創(chuàng)真實(shí)情境促深度學(xué)習(xí)

王兆怡

摘要：化學(xué)計(jì)算是初中生的必備能力，筆者通過(guò)趣味實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，精心設(shè)計(jì)多樣的、互動(dòng)性的課堂活動(dòng)，幫助學(xué)生在問(wèn)題解決的過(guò)程中發(fā)展化學(xué)計(jì)算能力，感受定量計(jì)算對(duì)化學(xué)研究的積極作用，促進(jìn)化學(xué)基本觀念的形成。

關(guān)鍵詞：真實(shí)情境;化學(xué)方程式計(jì)算;化學(xué)教學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）02x-0058-04

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.02x.016

依據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算是初中學(xué)生必備的化學(xué)基本能力，是滬教版初中化學(xué)教材的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是導(dǎo)致學(xué)生兩級(jí)分化的原因之一。根據(jù)有關(guān)調(diào)查，為應(yīng)對(duì)中考的壓力，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師通常將化學(xué)計(jì)算作為一種數(shù)學(xué)運(yùn)算工具，多注重在計(jì)算方法的講授和應(yīng)試技巧的操練等方面下功夫，最常見(jiàn)的教學(xué)模式是：例題板演——模仿練習(xí)——糾錯(cuò)訂正——習(xí)題再練。經(jīng)驗(yàn)證明多數(shù)學(xué)生通過(guò)這種方式也能掌握計(jì)算方法，但是他們不理解化學(xué)計(jì)算的依據(jù)和原理、意義和價(jià)值，由此導(dǎo)致學(xué)生對(duì)化學(xué)計(jì)算課缺乏興趣，課堂效率不高[1]。

因此，筆者在本節(jié)課中精心設(shè)計(jì)了多樣的、互動(dòng)性的課堂活動(dòng)，幫助學(xué)生建立“宏觀-微觀-符號(hào)”三重表征間的聯(lián)系，有效增進(jìn)對(duì)化學(xué)計(jì)算的依據(jù)和原理的理解，掌握化學(xué)方程式計(jì)算的技能;通過(guò)創(chuàng)設(shè)解決真實(shí)問(wèn)題的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)和感受化學(xué)計(jì)算在科研和生產(chǎn)中的應(yīng)用意義，促進(jìn)化學(xué)基本觀念的形成，發(fā)展化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

一、教材分析

本課題在課程標(biāo)準(zhǔn)中所對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)要求為：能根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，認(rèn)識(shí)定量研究對(duì)于化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重大作用[2]。在之前的教學(xué)中學(xué)生已接觸了化學(xué)計(jì)算的部分內(nèi)容：依據(jù)化學(xué)式的簡(jiǎn)單計(jì)算、質(zhì)量守恒定律的概念和內(nèi)涵，本課的學(xué)習(xí)將帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)一步從定量的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)變化，豐富定量研究的學(xué)科內(nèi)涵。滬教版九年級(jí)化學(xué)教材中，將本課內(nèi)容分為3個(gè)部分：（1）認(rèn)識(shí)化學(xué)方程式的含義，（2）解答有關(guān)化學(xué)方程式的簡(jiǎn)單計(jì)算，（3）某些特定情況下，依據(jù)化學(xué)式或化學(xué)方程式計(jì)算有關(guān)物質(zhì)的質(zhì)量[3]。這三個(gè)部分的內(nèi)涵邏輯關(guān)系是層層遞進(jìn)的，因此教學(xué)中首先要培養(yǎng)學(xué)生從宏觀視角逐步進(jìn)入到微觀本質(zhì)上去認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)間的質(zhì)量關(guān)系，對(duì)于學(xué)生難以理解的概念，教師可通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)而有意義的學(xué)習(xí)情境，利用比喻、模型等手段去說(shuō)明，增強(qiáng)知識(shí)的直觀性;同時(shí)利用化學(xué)計(jì)算解決問(wèn)題的重要前提是能準(zhǔn)確理解化學(xué)語(yǔ)言、概念和原理，善于挖掘題目關(guān)鍵信息，在教學(xué)中應(yīng)給予學(xué)生充分讀題的時(shí)間，對(duì)于難點(diǎn)內(nèi)容鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行小組交流討論，多角度、多側(cè)面地思考問(wèn)題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的潛在能力，從而深化理解、提升解題能力。

二、設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課的情境線、活動(dòng)線、知識(shí)線的設(shè)計(jì)如圖1所示。

三、課堂實(shí)錄

環(huán)節(jié)1：趣味實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)名稱：會(huì)唱歌的肥皂泡實(shí)驗(yàn)儀器及藥品：燒杯、酒精燈、利用注射器（60mL）和三通閥自制的氣體發(fā)生裝置（該裝置可控制反應(yīng)的開(kāi)始和結(jié)束，如圖2）、鋅粒、稀鹽酸、肥皂水、木條。

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）注射器1中放入適量鋅粒，注射器2中加入適量稀鹽酸，調(diào)節(jié)三通閥，使兩個(gè)注射器連通，利用活塞將稀鹽酸推入注射器1中。可觀察到：注射器1中產(chǎn)生大量氣泡，且注射器1的活塞向外移動(dòng)。

（2）當(dāng)注射器1內(nèi)的活塞退至50mL時(shí)立即按住活塞。可觀察到：注射器1內(nèi)的液體回流到注射器2內(nèi)，固液分離，反應(yīng)停止。

（3）調(diào)節(jié)三通閥使注射器1與輸液管連通，將注射器內(nèi)的氣體推入燒杯內(nèi)的肥皂水中至約45mL，用一根燃著的小木條去點(diǎn)燃肥皂泡。可觀察到：肥皂泡被點(diǎn)燃發(fā)出爆鳴聲，在燒杯口產(chǎn)生一團(tuán)較大的火焰（如圖3）。

【提出問(wèn)題】問(wèn)題1：實(shí)驗(yàn)中消耗了45mL氫氣（質(zhì)量約為0.004g），要將這些氫氣完全燃燒，所反應(yīng)的氧氣質(zhì)量是多少？問(wèn)題2：利用鋅和稀鹽酸的反應(yīng)制備氫氣，如果要產(chǎn)生0.004g氫氣，至少需要鋅的質(zhì)量是多少？要解決這些問(wèn)題，我們需要學(xué)習(xí)化學(xué)計(jì)算。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，筆者使用的這種裝置不是教材中常見(jiàn)的裝置，學(xué)生有新鮮感，它帶來(lái)的生動(dòng)直觀的現(xiàn)象很好地激發(fā)了學(xué)生的興趣，同時(shí)實(shí)驗(yàn)中獲得的氫氣的體積數(shù)據(jù)為下面教學(xué)的開(kāi)展提供了真實(shí)的計(jì)算情境。

環(huán)節(jié)2：探尋依據(jù)

【化學(xué)史資料】德國(guó)化學(xué)家里希特通過(guò)艱苦的鉆研，將數(shù)學(xué)引入了化學(xué)，創(chuàng)立了化學(xué)計(jì)量學(xué)。在他的名著《化學(xué)元素測(cè)量術(shù)》一書(shū)中，揭示了化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系：在化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)之間的質(zhì)量比是固定的。依據(jù)這一固定的質(zhì)量比，我們可以用一種物質(zhì)的質(zhì)量求出反應(yīng)中其他任意物質(zhì)的質(zhì)量。化學(xué)家們將質(zhì)量比關(guān)系蘊(yùn)藏在了化學(xué)方程式中。

【提問(wèn)】以氫氣燃燒的反應(yīng)為例說(shuō)明化學(xué)方程式能表示哪些含義？

【生】表示氫氣和氧氣在點(diǎn)燃的條件下生成水這個(gè)事實(shí)。

【追問(wèn)】這是宏觀含義。在微觀上，方程式又表示了什么呢？

【學(xué)生分組活動(dòng)】利用不同大小和顏色的磁釘拼出氫氣燃燒反應(yīng)的微觀示意圖，結(jié)合示意圖思考：化學(xué)方程式的微觀含義？

學(xué)生搭建的微觀示意圖如圖4，通過(guò)組內(nèi)交流討論得出：在微觀上，化學(xué)方程式表明了反應(yīng)中各物質(zhì)的微粒個(gè)數(shù)比關(guān)系。

【引導(dǎo)】你能算出氫氣、氧氣、水的相對(duì)分子質(zhì)量嗎？在我們搭建的微觀示意圖中，這些微粒的相對(duì)質(zhì)量可以怎么表示？在氫氣燃燒的反應(yīng)中各物質(zhì)的質(zhì)量比可以怎么表示？

【學(xué)生歸納】化學(xué)方程式揭示了反應(yīng)中各物質(zhì)的質(zhì)量比關(guān)系。

【提問(wèn)】依據(jù)氫氣燃燒反應(yīng)中的各物質(zhì)質(zhì)量比關(guān)系，你能完成下列計(jì)算嗎？（見(jiàn)圖5）

【追問(wèn)】回到我們最初的問(wèn)題，你能利用氫氣的質(zhì)量是0.004g，算出消耗氧氣的質(zhì)量嗎？

【生】消耗氧氣的質(zhì)量為0.032g。

設(shè)計(jì)意圖：以里希特的化學(xué)史作為過(guò)渡，讓學(xué)生通過(guò)化學(xué)史料獲得了化學(xué)計(jì)算的相關(guān)背景知識(shí)，從而自然進(jìn)入化學(xué)方程式含義的學(xué)習(xí)。通過(guò)拼接氫氣燃燒反應(yīng)的微觀示意圖的活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生利用磁釘形象來(lái)想象和感知微觀世界，幫助其理解分子的個(gè)數(shù)比和質(zhì)量比的計(jì)算。各物質(zhì)質(zhì)量比關(guān)系的練習(xí)中，數(shù)據(jù)設(shè)置上刻意降低了運(yùn)算的難度，以化解學(xué)生內(nèi)心對(duì)化學(xué)計(jì)算的恐懼情緒。

環(huán)節(jié)3：?jiǎn)栴}解決

【提問(wèn)】知道了解題思路，那我們?cè)撛鯓訉?xiě)計(jì)算過(guò)程才規(guī)范呢？帶著這個(gè)問(wèn)題，請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本107頁(yè)的例題，并思考：1依據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算過(guò)程一般分為幾步？2你能模仿書(shū)本例題的步驟和格式，寫(xiě)出問(wèn)題1的解題過(guò)程嗎？

【學(xué)生活動(dòng)】閱讀例題，歸納總結(jié)計(jì)算的一般步驟，嘗試解決問(wèn)題1。根據(jù)老師板演的解題過(guò)程再對(duì)自己的答案進(jìn)行修正完善。

【練習(xí)】同學(xué)們已經(jīng)順利找到了問(wèn)題1的答案，很棒。現(xiàn)在你們能解答問(wèn)題2嗎：利用鋅和稀鹽酸的反應(yīng)制備氫氣，如果要產(chǎn)生0.004g氫氣，至少需要鋅的質(zhì)量是多少？

【學(xué)生活動(dòng)】完成計(jì)算過(guò)程。教師在班級(jí)內(nèi)巡視和輔導(dǎo)，選取有代表性的學(xué)生作答情況，利用手機(jī)授課助手投屏到一體機(jī)上，請(qǐng)學(xué)生對(duì)于這些作答的情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，歸納總結(jié)解題步驟及格式的注意事項(xiàng)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)學(xué)生自主閱讀、模仿例題、總結(jié)步驟和方法等活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的分析歸納能力。利用多媒體投屏技術(shù)，可以高效快速的展示學(xué)生的練習(xí)情況，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)作答情況進(jìn)行互評(píng)，進(jìn)一步規(guī)范答題步驟，提升計(jì)算解題能力。

環(huán)節(jié)4：題型變化

【題型變化1：過(guò)量問(wèn)題】取6.5g鋅與足量的含20g氯化氫的稀鹽酸充分反應(yīng)，最多生成氫氣的質(zhì)量為多少？

【PPT展示】這樣的計(jì)算過(guò)程正確嗎？（如圖6）

解：設(shè)最多生成氫氣的質(zhì)量為x。

答：最多生成氫氣的質(zhì)量為0.55g

【學(xué)生分析】用于計(jì)算的數(shù)據(jù)應(yīng)該是反應(yīng)物實(shí)際

參加反應(yīng)的質(zhì)量。應(yīng)選取鋅的質(zhì)量帶入計(jì)算，從而修正計(jì)算過(guò)程。

【題型變化2：混合物計(jì)算】取13g含鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的鋅合金與足量的稀鹽酸充分反應(yīng)，最多生成氫氣的質(zhì)量為多少？（其余雜質(zhì)不與稀鹽酸反應(yīng)）

【PPT展示】這樣的計(jì)算過(guò)程正確嗎？（如圖7）

解：設(shè)最多生成氫氣的質(zhì)量為x。

答：最多生成氫氣的質(zhì)量為0.4g

【學(xué)生分析】反應(yīng)中的各物質(zhì)質(zhì)量比是指純凈物之間的質(zhì)量關(guān)系。13g是混合物鋅合金的質(zhì)量，需要把它轉(zhuǎn)化為純凈物質(zhì)量后，再進(jìn)行計(jì)算。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)于變式計(jì)算的學(xué)習(xí)采用了看題糾錯(cuò)的活動(dòng)設(shè)計(jì)，沒(méi)有讓學(xué)生直接書(shū)寫(xiě)計(jì)算過(guò)程，一是避免學(xué)生在課堂上進(jìn)行大量的計(jì)算訓(xùn)練而變得疲憊，二是因?yàn)檫@兩種題型的突破更重在對(duì)題目的分析和理解，通過(guò)小組交流和討論，教師引導(dǎo)點(diǎn)撥，分析歸納出解題關(guān)鍵，從而突破難點(diǎn)。

環(huán)節(jié)5：思維拓展

【過(guò)渡】氫氣的獲取還可采用電解飽和食鹽水的方式。在電解食鹽水的反應(yīng)中，若反應(yīng)了234g的氯化鈉，能生成氯氣的質(zhì)量為多少克？你有哪些方法可以解答這一問(wèn)題？

【學(xué)生活動(dòng)】完成計(jì)算過(guò)程。大多數(shù)的學(xué)生都選擇了依據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算，有少部分學(xué)生選擇了從元素質(zhì)量守恒的角度依據(jù)化學(xué)式進(jìn)行計(jì)算。教師對(duì)這兩種解題過(guò)程分別用手機(jī)投屏后，請(qǐng)學(xué)生對(duì)其進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)第二種方法分析它解題的思路和計(jì)算的依據(jù)。

【追問(wèn)】在其他的計(jì)算問(wèn)題中，這兩種方法都可行嗎？

【PPT展示】這兩種解法哪種是正確的呢？（如圖8）電解食鹽水生成氫氣：

【學(xué)生分析】生成物中的氫氧化鈉和氫氣都含有氫元素，反應(yīng)物中的氫元素并未完全轉(zhuǎn)化到氫氣中去，因此解法二是錯(cuò)誤的。

【師生歸納】依據(jù)化學(xué)式計(jì)算的適用條件。

設(shè)計(jì)意圖：這部分內(nèi)容在教材中是采用了電解氧化鋁的反應(yīng)作為計(jì)算情境，但筆者希望學(xué)生能意識(shí)到，運(yùn)用化學(xué)式計(jì)算的時(shí)候要注意反應(yīng)物中的元素是否全部轉(zhuǎn)化到目標(biāo)生成物中的這一問(wèn)題，因此，選擇了電解食鹽水的反應(yīng)作為載體來(lái)設(shè)計(jì)問(wèn)題。在這個(gè)反應(yīng)中，氯化鈉中的氯元素全部轉(zhuǎn)化到產(chǎn)物氯氣中去，因此氯氣的質(zhì)量等于氯化鈉中氯元素的質(zhì)量。而水中的氫元素沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化到氫氣中去，因此氫氣的質(zhì)量不能直接等于水中氫元素的質(zhì)量。通過(guò)氯元素和氫元素計(jì)算問(wèn)題的對(duì)比，讓學(xué)生能更深入地理解依據(jù)化學(xué)式計(jì)算的原理。

環(huán)節(jié)6：總結(jié)歸納

【總結(jié)】通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們利用化學(xué)計(jì)算解決了“肥皂泡”的相關(guān)問(wèn)題。我們學(xué)習(xí)化學(xué)計(jì)算的意義，不僅在于解決實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，更重在應(yīng)用到生活、生產(chǎn)乃至科技研究中去。

【視頻】“長(zhǎng)征五號(hào)”火箭升空影像和其設(shè)計(jì)師黃兵在演講活動(dòng)中的介紹：火箭中大量使用了液氫和液氧的推進(jìn)劑組合，六百多噸的液氧、五六十噸的液氫，這個(gè)規(guī)模在世界上的液體火箭中是數(shù)一數(shù)二的情況。

【學(xué)生交流】通過(guò)觀看視頻，結(jié)合本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容說(shuō)一說(shuō)你的想法。

設(shè)計(jì)意圖：播放“長(zhǎng)征五號(hào)”的視頻，通過(guò)展示我國(guó)在航天航空事業(yè)中的卓越成就能增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，同時(shí)火箭助推器中利用的反應(yīng)就是本課情境中的主要反應(yīng)氫氣燃燒，火箭中攜帶的液氫和液氧質(zhì)量的確定與化學(xué)計(jì)算密切相關(guān)，讓學(xué)生真切的感受到化學(xué)計(jì)算的實(shí)際意義，增強(qiáng)學(xué)好化學(xué)計(jì)算的內(nèi)驅(qū)力。

四、教學(xué)反思

本節(jié)課設(shè)計(jì)立足于課標(biāo)理念，堅(jiān)持以學(xué)生為本，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平和已有知識(shí)儲(chǔ)備，強(qiáng)調(diào)學(xué)生探索和獲取新知的過(guò)程，精心設(shè)計(jì)了真實(shí)生動(dòng)、富有意義的學(xué)習(xí)情境——“會(huì)唱歌的肥皂泡”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，引出氫氣的兩個(gè)化學(xué)計(jì)算問(wèn)題。筆者利用注射器作為氫氣的發(fā)生裝置，一是增強(qiáng)課堂的趣味性，消除了學(xué)生對(duì)于化學(xué)計(jì)算的畏懼情緒;二是體現(xiàn)計(jì)算的真實(shí)性，注射器有刻度，便于獲取生成氫氣的體積數(shù)據(jù)，從而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)計(jì)算是真實(shí)的，數(shù)據(jù)來(lái)源是可靠的，化學(xué)計(jì)算題的編制不是憑空捏造的。在教學(xué)過(guò)程中，以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為明線，以氫氣的相關(guān)計(jì)算為暗線，通過(guò)組織多種形式的活動(dòng)，幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行自主的構(gòu)建，合作拼搭化學(xué)反應(yīng)模型，建立“宏-微-符”之間的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)化學(xué)計(jì)算的原理、方法和規(guī)范，通過(guò)學(xué)生互評(píng)列舉計(jì)算中的錯(cuò)誤，歸納計(jì)算的注意要點(diǎn)，不斷完善計(jì)算技能。

參考文獻(xiàn)

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