例說基于課程核心素養的初中化學教學設計與實踐

吳叢鐸

摘要：以人教版初中化學（九年級上冊）第五單元課題1“質量守恒定律”教學設計與實踐為例，通過創設真實情境、激發探究熱情，重視分類比較、培養科學態度，開展實驗探究、發展科學思維，解決實際問題、形成化學觀念等路徑來發展學生的核心素養，落實學科育人的根本任務。

關鍵詞：質量守恒定律;教學設計;核心素養;學科育人

文章編號：1008-0546（2022）04-0037-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04.008

初中化學是引導學生從化學視角認識物質世界的一門基礎自然科學課程，具有啟蒙性、實踐性與發展性的特點，對落實立德樹人根本任務，促進學生全面發展具有重要價值。課程核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過課程學習而逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力[1]。初中化學課程核心素養包括化學觀念、科學思維、探究實踐和科學態度與責任四個方面，它們是相輔相成的整體，體現了化學學科育人的基本要求。

人教版九年級化學教材將《質量守恒定律》安排在上冊第五單元課題1，內容包括從宏觀和微觀兩個層面認識質量守恒定律。課標要求認識質量守恒定律，能說明化學反應中的質量關系，認識定量研究對于化學科學發展的重大作用[2]。學生在學習本課題之前，已經了解一些化學反應，知道化學變化過程中物質的種類一定發生變化，也了解化學反應的微觀本質，知道化學變化中分子可分而原子不可以再分。

本文以“質量守恒定律”教學實踐為例，談談如何在課堂教學中發展學生的核心素養，落實學科育人的根本任務。

一、創設真實情境，激發探究熱情

活動1：明確本課的學習任務

師：（出示如圖1所示的奇石圖片）大家看到這幅圖，想到了哪一種實驗儀器？

生：天平。

師：對！現代化學之父拉瓦錫幾乎在他的每一個實驗中都運用了天平，他用科學實驗和定量研究，使化學走向科學。

師：你能回憶起有關拉瓦錫對化學學科發展的貢獻嗎？

生1：第一單元里有介紹，拉瓦錫利用天平進行定量研究，弄清楚了物質燃燒的本質。

生2：在學習“水的組成”時，我知道了“拉瓦錫做了一個氫氣在氧氣中燃燒的實驗”，證明了水是由氫元素和氧元素組成的。

師：其他同學有補充嗎？大家至少還知道一個拉瓦錫的貢獻。

生3：拉瓦錫用定量方法研究了空氣的成分，得出了空氣由氧氣和氮氣組成，其中氧氣約占空氣總體積1/5的結論。

師：在拉瓦錫時代，科學家思考化學反應前后，物質的質量發生了怎樣的變化？有的科學家認為，質量變小了，如木炭燃燒;有的科學家認為質量變大了，如金屬的煅燒;而拉瓦錫通過精確的實驗，證明了化學反應前后物質的質量不變。

師：今天我們將通過實驗來探究化學反應前后各物質的質量總和是否相等。

師：（出示托盤天平和電子天平）同學們愿意選擇哪種天平來完成今天的實驗探究？為什么？

生4：我們組選電子天平。因為使用方便。

生5：我們組也選電子天平。不僅因為使用方便，還在于它精確度更高。

設計意圖：創設情境要圍繞學習目標，緊扣學習內容，遵循認知規律。通過天平引入，讓學生感受到本節課的實驗主題是定量研究;通過托盤天平和電子天平的比較，讓學生學會分析和選擇;通過簡單化學史的回顧與介紹，讓學生明確本節課的探究目的，有效地引導學生學習，激發學生的探究熱情。

二、重視分類比較，培養科學態度

活動2：尋找研究的物質體系

師：請同學們用符號表達式寫出你已知的化學反應，并將寫出的化學反應進行分類。

生6：我們組寫了10個表達式（表1），分成了兩大類，一類是化合反應，一類是分解反應。

生7：我們組寫了9個表達式，跟第7組（表1）類似，分成兩大類，一類是有氧氣參加的反應，一類是有氧氣生成的反應。

生8：我們組寫了8個表達式（表2），分成了三大類，一類是有氣體參加的反應，第二類是有氣體生成的反應，第三類是既有氣體參加又有氣體生成的反應。

師生充分交流，約定用第9組（表2）的分類標準對反應體系進行分類。

師：請同學們關注課本（92-95頁）提供的三個用于探究的化學反應：紅磷在空氣中燃燒，鐵釘與硫酸銅溶液反應，碳酸鈉與鹽酸反應。如果讓你們分類，后二個反應分別放在哪一類呢？為什么？

教師寫出反應的符號表達式：

Fe+CuSO4—Cu+FeSO4，Na2CO3+HCl—NaCl+H2O+CO2

生9：碳酸鈉與鹽酸的反應放在第二類，因為有二氧化碳氣體生成。

生10：鐵釘與硫酸銅溶液的反應應為第四類，是既沒有氣體參加也沒有氣體生成的反應。

師：可否將上述四類反應分成二類？

生11：可以。以“有無氣體參加或生成”為分類標準。

設計意圖：通過回顧所學化學反應、書寫反應的符號表達式，感知化學變化的普遍，感知化學變化中物質的改變。通過分類和比較，讓學生意識到在選擇實驗體系時，有氣體參加和有氣體生成的反應需要特別關注，培養學生嚴謹的實驗態度。

活動3：合作設計實驗裝置

師：這些反應前后的質量是否不變呢？我們可以通過實驗來探究。

分小組進行實驗設計。一個學習小組選擇上述三個反應中的其中之一，進行實驗設計。要求：使用已知的常見的器材，畫出組裝好的實驗裝置（天平除外），并陳述小組的設計思路。

設計意圖：引導學生合作設計實驗裝置，并形成設計稿，培養學生的空間想象力、表達與交流能力，同時感受實驗設計是進行實驗探究的重要環節。

三、開展實驗探究，發展科學思維

活動4：選擇合適的實驗裝置

師：請各小組將你們的設計圖進行展示，并簡要說明設計思路。

生12：我們組要做紅磷與氧氣反應的實驗，這是我們的實驗裝置圖（圖2）。

生13：我們組準備做鐵釘與硫酸銅溶液反應的實驗，這是我們的設計稿（圖3）。

生14：我們組也準備做鐵釘與硫酸銅溶液反應的實驗，這是我們的設計稿（圖4）。

師：表述時請說清楚設計依據。如：在設計紅磷與氧氣反應時，為何考慮密閉體系？細沙、玻璃管、氣球的作用是什么？如何引燃紅磷？什么時候稱量？稱量什么？怎么稱量？預期看到什么現象？

生15：我們組準備探究碳酸鈉與鹽酸反應前后的質量關系，這是我們組的實驗裝置圖（圖5）。

生16：你們組的裝置不密閉，而且反應后有氣體生成。請看我們組的實驗裝置圖（圖6）。

生15：課本上就是這個裝置。

生16：我們今天的探究任務是驗證質量守恒定律，使用你們組的裝置達不成實驗目的。

生17：我們組擬選用的裝置（圖7）與第3組（圖6）

類似，是一個密閉體系，這樣生成的二氧化碳氣體仍在實驗體系中。我們準備先稱量整套裝置和藥品的質量，然后將少量碳酸鈉粉末倒入稀鹽酸中，等反應結束后再稱量整套裝置的質量。

生18：我們組擬選用的裝置（圖8）與第3組（圖6）更為相似。

生16：我們組（圖6）的比你們組（圖8）要好一些，你們裝置中的橡皮塞在實驗過程中說不定會迸出去。

教師對各組設計的裝置進行審核與評價，分發準備好的實驗器材與藥品，學生分組進行實驗測量。

設計意圖：通過分析比較設計方案，討論實驗體系的密閉與開放問題，實現了將猜想和實驗目標與實驗設計相結合的過程，使學生體會主動參與設計實驗的樂趣，初步感知定量研究的意義。

活動5：實驗探究化學反應前后物質的質量關系

師：請各小組按照分工，用選定的方案一、二、三（分別如圖2、圖4、圖7所示）進行自主實驗，在實驗過程中，注意觀察實驗現象，并及時記錄。

各小組有序進行實驗，記錄實驗現象。

實驗結束后匯報、交流。其中九個小組的實驗記錄如表3。

師：僅通過這三個反應能說明所有化學反應前后物質的總質量均不改變嗎？

生19：可以。我們做了多組平行實驗，而且有兩類不同的反應體系。

生20：不可以。我們的實驗組太少，重復實驗的次數太少，選用的反應也太少，儀器精確度也太低。

師：隨著科技的進步，科學家運用更精密的儀器，經過大量嚴謹科學的定量實驗研究，才歸納總結出質量守恒定律。

師：在化學史上，波義耳和拉瓦錫兩位科學家做了兩個類似的實驗（圖9）。請你說一說，兩者的區別是什么？為什么波義耳沒能得到“質量守恒”的結論？

生21：我曾看過關于這個化學史的小故事。因為波義耳實驗后打開了儀器，他的實驗不算是在密閉體系中完成的。

設計意圖：質量守恒定律是物質發生化學變化所遵循的基本規律，它的發現是化學史上的里程碑，實現了化學研究從質的變化到量的變化的轉化，定量研究開始逐漸成為化學研究的主要方法，是化學成為一門理科的重要標志之一，也促進了化學的發展。通過讓學生親歷該實驗探究過程、分析討論實驗方案、觀察和記錄實驗現象、反思和評價實驗結論，認識了質量守恒定律，認識了定量研究的重要性，形成了一定的歸納判斷能力、證據推理能力，發展科學思維。

四、解決實際問題，形成化學觀念

活動6：稱量鎂條在空氣中燃燒前后固體的質量

指導學生分組完成課本94頁的[實驗5-2]，學習用質量守恒定律解釋實驗結果。

實驗結束后匯報、交流。其中六個小組的實驗數據見表4。

師：該實驗的體系與前面三個實驗的體系有什么不同？

生：這是敞開體系。

師：根據質量守恒定律，從理論上講，反應后固體物質的質量是應該增大還是減少呢？為什么？

生22：增大。增加的質量是參加反應的氧氣的質量。

師：那為什么我們實驗的結果是有的增大，有的減少，有的不變呢？

各小組熱烈討論。

生23：我們小組認為，我們測得反應后的質量之所以減少，是因為在實驗過程中產生了大量的白煙。

生22：我們小組認為，我們測得反應后的質量之所以增加，是因為有氧氣參加了反應。

師：是不是所有小組的實驗中都有氧氣參加反應？都有白煙生成？

生：是的。

師：那我們應該怎樣表達更完整更科學呢？各小組繼續討論。

生24：我們小組弄明白了。因為氧氣參加反應，生成固體的質量增加;因為白煙散逸到空氣中，使得固體質量減少。最終結果是大還是小還是不變都有可能。

師：很好！同學們能夠透過不同情況下測量結果的表象，更為深入地認識化學反應前后的質量關系的本質，是學習能力提升的表現。

設計意圖：通過實驗、比較、判斷、分析，不斷地揭示矛盾和解決矛盾，學習用科學的眼光看待具體的實驗，具體問題具體分析，從而獲得科學的結論。通過這一活動，學生進一步明確“密閉體系”在驗證質量守恒定律實驗中的作用，形成正確的實驗觀;也進一步意識實驗體系對化學實驗研究的重要性，體系決定著反應的探究裝置。

活動7：對質量守恒定律進行微觀解釋師：為什么所有化學反應都遵守質量守恒定律呢？

師：以水的分解為例，你能說說這一反應的本質是什么？從微觀角度來說，為什么反應前后物質質量不變？

小組討論。教師出示水分解變化的微觀示意圖（圖10），播放動畫視頻。

生25：我們小組認為，水分解的過程中，水分子分裂成氫原子和氧原子，每兩個氫原子結合成一個氫分子，每兩個氧原子結合成一個氧分子。在分解前后，因為氫原子和氧原子的個數沒有改變，所以，總質量不變。

師：是的。因為化學反應前后，原子的種類、數目、質量均不變，所以，化學反應前后元素的種類、質量不變，物質的總質量不變。

設計意圖：核心素養與化學觀念的形成是密不可分的，引導學生從微觀層面粒子的種類、數目、質量不變推理到宏觀物質反應前后的總質量不變，建立宏觀與微觀相結合的思想，能從微粒和變化的視角分析和解釋質量守恒定律，形成微粒觀，發展變化觀。

質量守恒定律是初中化學的一個重要規律，其應用貫穿于整個化學學習過程。在此之前，學生已學習分子、原子、元素、化學式等知識，有了一定的微觀想象能力。本節課教學中，筆者設計了多樣化的學習任務，從學生熟悉的化學反應入手，進行分類和比較，并分層次進行定量實驗和科學推理，進而從微觀角度分析化學反應的實質，引導學生建構化學反應中“物質變化的定量關系”這一大概念。從定量的角度來認識物質間的化學變化是重要的科學思維方式，借助實驗數據來分析問題，凸顯了數據作為證據的有效性和充分性，由此可見，定量研究對于科學發展是非常重要的。

緊扣學習目標的話題設置，有條有理的實驗設計，圍繞問題解決的合作學習，小組間的自評和互評，促進學生自主學習和深度學習，增強了學生認識問題、解決問題的能力，發展科學思維能力;化學史料情境蘊含科學思維和科學研究方法，引導學生理性看待科學發展過程中的失誤或局限性，通過實驗驗證科學家的重要結論，建立結論和證據之間的邏輯關系，有利于學生樹立正確的科學價值觀，最終達到學科育人的目的[3]。

參考文獻

[1]葉立軍，王思凱.學科育人指向的課堂教學特征及策略研究[J].教學與管理，2021（11）：96-98.

[2]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[3]王琳.聚焦學科核心素養提升的初中化學教學探索[J].化學教育（中英文），2021，42（21）：66-72.