哪些因素？

設(shè)計意圖：質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是化學(xué)發(fā)展史上的一個里程碑，為從定量角度研究化學(xué)變化提供了基本依據(jù)。所以在實驗探究過程中，用稱量儀器稱量的操作至關(guān)重要，而稱量的是裝置和藥品的總質(zhì)量，那么兩次稱量的結(jié)果是什么？如何從稱量相等得到反應(yīng)中各物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系呢？這一系列問題的提出，學(xué)生由表及里思考，便更加清楚地認(rèn)識了質(zhì)量守恒的含義和實質(zhì)。通過對比3個實驗的相同點和不同點，學(xué)生總結(jié)出用實驗探究質(zhì)量守恒定律時所要考慮的因素，提高了分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，同時發(fā)展了基于證據(jù)推理的學(xué)科思維能力。

環(huán)節(jié)四：宏微結(jié)合，整合認(rèn)識。

【學(xué)生活動】畫出氫氣在氧氣中燃燒反應(yīng)前和反應(yīng)后的微觀示意圖。

【設(shè)問1】通過微觀示意圖，解釋質(zhì)量守恒定律。

【設(shè)問2】通過微觀示意圖，你能獲得哪些信息？

【設(shè)問3】從定量角度，你對于這個反應(yīng)又能獲得什么信息？

設(shè)計意圖：畫出微觀示意圖，讓學(xué)生在動腦、動手的過程中，更直觀地感受到化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是原子重新組合形成新的分子的過程。接著通過一連串問題的提出，學(xué)生在分析和解決問題的過程中，逐步建立“宏觀一微觀一符號”的思維方式。

不僅如此，教師在設(shè)置問題時，還要引導(dǎo)學(xué)生從定性分析到定量研究，從而解決問題。在對氫氣燃燒進(jìn)行定量分析時，學(xué)生認(rèn)識到對于一個化學(xué)反應(yīng)，不僅可以得到參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)質(zhì)量總和這個結(jié)論，還能得到反應(yīng)中各微粒數(shù)之比是同定的，各物質(zhì)質(zhì)量比也是同定的，這正是化學(xué)方程式進(jìn)行定量計算的依據(jù)。

環(huán)節(jié)五：定律應(yīng)用，能力提升。

應(yīng)用一：

【學(xué)生活動1】回顧氯氣在空氣中燃燒的現(xiàn)象。

【設(shè)問1】此實驗?zāi)茏C明水的組成嗎？

【學(xué)生活動2】回顧電解水實驗。

【設(shè)問2】此實驗證明水的組成的依據(jù)是什么？

設(shè)計意圖：氫氣燃燒生成水以及電解水兩個實驗都能證明水的絹成。學(xué)生利用化學(xué)變化過程中，元素的種類不變來進(jìn)行分析總結(jié)，初步建立了“元素守恒”思想。

【練習(xí)】有3.2g某純凈物x在氧氣中完全燃燒，生成二氧化碳和水的質(zhì)量分別為8.8g和7.2g，請問物質(zhì)x中含有哪些元素？

設(shè)計意圖：通過定性的方法證明水的組成。而在實際生活中，通常還需要通過定量計算來確定元素的組成。從定性到定量，也是認(rèn)識物質(zhì)的一般過程。此設(shè)計旨在培養(yǎng)學(xué)生多角度看問題，多方位思考問題。

應(yīng)用二：

【學(xué)生活動】回顧物質(zhì)的制備。

【設(shè)問】制備這些物質(zhì)的藥品和原料的選擇。

設(shè)計意圖：這個問題的提出，既回顧了所學(xué)知識，將實驗室制備的物質(zhì)以及工業(yè)制備物質(zhì)進(jìn)行羅列整理，也培養(yǎng)學(xué)生利用質(zhì)量守恒定律對這些物質(zhì)所具有的特點進(jìn)行分類的意識，從而指導(dǎo)我們在進(jìn)行物質(zhì)的制備時合理選擇藥品和原料。通過化學(xué)知識的探究學(xué)習(xí)，學(xué)生在今后面臨真實情境時，就會具備解決實際問題的能力。

應(yīng)用三：

【學(xué)生活動】產(chǎn)物的推斷。

設(shè)計意圖：化學(xué)是創(chuàng)造新物質(zhì)的科學(xué)，但這種創(chuàng)造并不是點石成金的，而是需要符合質(zhì)量守恒定律。通過此題產(chǎn)物的推斷，學(xué)生提高了從微觀視角利用質(zhì)量守恒的本質(zhì)來分析問題和解決問題的能力。

應(yīng)用四：

【學(xué)生活動】化學(xué)方程式的計算。

設(shè)計意圖：隨著社會的發(fā)展，汽車成為人們出行的主要交通工具。汽車排放的尾氣會造成環(huán)境污染。在汽車尾氣處理系統(tǒng)中安裝催化轉(zhuǎn)化器，通過化學(xué)反應(yīng)可以減少汽車尾氣的污染。學(xué)生通過化學(xué)方程式的計算認(rèn)識到化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中的重要作用，增強環(huán)境保護(hù)的意識。質(zhì)量守恒定律單元知識內(nèi)容最核心的功能是引導(dǎo)學(xué)生主動使用化學(xué)方程式解決實際問題，并在過程中體會定量分析的應(yīng)用價值，主動認(rèn)識定量研究對于化學(xué)科學(xué)、生活及生產(chǎn)的重要意義。

三、教后反思

如果說平時的教學(xué)像“栽活一棵樹”，那么復(fù)習(xí)就似“育好一片林”。本節(jié)課是質(zhì)量守恒定律的專題復(fù)習(xí)，筆者將復(fù)習(xí)過程變成問題解決過程。本節(jié)課以學(xué)科觀念的建構(gòu)和學(xué)科能力提升為最終目標(biāo)，突出宏觀、微觀和符號的三重表征的思維方式。通過對質(zhì)量守恒定律的含義、實質(zhì)的再探究，以及質(zhì)量守恒定律在化學(xué)科學(xué)和生產(chǎn)生活中的應(yīng)用的整合再認(rèn)識，學(xué)生體會到定量研究對于化學(xué)科學(xué)、生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要意義，提高了用定量方法分析和解決問題的意識和能力。學(xué)生只有將知識的學(xué)習(xí)上升為觀念、思想方法的學(xué)習(xí)，綜合分析知識的能力、應(yīng)用知識的能力和解決實際問題的能力才都能得到提高。

（作者單位：江蘇省盱眙縣第二中學(xué)）